基于SolidWorks Motion运动仿真跟踪路径的应用*

姜岳健

(巴陵石化广播电视大学, 湖南 岳阳 414003)

基于SolidWorks Motion运动仿真跟踪路径的应用*

姜岳健

(巴陵石化广播电视大学, 湖南 岳阳 414003)

通过SolidWorks Motion运动仿真工具对未定义凸轮机构从动件进行基于“时间/位移”系列数据点运动的反向驱动操作，生成跟踪路径，最终生成盘形凸轮轮廓曲线。并对新生成的凸轮机构进行实际运动仿真，验证了凸轮模型的准确性。

SolidWorks Motion；凸轮机构；跟踪路径

0 引 言

SolidWorks是当今三维CAD软件的代表，具有强大的基于特征的参数化实体建模、装配设计、工程图设计、装配动画、运动仿真和有限元分析等功能。SolidWorks Motion是SolidWorks自带的虚拟原型机仿真工具插件，能够利用计算机对设计装配好的机构进行运动学和动力学状态的仿真模拟，分析机构中相对运动零件的位移、速度、加速度、作用力、反作用力和力矩、动量、能量等参数并根据需要生成相应图解结果。“跟踪路径”作为“位移/速度/加速度”图解结果中的子类别，可图形化显示运动零件某点跟随其它参考零部件运动的路径，且“跟踪路径”还具有被复制到参考零件文件特征中生成二维轮廓曲线的功能[1]。利用此功能可生成一些表面轮廓复杂、“草图”工具难以创建的模型。笔者以“凸轮机构”为例研究了如何在SolidWorksMotion中建立凸轮机构模拟运动分析，生成凸轮运动跟踪路径从而创建盘型凸轮曲线轮廓、最终得到精确盘形凸轮实体模型的方法。

1 SolidWorks中凸轮机构的建立

凸轮机构由凸轮、从动件和机架组成，凸轮作为主动件作连续等速转动或移动；从动件按预定规律作往复移动或摆动；机架是安装各机构的基体[2]。

在SolidWorks中分别创建机架、尖顶从动件、未定义凸轮(用带有轴孔的圆柱轮临时替代)、凸轮轴、轴承基体五个零件。新建装配体，插入五个零件，调整好零件之间的空间位置关系。由于除机架、轴承基体外，其它零件都是运动部件，因此将机架、轴承基体设为“固定零件”，其它均设为“浮动零件”。

对相互连接的零件建立正确“配合”以约束零件的相对运动。如在轴承基体与凸轮轴建立“铰链配合”等。最后建立的凸轮机构如图1所示。

图1 凸轮机构

2 运动仿真生成凸轮轮廓曲线

利用凸轮廓线设计方法的反转法原理，即在设计凸轮廓线时，当凸轮和从动件的运动规律一定时，从动件相对凸轮作反转运动，同时又在其导轨内作预期的导轨运动；凸轮旋转一周，从动件尖顶点作复合运动运行的轨迹就是凸轮廓线[3]。从动件的往复运动规律可调用如Excel图1所示的系列“时间/位移”数据点表示，从图1可知从动件运动周期时间为3 s。

图1 从动件“时间/位移”数据表

2.1 设置运动参数

新建“运动算例”，进入“Motion分析”，在凸轮轴的圆柱面上定义驱动凸轮的匀速“旋转马达”，角速度为20 r/min。在从动件的顶部面上定义驱动从动件的“线性马达”，由于SolidWorksMotion可以基于表格数据或输入STEP等函数的方式创建运动轨迹，因此选择“数据点”导入图1中CSV文件，选择“插值类型”，通过自带的样条函数自动实现曲线拟合，来定义从动件运动规律。在从动件竖向方向添加“引力”，设置算例时间为3 s，模型仿真时，各运动部件刚好完成一个周期的运动。

2.2 生成用于定义凸轮廓的跟踪路径

在“结果和图解”中，定义子类型为“跟踪路径”，选择跟踪点为从动件的尖顶点，未定义凸轮圆柱面为参考零部件。运行算例仿真，得到如图2所示的定义凸轮廓的跟踪路径。

图2 跟踪路径 图3 凸轮实体模型

2.3 建立盘形凸轮实体模型

凸轮廓的跟踪路径可复制到参考零部件中，打开未定义凸轮零件，曲线已作为一个新的特征插入到零件中，由于曲线特征并不是实体轮廓曲线，须通过在Front基准面上新建草图，应用“转换实体引用”命令将曲线和未定义凸轮的圆柱外侧边线投影到草图平面，选“拉伸凸台/基体”命令最终生成盘形凸轮实体模型，如图3所示。

3 凸轮实体模型的验证

对更新的凸轮机构进行实际运动仿真分析，在从动件与凸轮间添加“实体接触”，赋予“Steel (Greasy)”材质，移去从动件前面所加的驱动马达，运行仿真，生成从动件竖直位移的图解，如图4所示。对比图1从动件住复运动“时间/位移”数据点所生成的Excel图表，如图5所示，两个图解有相同的形状和幅值，这表明生成的凸轮实体模型是非常精确的。

图4 生成的图解 图 5 Excel图表

4 结 语

在凸轮机构从动件运动规律确定的条件下，通过一个运动周期的系列位移离散数据点，在SolidWorksMotion形成所需的运动来驱动从动件，利用反向的操作，由从动件的运动来生成凸轮轮廓跟踪路径，进而生成精确的凸轮实体模型是高效可行的。

[1] 陈超祥，胡其登.SolidWorks Motion运动仿真[M].北京:机械工业出版社,2013.

[2] 赵兴洲.应用机械基础[M].北京:电力出版社,2004.

[3] 成大先.机械设计手册[M].北京:化学工业出版社,2010.

Application of Tracking Path of Motion Simulation Based on SolidWorks

JIANG Yue-Jian

(BalingPetrochmicalRadioandTelevisionUniversity,YueyangHunan414003)

The reverse drive operation of series data point motion of the "time / displacement" for undefined follower cam mechanism is made through SolidWorks Motion simulation . The tracking path is generated, eventually curve outline of disc cam is got. The actual motion simulationn is done for new cam mechanism and verify the accuracy of the cam model.

SolidWorks Motion；cam mechanism ；tracking path

2014-01-24

姜岳健(1970-)，男,湖南岳阳人，讲师，主要从事 CAD/CAM、计算机培训和研究工作。

TH132.47

A

1007-4414(2014)02-0187-02