基于Solid Works的双摆杆摆角放大机构运动仿真分析*

张晓露，吴德峰

(1.空军工程大学航空航天工程学院，陕西西安 710038;2.中航工业西安飞行自动控制研究所，陕西西安 710065)

1 引言

机构运动分析，一般是避开作用力，只从几何上来分析机构的位移、速度和加速度等情况，是机械分析的基础［1］。机构运动分析的方法主要有图解法和解析法，图解法的特点是形象直观，一般也较简单(对于平面机构)，但精度不高;解析法的特点是把机构问题从数学上进行深化分析，因而精度很高，但比较抽象，计算也较繁琐。随着计算机仿真技术的发展，利用CAD/CAE软件对机构进行运动仿真分析成为一种重要手段，可使机构运动分析在精确高效的基础上更加形象、生动。

SolidWorks软件具有零件三维设计、装配、分析、工程图等强大功能，以其优异的性能、易用性和创新性，极大地提高了机械工程师的设计效率，因而广泛应用于机械设计领域［2］。笔者利用SolidWorks软件对双摆杆摆角放大机构进行三维实体建模及装配，并运用Motion模块进行机构运动仿真分析，得出机构的角位移、角速度和角加速度随时间变化的曲线。

2 三维建模

双摆杆摆角放大机构的运动简图如图1所示。为便于对常用平面机构进行分析，利用SolidWorks软件建立了机架及具有不同结构尺寸的常用构件(零件)模型，如图2和图3所示，根据双摆杆摆角放大机构各构件的运动尺寸进行选用。

图1 双摆杆摆角放大机构运动简图

图2 机架三维模型

图3 常用构件三维模型

3 机构装配

一个机构往往由多个构件(零件)装配而成，建立了构件(零件)模型后，就可在SolidWorks软件环境中进行虚拟装配，为机构运动分析做好准备。装配设计一般有两种基本方式:自底向上装配和自顶向下装配，本文中已设计好全部的零件，将零件作为部件添加到装配体中，属于自底向上的装配。SolidWorks的装配模块中提供了方便的部件定位方法，可以轻松的设置部件的位置关系，通过对部件添加多个配合，可以准确的把部件装配到位，从而形成复杂的装配体。按照生成装配体文件、导入三维模型、进行虚拟装配三个步骤，进行双摆杆摆角放大机构的虚拟装配，得到的装配体如图4所示。

图4 双摆杆摆角放大机构装配效果图

4 运动仿真

在SolidWorks的Motion模块下，机构的运动仿真主要通过以下三个步骤进行:一是对装配好的机构模型加载伺服马达，使机构产生一定形式的运动;二是运行一个机构运动分析，产生可视化的机构运动过程，保存运动分析结果;三是进行分析测量，得到分析测量图形，同时输出分析结果。

在双摆杆摆角放大机构中，对曲柄加载一个8r/min的等速马达，通过运行机构运动分析，产生了整个机构的一个可视化的运动过程。在分析测量阶段，主要分析了输出摆杆的角位移、角速度、角加速度随时间变化的过程，如图5～7所示。

图5 角位移曲线图

图6 角速度曲线图

图7 角加速度曲线图

5 结语

利用SolidWorks的Motion模块对建立的双摆杆摆角放大机构虚拟样机进行运动仿真，可以快速获得输出摆杆的角位移、角速度和角加速度曲线。从分析过程可知，运用SolidWorks进行机构运动仿真分析，具有很大的优越性，它不但使机构的造型形象化、可视化，而且也使得整个分析过程在精确、高效的基础上更加形象、生动，消除了传统设计中的许多弊端。将它应用于机械产品的开发设计中，可在产品设计的早期阶段进行运动仿真分析或找出设计问题，这既能提高工作效率，又能降低产品制作成本。

［1］ 刘永强，仝崇楼.机械设计基础［M］.北京:兵器工业出版社，2009.

［2］ 詹迪维.SolidWorks快速入门教程［M］.北京:机械工业出版社，2008.