副標題#e# 隨著計算機輔助設計技術的飛速發展與功能的不斷完善，工程技術人員的設計方法和手段越來越豐富。尤其是三維CAD/CAM軟件的廣泛應用與普及，使得現代機械產品設計逐步進入三維設計時代。三維設計具有形象、直觀、精確、快速的特點，在新產品開發的方案設計、結構分析、產品性能的評估、確定和優化物理樣機參數過程中能夠起到決定性作用，并為新產品研發一次成功，提供了強有力的技術支持。
Solidworks/Motion是基于Windows環境的參數化三維實體造型軟件。為廣大工程技術人員提供了在單一的Windows界面上無縫集成實體造型、有限元分析和優化設計、虛擬裝配、三維機構運動仿真、運動干涉檢查、工藝規程生成、數控加工、三維實體圖轉化二維工程圖、產品數據共享與集成等多種多樣的功能。
本文以某型號的三軸模擬搖擺復現機械裝置為例，介紹應用SolidWorks/Motion軟件進行三軸模擬搖擺復現機械裝置在三維實體造型、裝配、三維機構運動仿真及運動部件干涉檢查的過程和方法。
該三軸模擬搖擺復現機械裝置主要由內環、中環、外環和機座組成，如圖1所示。
一、三維實體造型設計
三軸模擬搖擺復現裝置的測量系統精度相對較高，因此在進行三軸模擬搖擺復現裝置的機械臺體結構設計時，要確保機械臺體結構的剛度能夠滿足測量系統精度要求，同時還要進行結構的優化，在滿足剛度和強度的前提下，使機械臺體的重量盡量輕，各轉動部件的轉動慣量盡量小。從系統的驅動功率、運動平穩性及控制性等方面來考慮，機械臺體的重心位置越接近轉動軸線越好。但從安全角度考慮，各轉動部件重心位置應控制在回轉軸下方一定范圍內。
根據設計任務書安裝臺面尺寸和承載要求等技術參數和指標，結合以往的設計經驗，先初步確定機械臺體的結構尺寸、斷面尺寸、板材厚度，初步進行三維造型設計，完成零部件設計并按相應的關聯約束進行裝配。
首先確定各轉動部件重心位置。若重心位置不合適，可采用在下部添加配重塊或改變結構尺寸的方式滿足重心位置的要求。對各部件進行有限元計算，檢驗各部件的應力和應變是否滿足測量系統精度要求。若不能滿足要求，則對相應部件的結構進行修改直至滿足要求。
二、機構運動仿真分析及干涉檢查
1.機構運動仿真分析
機構運動仿真的模型應采用自底向上的裝配方法，建立一個三軸搖擺復線機械裝置裝配體。首先插入已完成的機座，使機座部件的三個定義平面與裝配體的三個定義平面相重合，這樣就可以將機座部件完全約束固定。然后再逐次將外環、中環、內環按相對應的裝配關系進行約束。如圖1所示，外環與機座約束兩個自由度，外環可以繞Y軸擺動；中環與外環同樣約束兩個自由度，中環繞X軸可以擺動；內環與中環也約束兩個自由度，內環繞Z軸可以擺動。
對已經做好的裝配體模型，即可用Solidworks/Motion進行運動仿真，根據任務書給定的相關條件和參數，可以模擬產品的不同運動狀態，檢驗產品的運動性能及產品的設計計算結果正確性。
如圖2所示，用鼠標將箭頭所指按鈕1點下，即可出現如圖3所示的左邊窗口。確認Revolute是否對應Y軸（艏搖軸），Revolute2是否對應X軸（橫搖軸），Revolute3是否對應Z軸（縱搖軸）。用鼠標選取“Revolute”按鈕，然后點擊右鍵，選擇“Properties”出現如圖3所示的右邊窗口，在該窗口中可以添加各搖擺軸的搖擺方式（displacement）、搖擺數學模型（Harmonic）、幅值、周期、角速度和角加速度參數等。在Motion的下拉菜單中選取“Intellimotion Builder”按鈕，出現如圖4所示的窗口，在此窗口中可以添加運行的時間和計算的點數，一般取2～3個周期，500～1000個計算點即可。
