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第1章 运动仿真及力

学习目标

视频教程如下:



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1.1基本运动分析
    本课程中.我们将使用SolidWorkx Motion来运行一次基本的运动分析,仿真千斤顶上的汽车重量,并
确定起升汽车所需的力矩.如图1-1所示。工程师可以利用这些信息选择合适的电动马达驱动千斤顶。
千斤顶
 
1.2 实例:千斤顶分析
    千斤顶是顶升重物的一种机构.最常用的有车辆千斤顶、卧式千斤顶和修车千斤顶。利用千斤顶,
人可以抬起一辆汽车,并对汽车进行维护。千斤顶液压机构液压的压力越大,提升的距离越长。这些
千斤顶一般按最大提升能力划分等级(例如:1.5t或3t)。
    因为这是找们第一次进行运动分析,本项目只进行简单运动分析,如果深入研究,还需要在配合
的辅助下防止千斤顶摇晃。
1.2.1 问题描述
以100r/min的速度驭动千斤顶,千斤顶承受着8900N的力,用于模拟车辆的重量。确定千斤顶在
运动范围内提升至负载所需的力矩和功率。
1.2.2关键步骤
    .生成一个运动算例:新建一个运动算例。
    .添加一个旋转马达:旋转马达用于驭动千斤顶。
    .添加引力:添加一个标准重力,确保千斤顶的重量也被计算在内。
    .添加车辆的重量:车辆的重量将相对于支撑底座添加为一个向下的力。
    .计算运动:系统默认的分析将持续5s,但此处将延长该时间.使得千斤顶可以完全展开。
    .图解显示结果:生成多个图解来显示力矩和所需的功率。
操作步骤
设置单位切换到运动算例页面
1.2.3驱动
运动可以通过引力、弹簧、力或马达来49动。每一项都包含可以调控的不同特性。
知识卡片
步骤5
放大结果
1.2.4引力
    当零件的重量影响到诸如物体自由落体的运动仿真时,引力是一个非常重要的数值。在Solid Works
Motion中.引力包含两部分内容:
    ·引力矢狱的方向。
    ·引力加速度的大小。
    用户可以在引力属性中指定引力矢旦的方询和大小。用户可以通过选择X, Y, Z方向,或指定参
考基准面来定义引力矢最.而加速度的大小必须单独输人。引力矢旦的默认值是Y方向及9806.65 mm/
6的大小,或在当前单位下的等效数值。
步骤7

1.3力
    力的要素(包含力和力矩)用于激发运动模型中的零件和子装配体的动态行为,通常体现了作用在
分析装配体上的一些外部效应。
    力可能抵制或诱发运动,可以使用类似于定义马达时使用的函数(常量、步进、函数、表达式或向内
插值)来定义力。SolidWorks Motion中的力可以划分为两个基本类:
    1.只有作用力单独加载的力或力矩体现的是加载到零件或装配体上的外部对象和
载荷的效果。加载到千斤顶上车辆的重皿或作用在车身上的空气阻力.都是“只有作用
力”的例子.如图1-9所示。
    2.作用力和反作用力  一对力或力矩,包含作川力和相应的反作用力。最典型的例子
就是弹趁的弹力,因为二者作用在同一条线上。并且弹簧安装点作用在装配体上。另
一个例子就是将自己的双手推在一个物体的两个相反方向上.这样便可以体现在运动分
析中作用在同一条线上的一对相反的两个等效力.也就是作用力和反作用力。
只有作用力
1.3.1外加力
    外加力是指在一个零件上的特定位工定义的毅荷力。用户必须通过指定一个恒定力数吐或一个函
数表达式,来提供对力行为的自找解释。SolidWorks MOtion中可用的外加力为:外加力、外加力矩、作
用力/反作用力和作用力矩/反作用力矩。
    只有作用力的方向可以是固定的,或相对于机构中任何零件的方向是固定的。外加力用于模拟诸
如制动器、火箭、气动载荷和更多其他的例子。
1.3.2力的定义
    要定义一个力,则必须指定下列要素:
    .力作用的零件或零件组.
    .力的作用点。
    .力的大小及方向。
知识卡片
1.3.3力的方向
    力的方向源于用户在【方向】对话框中指定的参考零件.如图1-10所示。下面给出了三个情况,向
用户解释了力的方向是如何随着所选参考零件的变化而发生变化的。
力的方向基于固定零部件的力的方向
    1.情况1  基于固定零部件的力的方向,如果固定零部件是装配体的基础.则力的初始方向将在
整个仿直过程中保持不变,如图1-11所示。
    2.情况2  基于所选移动零部件(用户想添加作用力的零部件)的力的方向,如果加载力的零件用
作参考基准,则在整个仿真的时间内.力的方向该琴件的相对方向保持不变(也就是说,与用于定义方
向的实体的几何体保持相对关系).如图1-12所示。
基于所选移动零部件的力的方向1
    3.情况3  基于所选移动零部件(用户不想添加作用力的零部件)的力的方向,如果另一个移动的
零件用作参考基准.则力的方向将根据移动实体这个参考对象的相对方向而变化。如果用户在一端固
定的实体上施加力的作用并使用一个旋转的零件作为参考基准时,将会发现力会随着参考实体一起转
动,如图1-13所示。
基于所选移动零部件的力的方向2提示步骤8添加力

1.4结果
    运动算例得到的输出内容主要是一个参数相对于另一个参数(通常为时间)的图解。运动算例计算
完毕后.则可以对各种参数创建图解。所有存在的图解都列于MotionManager设计树的底端。
    1.图解类别可以建立以下类别的图解:
    ·位移     ·速度
    ·加速度   ·力’
    ·动量     ·能最
    ·力量     ·其他数量
    2.子类别可以按照下面的类别创建图解:
    ·跟踪路径      ·质旦中心位置
    ·线性位移      ·线性速度
    ·线性加速度    ·角位移
    ·角速度        ·角加速度
    ·马达力        ·马达力矩
    ·反作用力      ·反力矩
    ·摩擦力        ·摩擦力矩
    ·接触力        ·平移力矩
    ·角力矩        ·平移动能
    ·角动能        ·总动能
    ·势能差         ·能量消耗
    ·俯仰           ·偏航
    ·滚转          ·Rodriguez参数
    ·勃兰特角度    · 投影角度
    3.调整图解大小   可以通过拖动任何边界或边角来调整图解大小。
只是卡片步骤11力矩图解能量消耗图解定义竖直位置结果位移图解修改结果知识卡片步骤16

练习  3D四连杆
    图1-24所示为3b四连杆机构,机构中只有四个零件。零件“support”固定在
地面上,零件“LeverArm”的转动会导致零件“SliderBlock”滑动。
    本练习将应用以下技术:
    ·基本运动分析。
    ·结果。
    项目描述零件“ LeverArm”以恒定的360°/s的角速度简单地转动。确定驱
动这个机构所需的力矩大小,并从运动仿真的结果中图解显示出来。
3D四连杆机构
操作步骤定义马达步骤6图解结果线性速度结果速度角位移关系图解
 

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