按給定運動軌跡反求凸輪輪廓機構(gòu)

1、第7章 按給定運動軌跡反求凸輪輪廓機構(gòu)按給定運動軌跡反求零件模型，是機構(gòu)設(shè)計的一種常用方法，采用SolidWorks完成設(shè)計，相對于傳統(tǒng)計算方法，簡單實用，并且可以模擬再現(xiàn)軌跡的實現(xiàn)。本章以應(yīng)用廣泛的凸輪連桿組合機構(gòu)為例，根據(jù)連桿一端點預(yù)定軌跡，利用反求法得到凸輪的理論廓線及實際輪 廓，并通過運動仿真驗證了凸輪連桿組合機構(gòu)的實際運動軌跡與預(yù)定軌跡相符。7.1工作原理凸輪連桿組合機構(gòu)簡圖如圖7.1所示，凸輪1固定，原動件曲柄 2勻速轉(zhuǎn)動，帶動連桿3運動，此時固定凸輪約束著與連桿端點B通過鉸鏈結(jié)合的滾子 4，使連桿的端點C沿著給定的運動軌跡5運動，從而達到該機構(gòu)的工作要求。設(shè)計參數(shù)：預(yù)定軌跡：長為

2、 400mm，寬為300mm的長方形，經(jīng)半徑 R=100mm的邊角倒圓；各桿 長度：lOA=150mm, l AB =80mm, lAC =150mm ; Z BAC=120 °，滾子半徑 Rg =10mm，曲柄OA 轉(zhuǎn)速 n=60r/min。圖7.1凸輪連桿組合機構(gòu)簡圖7.2零件造型啟動SolidWorks2012，選擇【文件】/【新建】/【零件】命令，創(chuàng)建新的零件文件。選擇【插入】/【草圖繪制】命令，選擇一基準面為草繪平面。根據(jù)圖7.27.5所示，分別繪制機架、曲柄、連桿和滾子的輪廓草圖。然后選擇【插入】/【凸臺/基體】/【拉伸】命令，分別以距離 10mm拉伸機架、曲柄和連桿輪廓

3、草圖分別得到其實體零件。選擇【插入】/【凸臺/基體】/【旋轉(zhuǎn)】命令，以滾子軸線為旋轉(zhuǎn)軸，以360°為旋轉(zhuǎn)角度，旋轉(zhuǎn)后得到滾子實體零件。零件的材質(zhì)均設(shè)置為“普通碳鋼”，分別以文件名“機架”、“曲柄”、“連桿”和“滾子”保存。草圖圖7.3曲柄圖7.4連桿草圖i1-gL 8+IQ圖7.5滾子草/【參考幾何體】為了滿足裝配時的“路徑配合”要求，在連桿零件圖中，選擇【插入】/【點】命令，在圖7.1所示連桿中的端點 C處創(chuàng)建一個參考點。如圖 7.6所示，在彈出的屬 性管理器【選擇】欄中，點擊【圓弧中心】按鈕然后點擊【參考實體】按鈕 冋，在視圖區(qū)選擇連桿C端的圓孔邊線，點擊確定按鈕刃，完成連桿參考

4、點的創(chuàng)建。圖7.6連桿參考點的創(chuàng)建7.3裝配7.7所示,選擇【文件】/【新建】/【裝配體】命令，建立一個新裝配體文件。將機架和曲柄添加 進來，右鍵把機架設(shè)為固定零部件，添加曲柄與機架轉(zhuǎn)動處的同軸心配合，如圖其端面添加重合配合，如圖7.8所示。圖7.7曲柄與機架的同軸心配合面圖7.8曲柄與機架的重合配合面將連桿添加進來，在圖7.1所示連桿的A端與曲柄轉(zhuǎn)動處添加同軸心配合，如圖7.9所示，其端面添加重合配合，如圖7.10所示。合面選擇【插入】/【草圖繪制】命令，選擇機架上表面為草繪基準面，根據(jù)圖7.11所示繪制預(yù)定軌跡草圖，完成后退出草圖繪制界面。單擊【視圖】，選擇【點】按鈕區(qū)2,將連桿的參考點在

