機(jī)械仿真設(shè)計說明書

1、 機(jī) 械 系 統(tǒng) 仿 真 課 程 設(shè) 計課程設(shè)計說明書課 程 名 稱: 機(jī)械系統(tǒng)仿真課程設(shè)計 課 程 代 碼: 題 目: 機(jī)械系統(tǒng)仿真分析 學(xué) 生 姓 名: 學(xué) 號: 年級/專業(yè)/班: 學(xué)院(直屬系) : 機(jī)械工程自動化學(xué)院 指 導(dǎo) 教 師: 摘 要 2引 言 31 機(jī)械系統(tǒng)仿真概述 41.1 現(xiàn)代機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計概述41.2 系統(tǒng)仿真概述41.3 機(jī)械系統(tǒng)仿真分析軟件概述51.4 cosmosmotion軟件概述62 機(jī)構(gòu)仿真 92.1平面四桿機(jī)構(gòu)的仿真分析92.1.1、啟動solidworks2006sp0軟件。92.1.2、打開模型92.1.3、機(jī)構(gòu)仿真102.1.4、定義可動的和固定的零件

2、102.1.5、運(yùn)動副定義和屬性設(shè)置112.1.6、機(jī)構(gòu)的運(yùn)動定義122.1.7、機(jī)構(gòu)運(yùn)動仿真132.1.8、仿真后處理132.2 凸輪機(jī)構(gòu)運(yùn)動仿真162.2.1、機(jī)構(gòu)定義162.2.2、添加驅(qū)動172.2.3、曲線碰撞運(yùn)動仿真172.2.4、3d碰撞接觸狀態(tài)仿真分析202.3 齒輪機(jī)構(gòu)運(yùn)動仿真222.3.1、機(jī)構(gòu)定義222.3.2、三維碰撞接觸狀態(tài)模擬242.3.3、耦合運(yùn)動模擬253 總結(jié) 26摘 要本課程設(shè)計是機(jī)械仿真課程設(shè)計，所采用的軟件技術(shù)是solidworks下的cosmos三維仿真模塊。隨著時代的進(jìn)步，社會的發(fā)展，機(jī)械仿真在工業(yè)上的運(yùn)用越來越廣泛，尤其是solidworks深受大

3、家的喜愛，所以本次課程設(shè)計我要通過對平面四桿機(jī)構(gòu)的仿真、凸輪機(jī)構(gòu)的仿真以及齒輪的仿真來學(xué)習(xí)機(jī)械仿真軟件的使用方法和技巧，用所學(xué)習(xí)到的知識來解釋現(xiàn)實(shí)中的問題。關(guān)鍵字：機(jī)械仿真 solidworks 軟件使用引 言隨著時代的進(jìn)步，社會的發(fā)展，機(jī)械仿真分析在工業(yè)上的運(yùn)用越來越廣泛。作為機(jī)械專業(yè)的學(xué)生，學(xué)習(xí)機(jī)械仿真技術(shù)知識是非常有用的，但我們?nèi)鄙賹?shí)際與理論兩者組合在一起使用，形成一個完整的系統(tǒng)的學(xué)習(xí)。機(jī)械仿真時一門恰好把兩者結(jié)合起來的學(xué)科，學(xué)習(xí)機(jī)械仿真有助于我們了解現(xiàn)實(shí)中機(jī)械的運(yùn)轉(zhuǎn)情況。而且不需要實(shí)際的器件，就可以模擬出真實(shí)的運(yùn)行結(jié)果，解決了機(jī)械方面實(shí)驗(yàn)的一大難題。所以這是一門值得學(xué)習(xí)的知識。1 機(jī)

4、械系統(tǒng)仿真概述1.1 現(xiàn)代機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計概述機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計是對機(jī)械系統(tǒng)進(jìn)行構(gòu)思、計劃并把設(shè)想變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)的技術(shù)實(shí)踐活動，過去的設(shè)計多數(shù)都采用傳統(tǒng)設(shè)計方法。首先，繪制工程圖紙，經(jīng)過長時間的方案論證后，制造并試驗(yàn)物理樣機(jī)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)和性能缺陷時，就修改設(shè)計方案，然后，改進(jìn)物理樣機(jī)并再次進(jìn)行物理樣機(jī)試驗(yàn)，通常，在試制出合格產(chǎn)品之前，要經(jīng)過多次反復(fù)的過程。 這個過程，既延長了產(chǎn)品的開發(fā)周期，又增大了開發(fā)成本，且機(jī)械系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，這種情況就越嚴(yán)重。但隨著計算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，這一情況已得到了很大的改善，計算機(jī)技術(shù)已被運(yùn)用到機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計的整個過程中去，出現(xiàn)了許多新的方法和技術(shù)，如虛擬設(shè)計技術(shù)（virtual

