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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

时间:2023-06-25 理论教育 版权反馈
【摘要】: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。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10.1.6 定义连杆L006~L009Step5.定义旋转副1。选取图10.1.8所示的连杆L003。

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。

978-7-111-51063-5-Chapter10-1.jpg

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978-7-111-51063-5-Chapter10-2.jpg978-7-111-51063-5-Chapter10-3.jpg978-7-111-51063-5-Chapter10-4.jpg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978-7-111-51063-5-Chapter10-5.jpg,在系统弹出的快捷菜单中选择978-7-111-51063-5-Chapter10-6.jpg命令,系统弹出“环境”对话框。

(2)在“环境”对话框中选中978-7-111-51063-5-Chapter10-7.jpg单选项;选中978-7-111-51063-5-Chapter10-8.jpg区域中的978-7-111-51063-5-Chapter10-9.jpg复选框;输入仿真的名称为“motion_1”,单击978-7-111-51063-5-Chapter10-10.jpg按钮

Step4.定义连杆。

(1)定义连杆L001。选择下拉菜单978-7-111-51063-5-Chapter10-11.jpg978-7-111-51063-5-Chapter10-12.jpg978-7-111-51063-5-Chapter10-13.jpg命令,系统弹出“连杆”对话框,选中978-7-111-51063-5-Chapter10-14.jpg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978-7-111-51063-5-Chapter10-15.jpg按钮。

(2)定义连杆L002。在“连杆”对话框中取消选中978-7-111-51063-5-Chapter10-16.jpg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978-7-111-51063-5-Chapter10-17.jpg按钮。

978-7-111-51063-5-Chapter10-18.jpg

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978-7-111-51063-5-Chapter10-19.jpg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978-7-111-51063-5-Chapter10-20.jpg按钮。

978-7-111-51063-5-Chapter10-21.jpg

图10.1.3 定义连杆L003

978-7-111-51063-5-Chapter10-22.jpg

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978-7-111-51063-5-Chapter10-23.jpg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978-7-111-51063-5-Chapter10-24.jpg按钮,完成所有连杆的定义。

978-7-111-51063-5-Chapter10-25.jpg

图10.1.5 定义连杆L005

978-7-111-51063-5-Chapter10-26.jpg

图10.1.6 定义连杆L006~L009

Step5.定义旋转副1。

(1)选择下拉菜单978-7-111-51063-5-Chapter10-27.jpg978-7-111-51063-5-Chapter10-28.jpg978-7-111-51063-5-Chapter10-29.jpg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978-7-111-51063-5-Chapter10-30.jpg选项卡978-7-111-51063-5-Chapter10-31.jpg下拉列表中选择978-7-111-51063-5-Chapter10-32.jpg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978-7-111-51063-5-Chapter10-33.jpg下拉列表中选择“圆弧中心”978-7-111-51063-5-Chapter10-34.jpg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978-7-111-51063-5-Chapter10-35.jpg选项卡,在978-7-111-51063-5-Chapter10-36.jpg下拉列表中选择978-7-111-51063-5-Chapter10-37.jpg选项,并在其下的978-7-111-51063-5-Chapter10-38.jpg文本框中输入值60。

(6)单击978-7-111-51063-5-Chapter10-39.jpg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978-7-111-51063-5-Chapter10-40.jpg区域的978-7-111-51063-5-Chapter10-41.jpg下拉列表中选择“圆弧中心”978-7-111-51063-5-Chapter10-42.jpg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978-7-111-51063-5-Chapter10-43.jpg按钮,完成第二个运动副的添加。