5、視圖區(qū)中顯示出來。選擇【插入】/【配合】/【高級配合】，點擊匡一按鈕，如圖7.12所示，在【配合選擇】欄中的“零 部件頂點”欄中選擇連桿的參考點（注意連桿的參考點必須在預(yù)定軌跡的平面上）；在“路徑選擇”欄中，點擊下方的 匡氐畑林"卿.按鈕,在彈出的選擇框內(nèi)點擊 【選擇組】按鈕， 然后在視圖區(qū)用鼠標點擊預(yù)定軌跡的所有曲線，點擊選擇框內(nèi)確定按鈕卜I，完成配合路徑的選取，其他設(shè)置保持系統(tǒng)默認不變，最后在配合管理器中點擊確定按鈕卜"I，完成路徑配合的添加。圖7.11預(yù)定軌跡草圖圖7.12路徑配合參數(shù)設(shè)置7.4仿真在裝配體界面，將"SolidWorks Motion ”插件

6、載入，單擊布局選項卡中的【運動算例1】,在MotionManager工具欄中的【算例類型】下拉列表中選擇"Motion分析”。7.4.1反求凸輪輪廓1. 添加馬達單擊MotionManager工具欄中的【馬達】按鈕 ，為曲柄添加一逆時針等速旋轉(zhuǎn)馬達，如圖7.13所示，凸輪轉(zhuǎn)速n=60 RPM=360 °s，馬達位置為曲柄旋轉(zhuǎn)處的軸孔，如圖7.14所示圖7.13曲柄馬達參數(shù)設(shè)置圖7.14曲柄馬達位置2. 仿真參數(shù)設(shè)置在MotionManager界面中將時間的長度拉到1秒，單擊工具欄上的 【運動算例屬性】 按鈕畫，在彈出的屬性管理器【Motion分析】欄內(nèi)將每秒幀數(shù)設(shè)為100，

7、其余參數(shù)采用默認設(shè)置。3. 創(chuàng)建凸輪理論廓線單擊MotionManager工具欄上的【計算】按鈕 超，進行仿真求解。待仿真自動計算完 畢后，單擊工具欄上的【結(jié)果和圖解】按鈕 GI,在彈出的屬性管理器中進行如圖7.15所示的參數(shù)設(shè)置，其中冗:右側(cè)顯示欄里的邊線為圖7.1所示連桿B端的圓孔邊線。單擊【確定】按鈕影，生成連桿的跟蹤軌跡，如圖7.16所示。圖7.15連桿B端跟蹤路徑參數(shù)設(shè)置圖7.16連桿B端跟蹤圖7.13曲柄馬達參數(shù)設(shè)置圖7.14曲柄馬達位置圖7.13曲柄馬達參數(shù)設(shè)置圖7.14曲柄馬達位置軌跡在MotionManager設(shè)計樹中，展開【結(jié)果】選項，右擊“跟蹤路徑圖解”，選擇【從跟 蹤路

8、徑生成曲線】/【從路徑生成曲線】，如圖7.17所示，創(chuàng)建凸輪理論廓線。完成后在FeatureMa nager設(shè)計樹中將多出2八燄。右鍵將“跟蹤路徑圖解1”隱藏起來，然后單擊【視圖】，選擇【曲線】按鈕監(jiān)"，將創(chuàng)建的曲線在視圖區(qū)中顯示出來。圖7.13曲柄馬達參數(shù)設(shè)置圖7.14曲柄馬達位置圖7.13曲柄馬達參數(shù)設(shè)置圖7.14曲柄馬達位置目定婕.中'HlI* S匕旳裝配滋臥認嗽認_ $楓向艮*目機規(guī)圖”蚓光詛、Firn與布卡-辱固定機架灶”略tr）莊炳:L> *嗨W連桿3 ®ti-創(chuàng)結(jié)穽何I滋啤灑緒圖7.17曲線接觸時擺桿角速度曲線4. 創(chuàng)建凸輪實際輪廓選擇【插入】/