5、design technology）、虛擬樣機(jī)技術(shù)（virtual prototyping technology）等。虛擬樣機(jī)技術(shù)又稱為機(jī)械系統(tǒng)動態(tài)仿真技術(shù)，是國際上20世紀(jì)80年代隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展而迅速發(fā)展起來的一項(xiàng)計算機(jī)輔助工程(cae)技術(shù)。借助于這項(xiàng)技術(shù)，工程師可以在計算機(jī)上建立機(jī)械系統(tǒng)的模型，對模型進(jìn)行各種動態(tài)性能分析，然后改進(jìn)或優(yōu)化樣機(jī)設(shè)計方案。 虛擬樣機(jī)技術(shù)的其核心是利用計算機(jī)輔助分析技術(shù)進(jìn)行機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)分析，以確定系統(tǒng)及其各構(gòu)件的在任意時刻的位置、速度和加速度，同時通過求解代數(shù)方程組來確定引起系統(tǒng)及其各構(gòu)件運(yùn)動所需要的作用力和反作用力。虛擬樣機(jī)技術(shù)的研究對象是機(jī)

6、械系統(tǒng)，它可以視為多個相互連接、彼此能夠相對運(yùn)動的構(gòu)件的組合。運(yùn)用虛擬樣機(jī)技術(shù)，可以大大簡化機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計開發(fā)過程，大幅度的縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期，大量減少產(chǎn)品開發(fā)費(fèi)用和成本，明顯提高產(chǎn)品的質(zhì)量，提高產(chǎn)品的性能，獲得最優(yōu)化和創(chuàng)新的設(shè)計產(chǎn)品。虛擬模型技術(shù)的應(yīng)用貫串在整個設(shè)計過程當(dāng)中。它甚至可以用在概念設(shè)計和方案論證中，設(shè)計師可以把自己的經(jīng)驗(yàn)與想像結(jié)合在計算機(jī)里的虛擬模型里，讓想像力和創(chuàng)造力充分發(fā)揮。1.2 系統(tǒng)仿真概述系統(tǒng)仿真就是建立系統(tǒng)的模型并在模型上進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)的方法基本上可分為兩大類，一種是直接在真實(shí)系統(tǒng)上進(jìn)行，另一種是先構(gòu)造模型，通過對模型的試驗(yàn)來代替或部分代替對真實(shí)系統(tǒng)的試驗(yàn)。傳統(tǒng)上大多

7、采用第一種方法，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，盡管第一種方法在某些情況下仍然是必不可少的，但第二種方法日益成為人們更為常用的方法，因而建模技術(shù)也就隨之發(fā)展起來。模型可分為兩大類，一類是物理模型，另一類是數(shù)學(xué)模型。物理模型與系統(tǒng)之間具有相似的物理屬性，它常常是一種專用仿真器。靜態(tài)的物理模型最常見的是比例模型，如用于風(fēng)洞試驗(yàn)中的比例模型及試驗(yàn)水槽中的船體比例模型。動態(tài)物理模型如飛行器姿態(tài)運(yùn)動仿真中的三自由度飛行運(yùn)動仿真器。在物理模型上進(jìn)行試驗(yàn)稱之為物理仿真。數(shù)學(xué)模型是對研究系統(tǒng)的數(shù)學(xué)描述。簡單的數(shù)學(xué)模型的研究，可以采用分析的方法。對于復(fù)雜的數(shù)學(xué)模型，則采用仿真的方法進(jìn)行研究，即在計算機(jī)上構(gòu)成計算機(jī)模型(仿真

