一、背景概述

凸輪機(jī)構(gòu)最大的有點(diǎn)就是：只要適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)出凸輪的輪廓曲線，就可以使推桿得到各種預(yù)期的運(yùn)動規(guī)律，而且機(jī)構(gòu)簡單緊湊。基于凸輪的上述有點(diǎn)，凸輪機(jī)構(gòu)被廣泛的應(yīng)用。然而使用傳統(tǒng)的方法計(jì)算凸輪的輪廓費(fèi)時費(fèi)力。那么如何快速并且精確的得到凸輪的輪廓呢？我們可以借助SOLIDWORKS Motion來幫助我們快速完成凸輪的設(shè)計(jì)。

SOLIDWORKS Motion是一個虛擬原型機(jī)仿真工具，借助在工業(yè)動態(tài)仿真分析軟件領(lǐng)域占主導(dǎo)地位達(dá)25年之久的ADAMS的強(qiáng)力支持，SOLIDWORKS Motion能夠幫助設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)前期判斷設(shè)計(jì)是否能達(dá)到預(yù)期目標(biāo)

本文以SOLIDWORKS2015作為平臺，使用SOLIDWORKS Motion完成凸輪的設(shè)計(jì)。

二、凸輪設(shè)計(jì)

1.凸輪設(shè)計(jì)的模型準(zhǔn)備

使用SOLIDWORKS完成如下圖所示裝配體的建模，并添加恰當(dāng)?shù)呐浜稀?建模過程省略)

圖1

2.從動件運(yùn)動數(shù)據(jù)點(diǎn)的準(zhǔn)備

新建一個excel，并按下圖填入數(shù)據(jù)。并將其另存為CSV格式。

圖2

3.運(yùn)動條件分析

該機(jī)構(gòu)中凸輪為其核心零件，但是現(xiàn)在它的設(shè)計(jì)還沒有完成?，F(xiàn)在已知從動件需要按照圖2所示的數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行運(yùn)動，循環(huán)時間為3秒。將數(shù)據(jù)點(diǎn)用圖表表示如下圖3所示。

圖3

4.運(yùn)動分析邊界條件設(shè)定

1.啟動SOLIDWORKS Motion插件

如圖4通過選項(xiàng)——>插件——>勾選SOLIDWORKS Motion或者工具——>插件——>勾選SOLIDWORKS  Motion啟動運(yùn)動仿真分析

如圖5切換到Motion study視圖，并將分析模式切換到Motion分析。

在視項(xiàng)和相機(jī)視圖中右鍵并單擊禁用觀閱鍵碼播放。

圖4

2.我們已知從動件的運(yùn)動需要符合數(shù)據(jù)點(diǎn)的規(guī)律。為了能滿足此要求，我們需要設(shè)置一個線性馬達(dá)來驅(qū)動從動件。如圖6馬達(dá)的位置選擇從動件的頂面，方向向下，運(yùn)動的模式切換到數(shù)據(jù)點(diǎn)模式以打開函數(shù)編制程序?qū)υ捒?。在此對話框中設(shè)置值為位移，自變量為時間，插值類型選擇Akima樣條曲線。接著點(diǎn)擊輸入數(shù)據(jù)，找到我們在第3步創(chuàng)建的EXCEL表格并打開。在函數(shù)編制對話框中確定，在馬達(dá)編輯中確定。

圖5

圖6

3.由于從動件的運(yùn)動周期是3秒，為了保持同步。拖動時間欄的關(guān)鍵幀到3秒，將仿真的周期設(shè)置為3秒，如圖7。

圖7

4.給凸輪添加旋轉(zhuǎn)馬達(dá)，使凸輪在從動件的一個運(yùn)動周期中旋轉(zhuǎn)一圈。如圖8，旋轉(zhuǎn)馬達(dá)的位置選擇傳動軸的邊線。運(yùn)動類型設(shè)置為等速，每分鐘20圈，確定。

