本文探討了凸輪的SolidWorks/COSMOSMotion下離散點(diǎn)輪廓曲線設(shè)計(jì)和后處理相關(guān)研究。
SolidWorks是當(dāng)今造型、仿真方面最為流行的三維CAD軟件，它具有基于特征進(jìn)行參數(shù)化造型設(shè)計(jì)特點(diǎn)，模型各個(gè)特征的幾何形狀與尺寸大小用變量參數(shù)來表達(dá)，變量參數(shù)不僅可以是常數(shù)，也可以是某種代數(shù)式。如果定義某個(gè)特征的變量參數(shù)發(fā)生了改變，則模型的這個(gè)特征的幾何形狀或尺寸大小將隨著參數(shù)的改變而改變，通過控制各種參數(shù)，即可以達(dá)到控制模型幾何形體的目的。COSMOSMotion是SolidWorks自帶的插件，和SolidWorks無縫對(duì)接，直接使用SolidWorks的數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)和靜力學(xué)進(jìn)行分析和仿真…。對(duì)于頂桿運(yùn)動(dòng)形式可用連續(xù)函數(shù)表達(dá)的凸輪輪廓曲線設(shè)計(jì)，可通過用SolidWorks構(gòu)造基本的模型，在COSMOS Motion中輸入凸輪和頂桿的運(yùn)動(dòng)約束函數(shù)表達(dá)式，然后模擬凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)行狀況，最終設(shè)計(jì)得到凸輪輪廓曲線。
但在實(shí)際應(yīng)用中，對(duì)頂桿的約束往往不能用函數(shù)來表示，只明確了幾個(gè)位置的精確要求，其他位置沒有精確的數(shù)值要求，把這種情況的凸輪輪廓曲線設(shè)計(jì)簡(jiǎn)稱為離散點(diǎn)凸輪輪廓曲線設(shè)計(jì)。離散點(diǎn)凸輪輪廓曲線設(shè)計(jì)可通過用多項(xiàng)式等函數(shù)擬合各離散點(diǎn)，得到約束函數(shù)后再用前述的辦法來設(shè)計(jì)。本文將具體研究利用COSMOS Motion自帶樣條函數(shù)自動(dòng)實(shí)現(xiàn)離散點(diǎn)值擬合，模擬運(yùn)行凸輪機(jī)構(gòu)，生成凸輪輪廓曲線，并對(duì)凸輪輪廓曲線進(jìn)行后處理，最終得到實(shí)體凸輪模型。
1在SolidWorks中建立凸輪機(jī)構(gòu)裝配關(guān)系
在SolidWorks裝配體界面建立如圖1所示的裝配關(guān)系，使凸輪的水平中心線和頂桿中心線重合，為構(gòu)建準(zhǔn)確的裝配關(guān)系，精確定位凸輪和頂桿的接觸點(diǎn)，頂桿的頭部可設(shè)計(jì)成三角形。
2設(shè)置約束和運(yùn)動(dòng)參數(shù)
2.1添加約束
在COSMOSMotion中構(gòu)建運(yùn)動(dòng)模型時(shí)，不要按默認(rèn)推薦情況設(shè)置約束和固定零件，應(yīng)在部件屬性設(shè)置欄把凸輪和頂桿都設(shè)為運(yùn)動(dòng)零件，如2圖所示。在約束欄對(duì)裝配體中的凸輪和頂桿分別添加旋轉(zhuǎn)副和移動(dòng)副約束，如圖3所示。
2.2設(shè)置運(yùn)動(dòng)參數(shù)
凸輪為勻速轉(zhuǎn)動(dòng);如表1所示頂桿往返運(yùn)動(dòng)的位移和時(shí)間關(guān)系不是函數(shù)關(guān)系，而是離散值。如引言所述，離散點(diǎn)凸輪輪廓曲線設(shè)計(jì)可通過用多項(xiàng)式等函數(shù)擬合各離散點(diǎn)，得到約束函數(shù)后再用函數(shù)式來驅(qū)動(dòng)，但這樣比較復(fù)雜，且會(huì)產(chǎn)生些累積誤差。針對(duì)此類問題，COSMOS Motion可直接輸入離散值，通過自帶樣條函數(shù)自動(dòng)實(shí)現(xiàn)曲線擬合。如圖4所示，在函數(shù)項(xiàng)選樣條式，并在時(shí)間欄和位移欄分別按表1值手動(dòng)輸入，或用載入事先完成的txt或CSV格式的文件。
3仿真參數(shù)設(shè)置
模型仿真運(yùn)動(dòng)時(shí)，各部件必須剛好完成1個(gè)周期的運(yùn)動(dòng)，由表l所示頂桿1個(gè)循環(huán)的時(shí)間為4秒，因此要把仿真模擬時(shí)間設(shè)置為4秒，并把凸輪的轉(zhuǎn)動(dòng)速度改為90deg/sec，這樣凸輪運(yùn)行4秒后也剛好是1個(gè)循環(huán);在結(jié)果分析項(xiàng)設(shè)置要求輸出頂桿頂點(diǎn)對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡，即凸輪輪廓曲線。仿真運(yùn)行后得如圖5所示結(jié)果。
4凸輪輪廓曲線后處理
仿真后得到的凸輪輪廓曲線在SolidWorks中不是實(shí)體輪廓曲線，不能直接構(gòu)建實(shí)體零件模型，要在SolidWorks中構(gòu)建凸輪實(shí)體零件模型，可如圖6所示選復(fù)制運(yùn)動(dòng)軌跡曲線到SolidWorks選項(xiàng)，把仿真后得到的凸輪輪廓曲線插入到繪制SolidWorks零件模型界面，如圖7所示。然后選擇前視基準(zhǔn)面為草圖平面構(gòu)建實(shí)體零件模型，選【轉(zhuǎn)換實(shí)體曲線】按鈕將運(yùn)動(dòng)軌跡曲線轉(zhuǎn)換為實(shí)體輪廓曲線，在繪制凸輪軸孔等后，選[拉伸凸臺(tái)/基體]按鈕就可得到三維凸輪實(shí)體模型，如圖8所示。
5結(jié)束語(yǔ)
在凸輪機(jī)構(gòu)頂桿件只明確若干個(gè)位置的精確值情況下，也用SolidWorks及COSMOS Motion設(shè)計(jì)凸輪輪廓曲線，并能把在生成的凸輪輪廓曲線輸入到SolidWorks，在此基礎(chǔ)上創(chuàng)建三維凸輪實(shí)體模型。