AUTOCAD在平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析中的應(yīng)用

馮　方　易建剛

(1.紹興文理學(xué)院　元培學(xué)院，浙江　紹興312000；2.紹興華裕紡機(jī)有限公司，浙江　紹興312000)

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AUTOCAD在平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析中的應(yīng)用

馮方1易建剛2

(1.紹興文理學(xué)院元培學(xué)院，浙江紹興312000；2.紹興華裕紡機(jī)有限公司，浙江紹興312000)

摘要：通過(guò)AUTOCAD軟件繪制機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖，利用強(qiáng)大的作圖功能求解機(jī)構(gòu)的構(gòu)件尺寸，采用矢量圖解法繪制構(gòu)件的位置軌跡、速度軌跡和加速度軌跡.

關(guān)鍵詞：AUTOCAD；機(jī)構(gòu)；構(gòu)件

新產(chǎn)品的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)之前，設(shè)計(jì)人員往往需要對(duì)新產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計(jì)規(guī)劃，繪制新產(chǎn)品的機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖，并分析零部件之間的相互關(guān)系以及相互運(yùn)動(dòng)情況.高等學(xué)校機(jī)械類(lèi)機(jī)械原理課程的一個(gè)重點(diǎn)就是機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖的繪制及運(yùn)動(dòng)分析.而在教材中對(duì)于機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析，我們往往采用解析法和手工圖解法分析，這在一定程度上增加了學(xué)生的計(jì)算工作量，并且采用解析法分析運(yùn)動(dòng)軌跡容易發(fā)生計(jì)算錯(cuò)誤，而采用手工圖解法容易出現(xiàn)誤差.因此可以利用AUTOCAD軟件強(qiáng)大的繪圖功能，將手工圖解法改成計(jì)算機(jī)繪圖圖解法進(jìn)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析.

1基本原理及步驟

利用AUTOCAD進(jìn)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析時(shí)，首先根據(jù)已知條件繪制機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖，分析其中的幾何關(guān)系，測(cè)量出各構(gòu)件的具體尺寸，然后用矢量圖解法將求得的構(gòu)件尺寸進(jìn)行分步繪制，求出某一具體位置的運(yùn)動(dòng)情況.這樣就得到了一系列數(shù)據(jù)點(diǎn)，最后將這些數(shù)據(jù)點(diǎn)擬合起來(lái)，就大致可以了解機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)情況.雖然這種方法和手工作圖類(lèi)似，但由于采用了計(jì)算機(jī)繪圖，能很精確地測(cè)量數(shù)據(jù)點(diǎn)的位置和速度.

2具體創(chuàng)建過(guò)程

下面就以壓床機(jī)構(gòu)(圖1)為例，說(shuō)明如何構(gòu)建機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖，分析其運(yùn)動(dòng)特性.壓床主要是由六桿機(jī)構(gòu)ABCDEF的沖頭(滑塊)向下運(yùn)動(dòng)來(lái)沖壓機(jī)械零件的.曲柄AB通過(guò)連桿、搖桿帶動(dòng)滑塊克服阻力沖壓零件.已知：

2.1繪制機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖

由圖解法可得圖2，已知構(gòu)件的下極限角和上

極限角分別為60°、120°.連接直線(xiàn)DE,DE′，可得∠EDE′=60°.因?yàn)镋F∥E′F′，EE′、FF′都與水平面垂直，所以四邊形EFE′F′為平行四邊形，得FF′=EE′=H=150 mm，又因?yàn)椤鱀EE′為等邊三角形，所以DE=E′F′=150 mm.因?yàn)镃E/DC=1/2,EF/DE=1/4，所以EF=37.5 mm.由CE/DE=1/3，得CE=50 mm,CD=100 mm.當(dāng)AB，BC兩次共線(xiàn)的時(shí)候，滑塊F分別達(dá)到最高點(diǎn)和最低點(diǎn).由圖中量得AB=49.29 mm，BC=223.18 mm.

2.2位移分析

從圖2可以測(cè)量出滑塊最高點(diǎn)F和最低點(diǎn)F′時(shí)曲柄AB角度為98°和282°.將曲柄AB的圓周運(yùn)動(dòng)分成12等分，每次轉(zhuǎn)過(guò)30°測(cè)量此時(shí)滑塊的位置.設(shè)置曲柄AB在0°時(shí)滑塊的位置為原點(diǎn)，繪制12個(gè)位置時(shí)的機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖以及最高點(diǎn)和最低點(diǎn)的機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖.圖3為曲柄AB在60°時(shí)的機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖.用標(biāo)注尺寸的方法測(cè)量出滑塊在上述位置時(shí)的位移量，將其統(tǒng)計(jì)起來(lái)繪制滑塊位移曲線(xiàn)圖(圖4).曲柄AB在不同角度時(shí)滑塊的位移值見(jiàn)表1.可以利用一系列輔助圓幫助完成機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖的繪制.