圖8

5.添加重力，如圖9，方向沿Y軸負(fù)方向。

圖9

圖10

6.設(shè)置運(yùn)動算例屬性

為了使獲取的凸輪的輪廓精度更高，我們需要提高每秒幀數(shù)到100，并選擇精確接觸。如圖10。

7.如圖11，單擊計(jì)算，運(yùn)行運(yùn)動仿真。

此時我們會看到預(yù)期的運(yùn)動，凸輪轉(zhuǎn)動一圈，從動件同時完成一個周期的運(yùn)動。

圖11

5.獲取凸輪輪廓

為了獲取凸輪的輪廓，我們只需找到從動件上與凸輪接觸的一點(diǎn)相對于凸輪的跟蹤路徑。此跟蹤路徑即為凸輪的輪廓。

如圖12和13，14所示，單擊結(jié)果和圖解，選擇位移/速度/加速度——>跟蹤路徑。在要測量的實(shí)體中選擇從動件的頂點(diǎn)及凸輪的圓柱面。確定之后即獲得一個跟蹤路徑，此路徑即為凸輪的輪廓。

圖12

圖13

圖14

6.將跟蹤路徑轉(zhuǎn)化為曲線輸入到凸輪中。

我們現(xiàn)在已經(jīng)生成了從動件頂點(diǎn)相對于凸輪的跟蹤路徑，并且也知道這個跟蹤路徑即為凸輪的輪廓。為了在凸輪中使用這個跟蹤路徑，我們需要將其轉(zhuǎn)化為曲線并輸入到凸輪中。

如圖15，在結(jié)果圖解1上右鍵——>從跟蹤路徑生成曲線——>在參考零件中從路徑生成曲線。

圖15

打開凸輪，在設(shè)計(jì)樹中將有一個曲線，在前視基準(zhǔn)面上繪制草圖，并用轉(zhuǎn)換實(shí)體引用命令，將此曲線引用，接著對草圖進(jìn)行拉伸。如圖16

圖16

切換到裝配體中，重建模型。這是凸輪的設(shè)計(jì)已經(jīng)完成了。接下來需要驗(yàn)證凸輪的輪廓是否正確。

7.驗(yàn)證凸輪機(jī)構(gòu)

凸輪的輪廓已經(jīng)設(shè)計(jì)完成，接下來我們要驗(yàn)證其是否正確。在當(dāng)前的仿真中，從動件是依靠線性馬達(dá)驅(qū)動的。在實(shí)際凸輪機(jī)構(gòu)中應(yīng)當(dāng)是依靠凸輪的輪廓保證從動件的運(yùn)動。因此在驗(yàn)證的時候我們需要將加在從動件上的線性馬達(dá)去掉，并在從動件和凸輪之間添加接觸。

將時間調(diào)整到0秒的位置，壓縮線性馬達(dá)，如圖17。在從動件和凸輪之間添加接觸。如圖18。

圖17

圖18

再次運(yùn)行計(jì)算。我們發(fā)現(xiàn)從動件基本按照預(yù)期進(jìn)行運(yùn)動，但是在如圖19的地方發(fā)生了跳躍，這是因?yàn)閺膭蛹挥性谥亓Φ淖饔孟卤ＷC和凸輪的接觸。在實(shí)際凸輪機(jī)構(gòu)中，從動件上會受到向下的壓力，因此我們可以忽略這一點(diǎn)。

圖19

三、查看從動件在Y方向上的線性位移

如圖20，點(diǎn)擊圖解，選擇位移/速度/加速度——>線性位移——>Y分量。選擇從動件的一個面，確定。其在Y方向的線性位移如圖21.

圖20

圖21

對比圖3與圖21，我們不難看出，從動件是符合我們所規(guī)定的運(yùn)動規(guī)律的。說明凸輪輪廓的設(shè)計(jì)是合乎設(shè)計(jì)要求的。

四、結(jié)束語

本文利用SOLIDWORKS Motion運(yùn)動仿真功能來完成凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動仿真，從而快速直觀的獲得凸輪輪廓?？梢源蟠蟮慕档脱邪l(fā)成本，得到很好的使用效果。