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基于Solidworks Motion的牛头刨床运动学分析

2016-06-21 19:36阅读：

http://blog.sina.cn/dpool/blog/u/2652487947

SolidWorks Motion是一个与 SolidWorks 完全集成的虚拟样机的仿真分析系统。可以对复杂的机构进行运动学和动力学仿真，通过数据、图标、动画等表现出机构的速度、加速度、作用力等，可以反映机构的运动特性。
本例基于SolidWorks，通过对牛头刨床进行三维建模和运动仿真，分析刨头CD的位移、速度、加速度和机构的行程速度比。

一、问题描述

牛头刨床机构各个构件几何尺寸如图1所示，已知O1A=2rad/s，求图示位置时刨头CD的速度和加速度。
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图1 牛头刨床机构力学模型

二、解析解

根据理论力学知识，首先以A(O1A
)为动点，在O1B上固定动系，求出O1B的角速度；再以B（O2B）为动点，在CD上固定动系，求出CD杆的速度。对于加速度也如此操作。最后得到的结果是：
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三、零件造型及装配

3.1创建三维模型

根据图1所示尺寸，分别建立杆O1A、杆O2B、套筒、刨头CD的三维模型如图3.1-3.4所示。
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图3.1 杆O1A
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图3.2 杆O2B
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图3.3 套筒
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图3.4 刨头CD

3.2装配牛头刨床

新建装配体命名为牛头刨床。依次导入杆O1A、套筒、杆O2B、刨头CD，分别添加配合约束，调整其相对位置后结果如图3.5所示。
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图3.5 牛头刨床装配体
注：在Solidworks Motion中，运动副是建立在装配关系约束的基础上的。因此，正确选择装配约束，是运动仿真成功的重要一步。

四、仿真求解

4.1 新建运动算例

在装配体界面，将“SolidWorks Motion”插件载入，选择布局选项卡中的【运动算例1】，在Motion Manager 工具栏中【算例类型】下拉列表中选择【Motion分析】，如图4.1所示
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图4.1 新建运动算例

4.2 添加马达

单击“马达”按钮，弹出【马达】属性管理器，选择杆O1A圆孔为马达运动方向，大小设置为19.1RPM（已知O1A=2rad/s=19.1RPM），设置参数如图4.2所示：
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图4.2 曲柄马达参数设置

4.3 仿真求解

1）单击“运动算例属性”按钮，设置每秒帧数为40。
2）拖动仿真时间长度为3秒，如图4.3所示
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图4.3 设置帧数及仿真时间
3）单击计算按钮，对牛头刨床进行仿真求解。

五、仿真结果分析及讨论

5.1仿真结果

单击“结果和图解”按钮，进行如图5.1所示参数设置，分别选择位移、速度、加速度。生成位移、速度、加速度图解，如图5.2-5.4所示。
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图5.1 结果处理参数设置
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图5.2 刨头位移曲线
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图5.3 刨头速度曲线
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图5.4 刨头加速度曲线

5.2结果对比分析

1）分析结果与理论值对比
该问题解析解为：
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从Solidworks Motion仿真得到的仿真解为：
基于Solidworks <wbr>Motion的牛头刨床运动学分析
两者一致。可以看出SolidWorks Motion在运动学分析中的求解结果准确度非常高。
2）计算机构的行程速度比系数K
在该机构中，曲柄O1A的转速为w=2 rad/s，因此刨头的运动周期T=2pi/w=3.14。由图5.2可知，1.88s刨头向右运动到右侧极限位置，2.82s到达左侧极限位置。因此该机构回程时间为2.82-1.88=0.94s，工作行程时间为3.14-0.94=2.2s。机构的行程速度比系数为：
K=2.2/0.94=2.34
K=2.34>1，说明该牛头刨床具有良好的急回特性，工作行程速度慢，有利于保证工件的切削质量，回程速度较快，节约加工时间。从图5.3可以看出，刨头在空回程时速度变化较大，在工作行程时的速度相对较均匀。
通过上述分析，可以看出运动学分析对于辅助机构的设计十分重要，而SolidWorks Motion则是一种方便且实用是工具。
以上为牛头刨床运动分析的所有分析过程，有什么不足或者不同见解，请留言多多指教，大家一起交流学习。谢谢！
【满续文】

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