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时间:2018-08-08
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1、基于COSMOSMotion拉伸用曲柄压力机的运动分析摘 要:本文研究了在SolidWorks平台上进行拉伸用曲柄压力机机构建模与运动仿真分析的方法。从而使多杆机构的运动分析直观、简单和精确,大大提高多杆机构的设计精度和效率。关键词:曲柄滑块机构;仿真;COSMOSMotion;SolidWorks1.引言多杆机构具有四杆机构常常难以实现的一些功能,可以更好地满足实际设计需要。但由于多杆机构尺寸参数多,运动要求复杂,因而其设计及运动分析也较困难[1,2]。SolidWorks是款非常优秀的3DCAD软件,功能强大,它可以精确且快捷地建立各种复杂机构的仿真模型,随后即可应用其集成的C
2、AE插件COSMOSMotion,详尽地对机构模型进行运动和动力学分析,且不需要编程,获得机构中各构件的速度、加速度、作用力、反作用力和力矩等,跟踪零件的运动轨迹,并以动画、图形、表格等多种形式表示分析结果,以此可指导修改机构的设计,减少总体设计时间,实现高效开发的目的[3,4]。本文以12.5t拉伸用曲柄压力机为例,利用08版SolidWorks/COSMOSMotion软件来建立该压力机机构的运动学模型,对其进行仿真分析。该压力机工作参数为:滑块行程为640mm,最大工作行程为360mm,滑块行程次数为l6次/分,电机功率5kW。其机构运动简图如图1所示。可见,该机构由一曲柄摇
3、杆机构和一曲柄滑块机构串联而成,曲柄摇杆机构的连杆充当曲柄滑块机构中的曲柄。机构的自由度等于1。BCO2AO1FED图112.5t压力机机构运动简图Fig.1Motionschematicdiagramofcrankpressmechanism2.应用COSMOSMotion进行运动分析的实现过程2.1创建实体零件根据图1给出的尺寸,用SolidWorks对各杆件进行三维造型。由于只是涉及运动分析,故在创建杆件实体零件时,只要杆长符合尺寸要求即可,截面尺寸和形状可以自定。图2为创建好的曲柄O1A的三维模型。利用SolidWorks尺寸驱动特点,只要修改曲柄长度,将尺寸210改为摇杆
4、O2B的长度520,其他尺寸不变,就可得到零件摇杆O2B。同理得到连杆CD。图3为滑块的三维模型。考虑到各杆件建好模后,还需要装配到一起形成机构,故将形成铰链副的圆柱孔其直径应一致,这里均定为25mm;构成移动副的滑块内腔截面尺寸应与机架EF的截面尺寸相同。6图2曲柄的三维模型图3滑块的三维模型Fig.2CrankmodelingFig.3Slidermodeling2.2创建装配体将前面完成的零件逐一插入,通过添加重合、平行、垂直、相距等配合功能,按图1所示尺寸调整好用作机架的3个零件之间的位置后,将它们设为固定。SolidWorks中的固定零件自动映射为COSMOSMotion
5、中的静止零件。为了便于装配,可通过移动、旋转、局部放大操作。每个铰链副是通过添加重合配合和同心配合来实现的,一个同心配合和一个重合配合映射成一个旋转副。将滑块内腔相互垂直的两个平面与机架EF相对应的两个相互垂直的外表面分别进行重合配合,便映射为移动副。图4为完成好的机构装配体。图4压力机机构装配体Fig.4Assemblyofcrankpressmechanism2.3仿真2.3.1为机构的主动件添加驱动由于该机构的自由度为1,故主动构件数只有一个,即曲柄O1A。根据滑块的行程次数可知曲柄的转速为l6转/分。利用马达工具钮为曲柄添加驱动,并设置驱动参数为:等速、16RPM(转/分)
6、,逆时针方向转。注意驱动应添加在与机构运动平面平行的曲柄的一个面上。2.3.2添加滑块的工作阻力滑块在向左的工作行程中,在拉伸的前后段各有一段约0.22H的非工作距离,H为滑块的行程,工作阻力曲线如图5所示。滑块向右的空回行程没有工作阻力。为添加滑块的工作阻力,先进行一次仿真,以确定滑块的行程。仿真时间等于曲柄转动角度除以曲柄转速,这里只模拟曲柄转动两周,因此仿真时间=2/16=0.125min=7.5s。6图5滑块工作阻力曲线Fig.5Workloadcurveofslider由于在创建机构装配体时添加的配合,已自动映射为COSMOSMotion中的连接,因此,为曲柄添加了驱动并
7、调整好仿真时间后,就可进行仿真。仿真自动计算完毕后,单击结果和图解按钮,按图6设置参数并确定,便可获得滑块质心X方向位置曲线,如图7所示,得到滑块行程H=-1000-(-1671)=671mm。图6显示滑块质心X方向位置曲线的参数设置Fig.6ParametersettingofXorientationlocationofslidercentroid图7滑块质心X方向位置随时间变化曲线Fig.7SimulationcurveofXorientationlocation
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