按給定運(yùn)動軌跡反求凸輪輪廓機(jī)構(gòu)

1、第7章 按給定運(yùn)動軌跡反求凸輪輪廓機(jī)構(gòu)按給定運(yùn)動軌跡反求零件模型，是機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的一種常用方法，采用SolidWorks完成設(shè)計(jì)，相對于傳統(tǒng)計(jì)算方法，簡單實(shí)用，并且可以模擬再現(xiàn)軌跡的實(shí)現(xiàn)。本章以應(yīng)用廣泛的凸輪連桿組合機(jī)構(gòu)為例，根據(jù)連桿一端點(diǎn)預(yù)定軌跡，利用反求法得到凸輪的理論廓線及實(shí)際輪廓，并通過運(yùn)動仿真驗(yàn)證了凸輪連桿組合機(jī)構(gòu)的實(shí)際運(yùn)動軌跡與預(yù)定軌跡相符。 7.1工作原理凸輪連桿組合機(jī)構(gòu)簡圖如圖7.1所示，凸輪1固定，原動件曲柄2勻速轉(zhuǎn)動，帶動連桿3運(yùn)動，此時(shí)固定凸輪約束著與連桿端點(diǎn)B通過鉸鏈結(jié)合的滾子4，使連桿的端點(diǎn)C沿著給定的運(yùn)動軌跡5運(yùn)動，從而達(dá)到該機(jī)構(gòu)的工作要求。設(shè)計(jì)參數(shù)：預(yù)定軌跡：長為40

2、0mm，寬為300mm的長方形，經(jīng)半徑R=100mm的邊角倒圓；各桿長度：=150mm, =80mm, =150mm；BAC=120，滾子半徑Rg =10mm，曲柄OA轉(zhuǎn)速n=60r/min。圖 7.1 凸輪連桿組合機(jī)構(gòu)簡圖7.2 零件造型啟動SolidWorks2012，選擇【文件】/【新建】/【零件】命令，創(chuàng)建新的零件文件。選擇【插入】/【草圖繪制】命令，選擇一基準(zhǔn)面為草繪平面。根據(jù)圖7.27.5所示，分別繪制機(jī)架、曲柄、連桿和滾子的輪廓草圖。然后選擇【插入】/【凸臺/基體】/【拉伸】命令，分別以距離10mm拉伸機(jī)架、曲柄和連桿輪廓草圖分別得到其實(shí)體零件。選擇【插入】/【凸臺/基體】/【旋

3、轉(zhuǎn)】命令，以滾子軸線為旋轉(zhuǎn)軸，以360為旋轉(zhuǎn)角度，旋轉(zhuǎn)后得到滾子實(shí)體零件。零件的材質(zhì)均設(shè)置為“普通碳鋼”，分別以文件名“機(jī)架”、“曲柄”、“連桿”和“滾子”保存。 圖 7.2 機(jī)架草圖 圖 7.3 曲柄草圖 圖 7.4 連桿草圖 圖 7.5 滾子草圖 為了滿足裝配時(shí)的“路徑配合”要求，在連桿零件圖中，選擇【插入】/【參考幾何體】/【點(diǎn)】命令，在圖7.1所示連桿中的端點(diǎn)C處創(chuàng)建一個(gè)參考點(diǎn)。如圖7.6所示，在彈出的屬性管理器【選擇】欄中，點(diǎn)擊【圓弧中心】按鈕，然后點(diǎn)擊【參考實(shí)體】按鈕，在視圖區(qū)選擇連桿C端的圓孔邊線，點(diǎn)擊確定按鈕，完成連桿參考點(diǎn)的創(chuàng)建。 圖 7.6 連桿參考點(diǎn)的創(chuàng)建7.3 裝配選擇

