2063989047基于solidworks和adams的六杆机构的造型及动态仿真.doc
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1、 本 科 毕 业 设 计 题 目 基于solidworks和ADAMS的 六杆机构造型及运动仿真 2015 年 4 月 20 日 基于SolidWorks和ADAMS的六杆机构造型及运动仿真摘 要虽然ADAMS软件本身具有一定的三维建模能力,但是对于牛头刨床这种复杂的机械,直接在ADAMS/View环境下创建机构的虚拟样机模型,工作量比较大、各个构件之间的约束繁琐、添加约束时很容易出错,因此需要由Solidworks软件协助建模。对牛头刨床六杆机构的工作要求进行分析得出符合所需运动的各杆条件。使用SolidWorks软件和ADAMS软件进行对牛头刨床六杆机构中各杆的造型,并运用ADAMS对刨头
2、进行运动仿真并对后处理数据进行简要分析。分析结果证实了牛头刨床的运动特性满足工作要求。造型和运动仿真的所得的数据可为后续的优化设计提供参考,为设计提供了有效的依据,缩短设计周期减少成本,有较强的实用性。关键词:Solidworks; ADAMS; 牛头刨床;六杆机构;机构造型;运动仿真;运动学分析Abstract Although the ADAMS3D modelingsoftwareitself hascertain ability,but forshapingthe com- plexmachinery,a virtual prototype modelto createinstitut
3、ionsdirectlyunder the ADAMS/View environment,the workload is relatively large,complexconstraintsbetween components,add cons- traintiseasy to make mistakes,soneed to beassisted by Solid works-softwaremodeling.Thesix bar mechanism of shaping machinework requirementsanalysis thatmeet theconditions requ
4、ired for therodmovement.Theshape ofthebarsix bar mechanism of shaping machineusing Solid Works software and ADAMS software,and the use of ADAMSmotionsimulation of theplow headand a brief analysis ofthe dataafter processing.The resultsconfirmed that themotion characteristicsof shapercan meet the requ
5、irements of the job.Modeling and motion simulationdatacan provide a reference for the optimization design ofthe follow-up,provide an effectivebasis for the design,sh- orten the design cycle andreduce the cost,has stronger practicability.Keywords: Solid works; ADAMS; shaper; six bar mechanism; mechan
6、ism design; motion simulation; kinematics analysis 目 录1引言12工作原理及要求13牛头刨床导杆机构几何尺寸关系34运用Solidworks和ADAMS建模仿真基本流程45牛头刨床模型的建立45.1机架的造型55.2导杆的造型55.3曲柄的造型65.4连杆的造型75.5滑块的造型75.6刨刀的造型85.7零件的装配及碰撞检查85.7.1零件的装配85.7.2装配体的碰撞检查95.8模型的保存和ADAMS文件的导入105.9编辑零件属性,添加约束和驱动116牛头刨床的运动仿真分析126.1刨刀压力角和位移的运动仿真和分析136.1.1刨刀压力角
