基于Solidworks 的棘輪機構(gòu)運動仿真

陳菲菲 馬紅月

（石家莊鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院 河北石家莊 050041 河北軌道運輸職業(yè)技術(shù) 河北石家莊 050001）

1 引言

棘輪機構(gòu)是由棘輪和棘爪組成的間歇運動機構(gòu)，在機械設(shè)備中一般用于轉(zhuǎn)速低和間歇轉(zhuǎn)動的裝置中，應(yīng)用范圍廣泛。如牛頭刨床的橫向進(jìn)給機構(gòu)、自行車后軸的齒式棘輪超越機構(gòu)、防逆轉(zhuǎn)棘輪機構(gòu)等等[1]。Solidworks 是專門用于對三維零件進(jìn)行建模并進(jìn)行虛擬裝配?？梢詼?zhǔn)確的建立各種復(fù)雜的實際仿真模型，其中Solidworks 的運動分析可以精確的仿真機構(gòu)的運動，Solidworks 中的Simulation Simulation 動力學(xué)和運動模擬分析插件可以對機構(gòu)進(jìn)行動態(tài)模擬和分析，掌握各部件在力和運動條件下的運動及力學(xué)情況。

2 棘輪建模

在Solidworks 中安裝邁迪工具插件，運行邁迪設(shè)計寶，選擇邁迪棘輪設(shè)計工具，在邁迪設(shè)計寶中棘輪和槽輪機構(gòu)已經(jīng)參數(shù)化，極大的提高了設(shè)計的效率，選擇齒數(shù)24，模數(shù)5，齒寬系數(shù)5 的棘輪機構(gòu)，棘輪機構(gòu)設(shè)計工具如圖1 所示。參數(shù)確定之后，單擊確定就可以在Solidworks 生成棘輪的三維模型，棘輪三維模型如圖2 所示

圖1 棘輪參數(shù)

3 棘爪和主動擺桿建模

確定棘輪機構(gòu)的基本模型之后，建立棘爪的三維模型，首先在草圖中繪制小棘爪的二維圖，小棘爪的具體尺寸和三維模型如圖3 所示，大棘爪的具體尺寸和三維模型如圖4 所，主動擺桿的具體尺寸和三維模型如圖5 所。

圖3 小棘爪二維及三維模型

圖4 大棘爪二維及三維模型

圖5 主動擺桿二維及三維建模

4 棘輪棘爪裝配

所謂的“裝配”就是根據(jù)已經(jīng)制定的技術(shù)要求，將棘輪棘爪各個零部件組裝在一起，使之稱為完整模型的過程[2] .再完成了棘輪機構(gòu)各個零件建模后，進(jìn)行棘輪的裝配，裝配結(jié)果如圖6 所示，具體步驟如下。

（1）在SolidWorks 新建“裝配體”，插入一個零部件，其中，第1 個插入的零件為整個裝配體的基礎(chǔ)，且SolidWorks 軟件默認(rèn)其為固定零件[3]。

通過分析單缸棘輪機構(gòu)的運動關(guān)系，首先插入棘輪機構(gòu)的轉(zhuǎn)軸件機架。

（2）采用重合、平行、同軸等配合關(guān)系，依次插入棘輪、棘爪、主動擺桿和主動擺桿轉(zhuǎn)軸，這五個零件進(jìn)行裝配。

圖6 棘輪機構(gòu)裝配圖

5 棘輪機構(gòu)運動仿真

單擊布局選項卡中的“運動算例1"，因為棘輪機構(gòu)中棘爪做往復(fù)擺動，因此選擇運動仿真中的“基本運動”，第一步：為棘輪機構(gòu)添加正確的“馬達(dá)”參數(shù)，單擊“馬達(dá)”按鈕，對“馬達(dá)”屬性管理器進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，需要配置的參數(shù)如圖7 所示，馬達(dá)的轉(zhuǎn)動方向和位置如圖8 所示，棘輪機構(gòu)主動件做往復(fù)擺動， “馬達(dá)”的運動形式選擇為“數(shù)據(jù)點”樣式。

圖7 馬達(dá)參數(shù)配置

圖8 馬達(dá)的轉(zhuǎn)動方向和位置

點擊“編輯”按鈕對“馬達(dá)”的具體參數(shù)配置，如圖9 所示，選擇數(shù)據(jù)點樣式，對位移參數(shù)進(jìn)行選擇，經(jīng)計算擺桿的擺動角度為16°，馬達(dá)的運動時間選擇為6s 即可，速度位移曲線如圖10 所示。

圖9 馬達(dá)參數(shù)

圖10 馬達(dá)運動曲線

為增加運動的真實性，棘輪與棘爪之間需要選擇實體接觸，在運動仿真中選擇基本運動，為整個機構(gòu)添加重力，添加結(jié)果如圖11 所示，所有配置完成后點擊“運動算例計算”即可完成棘輪機構(gòu)的運動仿真。

圖11 基本運動配置

6 結(jié)論

在實際工作中，工程技術(shù)人員可以通過修改棘輪機構(gòu)的關(guān)鍵尺寸，即可得出不同的運動結(jié)果參數(shù)，再結(jié)合相關(guān)的力學(xué)仿真結(jié)果，所求解出的參數(shù)為該機構(gòu)的應(yīng)用提供了理論依據(jù)。[4]通過這些參數(shù)可以設(shè)計出最為優(yōu)化的機構(gòu)模型。