4、【文件】/【新建】/【裝配體】命令，建立一個(gè)新裝配體文件。將機(jī)架和曲柄添加進(jìn)來，右鍵把機(jī)架設(shè)為固定零部件，添加曲柄與機(jī)架轉(zhuǎn)動處的同軸心配合，如圖7.7所示，其端面添加重合配合，如圖7.8所示。 圖 7.7 曲柄與機(jī)架的同軸心配合面 圖 7.8 曲柄與機(jī)架的重合配合面將連桿添加進(jìn)來，在圖7.1所示連桿的A端與曲柄轉(zhuǎn)動處添加同軸心配合，如圖7.9所示，其端面添加重合配合，如圖7.10所示。 圖 7.9 連桿與曲柄的同軸心配合面 圖 7.10 連桿與曲柄的重合配合面選擇【插入】/【草圖繪制】命令，選擇機(jī)架上表面為草繪基準(zhǔn)面，根據(jù)圖7.11所示繪制預(yù)定軌跡草圖，完成后退出草圖繪制界面。單擊【視圖】，選

5、擇【點(diǎn)】按鈕，將連桿的參考點(diǎn)在視圖區(qū)中顯示出來。選擇【插入】/【配合】/【高級配合】，點(diǎn)擊按鈕，如圖7.12所示，在【配合選擇】欄中的“零部件頂點(diǎn)”欄中選擇連桿的參考點(diǎn)（注意連桿的參考點(diǎn)必須在預(yù)定軌跡的平面上）；在“路徑選擇”欄中，點(diǎn)擊下方的按鈕，在彈出的選擇框內(nèi)點(diǎn)擊【選擇組】按鈕，然后在視圖區(qū)用鼠標(biāo)點(diǎn)擊預(yù)定軌跡的所有曲線，點(diǎn)擊選擇框內(nèi)確定按鈕，完成配合路徑的選取，其他設(shè)置保持系統(tǒng)默認(rèn)不變，最后在配合管理器中點(diǎn)擊確定按鈕，完成路徑配合的添加。 圖 7.11 預(yù)定軌跡草圖圖 7.12 路徑配合參數(shù)設(shè)置7.4 仿真在裝配體界面，將“SolidWorks Motion”插件載入，單擊布局選項(xiàng)卡中的【

6、運(yùn)動算例1】，在MotionManager工具欄中的【算例類型】下拉列表中選擇“Motion分析”。 反求凸輪輪廓1.添加馬達(dá)單擊MotionManager工具欄中的【馬達(dá)】按鈕，為曲柄添加一逆時(shí)針等速旋轉(zhuǎn)馬達(dá)，如圖7.13所示，凸輪轉(zhuǎn)速n=60 RPM=360/s，馬達(dá)位置為曲柄旋轉(zhuǎn)處的軸孔，如圖7.14所示。 圖 7.13 曲柄馬達(dá)參數(shù)設(shè)置 圖 7.14 曲柄馬達(dá)位置2.仿真參數(shù)設(shè)置在MotionManager界面中將時(shí)間的長度拉到1秒，單擊工具欄上的【運(yùn)動算例屬性】按鈕，在彈出的屬性管理器【Motion分析】欄內(nèi)將每秒幀數(shù)設(shè)為100，其余參數(shù)采用默認(rèn)設(shè)置。3.創(chuàng)建凸輪理論廓線單擊Moti

7、onManager工具欄上的【計(jì)算】按鈕，進(jìn)行仿真求解。待仿真自動計(jì)算完畢后，單擊工具欄上的【結(jié)果和圖解】按鈕，在彈出的屬性管理器中進(jìn)行如圖7.15所示的參數(shù)設(shè)置，其中右側(cè)顯示欄里的邊線為圖7.1所示連桿B端的圓孔邊線。單擊【確定】按鈕，生成連桿的跟蹤軌跡，如圖7.16所示。 圖 7.15 連桿B端跟蹤路徑參數(shù)設(shè)置 圖 7.16 連桿B端跟蹤軌跡在MotionManager設(shè)計(jì)樹中，展開【結(jié)果】選項(xiàng)，右擊“跟蹤路徑圖解”，選擇【從跟蹤路徑生成曲線】/【從路徑生成曲線】，如圖7.17所示，創(chuàng)建凸輪理論廓線。完成后在FeatureManager設(shè)計(jì)樹中將多出。右鍵將“跟蹤路徑圖解1”隱藏起來，然后