978-7-111-51063-5-Chapter10-44.jpg

图10.1.7 定义旋转副1

978-7-111-51063-5-Chapter10-45.jpg

图10.1.8 定义旋转副2

Step7.定义齿轮副。

(1)选择下拉菜单978-7-111-51063-5-Chapter10-46.jpg978-7-111-51063-5-Chapter10-47.jpg978-7-111-51063-5-Chapter10-48.jpg978-7-111-51063-5-Chapter10-49.jpg978-7-111-51063-5-Chapter10-50.jpg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978-7-111-51063-5-Chapter10-51.jpg区域的978-7-111-51063-5-Chapter10-52.jpg文本框中输入值2/3,其余参数接受系统默认设置。

(4)单击978-7-111-51063-5-Chapter10-53.jpg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978-7-111-51063-5-Chapter10-54.jpg978-7-111-51063-5-Chapter10-55.jpg978-7-111-51063-5-Chapter10-56.jpg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978-7-111-51063-5-Chapter10-57.jpg选项卡的978-7-111-51063-5-Chapter10-58.jpg下拉列表中选择978-7-111-51063-5-Chapter10-59.jpg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978-7-111-51063-5-Chapter10-60.jpg下拉列表中选择“圆弧中心”978-7-111-51063-5-Chapter10-61.jpg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978-7-111-51063-5-Chapter10-62.jpg区域中选中978-7-111-51063-5-Chapter10-63.jpg复选框,单击978-7-111-51063-5-Chapter10-64.jpg,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978-7-111-51063-5-Chapter10-65.jpg区域的978-7-111-51063-5-Chapter10-66.jpg下拉列表中选择“圆弧中心”978-7-111-51063-5-Chapter10-67.jpg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978-7-111-51063-5-Chapter10-68.jpg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978-7-111-51063-5-Chapter10-69.jpg978-7-111-51063-5-Chapter10-70.jpg978-7-111-51063-5-Chapter10-71.jpg命令,系统弹出“运动副”对话框;在“运动副”对话框978-7-111-51063-5-Chapter10-72.jpg选项卡的978-7-111-51063-5-Chapter10-73.jpg下拉列表中选择978-7-111-51063-5-Chapter10-74.jpg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978-7-111-51063-5-Chapter10-75.jpg下拉列表中选择“圆弧中心”978-7-111-51063-5-Chapter10-76.jpg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978-7-111-51063-5-Chapter10-77.jpg区域中选中978-7-111-51063-5-Chapter10-78.jpg复选框,单击978-7-111-51063-5-Chapter10-79.jpg,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978-7-111-51063-5-Chapter10-80.jpg区域的978-7-111-51063-5-Chapter10-81.jpg下拉列表中选择“圆弧中心”978-7-111-51063-5-Chapter10-82.jpg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978-7-111-51063-5-Chapter10-83.jpg按钮,完成第五个运动副的添加。

978-7-111-51063-5-Chapter10-84.jpg

图10.1.9 定义旋转副3

978-7-111-51063-5-Chapter10-85.jpg

图10.1.10 定义滑动副1

Step10.定义旋转副4。

(1)选择下拉菜单978-7-111-51063-5-Chapter10-86.jpg978-7-111-51063-5-Chapter10-87.jpg978-7-111-51063-5-Chapter10-88.jpg命令,系统弹出“运动副”对话框。(www.xing528.com)

(2)定义运动副类型。在“运动副”对话框的978-7-111-51063-5-Chapter10-89.jpg选项卡的978-7-111-51063-5-Chapter10-90.jpg下拉列表中选择978-7-111-51063-5-Chapter10-91.jpg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978-7-111-51063-5-Chapter10-92.jpg下拉列表中选择“圆弧中心”978-7-111-51063-5-Chapter10-93.jpg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978-7-111-51063-5-Chapter10-94.jpg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978-7-111-51063-5-Chapter10-95.jpg下拉列表中选择“圆弧中心”978-7-111-51063-5-Chapter10-96.jpg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978-7-111-51063-5-Chapter10-97.jpg按钮,完成第七个运动副的添加。

