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SolidWorks盘形凸轮设计及运动仿真

2011/9/19        特约撰稿人:王毅      
关键字:SolidWorks运动仿真  盘形凸轮设计  干涉检查  
本文从凸轮设计的需求分析开始,详细介绍了运用SolidWorks软件对盘形凸轮进行设计的步骤,并对设计结果进行运动模拟和仿真分析,在此基础上介绍了SolidWorks的两种干涉检查的方法。

    SolidWorks自身就具备凸轮设计模块,利用其模块可以方便的设计盘形凸轮,并对其进行运动仿真和干涉检查以确定设计的准确性,下面简要介绍如下:

1 软件准备 

    打开ToolBox插件, 工具->插件  选择SolidWorks ToolBox

图1 ToolBox插件

图1 SolidWorks  ToolBox插件

 2 凸轮设计需求分析

    在设计之前,要确认凸轮设计的需求,有以下内容需要确认:
    A:基圆大小及起始角度;
    B:凸轮的运动轨迹;
    C:推杆直径
    运动以推杆直径中心点进行轨迹描述  
    例如图2所示,有一对盘形凸轮,2个推杆中心点为240;如右图所示,悬臂左右运动,基圆直径为220mm,首先在90度范围内往左运动15mm,并回到基圆大小;然后往右运动15mm后再次回到基圆大小,2个运动之间有角度为10度的停顿;

图2 凸轮

图2 凸轮

    以表1形式表示如下,基圆大小220

3 使用凸轮运动插件进行盘形凸轮设计

    设计的主要参数请参照第2部分的设计需求分析,在设计之前,就需要将推杆的中心距、推杆直径、运动轨迹等数据提前算好,然后进行以下设置;

    3.1 凸轮1设计   

    3.1.1 设置,按照以下内容进行设计 

图3 设置对话框

图3  凸轮1设置

    设置部分,凸轮类型为圆形,推杆类型为平移,如果是偏心的,请做相应的选择,推杆半径和开始半径为2个推杆中心的一半,开始角度根据需求;
 
    3.1.2 运动 

图4 运动设置

图4 凸轮1运动设置

    运动部分,根据设计需求,进行设置,运动的类型为修改的正弦;

    3.1.3 生成  图5

图5 凸轮1的生成

图5 凸轮1的生成

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    生成部分:坯件的外径要大于2个推杆中心距离;近毂和远榖分别为凸轮两侧的圆柱状台阶,要大于孔的直径,厚度随便定义,但需要大于圆角半径和倒角大小;
 
    结果如下图6

图6 凸轮1

图6 凸轮1

    3.2 凸轮2设计,步骤如凸轮1

    3.2.1 设置,如图7

图7 凸轮2的设置

图7 凸轮2的设置

    3.2.2 运动,如图8

图8 凸轮2的运动设置

图8 凸轮2的运动设置

    3.2.3 生成,如图9

图9 凸轮2的生成

图9 凸轮2的生成

    结果如下图10

图10 凸轮2

图10 凸轮2

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 4 运动模拟仿真

    凸轮设计完毕后,对基座,悬臂等进行设计,然后装配,保持适当的自由度,在SolidWorks中使用SolidWorks Motion进行运动仿真分析,确定运动的准确性;

    4.1 增加旋转马达,如图11

图11 添加旋转马达

图11 添加旋转马达

    顺时针旋转,10RPM,并将时间轴设置为6S,正好运动一周;

    4.2 增加凸轮与悬臂的碰撞接触,如图12

图12 凸轮与悬臂的碰撞接触

图12 凸轮与悬臂的碰撞接触

     4.3 开启Motion,并进行运算

    如果Motion没有开启,在工具->插件中,选择 SolidWorks Motion ,如图13

图13 分析的设置

图13 SolidWorks 分析

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    点击计算按钮进行运算,运算完毕即可查看动画效果如下;如图14

图14 动画效果

图14 动画效果图

     4.4 运动仿真结果分析

    4.4.1结果—线性位移,如图15

图15 线性位移

图15 线性位移 

    凸轮旋转一周,推杆首先往前移动15mm,然后回退到初始点,再往后移动15mm,并回退到原点,符合设计要求;

    4.4.2 结果-线性速度,如图16

图16 线性速度

图16 线性速度 

    凸轮旋转一周,推杆的运动速度曲线。

    4.4.3 结果-线性加速度,如图17

图17 线性加速度

图17 线性加速度

     凸轮旋转一周,推杆的运动加速度曲线。

    4.4.3 结果-平移力矩,如图18

图18 平移力矩

图18 平移力矩

    凸轮旋转一周,推杆的平移力矩。
 
5.干涉检查

    5.1 方法1 使用 SolidWorks干涉检查工具

    干涉检查的方法有2种,一种是使用SolidWorks自带的干涉检查工具,在Motion动画时间轴上,选择不同的点,然后工具-干涉检查,检查各个点的干涉情况 如图19,20


图19、20  干涉检查

图19、20 干涉检查

    一般情况下,在开始和结束时,不会有干涉,在中间过程,由于Motion运动冗余,和凸轮本身的误差,有可能造成小的干涉情况,如果小于3mm3,一般都忽略不计;
 
    5.2 方法2 手动干涉检查
 
    将SolidWorks切换到模型窗口,并正视,过中心孔中心画任意一条直线,测量2个凸轮与直线交点的距离,若等于或略小于推杆中心距离-推杆直径,则无干涉;如下图21所示 

图21  手动干涉检查

图21 手动干涉检查

6 结束语
     
    SolidWorks凸轮设计模块是SolidWorks ToolBox的基本插件,专业版以上版本不需要单独购买;对于盘形凸轮,使用SolidWorks可以非常方便的进行设计,并且还可以使用SolidWorks Motion验证设计的准确性,既保证了设计速度,又保证了设计质量。

 

   

责任编辑:刘谊萍
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