基于SolidWorks的盘形凸轮设计与运动仿真.doc

基于SolidWorks的盘形凸轮设计与运动仿真与现有的盘形凸轮的建模方法不同，利用Excel工具生成凸轮轮廓点的数据，在SohdWorks环境中直接利用三维点数据产生凸轮轮廓曲线。并通过拉伸特征完成盘形凸轮基体的三维建模，最后通过Cosmosmotion对凸轮机构进行运动仿真。验证了凸轮轮廓曲线的准确性。 凸轮机构是具有曲线轮廓的构件，是利用凸轮转动带动从动件实现预期运动规律的一种高副机构，广泛的应用与各种机械，特别是自动机械、自动控制装置等。盘形凸轮因为其形状简单，被广泛应用。基于SolidWorks的盘形凸轮的建模方法有很多，可以通过VB、VC等程序设计语言利用SolidWorks的API程序接口，生成凸轮轮廓，也可以通过Toolbox中的凸轮插件生成凸轮模型。但是采用程序设计方法对用户的编程水平要求较高，采用Toolbox中的凸轮插件也属于SolidWorks中的高级操作，一般用户也不太熟悉。本文在Excel环境中生成凸轮轮廓的点坐标信息，存成文本格式，在SolidWorks环境中利用通过XYZ点的曲线直接生成凸轮轮廓曲线。并在COSMOSMotion环境中验证了轮廓曲线的准确性。 1凸轮轮廓的确定方法 根据工作要求合理地选择从动件运动规律后可以按照结构所允许的空间和具体要求，逐步确定凸轮的基圆半径，然后绘制凸轮的轮廓。凸轮轮廓的绘制一般采用反转法绘制。 本文实例中的盘形凸轮机构运动要求如下。试设计一对心尖顶直动推杆盘形凸轮机构。已知凸轮以等角速度逆时针方向转动。在凸轮的一个运动周期2时间里要求推杆在1s内等速上升10mm，05s内静止不动，05s内等速上升6mm，2s内静止不动，2s内等速下降16mm。其基圆半径为20mm。 根据已知条件，可以确定处推杆的位移线图，它直接反映了推杆在工作过程中的位移特征，如图l所示。欲确定凸轮的轮廓曲线，关键在于根据推杆的位移线图得出轮廓曲线上的离散点的位置(坐标)。传统的凸轮轮廓图解法的原理就是根据上述的离散点位置，手工拟合而成。这种做法存在加大的精度误差，而且由于是手工取点，所确定的点的个数往往不够多，从而限制了凸轮轮廓的准确性。 如果想要提高凸轮轮廓曲线的精度，我们只要合理得大量确定离散点的位置即可，在计算机工具的帮助下，计算轮廓点的坐标，利用绘图命令直接拟合离散点即可。如图2所示，根据已知条件分析盘形凸轮轮廓点的位置坐标。根据反转法绘图原理，对于轮廓上的任意一点P，该点的轴坐标可由下式计算得出： X=OPsin() (1) Y=OPcos() (2) 其中，OP的长度就是基圆的半径与在相应时刻的推杆位移线图点的位移量之和。 如图1所示，0A、Bc、DE段的位移变化均为等速变化，三段直线的方程可以根据特殊点的位置直接确定出来，这样我们可以根据实际精度需要。确定足够多的离散点，在位移线图直线方程的帮助下确定相应点的坐标。 2凸轮轮廓的三维建模 在Excel环境中，将凸轮回转一个周期分为360份，即每10取1个点，并且将对应的度数转化为弧度的值，如图3中的B、C栏。 根据推杆的位移线图中OA、BC、DE、AB、CD段的直线方程。可以计算出在一个周期内的每转过lo时对应点的OP的长度。然后根据(1)与(2)计算出相应点的XY轴坐标值，如图3中的E、F栏。 根据建模需要，可以在Z=0的平面内绘制凸轮轮廓在计算出凸轮轮廓的360个离散点位置坐标后，可将X、Y、z轴的坐标值保存为纯文本格式，SolidWorks打开数据文件时，软件会自动将前三列的数值作为x、Y、Z轴的坐标值，如图4所示在SolidWorks环境中，曲线的绘制方式有多种，其中有一个命令是通过XYZ点的曲线，见插入-曲线-通过XYZ点的曲线。如图5所示。在绘制的凸轮轮廓曲线的基础上，选择Front Plane平面为绘图基准面绘制草图，单击已经存在的凸轮轮廓曲线，选择转换实体引用命令，得到凸轮轮廓草图，通过对该草图的拉伸操作，得到凸轮基体的三维模型，如图6所示 3基于COSMOSMotion的运动仿真 COSMOSMofion是SolidWorks软件中的运动仿真插件，在SolidWorks软件中建立好运动机构的模型后，可以借助COSMOSMotion实现计算机模拟机构的运动学仿真和动力学仿真。ADAMS支持COSMOSMotiont。将凸轮机构的装配体在COSMOSMotion中打开时，一些运动副如旋转副、移动副根据零件的装配关系自动转换，如图7所示。对于凸轮和从动推杆之间，需添加3D趾撞。在设计树中选择凸轮和从动杆两个零件，单击右键，选择【添加约束】【添加3D趾撞】。可以在【趾撞】选项中，在【最大阻尼】栏中输入需要的阻尼值。 仿真运行后，可以得到多种运动仿真曲线，帮助我们分析机构的运动特征是否符合设计要求，如图8所示。为了验证从动杆推杆的运动特性是否满足设计需要，我们选择从动杆件，输出质心位置在Y轴方向的变化曲线，见图9。同图l中的推杆的位移线图相比较两者的运动特性十分接近。从而可以看出，凸轮三维建模的精度完全满足设计需要。 4总结 机械设计人员灵活的使用SolidWorks 维设计软件与COSMOSMotion仿真丁具可以