生产线数字化设计与仿真 课件 项目五 约束和耦合副设置

项目五约束和耦合副设置目录CONTENTS01按钮设置020304双料入盒设置减速器设置齿轮齿条设置05凸轮推杆机构设置06拓展训练任务一按钮设置1、任务描述本任务以按钮模型演示弹簧阻尼器的设置过程。按钮模型如图1所示,它由按钮和按钮外壳组成。要求实现的仿真效果是,单击“播放”按钮后,按下鼠标,按钮随即被按下,松开鼠标,按钮自动复位。图1.按钮模型2、知识准备-弹簧阻尼器弹簧阻尼器是一种用于模拟物理系统中弹性与阻尼效应的关键约束工具，主要作用于运动副，如滑动副、铰链副等，通过施加力或力矩控制机械组件的动态行为。序号参数名称参数含义1选择轴运动副选择一个已创建的滑动副或铰链副2参数弹簧常数定义弹簧的旋转刚度阻尼定义旋转运动的阻尼系数，抑制旋转速度过快或振荡松弛位置弹簧扭矩为零时的基准角度位置，在无外力时系统会自动向此角度复位。比如松弛位置设为0°，若当前角度为30°，则弹簧产生复位扭矩3名称定义弹簧阻尼器对象名称3、任务实施步骤1：设置基本机电对象和基本运动副在机械组件中，依次为“按钮”和“按钮外壳”设置刚体，并依次设置“滑动副”和“固定副”设置结果如图所示。3、任务实施步骤2：设置弹簧阻尼器在机械组件里，点击“更多”选项卡，弹出下拉菜单中选择“弹簧阻尼器”选项，弹出弹簧阻尼器设置对话框，点击“选择轴运动副”按钮，选择步骤1创建的滑动副，并在“弹簧常数”输入框内输入“0.6”，在“阻尼”输入框内输入“0.2”，在“松弛位置”输入框内输入“-2”，点击“确定”按钮，完成弹簧阻尼器设置，如图5-1-4所示。需要注意，之所以松弛位置输入的是负数，是因为滑动副的正方向是向下的。3、任务实施步骤3：仿真演示单击主页“播放”按钮，活塞杆缓慢推出，带动物料向前运动，观察仿真运动效果如图所示。图2.按钮仿真效果任务二双料入盒设置1、任务描述本任务使用双料入盒模型演示断开约束和防止碰撞的设置过程。双料入盒模型由方块1、方块2和物料盒组成,如图2所示。现将方块1固定于物料盒内,施加一定外力,使方块1自动断开约束,并为两方块进行防止碰撞设置,观察双料入盒的运行仿真效果。图2.双料入盒模型2、知识准备-断开约束断开约束用于定义运动副的失效条件。当运动副受到的力或扭矩超过预设的最大值时，该运动副将暂时失去约束作用，使原本被约束的刚体恢复自由运动。失效后运动副在当前仿真周期内不再约束刚体，直至仿真重置。序号参数名称参数含义1选择对象选择一个已创建的运动副2约束断开模式定义断开方式为力或扭矩最大幅值定义断开约束需要的力或扭矩的值3方向若勾选“固定”选项，仅检测指定方向上的力/扭矩4名称定义断开约束对象的名称2、知识准备-防止碰撞防止碰撞用于强制排除两个指定几何体之间的碰撞检测，如刚体、碰撞体或碰撞传感器等，避免非预期的物理接触干扰仿真结果。不受全局碰撞类别设置限制，可针对特定对象对单独处理。序号参数名称参数含义1碰撞对选择两个实体，如刚体、碰撞体或碰撞传感器等2名称定义防止碰撞对象的名称3、任务实施步骤1：设置基本机电对象和基本运动副在机械组件里，依次将方块1、方块2和物料盒设置为“刚体”和“碰撞体”，并为方块1和物料盒依次设置“固定副”，如图所示。在机械组件里，点击“更多”选项卡，弹出下拉菜单中选择“断开约束”选项，弹出断开约束设置对话框，点击“选择对象”按钮，选择“方块1_物料盒FJ（1）”固定副，在“断开模式”下拉菜单里选择“力”，并在“最大幅值”输入框内，输入“4”，点击“确定”按钮，完成断开约束设置，如图所示。步骤2：设置断开约束3、任务实施步骤2：设置防止碰撞在机械组件里，点击“防止碰撞”选项卡，弹出“防止碰撞”设置对话框，点击“选择第一个体”按钮，选择“方块1”刚体，点击“选择第二个体”按钮，选择“方块2”刚体，并修改名称为“防止碰撞”，点击“确定”按钮，完成防止碰撞设置，如图所示。