8、模型)進(jìn)行試驗(yàn)。計算機(jī)為模型的建立和試驗(yàn)提供了巨大的靈活性和方便。它實(shí)際上是一個“活的數(shù)學(xué)模型”。現(xiàn)代仿真技術(shù)均是在計算機(jī)支持下進(jìn)行的，因此，數(shù)學(xué)仿真又稱計算機(jī)仿真。綜上所述可知，“系統(tǒng)、模型、仿真”三者之間有著密切的關(guān)系。系統(tǒng)是研究的對象，模型是系統(tǒng)的抽象，仿真是通過對模型的試驗(yàn)以達(dá)到研究系統(tǒng)的目的。計算機(jī)仿真的三個基本要素是：系統(tǒng)、模型、計算機(jī)。聯(lián)系著它們的有三個基本的活動：模型建立、仿真模型建立、仿真試驗(yàn)(運(yùn)行)，如圖1.1所示。圖1.1 計算機(jī)仿真三要素1.3 機(jī)械系統(tǒng)仿真分析軟件概述20世紀(jì)50年代以前，還沒有專門的仿真語言，仿真者針對系統(tǒng)仿真的要求，用高級語言編制仿真程序。這種仿真

9、程序功能簡單，通用性差，使用不方便，且要求仿真者不僅對系統(tǒng)建模有專門知識，同時還要熟識仿真算法和計算機(jī)語言。到了60年代，出現(xiàn)了一些直接用于仿真的專用仿真語言，這類仿真語言由高級語言編制，針對仿真的通用性要求，提供了專門的輸入、輸出、初始化、結(jié)果統(tǒng)計等模塊，提供了系統(tǒng)模型描述的語言、控制仿真過程的語言等。具有代表性的仿真語言有：csmp，cssi，gpss，simscript等。近二十多年，仿真語言又進(jìn)一步發(fā)展，形成了功能更加強(qiáng)大，使用更加靈活方便的仿真軟件系統(tǒng)。這些軟件系統(tǒng)不僅包括建模、仿真運(yùn)行和結(jié)果輸出，還包括模型分析、系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計和統(tǒng)計分析等功能。用戶界面更直觀和靈活。系統(tǒng)模型可以用動畫

10、顯示，以便對系統(tǒng)仿真過程進(jìn)行實(shí)時的跟蹤和分析。這些仿真語言不需要仿真者有很多的計算機(jī)知識和編程技巧，也不需要了解很多的仿真理論和算法。仿真的主要精力可以放在系統(tǒng)建模和系統(tǒng)分析上。這既有利于提高仿真的效率，又有利于提高仿真的質(zhì)量。如matlab，ddm，robcad，adams等均可用于有關(guān)的機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計。adams是當(dāng)前世界上應(yīng)用最廣泛的機(jī)械系統(tǒng)仿真(mss)軟件之一，它最初是由美國的chace編制的。chace于1977年在密西根大學(xué)成立了mdi公司，專門從事計算機(jī)輔助工程(cae)中的機(jī)械系統(tǒng)仿真的研究工作，并使adams進(jìn)一步成為享譽(yù)世界的用于進(jìn)行機(jī)械系統(tǒng)仿真軟件。adams軟件以多剛體

11、動力學(xué)理論為基礎(chǔ)，采用拉格朗日方法，以系統(tǒng)內(nèi)每個剛體質(zhì)心在慣性坐標(biāo)系中的三個直角坐標(biāo)和確定剛體方位的三個歐拉角作為廣義坐標(biāo)列寫系統(tǒng)的運(yùn)動微分方程。adams軟件的10版本于1977年發(fā)布以后，經(jīng)過近30年的積累和發(fā)展，現(xiàn)已正式發(fā)布了120版，并且實(shí)現(xiàn)了與其他常用的計算機(jī)輔助設(shè)計(cad)、有限元分析軟件(fea)和控制系統(tǒng)軟件包進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)通信。adams軟件在設(shè)計的早期階段利用虛擬樣機(jī)的優(yōu)勢，從系統(tǒng)水平上真實(shí)地預(yù)測機(jī)械的工作性能，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)水平的最優(yōu)化設(shè)計，在地面車輛、航空航天、鐵路、造船、通用機(jī)械制造業(yè)、機(jī)械電子工業(yè)、人機(jī)工程學(xué)、運(yùn)動器械及娛樂設(shè)備等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。此外，隨著cad技術(shù)的

