1、基于 Solidworks Motion 的牛头刨床运动学分析SolidWorks Motion 是一个与 SolidWorks 完全集成的虚拟样机的仿真分析系统。可以对复杂的机构进行运动学和动力学仿真，通过数据、图标、动画等表现出机构的速度、加速度、作用力等，可以反映机构的运动特性。本例基于 SolidWorks，通过对牛头刨床进行三维建模和运动仿真，分析刨头 CD 的位移、速度、加速度和机构的行程速度比。一、问题描述牛头刨床机构各个构件几何尺寸如图 1 所示，已知 O1A=2rad/s，求图示位置时刨头 CD 的速度和加速度。图 1 牛头刨床机构力学模型二、解析解根据理论力学知识，首先以
2、A(O1A)为动点，在 O1B 上固定动系，求出 O1B 的角速度；再以B（O2B）为动点，在 CD 上固定动系，求出 CD 杆的速度。对于加速度也如此操作。最后得到的结果是：三、零件造型及装配3.1 创建三维模型根据图 1 所示尺寸，分别建立杆 O1A、杆 O2B、套筒、刨头 CD 的三维模型如图 3.1-3.4 所示。图 3.1 杆 O1A图 3.2 杆 O2B图 3.3 套筒 图 3.4 刨头 CD3.2 装配牛头刨床新建装配体命名为牛头刨床。依次导入杆 O1A、套筒、杆 O2B、刨头 CD，分别添加配合约束，调整其相对位置后结果如图 3.5 所示。图 3.5 牛头刨床装配体注：在 So
3、lidworks Motion 中，运动副是建立在装配关系约束的基础上的。因此，正确选择装配约束，是运动仿真成功的重要一步。四、仿真求解4.1 新建运动算例在装配体界面，将“SolidWorks Motion”插件载入，选择布局选项卡中的【运动算例 1】 ，在 Motion Manager 工具栏中【算例类型】下拉列表中选择【Motion 分析】 ，如图 4.1 所示图 4.1 新建运动算例4.2 添加马达单击“马达”按钮，弹出【马达】属性管理器，选择杆 O1A 圆孔为马达运动方向，大小设置为 19.1RPM（已知 O1A=2rad/s=19.1RPM） ，设置参数如图 4.2 所示：图 4.
4、2 曲柄马达参数设置4.3 仿真求解1）单击“运动算例属性”按钮，设置每秒帧数为 40。2）拖动仿真时间长度为 3 秒，如图 4.3 所示图 4.3 设置帧数及仿真时间3）单击计算按钮，对牛头刨床进行仿真求解。五、仿真结果分析及讨论5.1 仿真结果单击“结果和图解”按钮，进行如图 5.1 所示参数设置，分别选择位移、速度、加速度。生成位移、速度、加速度图解，如图 5.2-5.4 所示。图 5.1 结果处理参数设置图 5.2 刨头位移曲线图 5.3 刨头速度曲线图 5.4 刨头加速度曲线5.2 结果对比分析1）分析结果与理论值对比该问题解析解为：从 Solidworks Motion 仿真得到的
5、仿真解为：两者一致。可以看出 SolidWorks Motion 在运动学分析中的求解结果准确度非常高。2）计算机构的行程速度比系数 K在该机构中，曲柄 O1A 的转速为 w=2 rad/s，因此刨头的运动周期 T=2pi/w=3.14。由图 5.2可知，1.88s 刨头向右运动到右侧极限位置， 2.82s 到达左侧极限位置。因此该机构回程时间为 2.82-1.88=0.94s，工作行程时间为 3.14-0.94=2.2s。机构的行程速度比系数为：K=2.2/0.94=2.34K=2.341，说明该牛头刨床具有良好的急回特性，工作行程速度慢，有利于保证工件的切削质量，回程速度较快，节约加工时间。从图 5.3 可以看出，刨头在空回程时速度变化较大，在工作行程时的速度相对较均匀。通过上述分析，可以看出运动学分析对于辅助机构的设计十分重要，而 SolidWorks Motion则是一种方便且实用是工具。
