李銀標(biāo)

(無(wú)錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)械技術(shù)學(xué)院,江蘇無(wú)錫 214121)

空間凸輪機(jī)構(gòu)集空間機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)緊湊及凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)靈活,可實(shí)現(xiàn)從動(dòng)件任意運(yùn)動(dòng)要求雙重優(yōu)點(diǎn)于一身廣泛應(yīng)用于各種自動(dòng)化分度機(jī)械中,本文以UG軟件為平臺(tái),以直動(dòng)推桿圓柱凸輪機(jī)構(gòu)為例,用UG表達(dá)式和規(guī)律曲線命令,得到圓柱凸輪的輪廓曲線,從而得到準(zhǔn)確的凸輪輪廓造型,然后進(jìn)行三維動(dòng)力學(xué)仿真,并分析推桿位移、速度、加速度,為機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)提供參考。

1 空間凸輪機(jī)構(gòu)的工作原理

直動(dòng)推桿圓柱凸輪機(jī)構(gòu)如圖1所示,原動(dòng)件凸輪勻速轉(zhuǎn)動(dòng),帶動(dòng)推桿運(yùn)動(dòng),輸出運(yùn)動(dòng)為推桿來(lái)回移動(dòng),可以利用UG仿真來(lái)確定推桿任意時(shí)刻的位置、速度和加速度[1]。

空間凸輪曲線參數(shù)方程:

將空間凸輪曲線參數(shù)方程,轉(zhuǎn)化為符合UG規(guī)定的方程,手工輸入表達(dá)式中,如圖2所示。

由規(guī)律曲線生成凸輪輪廓曲線。并按照空間凸輪尺寸構(gòu)建三維造型,以及滾子、推桿、機(jī)架的三維造型?？臻g凸輪機(jī)構(gòu)三維造型如圖3所示。

2 空間凸輪機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)仿真分析方案

(1)連桿(Links)的創(chuàng)建將空間凸輪機(jī)構(gòu)活動(dòng)構(gòu)件建立連桿。機(jī)架設(shè)為固定連桿1,空間凸輪設(shè)為連桿2,滾子設(shè)為連桿3,推桿設(shè)為連桿4。(2)添加運(yùn)動(dòng)副空間凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)副一共涉及了2種,分別是旋轉(zhuǎn)副和滑動(dòng)副。設(shè)定機(jī)架為固定副,選擇插入→運(yùn)動(dòng)副→固定副,選擇連桿為機(jī)架。給空間凸輪與機(jī)架加上一個(gè)旋轉(zhuǎn)副,選擇插入→運(yùn)動(dòng)副→旋轉(zhuǎn)副,第一個(gè)連桿選擇凸輪軸圓周,這樣就完成了“選擇連桿(凸輪)”、“指定原點(diǎn)(圓心)”、“指定方位(圓所在平面的法線)三個(gè)步驟,第二個(gè)連桿選擇機(jī)架。完成一個(gè)旋轉(zhuǎn)副的添加。同樣,將滾子與推桿用旋轉(zhuǎn)副相連,將推桿與機(jī)架滑動(dòng)副連接。選擇插入→運(yùn)動(dòng)副→滑塊,第一個(gè)連桿選擇推桿一端圓周,這樣就完成了“選擇連桿(推桿)”、“指定原點(diǎn)(圓心)”、“指定方位(圓所在平面的法線)三個(gè)步驟,第二個(gè)連桿選擇機(jī)架。完成滑動(dòng)副的添加。(3)定義運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)空間凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)是采用的勻速驅(qū)動(dòng)。將空間凸輪的旋轉(zhuǎn)副設(shè)為主動(dòng)件,設(shè)定初速度為360,如圖4所示。(4)添加碰撞選擇插入→連接器→3D碰撞,在3D碰撞對(duì)話框中輸入數(shù)值。在接觸體中分別選擇滾子和凸輪,在二者之間添加碰撞。(5)運(yùn)動(dòng)仿真UG進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真時(shí),需要輸入時(shí)間與步數(shù)2個(gè)參數(shù),空間凸輪機(jī)構(gòu)的解算時(shí)間設(shè)置為1,步數(shù)為100。(6)運(yùn)動(dòng)模型新建運(yùn)動(dòng)模型,需要計(jì)算的是推桿的運(yùn)動(dòng)模型函數(shù),將滑動(dòng)副添加。可以用電子表格顯示結(jié)果推桿滑動(dòng)的位移曲線[2]。

圖1 圓柱凸輪機(jī)構(gòu)

圖3 空間凸輪機(jī)構(gòu)三維造型

圖4 勻速驅(qū)動(dòng)

圖2 空間凸輪曲線參數(shù)方程

3 結(jié)語(yǔ)

利用UG運(yùn)動(dòng)分析模塊進(jìn)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)仿真分析,能夠自動(dòng)跟蹤零件的運(yùn)動(dòng)軌跡,通過(guò)圖表與圖形表達(dá)從動(dòng)件的位移、速度、加速度等運(yùn)動(dòng)規(guī)律,得到運(yùn)動(dòng)規(guī)律的數(shù)值及特性曲線圖。并且能夠通過(guò)動(dòng)畫(huà)演示空間凸輪機(jī)構(gòu)的實(shí)際運(yùn)動(dòng)過(guò)程,從而確定整個(gè)設(shè)計(jì)的合理性并進(jìn)行運(yùn)動(dòng)干涉分析。UG的運(yùn)動(dòng)分析模塊實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)仿真,也為下一步做有限元分析、強(qiáng)度分析、結(jié)構(gòu)分析及優(yōu)化設(shè)計(jì)打好了基礎(chǔ)。

[1]賈大瑋.基于UG的液壓支架模型運(yùn)動(dòng)仿真與分析[J].煤礦機(jī)械,2012,(3):43-44.

[2]張晉西,張甲瑞,郭學(xué)琴.UGNX/MOTION機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)仿真基礎(chǔ)及實(shí)例[M].北京:清華大學(xué)出版社,2009.