Solidworks/Motion是基于Windows環境的參數化三維實體造型軟件。為廣大工程技術人員提供了在單一的Windows界面上無縫集成實體造型、有限元分析和優化設計、虛擬裝配、三維機構運動仿真、運動干涉檢查、工藝規程生成、數控加工、三維實體圖轉化二維工程圖、產品數據共享與集成等多種多樣的功能。
本文以某型號的三軸模擬搖擺復現機械裝置為例，介紹應用SolidWorks/Motion軟件進行三軸模擬搖擺復現機械裝置在三維實體造型、裝配、三維機構運動仿真及運動部件干涉檢查的過程和方法。
該三軸模擬搖擺復現機械裝置主要由內環、中環、外環和機座組成，如圖1所示。
圖1 三軸模擬搖擺復現機械裝置示意圖
一、三維實體造型設計
三軸模擬搖擺復現裝置的測量系統精度相對較高，因此在進行三軸模擬搖擺復現裝置的機械臺體結構設計時，要確保機械臺體結構的剛度能夠滿足測量系統精度要求，同時還要進行結構的優化，在滿足剛度和強度的前提下，使機械臺體的重量盡量輕，各轉動部件的轉動慣量盡量小。從系統的驅動功率、運動平穩性及控制性等方面來考慮，機械臺體的重心位置越接近轉動軸線越好。但從安全角度考慮，各轉動部件重心位置應控制在回轉軸下方一定范圍內。
根據設計任務書安裝臺面尺寸和承載要求等技術參數和指標，結合以往的設計經驗，先初步確定機械臺體的結構尺寸、斷面尺寸、板材厚度，初步進行三維造型設計，完成零部件設計并按相應的關聯約束進行裝配。
首先確定各轉動部件重心位置。若重心位置不合適，可采用在下部添加配重塊或改變結構尺寸的方式滿足重心位置的要求。對各部件進行有限元計算，檢驗各部件的應力和應變是否滿足測量系統精度要求。若不能滿足要求，則對相應部件的結構進行修改直至滿足要求。
二、機構運動仿真分析及干涉檢查
1.機構運動仿真分析
機構運動仿真的模型應采用自底向上的裝配方法，建立一個三軸搖擺復線機械裝置裝配體。首先插入已完成的機座，使機座部件的三個定義平面與裝配體的三個定義平面相重合，這樣就可以將機座部件完全約束固定。然后再逐次將外環、中環、內環按相對應的裝配關系進行約束。如圖1所示，外環與機座約束兩個自由度，外環可以繞Y軸擺動；中環與外環同樣約束兩個自由度，中環繞X軸可以擺動；內環與中環也約束兩個自由度，內環繞Z軸可以擺動。
對已經做好的裝配體模型，即可用Solidworks/Motion進行運動仿真，根據任務書給定的相關條件和參數，可以模擬產品的不同運動狀態，檢驗產品的運動性能及產品的設計計算結果正確性。
圖2 按鈕標識
如圖2所示，用鼠標將箭頭所指按鈕1點下，即可出現如圖3所示的左邊窗口。確認Revolute是否對應Y軸（艏搖軸），Revolute2是否對應X軸（橫搖軸），Revolute3是否對應Z軸（縱搖軸）。用鼠標選取“Revolute”按鈕，然后點擊右鍵，選擇“Properties”出現如圖3所示的右邊窗口，在該窗口中可以添加各搖擺軸的搖擺方式（displacement）、搖擺數學模型（Harmonic）、幅值、周期、角速度和角加速度參數等。在Motion的下拉菜單中選取“Intellimotion Builder”按鈕，出現如圖4所示的窗口，在此窗口中可以添加運行的時間和計算的點數，一般取2～3個周期，500～1000個計算點即可。
圖3 設置窗口
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