基于Solidworks 的棘轮机构运动仿真

陈菲菲 马红月

（石家庄铁路职业技术学院 河北石家庄 050041 河北轨道运输职业技术 河北石家庄 050001）

1 引言

棘轮机构是由棘轮和棘爪组成的间歇运动机构，在机械设备中一般用于转速低和间歇转动的装置中，应用范围广泛。如牛头刨床的横向进给机构、自行车后轴的齿式棘轮超越机构、防逆转棘轮机构等等[1]。Solidworks 是专门用于对三维零件进行建模并进行虚拟装配。可以准确的建立各种复杂的实际仿真模型，其中Solidworks 的运动分析可以精确的仿真机构的运动，Solidworks 中的Simulation Simulation 动力学和运动模拟分析插件可以对机构进行动态模拟和分析，掌握各部件在力和运动条件下的运动及力学情况。

2 棘轮建模

在Solidworks 中安装迈迪工具插件，运行迈迪设计宝，选择迈迪棘轮设计工具，在迈迪设计宝中棘轮和槽轮机构已经参数化，极大的提高了设计的效率，选择齿数24，模数5，齿宽系数5 的棘轮机构，棘轮机构设计工具如图1 所示。参数确定之后，单击确定就可以在Solidworks 生成棘轮的三维模型，棘轮三维模型如图2 所示

图1 棘轮参数

3 棘爪和主动摆杆建模

确定棘轮机构的基本模型之后，建立棘爪的三维模型，首先在草图中绘制小棘爪的二维图，小棘爪的具体尺寸和三维模型如图3 所示，大棘爪的具体尺寸和三维模型如图4 所，主动摆杆的具体尺寸和三维模型如图5 所。

图3 小棘爪二维及三维模型

图4 大棘爪二维及三维模型

图5 主动摆杆二维及三维建模

4 棘轮棘爪装配

所谓的“装配”就是根据已经制定的技术要求，将棘轮棘爪各个零部件组装在一起，使之称为完整模型的过程[2] .再完成了棘轮机构各个零件建模后，进行棘轮的装配，装配结果如图6 所示，具体步骤如下。

（1）在SolidWorks 新建“装配体”，插入一个零部件，其中，第1 个插入的零件为整个装配体的基础，且SolidWorks 软件默认其为固定零件[3]。

通过分析单缸棘轮机构的运动关系，首先插入棘轮机构的转轴件机架。

（2）采用重合、平行、同轴等配合关系，依次插入棘轮、棘爪、主动摆杆和主动摆杆转轴，这五个零件进行装配。

图6 棘轮机构装配图

5 棘轮机构运动仿真

单击布局选项卡中的“运动算例1"，因为棘轮机构中棘爪做往复摆动，因此选择运动仿真中的“基本运动”，第一步：为棘轮机构添加正确的“马达”参数，单击“马达”按钮，对“马达”属性管理器进行参数设置，需要配置的参数如图7 所示，马达的转动方向和位置如图8 所示，棘轮机构主动件做往复摆动， “马达”的运动形式选择为“数据点”样式。

图7 马达参数配置

图8 马达的转动方向和位置

点击“编辑”按钮对“马达”的具体参数配置，如图9 所示，选择数据点样式，对位移参数进行选择，经计算摆杆的摆动角度为16°，马达的运动时间选择为6s 即可，速度位移曲线如图10 所示。

图9 马达参数

图10 马达运动曲线

为增加运动的真实性，棘轮与棘爪之间需要选择实体接触，在运动仿真中选择基本运动，为整个机构添加重力，添加结果如图11 所示，所有配置完成后点击“运动算例计算”即可完成棘轮机构的运动仿真。

图11 基本运动配置

6 结论

在实际工作中，工程技术人员可以通过修改棘轮机构的关键尺寸，即可得出不同的运动结果参数，再结合相关的力学仿真结果，所求解出的参数为该机构的应用提供了理论依据。[4]通过这些参数可以设计出最为优化的机构模型。