12、發(fā)展，各商品化三維cad軟件已開發(fā)出具有機(jī)構(gòu)運(yùn)動分析的功能模塊，如pro/e的motion模塊、ug的motion模塊以及solidworks的cosmosmotion插件等等。1.4 cosmosmotion軟件概述cosmosmotion 是用于 solidworks 的最流行的虛擬原型機(jī)仿真工具，使您可以確保您的設(shè)計在實(shí)現(xiàn)前可以正確工作。adams 支持 cosmosmotion，adams是世界上最廣泛使用的機(jī)械模擬軟件。 cosmosmotion 完全嵌入在 solidworks 中，是標(biāo)準(zhǔn)虛擬原型機(jī)仿真程序包，用于對理解其 solidworks 模型的性能感興趣的工程師和設(shè)計人員。

13、 cosmosmotion 使工程師能夠調(diào)整馬達(dá)/驅(qū)動器的尺寸、確定能量消耗情況、設(shè)計聯(lián)動布局、模擬凸輪運(yùn)動、了解齒輪傳動、調(diào)整彈簧/減震器的尺寸、確定接觸零件的動作方式等。 該軟件令客戶可以大幅降低物理原型機(jī)仿真的成本，縮短產(chǎn)品開發(fā)時間。cosmosmotion 還提供一些定性的好處，例如有能力考慮更多設(shè)計、降低風(fēng)險，以及在設(shè)計初期提供重要信息的能力等等。cosmosmotion可以模擬機(jī)動化裝配體的機(jī)械動作以及它們產(chǎn)生的作用力。通過確定各種相關(guān)因素（如能量消耗、運(yùn)動零件之間的干涉），cosmosmotion有助于確定設(shè)計方案是否會失效、零件將在何時斷裂以及它們是否存在安全隱患。cosmos

14、motion具有以下功能和優(yōu)點(diǎn)：（1） solidworks的強(qiáng)大功能得到了充分利用作為 solidworks office premium 的一部分，cosmosmotion 使用現(xiàn)有的 solidworks 裝配體信息來構(gòu)建運(yùn)動模擬算例。 通過集成到功能強(qiáng)大的基于時間表的 motion manager 中，cosmosmotion 將可以基于定義的配合信息自動派生零件交互。自動映射 solidworks 配合以派生運(yùn)動副條件。 自動傳送 solidworks 中定義的材質(zhì)屬性。 重用 cosmosmotion 中的物理模擬數(shù)據(jù)，進(jìn)行逼真的物理運(yùn)動模擬。 （2）將載荷無縫傳入cosmoswo

15、rks以進(jìn)行應(yīng)力分析。通過將載荷從cosmosmotion無縫傳入cosmosworks，可以直觀顯示零部件在單個時間點(diǎn)或整個模擬周期內(nèi)的應(yīng)力和位移。（3）模擬現(xiàn)實(shí)運(yùn)行環(huán)境。cosmosmotion可將物理運(yùn)動與solidworks中的裝配體信息相結(jié)合，因而能夠廣泛應(yīng)用于各個行業(yè)。在執(zhí)行天線反射器定位、打開和關(guān)閉安全門、材料處理以及抬升和降低升降臺銑床等任務(wù)時，可預(yù)估馬達(dá)扭矩峰值。另請參閱摩擦是如何增加功率要求以及驅(qū)動器大小的。 了解運(yùn)轉(zhuǎn)（如安裝擋風(fēng)玻璃或挑選電子零部件并在電路板上裝配）期間機(jī)器人的性能。 優(yōu)化或最小化平板砂光機(jī)、縫紉機(jī)、分離篩和傳動軸等設(shè)備中的旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的作用力失衡。 更改反鏟

16、聯(lián)動裝置的設(shè)計長度，提供更優(yōu)的挖掘性能。 生成自動進(jìn)給機(jī)械裝置和縫紉機(jī)中運(yùn)用的cam曲線（輪廓）。 描繪各種動力傳送或運(yùn)動控制中使用的各種齒輪（正齒輪、工作齒輪、螺施齒輪和齒條及小齒輪）之間的相互作用。 執(zhí)行各類比賽應(yīng)用中的基本懸架調(diào)整。（4）將物理模型與工程環(huán)境相關(guān)聯(lián)。cosmosmotion提供了多種代表真實(shí)環(huán)境的運(yùn)動副和作用力選項(xiàng)。 創(chuàng)建各種復(fù)合運(yùn)動副，可代表鉸鏈、螺紋副、球面副、圓柱副、平面副和萬向節(jié)副等各種條件。 構(gòu)造運(yùn)動副素材，從而強(qiáng)制使用標(biāo)準(zhǔn)的幾何約束。 在設(shè)計驅(qū)動器時使用純正向力來控制加速度和速度。 將常數(shù)函數(shù)、諧函數(shù)、數(shù)據(jù)點(diǎn)（樣條）函數(shù)和步進(jìn)施力函數(shù)應(yīng)用于運(yùn)動副和作用力。 創(chuàng)

