曲柄齿轮齿条机构仿真范例

范例概述:

本范例模拟的是曲柄齿轮齿条机构仿真。在该机构中，曲柄通过连杆带动部分齿轮摆动，从而使齿条进行运动。现需要求出齿轮、齿条的速度曲线以及齿条与底座上左侧挡板之间的距离曲线。读者可以打开视频文件D:\ug10.16\work\ch08.05\winch.avi查看机构的运行状况，机构模型如图8.5.1所示。

图8.5.1 机构模型

Step1.打开装配模型。打开文件D:\ug10.16\work\ch08.05\winch_mech.prt。

Step2.进入运动仿真模块。选择命令，进入运动仿真模块。

Step3.新建运动仿真文件。在“运动导航器”中右击“winch_mech”节点，在系统弹出的快捷菜单中选择命令，系统弹出“环境”对话框。

Step4.设置运动环境。在“环境”对话框中的区域选中单选项；取消选中区域中的3个复选框；选中对话框中的复选框；在下方的文本框中采用默认的仿真名称“motion_1”；单击按钮。

Step5.定义固定连杆1。选择下拉菜单命令，系统弹出“连杆”对话框；选取图8.5.1所示的底座为固定连杆1；在下拉列表中选择选项；在区域中选中复选框；在文本框中采用默认的连杆名称“L001”；单击按钮，完成固定连杆1的定义。

Step6.定义连杆2。选取图8.5.1所示的齿条为连杆2；在下拉列表中选择选项；在区域中取消选中复选框；在文本框中采用默认的连杆名称“L002”；单击按钮，完成连杆2的定义。

Step7.定义连杆3。选取图8.5.1所示的齿轮和柱销为连杆3；在下拉列表中选择选项；在区域中取消选中复选框；在文本框中采用默认的连杆名称“L003”；单击按钮，完成连杆3的定义。

Step8.定义连杆4。选取图8.5.1所示的连杆为连杆4；在下拉列表中选择选项；在区域中取消选中复选框；在文本框中采用默认的连杆名称“L004”；单击按钮，完成连杆4的定义。

Step9.定义连杆5。选取图8.5.1所示的曲柄为连杆5；在下拉列表中选择选项；在区域中取消选中复选框；在文本框中采用默认的连杆名称“L005”；单击按钮，完成连杆5的定义。

Step10.定义连杆2中的滑动副。选择下拉菜单命令，系统弹出“运动副”对话框；在“运动副”对话框选项卡的下拉列表中选择选项；在模型中选取图8.5.2所示的边线1为参考，系统自动选择连杆和原点；在区域的下拉列表中选择选项，在矢量下拉列表中选择选项。

Step11.定义连杆3中的旋转副。选择下拉菜单命令，系统弹出“运动副”对话框；在“运动副”对话框选项卡的下拉列表中选择选项；在模型中选取图8.5.2所示的边线2为参考，系统自动选择连杆、原点及矢量方向；单击按钮，完成旋转副的创建。

图8.5.2 定义运动副

Step12定义连杆3和连杆4中的共线副。

（1）选择下拉菜单命令，系统弹出“运动副”对话框；在“运动副”对话框选项卡的下拉列表中选择选项；在模型中选取图8.5.3所示的连杆3中的边线1为参考，系统自动选择连杆、原点及矢量方向。

（2）在“运动副”对话框的区域中选中复选框；单击区域中的按钮，在模型中选取图8.5.3所示的连杆4中的边线2为参考。

（3）单击按钮，完成共线副的创建。

图8.5.3 定义连杆3和连杆4中的共线副

Step13.定义连杆4和连杆5中的旋转副。

（1）选择下拉菜单命令，系统弹出“运动副”对话框；在“运动副”对话框选项卡的下拉列表中选择选项；在模型中选取图8.5.4所示的连杆4中的边线1为参考，系统自动选择连杆、原点及矢量方向。

（2）在“运动副”对话框的区域中选中复选框；单击区域中的按钮，在模型中选取图8.5.4所示的连杆5中的边线2为参考。

（3）单击按钮，完成旋转副的创建。

图8.5.4 定义连杆4和连杆5中的旋转副

Step14.定义连杆5中的旋转副。

（1）选择下拉菜单命令，系统弹出“运动副”对话框；在“运动副”对话框选项卡的下拉列表中选择选项；在模型中选取图8.5.5所示的边线为参考，系统自动选择连杆、原点及矢量方向。