8、單擊【視圖】，選擇【曲線】按鈕，將創(chuàng)建的曲線在視圖區(qū)中顯示出來。 圖 7.17 曲線接觸時(shí)擺桿角速度曲線4.創(chuàng)建凸輪實(shí)際輪廓選擇【插入】/【草圖繪制】命令，選擇機(jī)架上表面為草繪基準(zhǔn)面，在草圖工具欄中點(diǎn)擊【等距實(shí)體】按鈕。如圖7.18所示，在彈出窗口中將【雙向】復(fù)選框選上，在距離欄中輸入滾子半徑10mm，然后點(diǎn)擊剛創(chuàng)建的凸輪理論廓線，點(diǎn)擊確定按鈕，完成等距實(shí)體的添加，得到凸輪實(shí)際輪廓草圖如圖7.19所示。 圖7.18 等距凸輪理論廓線參數(shù)設(shè)置 圖 7.19 凸輪實(shí)際輪廓草圖退出草圖后，選擇【插入】/【裝配體特征】/【切除】/【拉伸】命令。如圖7.20所示，在彈出的屬性管理器【距離】欄輸入8mm，

9、選擇凸輪實(shí)際輪廓草圖為拉伸切除草圖，按“給定深度”對機(jī)架進(jìn)行拉伸切除，創(chuàng)建凸輪實(shí)際輪廓如圖7.21所示。 圖 7.20 機(jī)架切除拉伸參數(shù)設(shè)置 圖 7.21 凸輪實(shí)際輪廓 驗(yàn)證運(yùn)動軌跡1.添加滾子將滾子添加進(jìn)來，將凸輪底面與滾子大端外表面添加重合配合，如圖7.22所示。將圖7.1所示連桿的B端與滾子的轉(zhuǎn)動軸添加同軸心配合，如圖7.23所示。 圖 7.22 凸輪與滾子的重合配合面 圖 7.23 連桿與滾子的同軸心配合面2.添加曲線接觸首先右鍵將前面添加的“路徑配合”刪除，此時(shí)用鼠標(biāo)拖動連桿運(yùn)動，可見連桿不再受到預(yù)定軌跡的約束。然后再單擊MotionManager工具欄上的【接觸】按鈕，如圖7.24

10、所示，在彈出的屬性管理器中【接觸類型】欄內(nèi)選擇“曲線接觸”，在【選擇】欄內(nèi)選取凸輪底面的一實(shí)際輪廓線為“第一接觸曲線”，選取滾子大端外表面輪廓線為“第二接觸曲線”，如圖7.25所示。將“曲線始終接觸”復(fù)選框選上，在【材料】欄內(nèi)兩“材料名稱”下拉列表中均選擇Steel(Greasy)，其余參數(shù)采用默認(rèn)設(shè)置，點(diǎn)擊確定按鈕，完成曲線接觸的添加。 圖 7.24 曲線接觸參數(shù)設(shè)置 圖 7.25 凸輪與滾子的接觸曲線3.仿真分析單擊【計(jì)算】按鈕，進(jìn)行仿真求解。待仿真自動計(jì)算完畢后，單擊工具欄上的【結(jié)果和圖解】按鈕，在彈出的屬性管理器中進(jìn)行如圖7.26所示的參數(shù)設(shè)置，其中右側(cè)顯示欄里的邊線為圖7.1所示連桿C端的圓孔邊線。單擊【確定】按鈕，生成連桿的跟蹤軌跡，如圖7.27所示。 圖 7.26 連桿C端跟蹤路徑參數(shù)設(shè)置 圖 7.27 連桿C端跟蹤軌跡由圖7.27可見，跟蹤的運(yùn)動軌跡與預(yù)訂運(yùn)動軌跡完全重合，充分驗(yàn)證了在運(yùn)動性能方面，按給定運(yùn)動軌跡反求凸輪的理論廓線及實(shí)際輪廓的可靠性。 單擊工具欄上的【結(jié)果和圖解】按鈕，在彈出的屬性管理器中進(jìn)行如圖7.28所示的參數(shù)設(shè)置，其中