17、建運(yùn)動副耦合器（運(yùn)動齒輪），以便實(shí)現(xiàn)各種類型齒輪之間的運(yùn)動，從而進(jìn)行動力傳送。 定義在延展時缺乏扭轉(zhuǎn)和柔性剛性的應(yīng)用中使用的線性和非線性彈簧。 表現(xiàn)正向/反向作用力和力矩。 使用點(diǎn)到曲線和曲線到曲線（具有靜摩擦和動摩擦）來表示cam約束。 定義3d接觸（具有靜摩擦和動摩擦）來捕獲兩個或多個接觸零件之間的相互作用。 使用各向同性或正交各向異性軸襯套來增加機(jī)械運(yùn)動副的柔性。 考慮重力的影響。 （4）使用功能強(qiáng)大且直觀的可視化工具來解釋結(jié)果。完成運(yùn)動模擬運(yùn)行后，cosmosmotion可提供各種結(jié)果可視化工具。通過這些工具，您可獲得有關(guān)設(shè)計性能的高價值分析信息。創(chuàng)建整個模擬周期的數(shù)值數(shù)據(jù)的xy坐標(biāo)圖

18、。 在同一圖表中描繪多個xy坐標(biāo)圖。 可以在運(yùn)動副位置處顯示位移、速度、加速度和力矢量。 可以在模擬過程中顯示實(shí)體上任意一點(diǎn)的軌跡并在 solidworks零件上直接生成參考曲線。 比較不同設(shè)計的坐標(biāo)圖，以便生成關(guān)于裝配體內(nèi)分析結(jié)果如何變化的信息歷史記錄。 裝配體移動時檢查碰撞的零件。在模擬過程中以動畫形式展現(xiàn)3d彈簧。 2 機(jī)構(gòu)仿真2.1平面四桿機(jī)構(gòu)的仿真分析智能運(yùn)動學(xué)生成器（intellimotion builder）是cosmosmotion軟件構(gòu)建機(jī)構(gòu)最簡單的一種方法。但用cad軟件建立了機(jī)械系統(tǒng)裝配模型后，我們可以使用智能運(yùn)動學(xué)生成器快速生成仿真模型。下面以平面四桿機(jī)構(gòu)的仿真分析為例

19、進(jìn)行說明2.1.1、啟動solidworks2006sp0軟件。2.1.2、打開模型在solidworks軟件中打開平面四桿機(jī)構(gòu)的裝配模型。操作步驟如圖2.1、2.2所示。圖2.1 打開文件圖2.2 平面四桿機(jī)構(gòu)的裝配模型2.1.3、機(jī)構(gòu)仿真單擊圖2.2中管理器的按鈕進(jìn)行仿真，管理器發(fā)生變化如圖2.3所示。圖2.3 motion管理器2.1.4、定義可動的和固定的零件圖2.4 定義后可動與固定的菜單定義機(jī)構(gòu)的可動的和固定的零件具體操作如下：若要設(shè)置固定的零件（機(jī)架）“ground parts”，則用鼠標(biāo)選中右邊框assembly components下的“機(jī)架-1”并按住鼠標(biāo)左鍵拖動鼠標(biāo)到“g

20、round parts”處釋放，如圖2.4所示。若定義機(jī)構(gòu)的可動的零件“moving parts”，則先按住“ctrl”鍵并用鼠標(biāo)選中所有可動的零件：“搖桿-1”、“曲柄-1”、“連桿-1”，然后按住鼠標(biāo)左鍵拖動鼠標(biāo)到“moving parts ”處釋放。也可以按照第1）步中的操作一個一個地定義可動的零件，如圖2.4所示。按照上述兩個操作即可定義完成機(jī)構(gòu)的可動的和固定的零件，此時圖形顯示區(qū)所顯示的機(jī)構(gòu)變成如圖2.5所示的情形。圖中用相應(yīng)的圖表顯示了機(jī)構(gòu)構(gòu)件連接的運(yùn)動副形式和構(gòu)件的重心位置，這樣機(jī)構(gòu)定義已全部完成。圖2.5 定義后的圖像2.1.5、運(yùn)動副定義和屬性設(shè)置圖2.6 joints菜單展

