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黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 I 摘要 本文根據(jù)目前我學(xué)院插秧機(jī)的研究現(xiàn)狀 結(jié)合國內(nèi)外插秧機(jī)進(jìn)給機(jī)構(gòu) 提出兩套縱 向進(jìn)給機(jī)構(gòu)的設(shè)計與仿真 使用專業(yè) CAD 軟件 SolidWorks 先按照預(yù)定的軌跡 設(shè)計出 進(jìn)給機(jī)構(gòu) 然后根據(jù)機(jī)構(gòu)設(shè)置具體零件 再裝配調(diào)試 并最終得到兩套設(shè)計方案 使用 SolidWorks 分別建立兩套方案的裝配文件及爆炸視圖 分別對兩套進(jìn)給機(jī)構(gòu)進(jìn)行 Animator 仿真與 COSMOSMotion 仿真 最后使用 COSMOSMotion 分析整個設(shè)計機(jī)構(gòu) 提出分析意見 本設(shè)計需要用 SolidWorks Office Premium SW 完全版 3 42GB 才能進(jìn) 行 COSMOSMotion 仿真 文中多處介紹 COSMOSMotion 仿真工具的用法 要完美的模 擬仿真 還要用到 Microsoft NET Framework 2 0 和 DirectX 9 0c 本設(shè)計是以我學(xué)院自行 設(shè)計的插秧機(jī)基礎(chǔ)進(jìn)行研究的 許多基礎(chǔ)數(shù)據(jù)來自假設(shè) 設(shè)計結(jié)果僅作為插秧機(jī)進(jìn)給機(jī) 構(gòu)的一種參考 關(guān)鍵詞 進(jìn)給機(jī)構(gòu) 插秧機(jī) 動畫仿真 SolidWorks 黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 II 黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 III 目錄 1 緒論 1 1 1 選題的意義 1 1 2 插秧機(jī)進(jìn)給機(jī)構(gòu)研究的現(xiàn)狀 1 1 2 1 縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計 1 1 2 2 縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)的工作原理 2 1 2 3 雙向螺旋進(jìn)給機(jī)構(gòu)的設(shè)計 3 1 2 4 學(xué)院知識產(chǎn)權(quán)現(xiàn)狀 3 1 3 研究插秧機(jī)進(jìn)給機(jī)構(gòu)的步驟 3 1 4 論文的主要研究方法 4 2 SOLIDWORKS 動畫仿真與運動分析簡介 5 2 1 產(chǎn)品數(shù)字化變革與仿真設(shè)計發(fā)展 5 2 2 SOLIDWORKS 簡介 6 2 3 ANIMATOR 插件功能及特點 7 2 4 模擬工具簡介 8 2 5 COSMOSMOTION 基本知識 8 3 插秧機(jī)縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)設(shè)計 11 3 1 要解決的問題 11 3 2 解決方案分析 11 3 2 1 初步分析 11 3 2 2 具體分析 11 3 3 直線型從動擺臂機(jī)構(gòu)的設(shè)計 方案 1 12 3 3 1 設(shè)計的前提條件 12 3 3 2 機(jī)構(gòu)原理圖及運動分析 12 3 3 3 直線型從動擺臂機(jī)構(gòu)主要零件的設(shè)計 13 3 3 4 直線型從動擺臂機(jī)構(gòu)的裝配關(guān)系 19 黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 IV 3 4 圓弧型從動擺臂機(jī)構(gòu)的設(shè)計 方案 2 22 3 4 1 設(shè)計的前提條件 22 3 4 2 機(jī)構(gòu)原理圖及運動分析 22 3 4 3 圓弧型從動擺臂機(jī)構(gòu)主要零件的設(shè)計 23 3 4 4 圓弧型從動擺臂機(jī)構(gòu)的裝配關(guān)系 24 4 