盘形凸轮设计及运动仿真

SolidWorks盘形凸轮设计及运动仿真

SolidWorks自身就具备凸轮设计模块，利用其模块可以方便的设计盘形凸轮，并对其进行运动仿真和干涉检查以确定设计的准确性，下面简要介绍如下：

1 软件准备

打开ToolBox插件，工具->插件选择SolidWorks ToolBox

图1 SolidWorks ToolBox插件

2 凸轮设计需求分析

在设计之前，要确认凸轮设计的需求，有以下容需要确认：

A：基圆大小及起始角度;

B：凸轮的运动轨迹;

C：推杆直径

运动以推杆直径中心点进行轨迹描述

例如图2所示，有一对盘形凸轮，2个推杆中心点为240;如右图所示，悬臂左右运动，基圆直径为220mm，首先在90度围往左运动15mm，并回到基圆大小;然后往右运动15mm后再次回到基圆大小，2个运动之间有角度为10度的停顿;

图2 凸轮

以表1形式表示如下，基圆大小220

3 使用凸轮运动插件进行盘形凸轮设计

设计的主要参数请参照第2部分的设计需求分析，在设计之前，就需要将推杆的中心距、推杆直径、运动轨迹等数据提前算好，然后进行以下设置;

3.1 凸轮1设计

3.1.1 设置，按照以下容进行设计

图3 凸轮1设置

设置部分，凸轮类型为圆形，推杆类型为平移，如果是偏心的，请做相应的选择，推杆半径和开始半径为2个推杆中心的一半，开始角度根据需求;

3.1.2 运动

图4 凸轮1运动设置

运动部分，根据设计需求，进行设置，运动的类型为修改的正弦;

3.1.3 生成图5

图5 凸轮1的生成

生成部分：坯件的外径要大于2个推杆中心距离;近毂和远榖分别为凸轮两侧的圆柱状台阶，要大于孔的直径，厚度随便定义，但需要大于圆角半径和倒角大小;

结果如下图6

图6 凸轮1

3.2 凸轮2设计，步骤如凸轮1

3.2.1 设置，如图7

图7 凸轮2的设置3.2.2 运动，如图8

图8 凸轮2的运动设置3.2.3 生成，如图9

图9 凸轮2的生成结果如下图10

图10 凸轮2

4 运动模拟仿真

凸轮设计完毕后，对基座，悬臂等进行设计，然后装配，保持适当的自由度，在SolidWorks 中使用SolidWorks Motion进行运动仿真分析，确定运动的准确性;

4.1 增加旋转马达，如图11

图11 添加旋转马达

顺时针旋转，10RPM，并将时间轴设置为6S，正好运动一周;

4.2 增加凸轮与悬臂的碰撞接触，如图12

图12 凸轮与悬臂的碰撞接触

4.3 开启Motion，并进行运算

如果Motion没有开启，在工具->插件中，选择SolidWorks Motion ，如图13

图13 SolidWorks 分析

点击计算按钮进行运算，运算完毕即可查看动画效果如下;如图14

图14 动画效果图

4.4 运动仿真结果分析

4.4.1结果—线性位移，如图15

图15 线性位移

凸轮旋转一周，推杆首先往前移动15mm，然后回退到初始点，再往后移动15mm，并回退到原点，符合设计要求;

4.4.2 结果-线性速度，如图16

图16 线性速度凸轮旋转一周，推杆的运动速度曲线。

4.4.3 结果-线性加速度，如图17

图17 线性加速度凸轮旋转一周，推杆的运动加速度曲线。

4.4.3 结果-平移力矩，如图18

图18 平移力矩

凸轮旋转一周，推杆的平移力矩。

5.干涉检查

5.1 方法1 使用SolidWorks干涉检查工具

干涉检查的方法有2种，一种是使用SolidWorks自带的干涉检查工具，在Motion动画时间轴上，选择不同的点，然后工具-干涉检查，检查各个点的干涉情况如图19,20

图19、20 干涉检查

一般情况下，在开始和结束时，不会有干涉，在中间过程，由于Motion运动冗余，和凸轮本身的误差，有可能造成小的干涉情况，如果小于3mm3，一般都忽略不计;

5.2 方法2 手动干涉检查

将SolidWorks切换到模型窗口，并正视，过中心孔中心画任意一条直线，测量2个凸轮与直线交点的距离，若等于或略小于推杆中心距离-推杆直径，则无干涉;如下图21所示

图21 手动干涉检查

6 结束语

SolidWorks凸轮设计模块是SolidWorks ToolBox的基本插件，专业版以上版本不需要单独购买;对于盘形凸轮，使用SolidWorks可以非常方便的进行设计，并且还可以使用SolidWorks Motion验证设计的准确性，既保证了设计速度，又保证了设计质量。