创建与仿真正弦机构模型：直线运动杆件速度与曲线位移分析

范例概述:

正弦机构是一种利用杆件的摆动得到直线运动的平面机构，并且驱动杆的运动角度与直线运动杆件的位移呈正弦变化。图10.1.1所示的是由齿轮驱动的正弦机构模型，本节将介绍该机构的创建与运动仿真过程，并研究直线运动杆件的速度与位移曲线。读者可以打开视频文件D:\ug10.16\work\ch10.01\sine_mech.avi查看机构的运行状况。

图10.1.1 正弦机构模型

Step1.打开文件D:\ug10.16\work\ch10.01\sine_mech_asm.prt。

Step2.选择命令，进入运动仿真模块。

Step3.新建仿真文件。

（1）在“运动导航器”中右击，在系统弹出的快捷菜单中选择命令，系统弹出“环境”对话框。

（2）在“环境”对话框中选中单选项；选中区域中的复选框；输入仿真的名称为“motion_1”，单击按钮。

Step4.定义连杆。

（1）定义连杆L001。选择下拉菜单命令，系统弹出“连杆”对话框，选中复选框，选取图10.1.2所示的零件为连杆L001，其余参数接受系统默认，在“连杆”对话框中单击按钮。

（2）定义连杆L002。在“连杆”对话框中取消选中复选框，选取图10.1.2所示的零件为连杆L002，在“连杆”对话框中单击按钮。

图10.1.2 定义连杆L001和L002

(3)定义连杆L003。选取图10.1.3（此图将连杆L001进行隐藏）所示的组件（共两个零件）为连杆L003，在“连杆”对话框中单击按钮。

(4)定义连杆L004。选取图10.1.4所示的零件为连杆L004，在“连杆”对话框中单击按钮。

图10.1.3 定义连杆L003

图10.1.4 定义连杆L004

(5)定义连杆L005。选取图10.1.5所示的零件为连杆L005，在“连杆”对话框中单击按钮。

(6)定义连杆L006、L007、L008和L009。参照前面的方法，选取图10.1.6所示的零件为连杆L006、L007、L008和L009。定义完连杆L009后，在“连杆”对话框中单击按钮，完成所有连杆的定义。

图10.1.5 定义连杆L005

图10.1.6 定义连杆L006~L009

Step5.定义旋转副1。

（1）选择下拉菜单命令，系统弹出“运动副”对话框。

（2）定义运动副类型。在“运动副”对话框选项卡的下拉列表中选择选项。

（3）选择连杆。选取图10.1.7所示的连杆L002。

（4）定义原点及矢量。在“运动副”对话框的下拉列表中选择“圆弧中心”选项，在模型中选取图10.1.7所示的圆弧为定位原点参照；选取图10.1.7所示的面作为矢量参考面。

（5）定义驱动。在“运动副”对话框中单击选项卡，在下拉列表中选择选项，并在其下的文本框中输入值60。

（6）单击按钮，完成第一个运动副的添加。

Step6.定义旋转副2。

（1）选择连杆。选取图10.1.8所示的连杆L003。

（2）定义原点及矢量。在“运动副”对话框区域的下拉列表中选择“圆弧中心”选项，在模型中选取图10.1.8所示的圆弧为定位原点参照；选取图10.1.8所示的面作为矢量参考面，方向朝里（指向齿轮一侧）。

（3）单击按钮，完成第二个运动副的添加。

图10.1.7 定义旋转副1

图10.1.8 定义旋转副2

Step7.定义齿轮副。

（1）选择下拉菜单命令，系统弹出“齿轮副”对话框。

（2）定义齿轮的旋转副。在“运动导航器”中选取J002为第一个齿轮的旋转副，选取J003为第二个齿轮的旋转副。

（3）定义参数。在“齿轮副”对话框区域的文本框中输入值2/3，其余参数接受系统默认设置。

（4）单击按钮，完成第二个运动副的添加。

Step8.定义旋转副3。

（1）选择下拉菜单命令，系统弹出“运动副”对话框。

（2）定义运动副类型。在“运动副”对话框选项卡的下拉列表中选择选项。

（3）选择连杆。在“运动导航器”中将连杆L001进行隐藏，然后选取图10.1.9所示的连杆L003。

（4）定义原点及矢量。在“运动副”对话框的下拉列表中选择“圆弧中心”选项，在模型中选取图10.1.9所示的圆弧为定位原点参照；选取图10.1.9所示的面作为矢量参考面。

（5）添加啮合连杆。在“运动副”对话框的区域中选中复选框，单击，选取图10.1.9所示的连杆L004。

（6）定义啮合连杆原点及矢量。在“运动副”对话框区域的下拉列表中选择“圆弧中心”选项，在模型中选取图10.1.9所示的圆弧为定位原点参照；选取图10.1.9所示的面作为矢量参考面。

（7）单击按钮，完成第四个运动副的添加。

Step9.定义滑动副1。

（1）定义运动副类型。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。

（2）选择连杆。选取图10.1.10所示的连杆L004。

（3）定义原点及矢量。在“运动副”对话框下拉列表中选择“圆弧中心”选项，在模型中选取图10.1.10所示的圆弧为定位原点参照；选取图10.1.10所示的边作为矢量参考边，方向向下。

（4）添加啮合连杆。在“运动副”对话框的区域中选中复选框，单击，选取图10.1.10所示的连杆L005。

（5）定义啮合连杆原点及矢量。在“运动副”对话框区域的下拉列表中选择“圆弧中心”选项，在模型中选取图10.1.10所示的圆弧为定位原点参照；选取图10.1.10所示的边作为矢量参考边，方向向下。