插秧機(jī)進(jìn)給機(jī)構(gòu)的動畫仿真與運動分析 26 4 1 直線型從動擺臂機(jī)構(gòu)動畫仿真 26 4 1 1 直線型從動擺臂機(jī)構(gòu)的 ANIMATOR 仿真 26 4 1 2 直線型從動擺臂機(jī)構(gòu)的 COSMOSMOTION 分析 28 4 2 直線型從動擺臂機(jī)構(gòu)動運動分析 31 4 3 圓弧型從動擺臂機(jī)構(gòu)動畫仿真 32 4 3 1 圓弧型從動擺臂機(jī)構(gòu)的 ANIMATOR 仿真 32 4 3 2 圓弧型從動擺臂機(jī)構(gòu)的 COSMOSMOTION 分析 32 4 4 圓弧型從動擺臂機(jī)構(gòu)動運動分析 33 4 5 方案 1 與方案 2 對比分析 34 4 6 結(jié)論 35 5 結(jié)束語 36 參考文獻(xiàn) 37 黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 1 1 緒論 1 1 選題的意義 水稻是我國種植面積最大 單產(chǎn)最高 總產(chǎn)最多的主要糧食作物 其常年種植面積 和總產(chǎn)約占我國糧食作物的 28 和 40 種植方式主要為傳統(tǒng)的人工插秧 雖然我國在 20 世紀(jì) 60 年代已開始水稻種植機(jī)械化研究 對插秧機(jī)關(guān)鍵部件的設(shè)計與研究有所突破 但使用成本高 可操作性差 遠(yuǎn)不及水稻生產(chǎn)機(jī)械化中的耕作機(jī)械和收獲機(jī)械 與 我國經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展?fàn)顩r不協(xié)調(diào) 嚴(yán)重制約了我國水稻生產(chǎn)的發(fā)展 成為制約水稻生 產(chǎn)全程機(jī)械化的瓶頸 也限制了我國水稻生產(chǎn)的規(guī)?；?專業(yè)化 商品和現(xiàn)代化的發(fā)展 國內(nèi)對機(jī)插秧技術(shù)的設(shè)計與開發(fā)手段還較為傳統(tǒng) 很大一部分是借憑經(jīng)驗進(jìn)行類比 設(shè)計 一般只進(jìn)行靜態(tài)分析而不注重動態(tài)特征分析 不像汽車制造 工程機(jī)械 航空航 天等工業(yè)產(chǎn)品應(yīng)用先進(jìn)虛擬樣機(jī)技術(shù)進(jìn)行研發(fā) 基于SolidWorks 三維設(shè)計軟件虛擬樣機(jī)技 術(shù)解決方案 對水稻栽秧機(jī)器進(jìn)給機(jī)構(gòu)的模擬設(shè)計 運動仿真 具體解決其在運動中的 運動直觀圖 運用虛擬樣機(jī)技術(shù)可以較好地解決復(fù)雜的水稻插秧機(jī)的設(shè)計 動力學(xué)分析 和參數(shù)優(yōu)化 可大大減少研發(fā)成本和物理樣機(jī)制造 試驗的周期 具有巨大的工程實 用價值 對我國水稻插秧機(jī)設(shè)計水平的提高有極大的促進(jìn)作用 加快水稻插秧機(jī)關(guān)鍵技術(shù) 的研發(fā)步伐 對推動我國水稻種植機(jī)械化的發(fā)展 對促進(jìn)規(guī)模化生產(chǎn) 農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整 農(nóng)村勞動力轉(zhuǎn)移 新農(nóng)村建設(shè)和實現(xiàn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化具有重要的意義 在設(shè)計階段中 熟悉掌握 SolidWorks 產(chǎn)品基本造型方法 必將對以后的工作與學(xué)習(xí) 有巨大幫助 1 2 插秧機(jī)進(jìn)給機(jī)構(gòu)研究的現(xiàn)狀 我國目前普遍使用的插秧機(jī)對其縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu) 橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu) 分秧機(jī)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)研 制成與該技術(shù)配套的植質(zhì)水稻缽育栽植機(jī) 我院研究插秧機(jī)器已經(jīng)很多年 在研究過程 中已獲得很多技術(shù)突破和關(guān)鍵性的成果 