978-7-111-51063-5-Chapter10-98.jpg

图10.1.11 定义旋转副4

978-7-111-51063-5-Chapter10-99.jpg

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978-7-111-51063-5-Chapter10-100.jpg下拉列表中选择“圆弧中心”978-7-111-51063-5-Chapter10-101.jpg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978-7-111-51063-5-Chapter10-102.jpg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978-7-111-51063-5-Chapter10-103.jpg下拉列表中选择“圆弧中心”978-7-111-51063-5-Chapter10-104.jpg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。

978-7-111-51063-5-Chapter10-105.jpg

图10.1.13 定义旋转副6

978-7-111-51063-5-Chapter10-106.jpg

图10.1.14 定义旋转副7

(3)单击978-7-111-51063-5-Chapter10-107.jpg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978-7-111-51063-5-Chapter10-108.jpg978-7-111-51063-5-Chapter10-109.jpg978-7-111-51063-5-Chapter10-110.jpg978-7-111-51063-5-Chapter10-111.jpg978-7-111-51063-5-Chapter10-112.jpg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978-7-111-51063-5-Chapter10-113.jpg区域中的978-7-111-51063-5-Chapter10-114.jpg按钮,然后选取图10.1.15所示的连杆L005;单击“3D接触”对话框978-7-111-51063-5-Chapter10-115.jpg区域中的978-7-111-51063-5-Chapter10-116.jpg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978-7-111-51063-5-Chapter10-117.jpg区域的978-7-111-51063-5-Chapter10-118.jpg下拉列表中选择类型为978-7-111-51063-5-Chapter10-119.jpg,其余参数接受系统默认。

(4)单击978-7-111-51063-5-Chapter10-120.jpg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978-7-111-51063-5-Chapter10-121.jpg区域中的978-7-111-51063-5-Chapter10-122.jpg按钮,然后选取图10.1.16所示的连杆L005;单击“3D接触”对话框978-7-111-51063-5-Chapter10-123.jpg区域中的978-7-111-51063-5-Chapter10-124.jpg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978-7-111-51063-5-Chapter10-125.jpg区域的978-7-111-51063-5-Chapter10-126.jpg下拉列表中选择类型为978-7-111-51063-5-Chapter10-127.jpg,其余参数接受系统默认值。

(3)单击978-7-111-51063-5-Chapter10-128.jpg按钮,完成3D接触2的定义。

978-7-111-51063-5-Chapter10-129.jpg

图10.1.15 定义3D接触1

978-7-111-51063-5-Chapter10-130.jpg

图10.1.16 定义3D接触2

Step16.定义解算方案。

(1)选择下拉菜单978-7-111-51063-5-Chapter10-131.jpg978-7-111-51063-5-Chapter10-132.jpg978-7-111-51063-5-Chapter10-133.jpg命令,系统弹出“运算方案”对话框。

(2)在“运算方案”对话框978-7-111-51063-5-Chapter10-134.jpg区域的978-7-111-51063-5-Chapter10-135.jpg文本框中输入数值30,在978-7-111-51063-5-Chapter10-136.jpg文本框中输入数值200,选中978-7-111-51063-5-Chapter10-137.jpg复选框。

(3)单击978-7-111-51063-5-Chapter10-138.jpg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978-7-111-51063-5-Chapter10-139.jpg,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978-7-111-51063-5-Chapter10-140.jpg,系统弹出“录制电影”对话框,输入名称“sine_mech”,单击978-7-111-51063-5-Chapter10-141.jpg按钮,单击978-7-111-51063-5-Chapter10-142.jpg(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978-7-111-51063-5-Chapter10-143.jpg978-7-111-51063-5-Chapter10-144.jpg978-7-111-51063-5-Chapter10-145.jpg命令,系统弹出“标记”对话框。

