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基于自顶向下的槽轮机构参数化建模研究

2017/10/9    来源:互联网    作者:鲍仲辅  曾德江  吴奕恒      
关键字:自顶向下  槽轮机构  参数化建模  数字仿真  
为实现快捷建立参数化槽轮机构模型,提出一种自顶向下的建模方法。以SolidWorks软件为平台,从槽轮机构装配体入手,利用方程式和布局草图确定槽轮和拨轮的几何尺寸及几何约束关系,建立可参数化驱动的槽轮机构装配模型,并利用数字仿真技术对运动特性加以验证。

    0 引言

    槽轮机构是一种常用的间歇运动机构,在各类自动化机械中使用广泛,尤其是带有转盘工作台的自动包装机、自动灌装机等设备中。目前槽轮机构建模主要有两类方法,第一类是直接建模,属于自底向上的设计方法,即先建立零件模型再建立装配模型。此种方法不可实现参数化,在设计参数变更或者发生零件干涉时就需要调整,因此重复工作量较大,效率不高。第二类是利用高级编程语言进行二次开发,可实现参数化驱动,设计效率高,但一线工程技术人员难以掌握。针对该问题,可利用自顶向下的方法实现一种快捷有效且能实现参数驱动的建模方法。

    自顶向下设计是指在应用3D设计软件进行机械部件设计过程中,先进行部件整体结构、零件布局及相互间位置关系等方面的整体考虑,并应用相应的简单元素(如点、线、基准面等)在软件中进行表示,作为后续细节设计的“参照”。自顶向下设计能从整体加以把握,在设计一开始就明确零件之间的关系,从而实现模型能与设计参数动态匹配。

    以SolidWorks软件为平台,从装配体入手分析槽轮和拨轮的几何尺寸及几何约束关系,先通过建立布局文件来定义设计参数,再利用多实体方法建模,最后导出零件模型并进行装配,如此整个机构的参数都从布局文件中继承,从而实现整套机构的参数化。

    1 槽轮机构几何参数关系分析

    以最常用的径向槽均勻分布的外槽轮机构为例,如图1。

    1

    首先根据工作要求确定槽轮的槽数Z和拨轮的销数n;再根据受力分析和实际所允许的安装空间来确定中心距L和圆销半径r。,最后按照图1所示的几何关系,即可推导出各尺寸的几何关系:

    2

    其中r0应根据强度校核来取值,建模时可先按经验取r=0.1R。

    2 参数化建模具体方法

    2 . 1 整体思路分析

    自顶向下方法最关键的思路就是分析几何参数及各种约束的继承关系。

    首先建立用于布局零件格式文件。在SolidWorks零件建模环境中,利用方程式可以将之前推导的槽轮几何关系加以定义,辅助草图的几何约束,可以将槽轮和拨轮之间的相互关系完全确定。采用多实体建模方法分别建立两者实体模型,即在同一个零件格式文件中将槽轮和拨轮建成2个独立实体。

    将布局零件中的2个实体,分别导出保存为独立的零件模型。这样2个零件的数据就从布局零件中继承下来,当布局零件中的参数变更时,零件就会相应地改变。最后建立装配体模型,按照装配关系将槽轮和销轮进行装配,由此设计数据进一步继承到最终的装配文件中。装配完可以利用数字仿真技术对设计加以分析和验证,全过程如图2所示。

    3

    图2 自顶向下建模的数据继承关系

责任编辑:张纯子
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