21、開如圖2.6中的“joins”所示界面上可對機(jī)構(gòu)的運(yùn)動副進(jìn)行一些設(shè)置和定義。這些是從solidworks中映射的約束，我們不必添加任何約束。因此可不對機(jī)構(gòu)的運(yùn)動副作定義，由系統(tǒng)自動完成。2.1.6、機(jī)構(gòu)的運(yùn)動定義展開“revolute”如圖2.6所示，選取“revolute2”由“機(jī)架-1”和“搖桿-1”所組成的運(yùn)動副。此時需要在右邊選項(xiàng)中進(jìn)行設(shè)置。右鍵單擊“revolute2”將彈出如圖2.7所示的對話框，這是我們在對話框中進(jìn)行設(shè)置，其中設(shè)置如下：圖2.7 定義驅(qū)動的motion菜單在“motion ”處選擇“rotate z”，因?yàn)槠矫嫠臈U機(jī)構(gòu)繞其z軸旋轉(zhuǎn)。在“motion type”處選

22、擇“velocity”。在 “function”處設(shè)置“constant”。在 “angular velocity”處設(shè)置“360”，即機(jī)構(gòu)的指定角速度約束為360 deg/sec 。完成上述設(shè)置后，單擊“apply”保存設(shè)置。設(shè)置完成后“機(jī)架-1”和“搖桿-1”連接處出現(xiàn)如圖2.8所示箭頭，說明定義成功。圖2.8 定義驅(qū)動后的圖像效果2.1.7、機(jī)構(gòu)運(yùn)動仿真單擊工具欄中的運(yùn)行按鈕，機(jī)構(gòu)開始仿真，仿真過程中觀察機(jī)構(gòu)的運(yùn)動關(guān)系是否正確，是否達(dá)到要求的運(yùn)動狀態(tài)。2.1.8、仿真后處理仿真完成后，需要采集的仿真結(jié)果有機(jī)構(gòu)各構(gòu)件的位移、速度和加速度以及機(jī)構(gòu)各運(yùn)動副反力/力矩和機(jī)構(gòu)的驅(qū)動力/力矩。而且需

23、要繪制“連桿-1”和“搖桿-1”的運(yùn)動參數(shù)，具體操作如下：圖2.9 plot的下拉菜單選擇彈出菜單中的“plot”，則彈出供用戶選擇繪制的參數(shù)如圖2.9。如選擇“cm position”則可繪制“連桿-1”質(zhì)心處“x、y、z”三個方向的位移如圖2.10所示。如選擇“cm velocity”則可繪制“連桿-1”質(zhì)心處“x、y、z”三個方向的速度如圖2.11所示。如選擇“cm acceleration”則可繪制“連桿-1”質(zhì)心處“x、y、z”三個方向的加速度如圖2.12所示。 圖2.10 連桿-1質(zhì)心處x、y、z方向的位移 圖2.11 連桿-1質(zhì)心處x、y、z方向的速度 圖2.12 連桿-1質(zhì)心處

24、x、y、z方向的加速度在“motion”管理器中選中“revolute”，選擇彈出菜單中的“plot”，則彈出供用戶選擇繪制的參數(shù)，此處可繪制機(jī)構(gòu)的主運(yùn)動副的驅(qū)動力/力矩如圖2.13所示，也可繪制該運(yùn)動副的反力和反力矩如圖2.14所示。圖2.13 機(jī)構(gòu)的主運(yùn)動副的驅(qū)動力/力矩圖2.14 機(jī)構(gòu)的主運(yùn)動副的反力/力矩同上選擇彈出菜單中的“plot”，繪制“搖桿-1”質(zhì)心處“x、y、z”三個方向的位移如圖2.15所示；“搖桿-1”質(zhì)心處“x、y、z”三個方向的速度如圖2.16所示?！皳u桿-1”質(zhì)心處“x、y、z”三個方向的加速度如圖2.17所示。 圖2.15 搖桿-1質(zhì)心處x、y、z方向的位移 圖2