7、运动仿真和分析136.1.2刨刀位移的运动仿真和分析136.2刨刀速度和加速度的运动仿真和分析156.3牛头刨床运动仿真动画的导出167结论17参考文献18致谢191引 言随着科技的发展,计算机辅助设计技术越来越广泛地应用在各个设计领域,现在它已经突破了二维图纸电子化的框架,转向以三维实体建模及运动学模拟仿真。SolidWorks是一套基于Windows桌面操作系统的三维CAD建模系统软件。自从1995年起至今,由于技术符合CAD技术的发展趋势,并且软件功能强大,其成为了CAD界一颗璀璨的明星。ADAMS是美国MSC公司开发的集建模、求解、可视化技术于一体的机械系统力学自动分析软件,用户可以运
8、用该软件方便地对虚拟样机机械系统进行静力学、运动学和动力学分析,输出位移、速度、加速度和反作用力等曲线.ADAMS开发了利用IGES,STEP,STL,DWG/DXF等产品数据交换库的标准文件格式,完成与CAD软件之间数据双向传输,实现同一数据在不同软件间的共享。运用Solidworks创建的模型数据可以保存为IGES,STEP,ParaSolid等格式导入到ADAMS中进行运动学分析。Solidworks和Adams软件可以提高机械设计人员的工作效率,使设计的产品更加高效地推广到市场。牛头刨床在刨削类机械加工有着非常广泛的应用,主要用于单件小批生产中刨削中小型工件上的加工平面、沟槽和燕尾面等
9、,牛头刨床机构具有急回的特性,即牛头刨床工作时刨刀慢慢向前移动,完成一次工作后刨刀急速返回原来的位置。本设计内容就是针对工业中常见的牛头刨床的主要工作机构六杆机构运用solidworks软件和ADAMS软件进行建模和运动仿真并重点分析其刨削长度,以及在运动过程中刨刀的速度与加速度特性等主要参数,为之后的优化设计提供参考。2工作原理及要求牛头刨床是一种利用住复运动的刀具切割已固定在机床工作平台上的工件(一般用来加工较小工件)。机床的刀架状似牛头,故名。中小型牛头刨床的主运动大多采用曲柄摇杆机构传动,故滑枕存在急回运动。大型牛头刨床多采用液压传动,滑枕基本上是匀速运动。滑枕的返回行程速度大于工作行
10、程速度。因为是单刃刨刀加工,且在滑枕回程时不切削,牛头刨床的生产率较低。机床的主参数是最大刨削长度。牛头刨床主要有普通牛头刨床、仿形牛头刨床和移动式牛头刨床等。普通牛头刨床(见图1)由滑枕带着刨刀作水平直线住复运动,刀架可在垂直面内回转一个角度,并可手动进给,工作台带着工件作间歇的横向或垂直进给运动,常用于加工平面、沟槽和燕尾面等。仿形牛头刨床是在普通牛头刨床上增加一仿形机构,用于加工成形表面,如透平叶片。移动式牛头刨床的滑枕与滑座还能在床身(卧式)或立柱(立式)上移动,适用于刨削特大型工件的局部平面。图1普通牛头刨床 实现刨刀往复切削运动的工作机构是牛头刨床的一个重要部分,工作机构的结构简图
11、如图2所示。由机架、曲杆2、滑块3,摆动导杆4、连杆5、执行构件6等组成。曲杆2、滑块3,摆动导杆4构成摆动导杆机构,由曲柄2作为原动件做匀速圆周运动,带动滑块3做圆周运动;滑块3沿摆动导杆4滑动,带动摆动导杆4左右摆动:摆动导杆4带动连杆5和执行构件6移动。根据机构自由度计算公式 在该机构中,n= 5,PL=7,PH=0,因此机构自由度数为F=1。自由度数与原动件个数相等,机构具有确定的运动。刨刀右行时,为工作行程要求慢速前进,以利于切削工作的进行。刨刀向左行时,刨刀不工作,称空行程;此时要求刨头的速度较高以提高生产率。急回运动的急回方向与原动件的回转方向有关。另外,压力角的大小也影响着传力