9、【草圖繪制】命令，選擇機架上表面為草繪基準面，在草圖工具欄中點擊【等距實體】按鈕 丿。如圖7.18所示，在彈出窗口中將【雙向】復(fù)選框選上，在距離欄中輸入滾子半徑 10mm，然后點擊剛創(chuàng)建的凸輪理論廓線，點擊確定按鈕kt，完成等距實體的添加，得到凸輪實際輪廓草圖如圖7.19所示。PropertvHanager 用等距實體?圖7.18等距凸輪理論廓線參數(shù)設(shè)置圖7.19凸輪實際輪廓草圖退出草圖后，選擇【插入】/【裝配體特征】/【切除】/【拉伸】命令。如圖 7.20所示,在彈出的屬性管理器 【距離】欄輸入8mm，選擇凸輪實際輪廓草圖為拉伸切除草圖，按“給定深度”對機架進行拉伸切除，創(chuàng)建凸輪實際輪廓如圖

10、7.21所示。圖7.20機架切除拉伸參數(shù)設(shè)置圖7.21凸輪實際輪廓7.4.2 驗證運動軌跡1. 添加滾子將滾子添加進來，將凸輪底面與滾子大端外表面添加重合配合，如圖7.22所示。將圖7.1所示連桿的B端與滾子的轉(zhuǎn)動軸添加同軸心配合，如圖7.23所示。圖7.22凸輪與滾子的重合配合面圖7.23連桿與滾子的同軸心配合面2. 添加曲線接觸首先右鍵將前面添加的“路徑配合”刪除，此時用鼠標拖動連桿運動，可見連桿不再受到預(yù)定軌跡的約束。然后再單擊MotionManager工具欄上的【接觸】按鈕目，如圖7.24所示，在彈出的屬性管理器中【接觸類型】欄內(nèi)選擇“曲線接觸”.芥心匸，在【選擇】欄內(nèi)選取凸輪底面的一

11、實際輪廓線為“第一接觸曲線”，選取滾子大端外表面輪廓線為“第二 接觸曲線”，如圖7.25所示。將“曲線始終接觸”復(fù)選框選上，在【材料】欄內(nèi)兩“材料名稱”下拉列表中均選擇Steel(Greasy)，其余參數(shù)采用默認設(shè)置，點擊確定按鈕3，完成曲線接觸的添加。圖7.24曲線接觸參數(shù)設(shè)置圖7.25凸輪與滾子的接觸曲仿真分析單擊【計算】按鈕將，進行仿真求解。待仿真自動計算完畢后，單擊工具欄上的【結(jié)果和圖解】按鈕二，在彈出的屬性管理器中進行如圖7.26所示的參數(shù)設(shè)置，其中示.右側(cè)顯示欄里的邊線為圖7.1所示連桿C端的圓孔邊線。單擊【確定】按鈕生成連桿的跟蹤軌跡，如圖7.27所示。圖7.26連桿C端跟蹤路徑參數(shù)設(shè)置圖7.27連桿C端跟蹤軌跡由圖7.27可見，跟蹤的運動軌跡與預(yù)訂運動軌跡完全重合，充分驗證了在運動性能方面，按給定運動軌跡反求凸輪的理論廓線及實際輪廓的可靠性。單擊工具欄上的【結(jié)果和圖解】按鈕，在彈出的屬性管理器中進行如圖7.28所示的參數(shù)設(shè)置，其中漁（右側(cè)顯示欄里的面為連桿上的任意一個面。單擊【確定】按鈕,生成連桿的角加速度圖解，如圖7.29所示。肓卡往需害二強圈B班343D11