25、.16 搖桿-1質(zhì)心處x、y、z方向的速度 圖2.17 搖桿-1質(zhì)心處z方向的加速度2.2 凸輪機(jī)構(gòu)運(yùn)動仿真對擺動從動件盤型凸輪進(jìn)行運(yùn)動和動力學(xué)仿真分析。凸輪機(jī)構(gòu)如圖5.24所示，該凸輪機(jī)構(gòu)運(yùn)動件勻速轉(zhuǎn)動，輸出運(yùn)動為擺桿的來回擺動。其初始條件如下：中心矩150mm，擺桿長120mm，基于半徑50mm，滾子半徑12mm，凸輪轉(zhuǎn)速72r/min。要求進(jìn)行曲線碰撞運(yùn)動仿真和3d碰撞接觸狀態(tài)動力學(xué)仿真分析，擺桿上的阻力矩為2n，繪制出擺桿任意時刻的位置、角速度和角角速度。圖2.18 凸輪機(jī)構(gòu)圖2.2.1、機(jī)構(gòu)定義定義機(jī)構(gòu)的可動和固定零件，方法同四桿仿真，定義同圖2.19所示的可動和固定機(jī)構(gòu)圖2.19

26、定義可動和固定機(jī)構(gòu)后的圖示2.2.2、添加驅(qū)動單擊“constraints”前面的+號，右擊“凸輪-1”與“機(jī)架-1”的旋轉(zhuǎn)副(revolute)，選擇“properities”命令如圖2.20所示，在彈出對話框中填寫相應(yīng)數(shù)據(jù)如圖2.21所示。 圖2.20 joints菜單 圖2.21 定義驅(qū)動motion菜單由于凸輪轉(zhuǎn)速為：因此給原動件凸輪加上角速度為的驅(qū)動。最后單擊“apply”。2.2.3、曲線碰撞運(yùn)動仿真右擊“constraints”/“add contact”，選擇“curve/ curve contact”命令如圖2.22所示，選擇滾子和凸輪在彈出對話框進(jìn)行設(shè)置如圖2.23所示。圖

27、2.22 constraints下的菜單圖2.23 定義曲線碰撞菜單設(shè)置完成后單擊仿真按鈕進(jìn)行仿真分析，如圖2.24仿真過程。圖2.24 仿真過程中的圖像計算機(jī)完成仿真后，右擊“result”/“angular disp”選擇“create angular displacement”命令如圖2.25所示，然后彈出如圖2.26所示對話框，然后如圖圖示的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。 圖2.25 angular disp菜單 圖2.26 定義擺桿與機(jī)架角的菜單完成上述設(shè)置后得到擺桿與機(jī)架的夾角，擺桿角位移變化情況如圖2.27所示：圖2.27 定義擺桿與機(jī)架角后的圖像右擊“parts”/“moving parts”

28、/“擺桿-1”，選擇“plot”，繪制出角速度和角加速度的z軸分量曲線如圖5.31、5.32所示。圖2.28 依次為擺桿角位移、角速度、角加速度變化曲線2.2.4、3d碰撞接觸狀態(tài)仿真分析前述仿真分析是根據(jù)凸輪曲線與滾子曲線碰撞得到的二維仿真，與凸輪工作的真實(shí)情況差距較大。下面我們分析3d碰撞接觸狀態(tài)動力學(xué)仿真，并給擺桿加上一個使擺桿與凸輪保持接觸的力矩，分析該力矩的值對擺桿加速度的影響。選擇“constraints”/“contact”，右擊cvcv，選擇“suppress”命令，取消其選中狀態(tài)，凍結(jié)曲線碰撞，如圖2.29所示。 圖2.29右擊“constraints”/“contact”，

29、選擇“add 3d contact”命令，如圖2.30所示，分別選擇滾子和凸輪，定義碰撞參數(shù)，如圖2.31所示，然后點(diǎn)apply確定。圖2.30 contact下拉菜單圖2.31定義3d碰撞接觸和碰撞接觸參數(shù)設(shè)置擺桿不加力矩。擺桿角位移如圖2.32，角速度如圖2.33，角加速度如圖2.34。與曲線碰撞仿真比較，其角位移基本不變，角速度存在瞬時波動，角角速度則變化較大，在一些位置存在突變。圖2.32 擺桿角位移變化曲線 圖2.33 擺桿角速度變化曲線 圖2.34擺桿角加速度變化曲線擺桿加力矩右擊“force”/“action only”,選擇“add action only forec”，在彈出

