基于Solidworks Motion的牛頭刨床運動學分析

2016-08-04  by:CAE仿真在線  來源:互聯網

SolidWorks Motion是一個與 SolidWorks 完全集成的虛擬樣機的仿真分析系統。可以對復雜的機構進行運動學和動力學仿真,通過數據、圖標、動畫等表現出機構的速度、加速度、作用力等,可以反映機構的運動特性。

本例基于SolidWorks,通過對牛頭刨床進行三維建模和運動仿真,分析刨頭CD的位移、速度、加速度和機構的行程速度比。

一、問題描述

牛頭刨床機構各個構件幾何尺寸如圖1所示,已知O₁A=2rad/s,求圖示位置時刨頭CD的速度和加速度。

圖1 牛頭刨床機構力學模型

二、解析解

根據理論力學知識,首先以A(O₁A)為動點,在O1B上固定動系,求出O1B的角速度;再以B(O2B)為動點,在CD上固定動系,求出CD桿的速度。對于加速度也如此操作。最后得到的結果是:

三、零件造型及裝配

3.1創建三維模型

根據圖1所示尺寸,分別建立桿O₁A、桿O₂B、套筒、刨頭CD的三維模型如圖3.1-3.4所示。

3.2裝配牛頭刨床

新建裝配體命名為牛頭刨床。依次導入桿O₁A、套筒、桿O₂B、刨頭CD,分別添加配合約束,調整其相對位置后結果如圖3.5所示。

圖3.5  牛頭刨床裝配體

注:在Solidworks Motion中,運動副是建立在裝配關系約束的基礎上的。因此,正確選擇裝配約束,是運動仿真成功的重要一步。

四、仿真求解

4.1 新建運動算例

在裝配體界面,將“SolidWorks Motion”插件載入,選擇布局選項卡中的【運動算例1】,在Motion Manager 工具欄中【算例類型】下拉列表中選擇【Motion分析】,如圖4.1所示

圖4.1 新建運動算例

4.2 添加馬達

單擊“馬達”按鈕,彈出【馬達】屬性管理器,選擇桿O₁A圓孔為馬達運動方向,大小設置為19.1RPM(已知O₁A=2rad/s=19.1RPM),設置參數如圖4.2所示:

圖4.2 曲柄馬達參數設置

4.3 仿真求解

1)單擊“運動算例屬性”按鈕,設置每秒幀數為40。

2)拖動仿真時間長度為3秒,如圖4.3所示

圖4.3 設置幀數及仿真時間

3)單擊計算按鈕,對牛頭刨床進行仿真求解。

五、仿真結果分析及討論

5.1仿真結果

單擊“結果和圖解”按鈕,進行如圖5.1所示參數設置,分別選擇位移、速度、加速度。生成位移、速度、加速度圖解,如圖5.2-5.4所示。

圖5.1 結果處理參數設置

圖5.2 刨頭位移曲線

圖5.3 刨頭速度曲線

圖5.4 刨頭加速度曲線

5.2結果對比分析

1)分析結果與理論值對比

該問題解析解為:

從Solidworks Motion仿真得到的仿真解為:

兩者一致?？梢钥闯?/span>SolidWorks Motion在運動學分析中的求解結果準確度非常高。

2)計算機構的行程速度比系數K

在該機構中,曲柄O₁A的轉速為w=2 rad/s,因此刨頭的運動周期T=2pi/w=3.14。由圖5.2可知,1.88s刨頭向右運動到右側極限位置,2.82s到達左側極限位置。因此該機構回程時間為2.82-1.88=0.94s,工作行程時間為3.14-0.94=2.2s。機構的行程速度比系數為:

K=2.2/0.94=2.34

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