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SolidWorks盘形凸轮设计及运动仿真
SolidWorks盘形凸轮设计及运动仿真
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 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
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 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 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
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
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
3.2.2 运动,如图8
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
结果如下图10
图10 凸轮2
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
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
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 SolidWorks 分析
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
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
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
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
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
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
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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
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