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基于EXCEL和SolidWorks设计凸轮轮廓及运动学分析

发表时间: 2017/10/10 作者: 李建莉 来源: 互联网
通过对凸轮从动件运动规律的分析,在EXCEL中利用Akima插值法生成平面凸轮轮廓位移数据点。在SolidWorks中通过调用EXCEL处理的平面凸轮轮廓数据点生成具有封闭连续轮廓曲线的凸轮,再利用SolidWorks中的COSMOS/Motion插件进行凸轮运动仿真,生成相应的位移曲线图,与在EXCEL中生成凸轮轮廓位移图进行对比,从而为凸轮轮廓设计及运动学分析提供借鉴。
 

0 引言

    SolidWorks中的COSMOS/Motion插件是一个虚拟原型机仿真工具,能够帮助设计人员在设计前期判断设计是否能达到预期目标,SolidWorks Motion可以根据表格数据或输入诸如STEP等函数的方式来创建凸轮轮廓。可以通过运动驱动从动件,利用反向的操作,由从动件的运动生成凸轮轮廓。本文中将以对心尖顶直动从动件盘形凸轮为载体,根据输入从动件的一组位移数据来生成凸轮的轮廓。为了生成这个凸轮,研究解决3个关键问题:定义从动件的运动;生成跟踪路径;将曲线作为草图输出并生成实体造型。由得到的凸轮轮廓,利用SolidWorks Motion进行运行仿真,输出运动轮廓位移曲线,将得到位移曲线和EXCEL中生成位移曲线进行对比,由此分析为凸轮轮廓设计另辟蹊径。

1 曲线数据点的生成

    根据凸轮的用途和工况,选择不同的曲线类型。设计一个对心顶尖推动盘形凸轮的实际轮廓线。凸轮的轮廓形状决定了从动件的运动轨迹,反之,从动件的不同运动轨迹也要求凸轮具有不同形状的轮廓。当从动件运动过程分为“升-停-升- 降-停-降”,在实际生产加工中,往往不知道精确的凸轮轮廓线方程,只能得到一些离散点。为了得到满足运动规律的数据点,可以运用Akima插值法获得离散点,关于数据点获得本文将不做赘述。

    在Excel中获取曲线点,文件名为“tlsr.xls”。在Excel中,定义了从动件3s内位移变化趋势,以0.03s为时间间隔,可以看到一个101行,2列的数据,其中A、B列中的数据分别就是对应凸轮轮廓线时间、位移值。也就是定义了凸轮从动件直角坐标系中的Z 坐标及F 坐标,Excel中的数据格式如图1所示。再利用EXCEL强大数据处理功能生成从动件运动曲线,如图2所示。

    1

    图1 Excel中的数据格式

    2

2 凸轮轮廓曲线的绘制

    在SolidWorks中打开绘制完成的凸轮的部件及一个从动件,当凸轮部件旋转360°时,从动件的运动由路径轮廓指定,以便生成凸轮轮廓。首先添加一个旋转马达来驱动凸轮轴,给定速度为120°/s。这将保证每3 s转动凸轮一次;接下来定义一个驱动从动件的马达,在从动件的顶面定义一个线性马达,确保定义的方向如图3所示,选择【数据点】打开【函数编制程序】对话框。在【值(y)】中选择【位移】,在【自变量(X)】中选择【时间】,在【插值类型】中选择【Akima样条曲线】。

    单击【输入数据】选择文件“tlsr.csv”。这里要完成SolidWorks认可数据格式转换。添加引力,点击“引力”,选择“引力/Y轴负方向”。设置“运动模型”的“系统默认值”,弹出“COSMOS / Motion选项”对话框,依次对各项参数进行设置,其中,“仿真”项的“持续时间”设为3,“每秒帧数”设为100。单击“运行仿真”。仿真结束后,生成用于定义凸轮轮廓的跟踪路径,单击【结果和图解】,选择【位移/速度/加速度】和【跟踪路径】,跟踪从动件的的顶点,以凸轮部件上的曲面为参考零部件,显示跟踪路径。

    复制跟踪路径曲线到SolidWorks零件,在自身窗口打开凸轮零件,此时曲线作为一个新的特征插人到零件到零件中,点击“确定”后,生成连续的凸轮曲线,如图4所示。但该曲线不能直接进行拉伸,还需将其转换为草图进行拉伸。选择曲线所在平面,单击【新建草图】,选中凸轮曲线1,在草图工具栏单击【转换实体引用】,使用两侧对称条件拉伸这个草图,得到凸轮模型,如图5所示。

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责任编辑:郝秋红