基于SolidWorks的牛头刨床运动系统设计及仿真

【前言】基于SolidWorks的牛头刨床运动系统设计及仿真由文秘帮小编整理而成，但愿对你的学习工作带来帮助。1 牛头刨床机械系统方案设计 牛头刨床是常见的一种平面机械加工设备，对其系统的要求一般为：（1）为了提高工作效率，在空回行程时，刨刀快速退回，即要有急回作用。（2）为了提高刨刀的使用寿命和工件的表面加工质量，在工作行程时，刨刀速度要平稳，切削阶段刨刀应...

摘 要：在牛头刨床的主运动系统设计中，需要对它的主要零部件进行运动学仿真与分析。本文主要介绍了基于solidworks和COSMOSMOTION环境的仿真模型的构造方法。它的运用，提高了设计方案的验证和预见性，并为机构的构件机构设计做了必要的准备。

关键词：CAD 牛头刨床 运动学 仿真

中图分类号：THl28；TP39 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2012）12（a）-0076-01

随着科技的发展。计算计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得框架，转向以三维实体建模、动力学模拟仿真和有限元分析为主线的虚拟样机制造技术。使用虚拟样机技术可以在设计阶段预测产品的性能，优化产品的设计，缩短产品的研制周期，节约开发费用。

本文主要介绍根据已知条件。在Solid Works环境下建立牛头刨床的简单模型，并进行运动和动力学的仿真。

1 牛头刨床机械系统方案设计

牛头刨床是常见的一种平面机械加工设备，对其系统的要求一般为：（1）为了提高工作效率，在空回行程时，刨刀快速退回，即要有急回作用。（2）为了提高刨刀的使用寿命和工件的表面加工质量，在工作行程时，刨刀速度要平稳，切削阶段刨刀应近似匀速运动。假定已知行程速比系数K为1.4左右，曲柄转速n=60 r/min，刨刀行程H在300 mm左右，工作行程的阻力F约为7000 N。因曲柄AB为主动构件，构件2与3之间的传动角始终未90°，在摇杆滑块机构中，当E点的轨迹位于D点所作圆弧高度的平均线上时，构件4与5之间有较大的传动角。根据已知条件和构件几何约束初确定各构件长度分别为：Lab=110 mm，Lac=410 mm，Lcd=540 mm，Lde=130 mm。这种机械系统传动方案具有加工简单和占用面积比较小的特点。其传动性能，在工作行程中，刨刀的速度变化，行程速比系数的大小及所需驱动力矩的大小将在下面的仿真中进行验证。

2 系统几何建模

根据上诉尺寸，在SolidWorks环境下进行零件建模，并进行装配。建模时应注意严格保证运动副位置及运动副间尺寸。

将各构件按运动要求进行虚拟装配后进行到COSMOSMOTION运动仿真插件环境中，定义导轨和机架为静止构件，刨刀、滑块、导轨、曲柄为运动构件。在运动分析前必须用各种运动副连接各构件，建立运动关联。添加刨刀与导轨为移动副，使刨刀在导轨上左右移动；添加刨刀与连杆为转动副，使两构件在连接轴心上相对转动；添加连杆与导轨为转动副，添加滑块与导杆为移动福，添加曲柄与滑块为转动副，添加曲柄与机架为转动副，添加导杆与机架为转动副。

3 添加运动激励

根据已知条件，曲柄回转速度n=60 r/min，可知曲柄每秒回转一周。为曲柄添加运动激励，第一构件为曲柄，第二构件为机架，位置选择构件的配合圆孔面，方向选择圆孔面的边线，使之绕机架连接点的Z轴（两构件配合圆孔的重合轴线）旋转，运动类型为速度，初始位移（曲柄与导杆垂直）为零，函数为恒定值，角速度为-360 deg/sec（n=60 r/min），速度的负号使曲柄的运动方向与图示方向相反，为逆时针旋转。

4 添加工作阻力

预防真结束后，绘制刨刀质量X轴位移线图。从0～0.42 s内为运动回程段，时间为0.42 s；0.42～1 s内为其工作行程段，时间为0.58 s，最大行程为H=299 mm。在工作行程的前0.05 H和后0.05 H里无工作阻力，0.05 H=0.05×299 mm=14.95 mm，将鼠标位置与刨刀质心线图刨刀工作段和终点段时显示的时间分别为0.49 sec、0.92 sec。这样工作阻力随时间的变化为：在0≤t

5 仿真分析

（1）将时间控制曲线置于峰值点，计算行程速比系数，K=工作行程时间0.58 sec/工作回程时间0.42 sec=1.38 sec，近似于K=1.4。说明机构具有机会特性，符合设计要求。

（2）在0.49～0.92时间段内，工作阻力为7000 N，其他时间段内为零，说明工作阻力定义确定。

（3）从刨刀质心速度曲线上可看出，曲线连接；在有效加工段内速度在350 mm/sec～717 mm/sec内连接变化，变化量不大，近似于匀速运动。从刨刀质心加速度曲线可看出，在有效加工段内加速度在3632 mm/sec2～3340 mm/sec2内连续变化，差值仅为292 mm/sec2，加速度变化连续平稳，再次说明速度变化平稳，不存在任何冲击，符合设计要求。

（4）仿真可知，机构运行到0.72s时存在力矩峰值，这是由于设计中没有增加构件和材料属性造成的，系统内存在极小的惯性质量。因此可根据仿真进一步进行机构各组成零件、构件结构设计、赋予材质，进行动力学仿真，验证惯性质量作用，提高系统的整体动力性能。

6 结论

通过对牛头刨床的仿真设计可以知道，在SolidWorks环境下，建立机械系统传动方案模型，虚拟装配并可验证干涉；运动学仿真验证机构系统的运动特性；运动学仿真验证动力学性能。对可能存在的各运动关节的运动局限性、运动干涉、超出运动范围、动力性能不足等情况进行验证和再设计，调整不足，改善机构性能。这种利用计算机虚拟样机技术队工作任务的设计方法，可以节约大量的财力、物力，提高工作效率和质量，缩短开发周期性，对实际工作有一定的指导作用。