基于Solidworks Motion软件的机构运动仿真与分析

日期:2019-03-18 / 人气:

机械制造工业水平的高低直接代表了了该国家或地区的经济、科技、国防等方面水平的高低。传统的机械设计主要以静态分析、近似计算、经验设计、手工劳动伟特种的设计方法,存在着设计周期长、人为影响因数多、稳定性和可靠性差等一系列问题。

计算机辅助设计在现代机械设计中应用,不仅可以借助一些仿真软件,可以在设计过程中即可分析出机构、设备的薄弱点、干涉区域等等一些传统设计方法无法实现的功能。

还可以有效的缩短设计周期,而且本文针对槽轮机构借助了Solidworks Motion运动仿真软件进行了实例分析,以此展现了机械设计中应用现代机械设计软件的优势。

Solidworks Motion是一个虚拟原型机仿真工具,对浮渣机械系统能实现全面的动力学和运动学仿真,并可得到系统中零件的作用力、反作用力、速度、加速度以及位移等运动参数。并且输出结果能以动画、图形以及表格等多种形式表示。

此外,在复杂运动情况下,还能在其他有限元分析软件中输入零部件的复杂载情况,从而能对其结构和强度进行准确的分析。

Solidworks Motion支持同轴心配合、铰链配合、点对点重合配合、锁定配合、面对面的重合配合、万向节配合、螺旋配合、点在轴线上的重合配合、平行配合、垂直配合的配合约束等多种配合。

Solidworks Motion可分别按速度、位移和加速度配合时间、循环角度和角速度可以定义相对简单的运动,另外,该软件也完全支持比如立方样条曲线、线『生曲线、Akima样条曲线,这样就可以定义较复杂的运动。

Solidworks Motion可以模拟给某一个或多个零件添加包括常量、步进、谐波、线段、数据点、表达式等各种力或力矩。也可以模拟系统承受包括拉簧、压簧和扭簧、拉、压阻尼、扭转阻尼和作用力、作用力矩、反作用力、反作用力矩以及碰撞力等。并且还有独特而实用的接触(线线接触,即两个零件在作相对运动时,一个零件上的某一曲线始终或间断的与另一个零件上某一曲线上相接触;点线接触,是指两个零件在作相对运动时,一个零件上的某一点可以沿另一个零件上某一曲线运动)和耦合定义功能。

因此,各种复杂的实际系统的精确运动仿真模型可通过SolidworksMotion建立。

利用Solidworks Motion仿真软件还可以实现运动干涉检查,当系统处在复杂的运动状态下时,能在FEA软件中精确的载荷,(如Solidworks Simulation),进行正确结构强度分析。

研究Solidworks Motion仿真软件可以利用多种方式。首先,通过仿真动画能对系统运动过程情况在CAD环境中进行直接观察;也可以AVI格式和VRML格式、XY图形输出动画结果,还可以将动画结果输出到Excel表格中,使动画数据以表格或图形的形式显示;也可以以Text文件的格式输出。

总之,Solidworks Motion仿真软件具有非常强大的功能,针对用户对运动仿真分析的各种需求都能满足,并且,所求得的结果与实际相吻合。

下图1利用solidworks软件建立槽轮机构的装配体模型实例,对其强大功能通过槽轮机构的运动仿真实例来解析。

槽轮机构装配

图1 槽轮机构装配

该机构组成较简单只有主动槽轮、从动槽轮和机架三部分组成,槽轮机构是一个间隙运动机构,主动槽轮回转一圈从动槽轮转一个固定角度,实现间隙运动。

三维模型建好之后,在装配环境下设置主动槽轮与从动槽轮的装配约束,并设置机构个零件的初始位置,这样就可以进入仿真环境。但值得注意的是,要在进行仿真之前设置与仿真相关的基本参数,如帧数、帧时间间隔、重力加速度大小、时间单位以及力的单位等。在本例研究的仿真中,以N表示力的单位,以S表示时间单位,根据仿真精度调整帧数与帧数时间间隔,其中帧数为100,帧数时间间隔为0.02s。利用Solidworks Motion的马达选项给主动槽轮添加旋转运动,并通过运动表达式填写主动槽轮的角速度。

完成以上设置后,运动分析时可以直接点击Motion分析来完成,进行仿真时可直接点击仿真按钮。系统可以对动画进行自动录制,录制后再自动生成动画文件,这样一来,对比例分析提供了方便。

其中进行零件之间的干涉检查是运动仿真的一个最主要的作用,本例进行干涉检查,主要是通过机构运动仿真分析,实践证明,主动槽轮圆柱销到达从动槽轮最低处时发生干涉。

通过运动仿真分析发现零件存在干涉后,可以直接在装配体环境下修改发生干涉的零件,而且装配体零件中的修改可以直接反映在零件模型上,实现模型动态交互更新。零件所存在的干涉通过运动仿真分析发现后,对于干涉的零件可以在装配体环境下直接进行修改,而且在零件模型上可以直接反映装配体零件中的修改,以此实现模型动态的交互更新。经过分析干涉的原因动槽轮沟槽深度不够所引起的,于是把沟槽深度从新计算确定就可处理该问。模型经修改后,修改后的模型,进行第二次运动仿真,就能消除干涉的现象。上述只针对槽轮机构仿真进行了简单说明。

此外,有限元软件还能与SolidworksMmotion所输出的运动载荷实现有机结合,从而有利于对运动构件的强度进行校核。

从上述所分析的实例可以看出,利用Solidwork Motion仿真软件,可有效简化机械产品设计的开发过程,从而可避免设计过程中出现错误,并能缩短开发周期,使产品的设计质量得到大大提升。以此为动力学设计和分析及机构的运动学提供了一种快速、有效的实用工具。



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