表1曲柄在不同角度時(shí)滑塊的位移與速度

角度(°)位移/mm速度/(mm·min-1)00.0071.473041.1082.066080.9065.1590103.4015.7198104.400.00120101.60-37.3415070.03-61.1218034.22-73.29210-3.60-67.04240-32.02-39.24270-43.83-9.79282-45.600.00300-43.3813.62330-29.3241.00

2.3速度分析

從圖2可以看出，滑塊最低點(diǎn)和最高點(diǎn)時(shí)B點(diǎn)速度為0，角度為98°和282°.在上述12等分的基礎(chǔ)上測(cè)量F點(diǎn)的速度，采用矢量方程圖解法，利用理論力學(xué)中的運(yùn)動(dòng)合成原理求解F點(diǎn)的速度.由轉(zhuǎn)速n為60 r/min知道B點(diǎn)的速度為

VB=R×ω=R×2πn/60=2πR，

為了方便繪制，設(shè)置速度的比例2π，則VB的大小就是桿AB的長(zhǎng)度.下面以角度60°時(shí)F點(diǎn)速度的求解作一闡述.為了方便圖形的解讀，將機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖中的桿改成虛線(xiàn)，速度矢量用實(shí)線(xiàn)表示(圖5).根據(jù)矢量方程圖解法知道，VC=VB+VCB，在C點(diǎn)作VB速度矢量的平移，在VB速度矢量的尾端作VCB速度矢量使之垂直于CB桿，因?yàn)閂C的速度方向垂直于CD桿，故過(guò)C點(diǎn)作CD桿的垂線(xiàn)，同VCB速度矢量線(xiàn)相交，即得VC的速度大小.同理可以得到VE的速度大小和VF的速度大小，用尺寸標(biāo)注的形式得到VF的速度大小為65.15，同理得到其他各點(diǎn)的速度大小值，繪制速度曲線(xiàn)圖，見(jiàn)表1和圖6(實(shí)際最后的速度需要乘2π).

3結(jié)論

通過(guò)AUTOCAD軟件分析機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)情況時(shí)，借用已經(jīng)繪制的圖形可以很方便地得到機(jī)構(gòu)中某一構(gòu)件較為精確的速度和位移數(shù)據(jù)，這是手工繪圖無(wú)法比擬的.我們也可以采用同樣的方法分析構(gòu)件的加速度.所以不管是企業(yè)工程設(shè)計(jì)人員還是高等院校的學(xué)生，在進(jìn)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析時(shí)，借助AUTOCAD軟件的繪圖工具提高分析機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的能力，顯然是一種比較好的方法和手段.

參考文獻(xiàn):

[1]馮方.利用AUTOCAD處理直線(xiàn)度誤差[J].紹興文理學(xué)院學(xué)報(bào),2011(8)：66-68.

[2]哈爾濱工業(yè)大學(xué)理論力學(xué)教研室.理論力學(xué)[M].北京：高等教育出版社,2008：196-209.

(責(zé)任編輯魯越青)

AUTOCAD application in motion analysis of the plane mechanism

Fang Feng1Yi Jiangang2

(1. Yuanpei College，Shaoxing University, Shaoxing Zhejiang 312000；2. Shaoxing huayu textile machinery, Shaoxing Zhejiang 312000)

Abstract：Draw the Schematic diagram of mechanism by AUTOCAD software, solve link size of the mechanism by using powerful mapping function, draw the tracks of position velocity and acceleration by using vector Method.

Key words：AUTOCAD；mechanism；link

收稿日期：2015-09-22基金項(xiàng)目：浙江省實(shí)驗(yàn)室工作研究資助項(xiàng)目“基于計(jì)算機(jī)繪圖軟件的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理技術(shù)研究與實(shí)踐”(YB201446 )

作者簡(jiǎn)介：馮方(1974-)，男，浙江紹興人，副教授，研究方向：機(jī)械設(shè)計(jì).

doi：10.16169/j.issn.1008-293x.k.2016.07.10

中圖分類(lèi)號(hào)：TH12

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1008-293X(2016)07-0051-03