12、性能和机械效率,压力角越小传力越有利,压力角过大会使机构发生自锁现象,所以在连杆机构中常用压力角和传动角来衡量一个机构的传力性能的好坏。 SS 图2工作机构的结构简图设计数据如表1所示,表1设计数据项目参数转速N(r/min)60工作行程(mm)310机架L0204(mm)380距离S(mm)502.04连杆与导杆之比LBC/LO1B0.28行程速比系数K1.46 3牛头刨床导杆机构几何尺寸关系几何尺寸如下:导杆摆角 曲柄2 导杆4 连杆5 4运用Solidworks和ADAMS建模仿真基本流程Solidworks建模过程主要是通过绘制草图、拉伸特征等命令,完成对各个零件的绘制并进行装配。再利
13、用Solidworks干涉分析功能对建好的牛头刨床三维模型进行干涉检查,避免该模型导入ADAMS后出现错误。最后将Solidworks装配好的模型另存为ADAMS所支持的文件格式,然后导入ADAMS并添加约束。由于添加的约束较多,如果不理清各个构件之间的关系,在仿真时就很容易出现问题,本文中牛头刨床机构中各构件对应的模型名称为:机架(jijia),曲柄(qubing),滑块(huakuai),连杆(liangan),导杆(daogan),刨头(baotou)。理清构件之间的约束后就可以在相对应的位置添加转动副和移动副,最后添加驱动。采用三维软件Solidworks和动力学仿真软件ADAMS结合
14、,对牛头刨床导杆机构进行了仿真,这样减少了ADAMS环境下直接建立虚拟样机模型的工作量。通过仿真分析得出,刨刀在工作行程运行平稳,加速度值小,空行程速度和加速度值变化大,与实际的要求相符,验证了机构设计的合理性。5牛头刨床模型的建立使用SolidWorks软件进行牛头刨床的六杆机构造型。启动SolidWorks,首先根据已知条件,运用【草图】(图5-1)及【拉伸凸台/基体】,【拉伸切除】工具(图5-2)构造机架,曲柄2、滑块3、导杆4、连杆5和刨头6。 图5-2特征工具栏图5-1草图工具栏5.1机架的造型新建SOLIDWORKS文件零件文件,在FeatureManager设计树中单击“前视基准
15、面”单击【草图绘制】按钮,运用草图工具栏里的【直线】,【圆弧】工具绘制如图5-3所示的机架造型。点O4到直线X-X的距离为502.04mm,点04到点02的距离为380mm。运用特征工具栏里的【拉伸凸台/基体】工具将机架草图拉伸给定深度30mm。模型建好后如图5-4。 图5-3图5-45.2导杆的造型新建SOLIDWORKS文件零件文件,在FeatureManager设计树中单击“前视基准面”单击【草图绘制】按钮,运用草图工具栏里的【直线】,【圆弧】,【圆】工具绘制如图5-5所示的导杆造型。点B到点04的距离为535.4mm。运用特征工具栏里的【拉伸凸台/基体】工具将机架草图拉伸给定深度10m
16、m。模型建好后如图5-6。图5-5图5-6 5.3曲柄的造型 新建SOLIDWORKS文件零件文件,在FeatureManager设计树中单击“前视基准面”单击【草图绘制】按钮,运用草图工具栏里的【直线】,【圆弧】,【圆】工具绘制如图5-7所示的曲柄造型。点A到点02的距离为110mm。运用特征工具栏里的“拉伸凸台/基体”工具将机架草图拉伸给定深度10mm。运用【拉伸切除】工具制作圆孔。模型建好后如图5-8。图5-8图5-7 5.4连杆的造型 新建SOLIDWORKS文件零件文件,在FeatureManager设计树中单击“前视基准面”单击【草图绘制】按钮,运用草图工具栏里的【直线】,【圆弧】
17、,【圆】工具绘制如图5-9所示的连杆造型。点B到点C的距离为150mm。运用特征工具栏里的【拉伸凸台/基体】工具将机架草图拉伸给定深度10mm。模型建好后如图5-10。 图5-10图5-95.5滑块的造型新建SOLIDWORKS文件零件文件,在FeatureManager设计树中单击“前视基准面”单击【草图绘制】按钮,运用草图工具栏里的【中心矩形】工具绘制如图5-11所示图形,运用特征工具栏里的【拉伸凸台/基体】工具将图形拉伸给定深度20mm,运用【拉伸切除】工具制作圆孔。模型建好后如图5-12。图5-11图5-125.6刨刀的造型新建SOLIDWORKS文件零件文件,在FeatureMana
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