紙盤水稻缽秧栽植機(jī)的工作過程是將早地里育 好的水稻紙盤缽秧苗盤整體地置于栽植機(jī)秧箱上的柵板橡膠帶式縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)中 縱 橫 向進(jìn)給機(jī)構(gòu)與栽植育協(xié)調(diào)工作 共同完成分秧并通過栽植份最終將缽秧苗植人田間 1 2 1 縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計 黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 2 1 2 圖1 1 水稻植質(zhì)缽育秧盤 1 缽育孔 2 進(jìn)給孔 水稻植質(zhì)缽育秧盤是將稻草粉為主要原料 添加水稻生長所必需的營養(yǎng)濟(jì)和凝結(jié)濟(jì) 經(jīng)特殊加工工藝制成 如圖 1 1 秧盤長 580mm 寬 265mm 高 23mm 每只秧盤經(jīng)緯 排列 29 行 14 列 共 406 穴 這種新型秧盤盛土充足 透氣性好 益于盤根 便于栽植 可育出帶蘗的缽塊壯秧 水稻栽植中 新型秧盤可保證秧苗根系完整 不緩苗 隨著水 稻生長 秧盤緩慢將解 可為水稻提供生長所需營養(yǎng) 水稻植質(zhì)缽育栽植機(jī)的工作過程是將旱地里育好的水稻植質(zhì)缽育秧盤整體地置于栽 植機(jī)秧箱上的柵板橡膠帶式縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)中 縱 橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)與栽植臂協(xié)調(diào)工作 共 同完成分秧并通過栽植臂最終將缽秧苗植入田間 由于育秧盤的結(jié)構(gòu) 圖 1 1 所示 其穴缽 縱橫為經(jīng)緯排列 所以缽苗的株 行間距均為 20mm 柵板橡膠帶裝置位于栽植機(jī)秧箱下 方的秧門附近正中央 其帶面為柵板形 封閉的柵板橡膠帶分別套在秧箱背面的兩根步 進(jìn)軸的進(jìn)給輪上 其動力由工作箱輸出的擺動力通過擺臂及棘輪機(jī)構(gòu)提供 橡膠柵板間 間距與缽盤上的缽塊尺寸相吻合 每排缽塊均與柵板嚙合 并隨橡膠柵板帶前進(jìn)無相對 滑差 進(jìn)給準(zhǔn)確 柵板橡膠帶的兩邊各有一排等距型孔 進(jìn)給輪爪插入其中 當(dāng)進(jìn)給輪 轉(zhuǎn)過一個角度 一齒 時 通過輪爪撥動膠帶前進(jìn)一步 使秧缽盤被推進(jìn)一排均勻進(jìn)給 確 保栽植機(jī)構(gòu)準(zhǔn)確分秧 1 2 2 縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)的工作原理 黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 3 圖1 2 縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu) 1 秧盤長壓條苗 2 秧盤短壓條 3 秧盤擋板 4 滑道 5 秧箱 6 護(hù)苗器 7 秧盤定位支撐切割裝置 8 方管 9 板式橡膠帶 10 驅(qū)動輪 11 植質(zhì)缽育秧盤 如圖 1 2 所示 機(jī)器在插秧作業(yè)前打開長壓條 1 將秧盤置于板式橡膠帶 9 上 并使之 處于分秧位置 作業(yè)時分秧裝置每插一穴秧苗 橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)驅(qū)動秧箱移動一個穴距 20mm 當(dāng)插完一排秧苗后 插秧機(jī)的自動縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)工作 其動力由機(jī)器的工作箱 提供的擺動力矩 轉(zhuǎn)變成棘輪棘爪機(jī)構(gòu)的回轉(zhuǎn)運動 再通過鏈條傳動將運動傳給驅(qū)動輪 10 通過柵板橡膠帶帶動植質(zhì)缽育秧盤 1 1 向前進(jìn)給一個 穴距 20mm 完成縱向進(jìn)給運 動 使縱向進(jìn)給量的精度提高 有效地保證了秧苗的栽植精度 為了使每一盤的最后一 排秧苗均能順利分秧 本機(jī)械上設(shè)置了秧盤擋板 3 既保證了每盤的最后一排秧苗的分秧 又能確保與下一盤秧苗的適時連接 使插秧過程連續(xù)進(jìn)行 