本文探討研究了在COSMOSMotion下的凸輪-推桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動仿真相關(guān)內(nèi)容。

　　0引言

　　算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(即CAD技術(shù))已成為企業(yè)提高創(chuàng)新能力和產(chǎn)品開發(fā)能力，增強(qiáng)企業(yè)適應(yīng)市場需要的競爭能力的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。大力開發(fā)推廣應(yīng)用CAD技術(shù)，開展"CAD應(yīng)用工程"是我國"八五"和"九五"期間重中之重的項(xiàng)目。

　　SolidWorks軟件是一個(gè)優(yōu)秀的三維設(shè)計(jì)軟件，包括零件設(shè)計(jì)、飯金設(shè)計(jì)、二維工程圖自動生成和裝配功能，而且集成和兼容了Windows系統(tǒng)的卓越功能。其三維實(shí)體建模系統(tǒng)具有易教、易學(xué)、易用的特點(diǎn)，參數(shù)化特征造型技術(shù)定義清晰。使用此軟件，設(shè)計(jì)者可以方便地按照其設(shè)計(jì)思想繪制草圖，并且可以嘗試運(yùn)用各種特征與不同尺寸，以及生成模型和制作工程圖。

　　COSMOSMotion是一個(gè)用于仿真機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動的軟件。作為SolidWorks的一個(gè)插件，可以方便地在建好系統(tǒng)模型之后，對其模型進(jìn)行運(yùn)動分析。現(xiàn)在應(yīng)用的大多數(shù)產(chǎn)品都包括運(yùn)動機(jī)構(gòu)，機(jī)構(gòu)在這些產(chǎn)品中起著極其重要的作用，所以，對于分析機(jī)構(gòu)中一些部件的運(yùn)動是很必要的，也是很重要的。運(yùn)用COSMOSMotion進(jìn)行運(yùn)動仿真，可以在制造實(shí)體之前就可以發(fā)現(xiàn)其中的錯誤，進(jìn)而進(jìn)行糾正，因此，可以大大減少因重復(fù)制造樣機(jī)而投人的花費(fèi)，并且加快了設(shè)計(jì)的進(jìn)程。

　　凸輪機(jī)構(gòu)廣泛地應(yīng)用于各種機(jī)械當(dāng)中，尤其是自動化機(jī)和控制裝置中。凸輪是一個(gè)具有曲線輪或凹槽的構(gòu)件。凸輪機(jī)構(gòu)是由凸輪、推桿和機(jī)架3個(gè)主要構(gòu)件組成的高副機(jī)構(gòu)。當(dāng)凸輪運(yùn)動時(shí)，通過其曲線輪廓與推桿的高副接觸，使推桿得到預(yù)期的運(yùn)動。凸輪機(jī)構(gòu)的最大優(yōu)點(diǎn)是:只要適當(dāng)?shù)卦O(shè)計(jì)出凸輪的輪廓曲線，就可以使推桿得到各種預(yù)期的運(yùn)動規(guī)律，而且結(jié)構(gòu)簡單緊湊。

　　1凸輪機(jī)構(gòu)的建模

　　預(yù)設(shè)計(jì)一對心直動尖頂推桿盤形凸輪機(jī)構(gòu)，該凸輪機(jī)構(gòu)的基圓半徑r0=15 mm，凸輪以等角速度。沿逆時(shí)針方向回轉(zhuǎn)，其推桿的運(yùn)動規(guī)律如圖1所示。

　　由于整個(gè)凸輪的廓線是由四線不同的曲線所組成的，所以在曲線與曲線的連接處，必然存在一定的過渡。因此，為了使凸輪的廓線光滑，在各曲線與曲線的交接處進(jìn)行了圓角處理，這樣可以使凸輪與推桿接觸時(shí)，盡量保持平滑過渡。為了使推桿與凸輪在裝配體中能進(jìn)行配合，有必要設(shè)計(jì)一個(gè)架子，能使凸輪固定，并使推桿可以沿固定的方向進(jìn)行移動。裝配好的機(jī)構(gòu)如圖3所示。

　　用COSMOSMotion進(jìn)行凸輪機(jī)構(gòu)的仿真:在凸輪上面旋加一個(gè)角速度ω，并且設(shè)定ω=3600/s，即使凸輪在1s內(nèi)圍繞其中心軸轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)3600，則相應(yīng)的由凸輪帶動的推桿也在其一個(gè)周期內(nèi)移動了相應(yīng)的距離。用COSMOSMotion進(jìn)行仿真，不僅可以看到整個(gè)機(jī)構(gòu)在運(yùn)動過程中的情況，更可以得到凸輪機(jī)構(gòu)在運(yùn)動過程中的各種曲線，其中最為重要的是其推桿的位移、速度、加速度曲線。

　　通過上面推桿的質(zhì)心位置曲線、速度曲線和加速度曲線，也可以看出推桿在運(yùn)動過程中，其位移、速度和加速是如何變化的。對比圖1和圖4，可以看出:設(shè)計(jì)的凸輪與預(yù)期的目標(biāo)基本一致，可以滿足要求。但是，只通過分析推桿的質(zhì)心位置曲線是不夠的，更重要的是其速度和加速度曲線。通過速度曲線，可以得出推桿在轉(zhuǎn)凸輪轉(zhuǎn)過一周的過程中，速度的變化情況，圖5所示的推桿的運(yùn)動情況基本與表1所示凸輪與推桿的運(yùn)動關(guān)系圖要求一致。通過圖6，可以看出推桿質(zhì)心加速度的情況，并且在推桿質(zhì)量一定的情況下，其受力與其加速度成正比，所以，圖6也反應(yīng)了推桿在轉(zhuǎn)凸輪轉(zhuǎn)過一周的過程中，其受力的變化情況。在00和1200附近，凸輪的受力有一個(gè)突變，顯然這對凸輪和推桿都是不利的，其主要原因是凸輪設(shè)計(jì)的比較粗糙，在凸輪組成廓線的2條曲線之間銜接時(shí)，是過渡圓角不平滑所致。針對這樣的問題，可以采取相應(yīng)的辦法，對凸輪進(jìn)行一定的優(yōu)化，從而可以使推桿的各種運(yùn)動曲線，更加平滑，即使推桿的運(yùn)動更加平穩(wěn)。

　　2結(jié)語

　　應(yīng)用COSMOSMotion對對心直動尖頂推桿盤形凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動情況進(jìn)行了仿真，得出了相應(yīng)的運(yùn)動曲線，并作了一定的分析。通過動畫模擬機(jī)構(gòu)的運(yùn)動，提高了機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的形象性、直觀性，同時(shí)從動畫演示中能及時(shí)觀察了解其運(yùn)動狀態(tài)，從而使設(shè)計(jì)者做出怎樣設(shè)計(jì)改進(jìn)的決策，提高了設(shè)計(jì)效率。進(jìn)行運(yùn)動分析，可以較準(zhǔn)確掌握機(jī)械產(chǎn)品零部件的位移、速度和加速度等動力學(xué)參數(shù)，進(jìn)而可分析機(jī)構(gòu)動作的可靠性。