基于SolidWorks的压捆机六杆式压缩机构运动仿真

本资料包含pdf文件1个，下载需要1积分

无论是设计新机械、还是利用现有机械或是作反求设计，对机构进行运动分析都是十分重要的。现代机械产品设计已逐步进人三维设计时代 ，众多优秀的三维 CAD软件中，SolidWorks由于操作简单，使用方便，功能强大，得到了广泛应用。而 Motion是-个与SolidWorks无缝集成的全功能运动仿真软件，内嵌ADAMS解算器，操作简单，可以对复杂机械系统或机构进行模拟装配、干涉分析、机械运动仿真，跟踪零件的运动轨迹，分析零件的速度、加速度、作用力、反作用力和力矩等，并将结果以动画、图形、表格等多种形式输出，以此来验证机构设计的合理性，指导修改零件的结构设计。

1870年，美国人 Dederic研制出了人类历史上第- 台机械式固定牧草压捆机。压捆机解决了牧草收获中由于本身疏散造成收集、处理、贮存及运输困难的问题 ，已发展成为牧草收获的最重要、最普及的机械 J。其中，压缩机构是压捆机直接进行压缩工作的运动部件，压缩机构的设计很大程度决定了压捆机的性能以及最终产品的成捆密度4 J。压捆机设计时必须对压缩机构的运动和受力状态进行分析和计算。

压缩机构多采用四杆式曲柄滑块机构 j，也可以是六杆机构，其中六杆式压捆机需要配置的动力较四杆式的曲柄滑块机构小，具有省力的特点u6 J。为此，利用 SolidWorks软件实现了六杆式压缩机构的三维实体收稿日期：2012-08-05基金项目：湖北省识教研项 目(2010269)；湖北民族学院科研项 目(2011JYB04)作者简介：曾德惠(1970-)，女(土家族)，湖北利川人，讲师，硕士，(E- mail)zdhui70###163.eom。

造型、装配、机构运动仿真以及运动部件的干涉检查，旨在提高压捆机的工作性能，缩短设计周期，降低开发成本。

1 Solidworks机构运动仿真方法利用SolidWorks进行机构运动仿真，为简单起见，可以在机构力学模型的基础上，根据机构运动简图建立实体模型，然后利用 Motion插件进行运动分析。其操作步骤如下 J：①在 SolidWorks中生成机构的三维实体模型(包括零件与装配体的模型)。②确保已激活 Motion插件。此时由模型中的固定/浮动状态 自动设置零件为静止或运动，由零件的装配方式 自动设置约束类型。③将运动应用到零件。④运行模拟及生成可视化结果。⑤分析结果。

2 六杆式压缩机构力学模型压捆机工作时，通过输送喂入装置，把牧草喂人到压缩室，在压缩机构的作用下，活塞往复运动，对牧草提供压缩力，把牧草压成草捆，打结后推向压缩室出口[6 3。六杆式压缩机构简图如图 1所示。其工作原理是：当曲柄 1 JiX时针方向旋转，经过连杆 2，4带动活塞 5在机架上往复移动；杆件 1，2，4及机架组成曲柄摇杆机构，推杆 4分别连接在连杆 2上铰链点 C和活塞 5的铰链点 E处，推动活塞 5在压缩室内往复运动，活塞右侧为牧草，活塞的往复直线运动实现对牧草的压实。工作时，曲柄 1在动力机械的带动下以角速度 顺时针匀速转动，对 AB杆以 B点为矩心考虑力矩平衡，因为AB长度大于BC的长度，故A点承受较小的力，就能对 C点产生较大作用力。

如图 1，由文献[8]给出设计数据如下：曲柄 OA匀速转动，角速度 5rad/s。各杆长度为：loa· 201·2013年 1月 农 机 化 研 究 第 1期150mrn，l4 600ram ，1Bc120mm，f8D：500ram，1c 600mm ，XD400mm，YD500mm，YE600rnm。