（6）单击按钮，完成第五个运动副的添加。

图10.1.9 定义旋转副3

图10.1.10 定义滑动副1

Step10.定义旋转副4。

（1）选择下拉菜单命令，系统弹出“运动副”对话框。(https://www.xing528.com)

（2）定义运动副类型。在“运动副”对话框的选项卡的下拉列表中选择选项。

（3）选择连杆。选取图10.1.11所示的连杆L006。

（4）定义原点及矢量。在“运动副”对话框下拉列表中选择“圆弧中心”选项，在模型中选取图10.1.11所示的圆弧为定位原点参照；选取图10.1.11所示的面作为矢量参考面。

（5）单击按钮，完成第六个运动副的添加。

Step11.定义旋转副5。

（1）选择连杆。选取图10.1.12所示的连杆L007。

（2）定义原点及矢量。在“运动副”对话框的下拉列表中选择“圆弧中心”选项，在模型中选取图10.1.12所示的圆弧为定位原点参照；选取图10.1.12所示的面作为矢量参考面。

（3）单击按钮，完成第七个运动副的添加。

图10.1.11 定义旋转副4

图10.1.12 定义旋转副5

Step12.定义旋转副6。

（1）选择连杆。选取图10.1.13所示的连杆L008。

（2）定义原点及矢量。在“运动副”对话框的下拉列表中选择“圆弧中心”选项，在模型中选取图10.1.13所示的圆弧为定位原点参照；选取图10.1.13所示的面作为矢量参考面。

（3）单击按钮，完成第八个运动副的添加。

Step13.定义旋转副7。

（1）选择连杆。选取图10.1.14所示的连杆L009。

（2）定义原点及矢量。在“运动副”对话框的下拉列表中选择“圆弧中心”选项，在模型中选取图10.1.14所示的圆弧为定位原点参照；选取图10.1.14所示的面作为矢量参考面。

图10.1.13 定义旋转副6

图10.1.14 定义旋转副7

（3）单击按钮，完成第九个运动副的添加。

Step14.定义3D接触1。

（1）选择下拉菜单命令，系统弹出“3D接触”对话框。

（2）定义接触连杆。单击“3D接触”对话框区域中的按钮，然后选取图10.1.15所示的连杆L005；单击“3D接触”对话框区域中的按钮，然后选取图10.1.15所示的连杆L007。

（3）定义接触类型。在“3D接触”对话框区域的下拉列表中选择类型为，其余参数接受系统默认。

（4）单击按钮，完成3D接触1的定义。

Step15.定义3D接触2。

（1）定义接触连杆。单击“3D接触”对话框区域中的按钮，然后选取图10.1.16所示的连杆L005；单击“3D接触”对话框区域中的按钮，然后选取图10.1.16所示的连杆L009。

（2）定义接触类型。在“3D接触”对话框区域的下拉列表中选择类型为，其余参数接受系统默认值。

（3）单击按钮，完成3D接触2的定义。

图10.1.15 定义3D接触1

图10.1.16 定义3D接触2

Step16.定义解算方案。

（1）选择下拉菜单命令，系统弹出“运算方案”对话框。

（2）在“运算方案”对话框区域的文本框中输入数值30，在文本框中输入数值200，选中复选框。

（3）单击按钮，完成运算器的添加。

Step17.播放动画。在“动画控制”工具栏中单击“播放”按钮，即可播放动画。

Step18.在“动画控制”工具栏中单击“导出至电影”按钮，系统弹出“录制电影”对话框，输入名称“sine_mech”，单击按钮，单击（完成动画）按钮，完成运动仿真的创建。

Step19.创建标记。

（1）选择命令。选择下拉菜单命令，系统弹出“标记”对话框。

（2）在系统的提示下，选择图10.1.17所示的连杆L005，在右侧的下拉列表中选择选项，然后选取图10.1.17所示的面；单击右侧的“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。

（3）采用系统默认的显示比例和名称，单击按钮，完成标记的创建。

图10.1.17 定义参照对象

Step20.求解。选择下拉菜单命令，系统进行求解。

Step21.输出位移曲线。

（1）选择下拉菜单命令，单击其中的选项卡。

（2）设置输出对象。在“图表”对话框的区域选择标记，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，完成“图表”对话框中的参数设置。

（3）定义保存路径。选中“图表”对话框中的复选框，然后单击按钮，选择D:\ug10.16\work\ch10.01\ok\sine_mech_asm\sine_mech_asm.afu为保存路径。

（4）单击按钮，系统进入函数显示环境并显示杆件的位移-时间曲线，如图10.1.18所示。

Step22.输出速度曲线。

（1）选择下拉菜单命令，单击其中的选项卡。

（2）设置输出对象。在“图表”对话框的区域选择标记，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，完成“图表”对话框中的参数设置。

图10.1.18 位移-时间曲线

（3）定义保存路径。选中“图表”对话框中的复选框，然后单击按钮，选择D:\ug10.16\work\ch10.01\ok\sine_mech_asm\sine_mech_asm.afu为保存路径。

（4）单击按钮，系统进入函数显示环境并显示杆件的速度-时间曲线，如图10.1.19所示。

Step23.单击按钮，返回到模型，然后选择下拉菜单命令，保存模型。

图10.1.19 速度-时间曲线