3、任务实施步骤4：仿真演示单击主页“播放”按钮，鼠标左键拖动方块1，当施加的力超过设定值后，方块1的固定副自动断开，方块1离开物料盒，方块1固定副失效；当鼠标左键拖动方块2撞向方块1时，两个碰撞体互相穿透，防止发生碰撞。任务三减速器设置1、任务描述本任务使用减速器模型演示齿轮副的设置过程。减速器模型由主动轮、中间轮、从动轮及齿轮箱组成,如图3所示。现为输入轴施加驱动,使输入轴通过齿轮传动驱动输出轴运转。图3.减速器模型2、知识准备-齿轮副齿轮副是指两个相啮合的齿轮组件组成的基本结构，它能够传递运动和动力。齿轮副通过约束两个轴运动副之间的运动关系，使它们以固定传动比传递旋转或线性运动。需要注意，齿轮副仅定义运动学关系，不计算齿轮齿间的摩擦力或接触应力，属于理想化运动约束。序号参数名称参数含义1选择主对象选择一个轴运动副，如铰链副2选择从对象选择一个轴运动副，且从对象必须是与主对象同类型的轴运动副，否则无法建立耦合3约束4滑动齿轮副允许轻微的滑动，如带传动5名称定义齿轮副的名称3、任务实施步骤1：设置齿轮副在机械组件里，点击“更多”选项卡下拉菜单，选择“齿轮”选项卡，弹出齿轮副设置对话框，点击“选择主对象”按钮，选择“主动轮刚体”，点击“选择从对象”按钮，选择“中间轮”刚体，并在“主倍数”输入框内，输入“4”，“从倍数”输入框内，输入“1”，并修改名称为“减速比1”，点击“确定”按钮，完成齿轮副设置，如图所示。按照以上方法，完成“减速比2”齿轮副设置，其中“选择主对象”和“选择从对象”分别为“中间轮”刚体和“从动轮”刚体，“主倍数”和“从倍数”分别输入“5”和“2”，设置结果如图所示。3、任务实施步骤2：施加驱动并仿真运行在仿真运行之前，在电气组件里，选择“速度控制”选项卡，弹出速度控制设置对话框，点击“选择对象”，选择“主动轮_HJ（1）”铰链副，并在“速度”输入框内输入“180”，点击“确定”按钮，完成齿轮箱驱动设置，如图所示。点击主页“播放”按钮，观察齿轮箱运行效果。任务四齿轮齿条设置1、任务描述本任务使用齿轮齿条模型演示齿轮齿条副的设置过程。齿轮齿条模型如图4所示。现给齿轮施加驱动,使齿轮通过齿轮齿条副驱动齿条运动。图4.齿轮齿条模型2、知识准备-齿轮齿条副齿轮齿条副是一种关键的耦合副类型，用于将旋转运动与直线运动相互转换，实现机械传动系统的精确控制，使它们以固定传动比传递旋转或线性运动。需要注意，齿轮齿条副通过约束一个铰链副，和一个滑动副之间的运动关系，使两者按固定传动比传递运动。序号参数名称参数含义1选择主对象选择齿轮对应的铰链副2选择从对象选择齿条对应的滑动副3设置接触点定义齿轮与齿条的啮合点位置半径齿轮的分度圆半径4名称定义齿轮齿条副的名称3、任务实施步骤1：设置齿轮齿条副在机械组件里，点击“更多”选项卡下拉菜单，选择“齿轮齿条”选项卡，弹出齿轮齿条副设置对话框，点击“选择主对象”按钮，选择“齿轮刚体”，点击“选择从对象”按钮，选择“齿条”刚体。点击“设置”下拉菜单，选择齿轮顶点为接触点，并在“半径”输入框内，输入“15.3”，并将名称修改为“齿轮齿条副”，点击“确定”按钮，完成齿轮齿条副设置，如图所示。3、任务实施步骤2：施加驱动并仿真运行在仿真运行之前，在电气组件里，选择“位置控制”选项卡，弹出位置控制设置对话框，点击“选择对象”，选择“齿条_SJ（1）”滑动副，并在“目标”输入框内输入“100”，在“速度”输入框内输入“5”，点击“确定”按钮，完成齿轮齿条副驱动设置，如图所示。点击主页“播放”按钮，观察齿轮齿条模型运行效果。