图 1 六杆式压绢机构运动简图Fig.1 The six-bar compressing mechanism motion diagram3 六杆式压缩机构的三维实体建模六杆式压缩机构三维实体模型如图 2所示。首先，借助Solidworks的实体建模功能，将图1所示机构的6个零件以杆件的形式，用拉伸、切除特征进行三维造型，并保存。零件建模完成后，采用 自下而上的设计方法建立装配体的三维模型。装配时先插入机架，使得机架的3个定义平面与装配体的3个定义平面重合，将机架完全约束 固定，再通过各零件的相互配合关系生成机构模型。完成虚拟装配以后进行干涉检查，能够发现机构构件布置的干涉和机构运动的碰撞等问题，若出现干涉，可以查看到具体干涉位置，及早对相应部位进行修改设计，直至设计合理。

图2 等效六杆式压缩机构三维模型Fig.2 The equivalent 3D model of the six-bar compressing mechanism4 六杆式压缩机构运动仿真与分析4.1 激活插件首先，确保已激活 Motion插件。在工具”下拉菜单插件”中，选择SolidWorks Motion”并启动。在Solidworks中打开机构的装配体文件，右键生成新运动算例，选择分析类型为Motion分析”。Motion会 自动映射 SolidWorks配合以派生运动副，本例中采用的是旋转副和移动副。SolidWorks Motion中固定和运动的零部件由它们在 SolidWorks模型中的固定/浮动状态决定(如图 1所示)。为此，机架为静止件，其余构件为运动件。

4.2 设置运动驱动运动驱动是加在运动副上控制运动的运动参数。

这里根据图1六杆机构力学模型中给定的已知条件和参数，模拟机构的运动，选择等速旋转马达作为机构的动力来源，将曲柄 1与机架的转动副设置为运动驱动，角速度为 5rad/s(顺时针转动)。

4.3 设置仿真参数仿真之前，要对仿真参数进行设置，如力的单位、时问的单位 、重力加速度，以及与动画有关的帧时间、帧时间间隔等。这里设置力的单位为kN，时间单位为S，仿真时间为3 S，仿真画面时间间隔为0.15s，仿真帧的数目为 550，时间问隔和帧数可以根据仿真精度要求作适当调整。仿真 轴为时问，Y轴为所需仿真的参数值如位移、速度或加速度、作用力等。在运动算例属I生”中的图解默认值”中，设置绘图的边界、图形区域背景颜色；设置栅格线的有无、线条的颜色及宽度；设置轴线的颜色、宽度，轴上刻度线的位置， 轴与Y轴的最小值、最大值、主单位、次单位；设置字体、比例等。本例选择曲柄处于水平位置时作为机构运动仿真的起始位置。

4.4 仿真与分析设置好仿真参数以后 ，就可以进行仿真了。单击计算”工具，运行仿真。在 Motion中，对仿真结果的显示和分析方法主要有：①将结果用动画的形式表示，即将动态仿真用 AVI动画保存播放；②将结果以坐标曲线的图形表示；③将结果以 Excel表格数据文档形式输出。本例利用图形与 Excel表格数据相结合的方式来分析仿真结果。以活塞为主要分析对象，在仿真结果中选取分析类别为线性位移、线性速度、线性加速度，分析方向为 轴，仿真结果如图3～图5所示。在仿真结果中选取反作用力选项，分析方向为轴，对活塞与连杆铰接点的 方向作用力进行分析，如图6所示。

以曲柄 水平位置为仿真计时起始点，相对图 l所示坐标系活塞初始坐标 X -369.1 1 mil。上面各仿真图形中，横坐标代表时间 t，单位是 s；纵坐标代表各仿真量。观察以上曲线可以看出：在活塞往复运动过程中，活塞的位移 、速度以及加速度都随时间呈周期性变化。

为了直接读出数据进行分析，将仿真结果输出生201 3年 1月 农 机 化 研 究 第 1期提供科学依据。