AUTOCAD在平面机构运动分析中的应用

冯　方　易建刚

(1.绍兴文理学院　元培学院，浙江　绍兴312000；2.绍兴华裕纺机有限公司，浙江　绍兴312000)



AUTOCAD在平面机构运动分析中的应用

冯方1易建刚2

(1.绍兴文理学院元培学院，浙江绍兴312000；2.绍兴华裕纺机有限公司，浙江绍兴312000)

摘要：通过AUTOCAD软件绘制机构简图，利用强大的作图功能求解机构的构件尺寸，采用矢量图解法绘制构件的位置轨迹、速度轨迹和加速度轨迹.

关键词：AUTOCAD；机构；构件

新产品的设计开发之前，设计人员往往需要对新产品进行设计规划，绘制新产品的机构简图，并分析零部件之间的相互关系以及相互运动情况.高等学校机械类机械原理课程的一个重点就是机构简图的绘制及运动分析.而在教材中对于机构运动分析，我们往往采用解析法和手工图解法分析，这在一定程度上增加了学生的计算工作量，并且采用解析法分析运动轨迹容易发生计算错误，而采用手工图解法容易出现误差.因此可以利用AUTOCAD软件强大的绘图功能，将手工图解法改成计算机绘图图解法进行机构运动分析.

1基本原理及步骤

利用AUTOCAD进行机构运动分析时，首先根据已知条件绘制机构简图，分析其中的几何关系，测量出各构件的具体尺寸，然后用矢量图解法将求得的构件尺寸进行分步绘制，求出某一具体位置的运动情况.这样就得到了一系列数据点，最后将这些数据点拟合起来，就大致可以了解机构的运动情况.虽然这种方法和手工作图类似，但由于采用了计算机绘图，能很精确地测量数据点的位置和速度.

2具体创建过程

下面就以压床机构(图1)为例，说明如何构建机构简图，分析其运动特性.压床主要是由六杆机构ABCDEF的冲头(滑块)向下运动来冲压机械零件的.曲柄AB通过连杆、摇杆带动滑块克服阻力冲压零件.已知：

2.1绘制机构简图

由图解法可得图2，已知构件的下极限角和上

极限角分别为60°、120°.连接直线DE,DE′，可得∠EDE′=60°.因为EF∥E′F′，EE′、FF′都与水平面垂直，所以四边形EFE′F′为平行四边形，得FF′=EE′=H=150 mm，又因为△DEE′为等边三角形，所以DE=E′F′=150 mm.因为CE/DC=1/2,EF/DE=1/4，所以EF=37.5 mm.由CE/DE=1/3，得CE=50 mm,CD=100 mm.当AB，BC两次共线的时候，滑块F分别达到最高点和最低点.由图中量得AB=49.29 mm，BC=223.18 mm.

2.2位移分析

从图2可以测量出滑块最高点F和最低点F′时曲柄AB角度为98°和282°.将曲柄AB的圆周运动分成12等分，每次转过30°测量此时滑块的位置.设置曲柄AB在0°时滑块的位置为原点，绘制12个位置时的机构简图以及最高点和最低点的机构简图.图3为曲柄AB在60°时的机构简图.用标注尺寸的方法测量出滑块在上述位置时的位移量，将其统计起来绘制滑块位移曲线图(图4).曲柄AB在不同角度时滑块的位移值见表1.可以利用一系列辅助圆帮助完成机构简图的绘制.

表1曲柄在不同角度时滑块的位移与速度

角度(°)位移/mm速度/(mm·min-1)00.0071.473041.1082.066080.9065.1590103.4015.7198104.400.00120101.60-37.3415070.03-61.1218034.22-73.29210-3.60-67.04240-32.02-39.24270-43.83-9.79282-45.600.00300-43.3813.62330-29.3241.00

2.3速度分析

从图2可以看出，滑块最低点和最高点时B点速度为0，角度为98°和282°.在上述12等分的基础上测量F点的速度，采用矢量方程图解法，利用理论力学中的运动合成原理求解F点的速度.由转速n为60 r/min知道B点的速度为

VB=R×ω=R×2πn/60=2πR，

为了方便绘制，设置速度的比例2π，则VB的大小就是杆AB的长度.下面以角度60°时F点速度的求解作一阐述.为了方便图形的解读，将机构简图中的杆改成虚线，速度矢量用实线表示(图5).根据矢量方程图解法知道，VC=VB+VCB，在C点作VB速度矢量的平移，在VB速度矢量的尾端作VCB速度矢量使之垂直于CB杆，因为VC的速度方向垂直于CD杆，故过C点作CD杆的垂线，同VCB速度矢量线相交，即得VC的速度大小.同理可以得到VE的速度大小和VF的速度大小，用尺寸标注的形式得到VF的速度大小为65.15，同理得到其他各点的速度大小值，绘制速度曲线图，见表1和图6(实际最后的速度需要乘2π).

3结论

通过AUTOCAD软件分析机构的运动情况时，借用已经绘制的图形可以很方便地得到机构中某一构件较为精确的速度和位移数据，这是手工绘图无法比拟的.我们也可以采用同样的方法分析构件的加速度.所以不管是企业工程设计人员还是高等院校的学生，在进行机构运动分析时，借助AUTOCAD软件的绘图工具提高分析机构运动的能力，显然是一种比较好的方法和手段.

参考文献:

[1]冯方.利用AUTOCAD处理直线度误差[J].绍兴文理学院学报,2011(8)：66-68.

[2]哈尔滨工业大学理论力学教研室.理论力学[M].北京：高等教育出版社,2008：196-209.

(责任编辑鲁越青)

AUTOCAD application in motion analysis of the plane mechanism

Fang Feng1Yi Jiangang2

(1. Yuanpei College，Shaoxing University, Shaoxing Zhejiang 312000；2. Shaoxing huayu textile machinery, Shaoxing Zhejiang 312000)

Abstract：Draw the Schematic diagram of mechanism by AUTOCAD software, solve link size of the mechanism by using powerful mapping function, draw the tracks of position velocity and acceleration by using vector Method.

Key words：AUTOCAD；mechanism；link

收稿日期：2015-09-22基金项目：浙江省实验室工作研究资助项目“基于计算机绘图软件的实验数据处理技术研究与实践”(YB201446 )

作者简介：冯方(1974-)，男，浙江绍兴人，副教授，研究方向：机械设计.

doi：10.16169/j.issn.1008-293x.k.2016.07.10

中图分类号：TH12

文献标志码：A

文章编号：1008-293X(2016)07-0051-03