有效地控制缺苗率 1 2 3 雙向螺旋進(jìn)給機(jī)構(gòu)的設(shè)計 秧箱 鏈箱 栽植臂等參數(shù)不變 但移箱機(jī)構(gòu)參數(shù)中原機(jī)分秧決數(shù)為 18 次 橫向進(jìn) 給量 15 6mm 該項目分秧次數(shù)要求 14 次 橫向進(jìn)給量為 20mm 橫向移動總量為 260mm 為此必須改變工作箱中雙向螺旋軸的基本參數(shù)與相應(yīng)量的結(jié)構(gòu) 見圖 1 由圖中 可見在保證總移動量 260mm 的情況下 將螺距由 30 6mm 改為 40mm 軸徑也相應(yīng)加大 由 26mm 改為 4 35mm 其螺旋升角比原機(jī)還小 見圖 1 3 因此改變后增大了軸向推力 提高了螺旋軸的壽命 為此雙聯(lián)移動套也相應(yīng)的作了變動 工作箱內(nèi)其它部件均可通用 黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 4 圖1 3 雙向螺旋軸 1 2 4 學(xué)院知識產(chǎn)權(quán)現(xiàn)狀 植質(zhì)水稻缽秧栽植技術(shù)及其配套機(jī)械是目前國內(nèi)外位居先進(jìn)地位的水稻移植技術(shù)和 機(jī)械 它的研究是一項融農(nóng)業(yè) 農(nóng)機(jī) 機(jī)械和造紙行業(yè)為一體的系統(tǒng)工程 在這項研究 中我院已向國家知識產(chǎn)權(quán)局申請了一項 發(fā)明專利 和兩項 實用新型專利 并獲批準(zhǔn) 就栽植機(jī)而言 與目前國內(nèi)外普通栽植機(jī)不同 它需要的縱 橫向進(jìn)給均特別精確 為 了確保分秧精度 橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)是它的核心部件 如若進(jìn)給不到位 則分秧后田間會出 現(xiàn)幾米內(nèi)無秧苗 反之幾米內(nèi)出現(xiàn)重苗 而采用我們研制的特殊 水稻植質(zhì)缽秧栽植 縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu) 可有效的確保進(jìn)給準(zhǔn)確 從而有效的保證分秧栽植的高精度要求 我院 自行設(shè)計的縱向傳動機(jī)構(gòu)見圖 1 4 1 3 研究插秧機(jī)進(jìn)給機(jī)構(gòu)的步驟 本課題嘗試用專業(yè)的 CAD 軟件 SolidWorks 對水稻栽秧機(jī)進(jìn)給機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計和分析 嚴(yán)格計算各個構(gòu)件的尺寸 對每一個構(gòu)件進(jìn)行運動軌跡的分析 發(fā)揮 SolidWork 強大的仿 真功能進(jìn)行裝配和運動分析 并且模擬水稻栽秧機(jī)進(jìn)給機(jī)構(gòu)的運動過程 直觀的演示設(shè) 計結(jié)果 黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 5 圖1 4 我院自行設(shè)計的縱向傳動機(jī)構(gòu) 具體研究步驟 1 查閱水稻植質(zhì)缽育栽植技術(shù)相關(guān)文章及機(jī)構(gòu) 了解國內(nèi)外相關(guān)機(jī)械及工作原理 2 采用多種方式 機(jī)構(gòu)設(shè)計 設(shè)計插秧機(jī)進(jìn)給機(jī)構(gòu) 3 畫出機(jī)構(gòu)簡圖及機(jī)構(gòu)裝配圖 4 應(yīng)用 SW 對關(guān)鍵部件進(jìn)行力學(xué)分析并對機(jī)構(gòu)進(jìn)行動態(tài)仿真 1 4 論文的主要研究方法 本課題將從以下幾方面進(jìn)行嘗試性產(chǎn)品數(shù)字化研究 1 研究符合學(xué)校自行設(shè)計插秧機(jī)的進(jìn)給機(jī)構(gòu) 2 進(jìn)給機(jī)構(gòu)的 Animator 仿真 3 用 COSMOSMotion 仿真分析 跟蹤零件的運動軌跡 分析機(jī)構(gòu)中零件的速度 加速度 作用力 反作用力和力矩等 并用動畫 圖形 表格等多種形式輸出結(jié)果 2 SolidWorks 動畫仿真與運動分析簡介 2 1 產(chǎn)品數(shù)字化變革與仿真設(shè)計發(fā)展 黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 6 隨著信息技術(shù)在各領(lǐng)域的迅速滲透 CAD CAM CAE 技術(shù)已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用 從 根本上改變了傳統(tǒng)的設(shè)計 生產(chǎn) 組織模式 對推動現(xiàn)有企業(yè)的技術(shù)發(fā)行 帶動整個產(chǎn) 品結(jié)構(gòu)的變革 發(fā)展新興技術(shù) 促進(jìn)經(jīng)濟(jì)增長的都具有十分重要的意義 計算機(jī)輔助技術(shù)的在工業(yè)設(shè)計與制造領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛 這一技術(shù)帶來的變革 之一就是產(chǎn)品數(shù)字化 產(chǎn)品數(shù)字化的發(fā)展歷程大致可以分為三個階段 第一階段為廣泛使用計算機(jī)輔助工具 CAD CAPP 計算機(jī)輔助工藝過程設(shè)計 CAE 等 第二階段是在 CAX 的基礎(chǔ)上應(yīng)用并行工程 DFM 面向制造的設(shè)計 DFA 面向 裝配的設(shè)計 以 PDM 產(chǎn)品數(shù)字管理 為集成平臺 將這些應(yīng)用集成為一個整體 第三階段是在并行工程的基礎(chǔ)上大量使用仿真手段 構(gòu)建產(chǎn)品的數(shù)學(xué)化模型 進(jìn)行 電 機(jī) 液等協(xié)同化仿真試驗 進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計 以減少開發(fā)成本 有益于產(chǎn)品的市場推 廣 當(dāng)今的工業(yè)設(shè)計對市場開發(fā)的要求下越來越高 這就需要 CAD 進(jìn)行面向市場的開發(fā) 工業(yè)設(shè)計技術(shù)的對象將從單個產(chǎn)品的造型設(shè)計發(fā)展為產(chǎn)品的研發(fā)策劃技術(shù) 使產(chǎn)品開發(fā) 始終圍繞市場和人的需求 特別注重企業(yè)無形資產(chǎn)的開發(fā) 如品牌 形象 計算機(jī)輔助 工業(yè)設(shè)計是工業(yè)設(shè)計領(lǐng)域的前沿 這不僅意味著設(shè)計手段的改變 同時也改變了工業(yè)設(shè) 計的思維方式 就產(chǎn)品制造中所涉及的模型種類來說 大致可分為三類 即產(chǎn)品模型 制造系統(tǒng)模 型和開發(fā)過程 包括設(shè)計 加工 裝配 測試等 模型 其中產(chǎn)品模型是所有活動的目 的和中心 制造系統(tǒng)模型是產(chǎn)品開發(fā)必須要考慮的約束 這里的制造系統(tǒng)是一個廣義的 概念 包括物料供應(yīng) 加工 裝配和檢驗等所有方面 仿真技術(shù)的應(yīng)用正是以這三類模型為中心展開的 1 以產(chǎn)品模型為中心的仿真 包括產(chǎn)品的形態(tài)和動態(tài)性能分析 產(chǎn)品的可制造性 分析 產(chǎn)品的可裝配必分析 在進(jìn)行產(chǎn)品開發(fā)時 要考慮的不只局限于與功能需求有關(guān) 的方面 如形狀 尺寸 結(jié)構(gòu)及各種物理特性 還要綜合考慮諸如制造 裝配 維護(hù) 成本等各方面的因素 因此 產(chǎn)品本身的仿真 如 CAE DFA 等 是仿真技術(shù)的制造業(yè) 應(yīng)用的基本方面 2 以制造系統(tǒng)模型為中心的傳真 包括對于復(fù)雜制造裝備 如加工中心 機(jī)器人 等 的仿真 對于復(fù)雜制造系統(tǒng) 柔性制造車間的設(shè)計和運行 的仿真 仿真的目的在 于 確定設(shè)備能力的運行情況 包括加工路線 資源的分配 物料的供應(yīng)等 3 以開發(fā)過程模型為中心的仿真 包括設(shè)計過程的仿真和制造過程的仿真 產(chǎn)品 的開發(fā)大致包括設(shè)計和制造兩個階段 在設(shè)計階段 產(chǎn)品的性能和成本就已基本上確定 了 而正是因為設(shè)計階段的重要必 以及設(shè)計過程中多學(xué)科輪作和反復(fù)設(shè)計 試驗帶來 的復(fù)雜性 設(shè)計過程的建模和傳真越來越受到人們的重視 仿真的目的在于縮短周期 