30、對話框進(jìn)行如圖2.35所示的設(shè)置。 圖2.35力矩添加菜單下參數(shù)設(shè)置 圖2.36力矩大小設(shè)定給擺桿加上一個使擺桿與凸輪保持接觸的力矩，如圖2.36所示若加上一個2n的力，擺桿角位移、角速度、角加速度如圖2.37所示，與前面不加力矩相比，角速度基本不變，角加速度最大值減少一半，因此其慣性力減小，振動、沖擊將降低，凸輪運(yùn)轉(zhuǎn)更加平穩(wěn)。圖2.37 2n力矩下依次為擺桿的角位移，角速度，角加速度曲線變化若加上一個4n的力，擺桿角位移、角速度、角加速度如圖2.38所示，與前面力矩為2n相比，角速度變化范圍加大，角加速度最大值增加很多，因此并非力矩越大越好。圖2.38 4n力矩下依次為擺桿的角位移，角速度，

31、角加速度曲線變化2.3 齒輪機(jī)構(gòu)運(yùn)動仿真模擬三個齒輪的嚙合運(yùn)轉(zhuǎn)。分兩種情況進(jìn)行仿真分析：一是給出一個主動輪，三個齒輪之間添加三維碰撞約束，在碰撞力作用下主動輪帶動其余兩個齒輪轉(zhuǎn)動，觀察碰撞過程中齒輪角速度波動情況，二是用耦合方式仿真分析三個齒輪的理想運(yùn)轉(zhuǎn)情況。圖2.39 齒輪仿真圖形2.3.1、機(jī)構(gòu)定義在“motion”管理器內(nèi)將三個齒輪均設(shè)置為“moving part”，如圖2.40所示。然后給每個齒輪添加一個旋轉(zhuǎn)副，按圖2.41所示步驟。 圖2.40 定義可動和固定機(jī)構(gòu)后的圖 圖2.41 constraints的下拉菜單分別對齒輪1-1、1-2、2-1添加旋轉(zhuǎn)副如圖2.42所示：圖2.42

32、 分別對每個齒輪添加旋轉(zhuǎn)副右鍵單擊“revolute”選中“properties”如圖2.43所示，彈出如圖2.44所示對話框?qū)X輪1-1添加一個驅(qū)動。 圖2.43 添加旋轉(zhuǎn)副菜單 圖2.44 旋轉(zhuǎn)副參數(shù)設(shè)置2.3.2、三維碰撞接觸狀態(tài)模擬齒輪1帶動齒輪2轉(zhuǎn)動，齒輪2又帶動另一個齒輪1轉(zhuǎn)動，實(shí)際情況下剛體之間的碰撞產(chǎn)生的。下面對這種情況進(jìn)行模擬。右擊“constraints”/“contact”，選擇“add 3d contact”命令，進(jìn)行如圖2.45所示的設(shè)置，并定義碰撞參數(shù)如圖2.46所示。仿真模擬結(jié)果可以看出，初始狀態(tài)如圖2.47所示，中間狀態(tài)如圖2.48所示。從運(yùn)行中可以看出各齒輪保

33、持了良好的嚙合狀態(tài)，沒有干涉或脫離嚙合現(xiàn)象，如圖2.49所示。 圖2.45 設(shè)定3d碰撞的各齒輪 圖2.46定義碰撞參數(shù) 圖2.47仿真中的齒輪 圖2.48仿真中的齒輪 圖2.49仿真中的齒輪齒輪1-1、1-2、2-1角速度曲線依次如圖2.50所示。齒輪1-1應(yīng)為，齒輪1-2應(yīng)為，齒輪2-1應(yīng)為，由于碰撞影響，實(shí)際結(jié)果是角速度有一定范圍的波動，在一定程度上反映了齒輪的真實(shí)情況。圖2.50 依次為齒輪1-1、1-2、2-1角速度變化曲線2.3.3、耦合運(yùn)動模擬右擊“constraints”/“couplers”，選擇“add coupler”命令，在“when joint”和“joint”欄，分別用鼠標(biāo)選擇左邊設(shè)計樹“joint”下面的“revolute”和“revolute2”。主動齒輪1-1和從動齒輪2-1轉(zhuǎn)動角度之比為兩齒輪齒數(shù)之比為42：-21，如圖2.51所示。同樣齒輪2-1和從動齒輪1-2轉(zhuǎn)動角度之比為