一新型機電限位機構的仿真分析

1、一新型機電限位機構的仿真分析         大型光電跟蹤測量設備在現(xiàn)代化靶場中是獲取外彈道數(shù)據(jù)和飛行狀態(tài)的最基本的測量手段之一，主要是采用地平式兩軸結構跟蹤架，水平軸和鏡筒安裝在垂直軸上，通過水平軸和垂直軸的轉動來實現(xiàn)0-80°。半球面范圍的目標跟蹤和軌跡測量。傳統(tǒng)的光電跟蹤測量設備中，為保護鏡筒，水平軸安裝有液壓限位機構，而垂直軸可以連續(xù)旋轉，沒有限位機構。在某一大型光電跟蹤測量設備中，根據(jù)系統(tǒng)的使用要求，為了保護信號電纜導線不被破壞，研制了一機電式限位機構，此限位機構能夠實現(xiàn)垂直軸系第一次能夠通過回轉零點，而

2、第二次被限位，實現(xiàn)了700°.的轉動范圍內垂直軸系的自由旋轉。        限位機構的安裝位置和性能要求決定了其結構比較復雜，盡管設計人員在設計中已經過仔細的分析和反復推敲，但對于機構工作的可靠性，設計、加工裝調帶來的誤差大小以及是否會出現(xiàn)設計階段來預料到的問題等仍然沒有十分把握，另外限位過程中碰撞對相關零件的影響也是無法估測的，接傳統(tǒng)方法只有等樣機試制出來，通過破壞性實驗來獲得 。若利用CAD/CAE 軟件對該限位機構進行運動仿真和有限元分析，檢查限位過程中限位機構中零件間的干涉情況，觀察相關零件和機構關鍵部位的變形和應

3、力圖，就可以使設計人員在設備加工前對機構中潛在的問題進行改進和優(yōu)化。1 限位機構的結構和工作原理    限位機構主要有移動座、緩沖彈簧、滑動撞塊、V 形擋塊、固定座、擋塊定位組件等組成，如圖1 示。        移動座安裝在轉臺上，大小彈簧安裝在移動座的兩個移動撞塊之間，隨轉臺一起轉動，固定座和V 形擋塊固定在基座上;垂直輸系可以通過限位零點(第一次)， V 形擋塊的右擋角翹起;當垂直輸系旋轉第二周到達限位零點時與V 型擋塊碰撞，進行限位，垂直軸系最大可以連續(xù)旋轉700°。機構的設計

4、主要是對緩沖彈簧和V 型擋塊的設計，機構具體工作原理和設計理念，限于篇幅，將在另外的文章中做詳細介紹。2 限位機構的運動仿真        根據(jù)機構的設計圖紙利用UG 中Modeling 模塊進行建模，利用 Assembly 模塊根據(jù)零件間的位置關系進行裝配，限位機構的三維模型如圖2 示。    利用UG 進行運動仿真主要有兩種途徑叫:    (1)直接利用UG 的機構運動模塊 Mechanism 對機構進行運動仿真。    (2) 通過修改裝配

5、(或零件)參數(shù)或重新定位零件進行運動仿真。    在這個運動仿真中，移動組件隨轉臺一起轉動，轉臺內部的結構比較復雜，利用第一種方法進行運動仿真，會使仿真變的比較煩瑣，并且主要考慮的是V 型擋塊和移動組件間在限位過程的相互位置關系，要觀察他們之間的子涉情況，因此利用第二種方法通過修改裝配參數(shù)來進行運動仿真。在這個運動仿真中，修改滑動撞塊和V 型擋塊之間的距離，重新定位滑動撞塊來進行運動仿真。通過運動仿真主要發(fā)現(xiàn)有以下幾個問題:    (1)在限位過程中，滑動撞塊與V 型擋塊要進行碰撞，碰撞時他們之間的相互位置圖如圖3 示。從圖中可以看出

6、碰撞時撞偏了，對于大型光電設備，轉動慣量很大，這樣碰撞不但不能進行緩沖限位，還會對限位機構造成破壞;        (2) 在垂直軸第一次通過限位零點和第二次緩沖限位過程中， V 型擋塊要與移動座發(fā)生嚴重的干涉;        (3) 在轉動過程中，固定座外面的護蓋要與轉臺發(fā)生干涉。通過對以上運動仿真中出現(xiàn)的問題進行分析， (1) ， (2)兩點主要是由V 型擋塊的位置與滑動撞塊不協(xié)調引起的，只要適當?shù)难鼗膹较蛳蛲庖苿覸 型擋塊使之達到滑動撞塊的位置，就能解決這兩個問題。因此在固定座和基座之間添加了一個10mm 厚的弧形墊板，此時進行運動仿真，除了V型擋塊和移動座內壁有輕微的干涉外，其他部位都能順利通過。這樣即使在實際加工裝配后由于誤差引起干涉，可以調節(jié)V