降低成本 制造過各是仿真應(yīng)用的傳統(tǒng)方面 制造過程的仿真必須把產(chǎn)品模型和制造系 統(tǒng)模型結(jié)合起來加以考慮 但它不僅僅是兩者的簡單相加 還需考慮控制策略 庫存能 力 負(fù)載能力等方面的問題 黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 7 傳統(tǒng)的機(jī)械行業(yè)僅僅注重產(chǎn)品的前期功能性設(shè)計 例如工藝性 成本 生產(chǎn)周期等 這些領(lǐng)先一些常用的 CAD 軟件即可完成 在后期驗證產(chǎn)品功能時 輔助使用一些 CAE 軟件來進(jìn)行有限元分析或者綜合動力學(xué)分析 在市場經(jīng)濟(jì)條件下的產(chǎn)品開發(fā) 除了對產(chǎn) 品本身功能進(jìn)行設(shè)計外 還需注意產(chǎn)品的后續(xù)宣傳和形象傳遞 其采用的形式多種多樣 如海報 說明書 產(chǎn)品操作動畫演示 渲染圖像等 特別是如何使用產(chǎn)品動態(tài)動作 符 合其實際的規(guī)律 并且把這種視像記錄下來 這是一門新興的學(xué)科 在產(chǎn)品開發(fā)過程中 正占據(jù)越來越重要的地位 動畫是一種傳遞設(shè)計思想 記錄仿真的良好的載體 它的特點已經(jīng)形象和直觀 在 某些場合下 例如產(chǎn)品的內(nèi)部結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜 僅僅領(lǐng)先文字或者敘述往往不易講解清楚 而使用動畫就能免去這種麻煩 達(dá)到交流的目的 高速的信息傳遞將為企業(yè)發(fā)展帶來新 的發(fā)展動力和生存方式 對于企業(yè) CI 形象 VI 視覺識別 BI 行為識別 MI 理念識別 的 宣傳也有很大的促進(jìn)作用 2 2 SolidWorks 簡介 SolidWorks 是一套基于 Windows 的 CAD CAE CAM PDM 桌面集成系統(tǒng) 是由美國 SolidWorks 公司在總結(jié)和繼承了大型機(jī)構(gòu) CAD 軟件的基礎(chǔ)上 在 Windows 環(huán)境下實現(xiàn)的 第一個機(jī)械三維 CAD 軟件 于 1995 年 11 月研制成功 SolidWorks 是市場分額增長最快 技術(shù)發(fā)展最快 市場前景最好 性能價格比最優(yōu)的軟件 隨著 SolidWorks 版本的不斷提 高 性能的不斷增強 SolidWorks 已經(jīng)能滿足一般企業(yè)的一般需求了 SolidWorks 軟件擁有以下特點 1 第一個在 Windows 操作系統(tǒng)下開發(fā)的 CAD 軟件 采用 Windows 系列 與 Windows 系統(tǒng)全兼容 是 Windows 的 OLE 2 產(chǎn)品 2 菜單少 使用直觀 簡單 界面友好 SolidWorks 一共只有 60 幾個命令 其 余所有命令與 Windows 命令是相同的 下拉菜單一般只有二層 三層的不超過 5 個 圖形菜單設(shè)計簡單明快 非常形象化 一看即知 系統(tǒng)的所有參數(shù)設(shè)置全部集中在一個 選項 option 中 容易查找和設(shè)置 動態(tài)引導(dǎo)具有智能化 一般情況下無須用戶去修改 特征樹獨具特色 實體及光源均可在特征樹中找到 操作特征非常方便 裝配約束所有 的概念非常簡單且容易理解 實體的建模和裝配完全符合自然的三維世界 對實體的放 大 縮小和旋轉(zhuǎn)等操作全部是透明命令 可以在任何命令過程中使用 實體的選取非常 容易 方便 3 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換接口豐富 轉(zhuǎn)換成功率高 SolidWorks 支持的標(biāo)準(zhǔn)有 IGES DXF DWG SAT ACSI STEP STL ASC 或二進(jìn)制的 VDAFS VDA 汽 車工業(yè)專用 VRML Parasolid 等 且與 CATIA Pro Engineer UG MDT Inventor 等設(shè)有專用接口 SolidWorks 與 I DEAS ANSYS Pro Engineer AutoCAD 等之間的數(shù) 據(jù)轉(zhuǎn)換均非常成功 流暢 4 獨特的配置功能 SolidWorks 