任务五凸轮推杆机构设置1、任务描述凸轮机构一般由凸轮、从动件和机架三个构件组成。凸轮机构能实现复杂的运动要求，广泛用于各种自动化和半自动化机械装置中，几乎所有任意动作均可经由此一机构产生。本任务使用凸轮推杆模型演示机械凸轮和凸轮曲线的设置过程。凸轮推杆模型由推杆、导向块、凸轮及凸轮机架等组成，如图5所示。要求通过给凸轮施加驱动，凸轮带动推杆进行直线往复运动。图5.齿轮齿条模型2、知识准备-凸轮曲线凸轮曲线可定义主动轴和从动轴的运动关系，可用于定义机械凸轮或者电子凸轮耦合副的相对运动关系。序号参数名称参数含义1主动轴主轴的类型有线行、旋转和时间，可设置主轴的最大、最小值2从动轴从轴的类型有线性位置、旋转位置、线性速度和旋转速度，可设置从轴的最大、最小值3循环类型相对循环：从动轴的起点和终点可以不重合，但是起点和终点的斜率和曲线必须一致循环：从动轴的起点和终点的大小和曲率必须一致非循环：只执行一次4图形视图显示定义的曲线，可以添加点、直线、正弦曲线和反正弦曲线来组成凸轮曲线5表格试图显示图形上所有线段的信息，可以双击单元格修改数值2、知识准备-机械凸轮机械凸轮可以使得两个运动副按照定义好的运动曲线或凸轮曲线运动。序号参数名称参数含义1选择主对象选择一个轴运动副2选择从对象选择一个轴运动副3运动曲线选择定义好的运动曲线或者新建运动曲线4主偏移设置主轴在运动曲线上偏移的距离5从偏移设置从轴在运动曲线上偏移的距离6主比例因子主轴运动的比例系数7从比例因子从轴运动的比例系数8滑动允许机械凸轮有轻微的滑动3、任务实施步骤1：设置速度控制在电气组件里，点击“速度控制”选项卡，点击“选择对象”选项卡，选择“凸轮_凸轮机架_HJ（1）”铰链副，在“速度”对话框中输入“10”，点击“确定”按钮，完成设置，如图所示。步骤2：导出凸轮参数在左侧机电导航器里，右键单击“推杆_导向块_SJ（1）”滑动副，选择“添加到察看器”，勾选“位置”参数后的“图”和“导出”复选框，并在底部“指定输出文件”对话框中设置输出文件的名称为“凸轮参数”，如图所示。点击“播放”按钮，等待36s后，再点击“停止”按钮，最后点击“运行察看器”底部“导出至CSV”按钮，完成设置后，会输出一个名为“凸轮参数”的excel文件。3、任务实施步骤3：设置凸轮曲线在左侧机电导航器里，右键单击“推杆_导向块_SJ（1）”滑动副，选择“添加到察看器”，勾选“位置”参数后的“图”和“导出”复选框，并在底部“指定输出文件”对话框中设置输出文件的名称为“凸轮参数”，如图所示。点击“播放”按钮，等待36s后，再点击“停止”按钮，最后点击“运行察看器”底部“导出至CSV”按钮，完成设置后，会输出一个名为“凸轮参数”的excel文件，如图所示。3、任务实施步骤4：设置机械凸轮在机械组件里，点击“更多”选项卡，选择“机械凸轮”耦合副，在弹出的对话框中点击“选择主对象”选项卡，选择“凸轮_凸轮机架_HJ（1）”铰链副，点击“选择从对象”选项卡，选择“推杆_导向块_SJ（1）”滑动副，修改名称为“机械凸轮”，完成设置，结果如图所示。步骤5：仿真运行任务六拓展训练1、任务描述项目二中的冲压工作台主要由冲头、工作台及工件组成。要求实现的仿真效果是,单击“播放”按钮,冲头自动下落,当冲头接触工件后,工件形状发生变化,在仿真冲压过程中,冲头下落是由手动控制的。在本任务中,需要添加运动曲线和电子凸轮,从而完成自动冲压过程。电子凸轮运动曲线如图所示。2、知识准备-运动曲线运动曲线是一个曲线图,当主对象与从对象定义完成后,可以创建两者之间的运动关系。序号参数名称参数含义1轴主主轴的类型有线性、旋转和时间，可设置主轴的最大、最小值从从轴的类型有线性位置、旋转位置、线性速度和旋转速度，可设置从轴的最大、最小