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预定轨迹反求凸轮轮廓
阿钢avckkrh3m1
>《宋博士的博客》
2022.12.14 重庆
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在机械设计中,常会涉及到预定轨迹运动的设计。一般来说常用的方法有:
1.
联动凸轮组合机构。
2.
凸轮
-
连杆机构。
3.
曲柄摇杆机构。
其中凸轮
-
连杆机构应用广泛,通过合理的组合可以实现多种复杂预定的运动规律和运动轨迹。但设计凸轮轮廓计算复杂,让人望而却步。本文介绍一种简单的凸轮
-
连杆机构的设计方法,基于
Solidworks Motion
的轨迹追踪。利用反求法得到凸轮的理论轮廓线及实际轮廓线,并通过仿真验证凸轮连杆组合机构的实际运动轨迹。
此外本文还介绍了
Solidworks
中路径追踪、根据曲线生成草图、沿路径配合、套合样条曲线和复杂轮廓的接触设置等重要功能的实际应用。
一、问题描述
凸轮
-
连杆组合机构简图如图
1.1
所示,凸轮
1
固定,原动件曲柄
2
均匀转动,带动连杆
2
运动,此时固定凸轮约束着与连杆端点
B
通过铰链结合的滚子
4
,使连杆的端点
C
沿着预定的轨迹
5
运动,从而达到该机构的工作要求。
设计参数:预定轨迹
5
尺寸:长
400mm
,宽
300mm
,圆角
R=100mm
;各杆长
度:
l
OA
=150mm
,
l
AB
=80mm
,
l
AC
=150mm
;
滚子半径
Rg=10mm
,曲柄
OA
转速
n=60r/min
。
图1 凸轮-连杆机构简图
二、求解思路及步骤
1.
根据几何参数,绘制三维零件图。
2.
装配零件,
C
点与轨迹
5
以路径配合的方式装配。
3.
路径追踪得到
B
点运动轨迹,以此曲线建立凸轮轮廓。
4.
添加滚子,仿真验证轨迹是否一致。
三、创建零件,装配体及仿真
3.1
创建零件
在
Solidworks
中,分别以图
3.1-3.3
所示草图创建凸台拉伸,拉伸距离为
10mm
。以图
3.4
所示草图创建旋转凸台。分别命名为机架、曲柄、连杆、滚子。材质设为
“
普通碳钢
”
。
图3.1 机架草图
图3.2 曲柄草图
图3.3 连杆草图
图3.4 滚子草图
为实现之后装配体的配合,点击:插入
-
参考几何体
-
点,为连杆添加参考点
C
,如图
3.5
所示。
图3.5 参考点的创建
3.2
创建装配体
新建装配体文件,添加机架、曲柄、连杆进来,装配后结果如图
3.6
所示。
图 3.6 曲柄-连杆机构装配体
以机架上表面为基准面,点击:插入
-
草图,绘制“预定的轨迹”。如图
3.7
所示
图3.7 预定轨迹草图
点击:配合
-
高级配合
-
沿路径配合,如图
3.8
所示
图3.8 路径配合参数设置
3.3
运动仿真
1
)以曲柄旋转出轴孔为参照,添加等速旋转马达,转速为
60r/min
。
2
)时间设为
1s
,在
“
运动算例属性
”
中设置每秒帧数为
100
,其余默认。
3
)对运动算例进行仿真求解,完成后点击:结果和图解
-
位移、速度和加速度
-
跟踪路径图解。旋转连杆
B
处圆孔变线,得到跟踪轨迹如图
3.9
所示:
图3.9 连杆B端跟踪轨迹
四、创建凸轮轮廓,添加滚子后仿真验证。
1
)创建凸轮轮廓,装配滚子
在
Motion Manager
设计树中,展开:结果
-
跟踪路径图解
-
从路径生成曲线。如图
4.1
所示:
图4.1 路径生成曲线设置
以机架上表面为基准,点击:插入
-
草图
-
等距实体。得到凸轮实际轮廓草图,如图
4.2
所示:
图4.2
凸轮实际轮廓草图
点击:工具
-
样条曲线工具
-
套合样条曲线。将各段曲线组合在一起(后续接触设置,要求曲线必须封闭)。
如图
4.3
所示:
退出草体后,选择:装配体特征
-
切除拉伸
命令,距离设为
8mm
。
将滚子添加进来,滚子杆与连杆空同心配合,滚子内面与机架上表面重合。结果如图
4.4
所示
2
)仿真设置
删除原有
“
路径配合
”
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