(2)在系统978-7-111-51063-5-Chapter10-146.jpg的提示下,选择图10.1.17所示的连杆L005,在978-7-111-51063-5-Chapter10-147.jpg右侧的下拉列表中选择978-7-111-51063-5-Chapter10-148.jpg选项,然后选取图10.1.17所示的面;单击978-7-111-51063-5-Chapter10-149.jpg右侧的“CSYS对话框”按钮978-7-111-51063-5-Chapter10-150.jpg,在系统弹出的“CSYS”对话框的978-7-111-51063-5-Chapter10-151.jpg下拉列表中选择978-7-111-51063-5-Chapter10-152.jpg选项,单击978-7-111-51063-5-Chapter10-153.jpg按钮。

(3)采用系统默认的显示比例和名称,单击978-7-111-51063-5-Chapter10-154.jpg按钮,完成标记的创建。

978-7-111-51063-5-Chapter10-155.jpg

图10.1.17 定义参照对象

Step20.求解。选择下拉菜单978-7-111-51063-5-Chapter10-156.jpg978-7-111-51063-5-Chapter10-157.jpg978-7-111-51063-5-Chapter10-158.jpg978-7-111-51063-5-Chapter10-159.jpg978-7-111-51063-5-Chapter10-160.jpg命令,系统进行求解。

Step21.输出位移曲线。

(1)选择下拉菜单978-7-111-51063-5-Chapter10-161.jpg978-7-111-51063-5-Chapter10-162.jpg978-7-111-51063-5-Chapter10-163.jpg978-7-111-51063-5-Chapter10-164.jpg978-7-111-51063-5-Chapter10-165.jpg命令,单击其中的978-7-111-51063-5-Chapter10-166.jpg选项卡。

(2)设置输出对象。在“图表”对话框的978-7-111-51063-5-Chapter10-167.jpg区域选择标记978-7-111-51063-5-Chapter10-168.jpg,在978-7-111-51063-5-Chapter10-169.jpg下拉列表中选择978-7-111-51063-5-Chapter10-170.jpg选项,在978-7-111-51063-5-Chapter10-171.jpg下拉列表中选择978-7-111-51063-5-Chapter10-172.jpg选项,单击978-7-111-51063-5-Chapter10-173.jpg区域中的978-7-111-51063-5-Chapter10-174.jpg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978-7-111-51063-5-Chapter10-175.jpg复选框,然后单击978-7-111-51063-5-Chapter10-176.jpg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978-7-111-51063-5-Chapter10-177.jpg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978-7-111-51063-5-Chapter10-178.jpg978-7-111-51063-5-Chapter10-179.jpg978-7-111-51063-5-Chapter10-180.jpg978-7-111-51063-5-Chapter10-181.jpg978-7-111-51063-5-Chapter10-182.jpg命令,单击其中的978-7-111-51063-5-Chapter10-183.jpg选项卡。

(2)设置输出对象。在“图表”对话框的978-7-111-51063-5-Chapter10-184.jpg区域选择标记978-7-111-51063-5-Chapter10-185.jpg,在978-7-111-51063-5-Chapter10-186.jpg下拉列表中选择978-7-111-51063-5-Chapter10-187.jpg选项,在978-7-111-51063-5-Chapter10-188.jpg下拉列表中选择978-7-111-51063-5-Chapter10-189.jpg选项,单击978-7-111-51063-5-Chapter10-190.jpg区域中的978-7-111-51063-5-Chapter10-191.jpg按钮,完成“图表”对话框中的参数设置。

978-7-111-51063-5-Chapter10-192.jpg

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978-7-111-51063-5-Chapter10-193.jpg复选框,然后单击978-7-111-51063-5-Chapter10-194.jpg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978-7-111-51063-5-Chapter10-195.jpg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978-7-111-51063-5-Chapter10-196.jpg按钮,返回到模型,然后选择下拉菜单978-7-111-51063-5-Chapter10-197.jpg978-7-111-51063-5-Chapter10-198.jpg978-7-111-51063-5-Chapter10-199.jpg命令,保存模型。

978-7-111-51063-5-Chapter10-200.jpg

图10.1.19 速度-时间曲线

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