（2）单击“运动副”对话框中的选项卡；在下拉列表中选择选项；在文本框中输入值120。

（3）单击按钮，完成旋转副的创建。

图8.5.5 定义运动副

Step15.定义齿轮齿条副。

（1）选择命令。选择下拉菜单命令，系统弹出“齿轮齿条副”对话框。

（4）单击按钮，完成“齿轮齿条副”的定义，如图8.5.6所示。

图8.5.6 定义齿轮齿条副

Step16.定义解算方案并求解。

（1）选择下拉菜单命令，系统弹出“解算方案”对话框；在下拉列表中选择选项；在下拉列表中选择选项；在文本框中输入值10；在文本框中输入值500；选中对话框中的复选框。

（2）设置重力方向。在“解算方案”对话框区域的矢量下拉列表中选择选项，其他重力参数按系统默认设置值。(https://www.xing528.com)

（3）单击按钮，完成解算方案的定义。

Step17.定义动画。在“动画控制”工具条中单击“播放”按钮，查看机构运动；单击“导出至电影”按钮，输入名称“winch_mech”，保存动画；单击“完成动画”按钮。

Step18.输出齿条的速度-时间曲线。

（1）选择下拉菜单命令，系统弹出“图表”对话框，单击其中的选项卡。

（3）选中“图表”对话框中的复选框，然后单击按钮，选择D:\ug10.16\work\ch08.05\winch_mech\winch_mech.afu为保存路径。

（4）单击按钮，系统进入函数显示环境并显示齿条的速度-时间曲线，如图8.5.7所示。

Step19.输出齿轮的速度-时间曲线。

图8.5.7 齿条的速度-时间曲线

（2）在“图表”对话框的区域选择旋转副J003，在下拉列表中选择选项，在下拉列表中选择选项，单击区域中的按钮。

（4）单击按钮，系统进入函数显示环境并显示齿轮的速度-时间曲线，如图8.5.8所示。

图8.5.8 齿轮的速度-时间曲线

Step20.在“布局管理器”工具条中单击“返回到模型”按钮，返回到运动仿真环境。

Step21.输出齿条与底座上左侧挡板之间的距离-时间曲线。

（1）定义标记1。选择下拉菜单命令，系统弹出“标记”对话框；在系统的提示下，选取图8.5.9所示的曲面为参考，系统自动定义连杆及参考点；在区域中单击，然后在右侧单击“CSYS”对话框按钮，在系统弹出的“CSYS”对话框的下拉列表中选择选项；单击按钮两次，完成标记1的定义。

（2）定义标记2。参考上述操作步骤，选取图8.5.10所示的曲面为参考，定义标记2。

（3）定义传感器。

①选择命令。选择下拉菜单命令，系统弹出“传感器”对话框。

图8.5.9 定义标记1

图8.5.10 定义标记2

②设置传感器参数。在“传感器”对话框的下拉列表中选择选项，在区域的下拉列表中选择选项，在下拉列表中选择选项。

③定义参考。单击“传感器”对话框区域中的按钮，在“运动导航器”中选取标记“A001”为测量对象；然后单击按钮，在“运动导航器”中选取标记“A002”为相对标记。

④单击按钮，完成传感器的创建。

（4）对解算方案再次进行求解。选择下拉菜单命令，对解算方案再次进行求解。

（5）输出位移曲线。

①选择下拉菜单命令（或者在“运动”工具栏中单击命令），系统弹出“图表”对话框，单击其中的选项卡。

②在“图表”对话框的区域选择传感器，单击区域中的按钮。

③选中“图表”对话框中的复选框，然后单击按钮，选择D:\ug10.16\work\ch08.05\winch_mech\winch_mech.afu为保存路径。

④单击按钮，系统进入函数显示环境并显示两个标记之间的位移-时间曲线，如图8.5.11所示。

图8.5.11 位移-时间曲线

Step22.在“布局管理器”工具条中单击“返回到模型”按钮，返回到运动仿真环境。

Step23.选择下拉菜单命令，保存模型。