允許建立一個零件而有幾個不同的配置 Configuration 這對于通用件或形狀相似零件的設(shè)計 可大大節(jié)約時間 黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 8 5 特征管理器 特征管理器 PropertyManager 是 SolidWorks 的獨特技術(shù) 在不占 用繪圖區(qū)空間的情況下 實現(xiàn)對零件的操縱 拖曳等操作 6 自上而下的裝配體設(shè)計技術(shù) top to down 目前只有 SolidWorks 提供自上而 下的裝配體設(shè)計技術(shù) 它可使設(shè)計者在設(shè)計零件 毛坯件時于零件間捕捉設(shè)計關(guān)系 在 裝配體內(nèi)設(shè)計新零件 編輯已有零件 7 比例縮放技術(shù) 可以給模具零件在 X Y Z 方向給定不同的收縮而得到模具 型腔或型芯 8 曲面設(shè)計工具 用 SolidWorks 設(shè)計者可以創(chuàng)造出非常復(fù)雜的曲面 如 由兩 個或多個模具曲面混合成復(fù)雜的分型面 設(shè)計者亦可裁減曲面 延長曲面 倒圓角及縫 合曲面 2 3 Animator 插件功能及特點 SolidWorks Animator 插件是本仿真設(shè)計中用到的重要插件之一 Animator 插件是一個與 SolidWorks 完全集成的動畫制作軟件 它最大的特點在于能 夠方便地制作出的動畫效果 以演示產(chǎn)品的外觀和性能 增強客戶與企業(yè)之間的交流 Animator 是 SolidWorks Office 自帶的插件之一 用于制作產(chǎn)品的演示 動畫是交流 設(shè)計思想最好的途徑 能更有效地促進(jìn)多方設(shè)計人員的協(xié)同工作 使用 Animator 能將 SolidWorks 的三維模型實現(xiàn)動態(tài)的可視化 并且及時錄制產(chǎn)品設(shè)計的模擬裝配過程 模 擬拆卸過程和產(chǎn)品的模擬運行過程 將設(shè)計得的意圖更好的傳遞給客戶 SolidWorks Animator 提供如下的產(chǎn)品外觀展示能力 1 零件外觀漸隱效果與色彩改變 2 爆炸或解除爆炸動畫 展示裝配體中零部件的裝配關(guān)系 3 動畫裝配體的剖切視力 展示內(nèi)部結(jié)構(gòu) 4 利用專業(yè)的燈光控制以及為零件和特征增加材質(zhì) 來產(chǎn)高質(zhì)量生的動畫效果 5 零部件位置與視角變化 6 通過屏幕再現(xiàn)零件設(shè)計過程 Animator 和 PhotoWorks 無縫集成 可以充分利用 SolidWorks 獨有的實體模型和 PhotoWorks 的高品質(zhì)的渲染功能 通過全相關(guān)來保證精度 包括保持配合約束關(guān)系和零 件設(shè)計 裝配設(shè)計和工程圖之間的同步更新 通過增強的圖形燈光控制來增強視覺效果 通過專業(yè)的燈光控制和為零件的特征增加材質(zhì) 來產(chǎn)生高質(zhì)量的動畫效果 依靠龐大的 材質(zhì) 紋理和背景庫 增強視覺沖擊力 Animator 還能任何 VAB 宏生成一個自動的設(shè)計過程 結(jié)合函數(shù)與數(shù)學(xué)方程式以及 SolidWorks 關(guān)聯(lián)設(shè)計等 可以得到 豐富多彩的視覺影片 Animator 作為一款制作動畫的插件 其產(chǎn)生動畫的原理和一些 CAE 分析軟件得到的 動畫是不同的 Animator 得到的是視覺效果 它的作用在于記錄屏幕的視像變化 然后 再通過自動合成各帖來獲得影片 黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 9 2 4 模擬工具簡介 SolidWorks 有四種模擬方式 1 線性馬達(dá) 模擬線性作用力 零部件移動的速度與其質(zhì)量特性無關(guān) 當(dāng)有外部作用 例如零部 件之間的碰撞 而使物體方向改變時 此線性作用力也會隨之發(fā)生變化 其方向是根據(jù) 零部件上的線 面或基準(zhǔn)輔助面而定的 2 旋轉(zhuǎn)馬達(dá) 模擬旋轉(zhuǎn)力矩的作用 零部件旋轉(zhuǎn)的速度與質(zhì)量特性無關(guān) 作用時亦不考慮摩擦力 和阻尼 如果選擇一線性邊線或基準(zhǔn)軸 方向參考將繞連線或基準(zhǔn)軸旋轉(zhuǎn) 如果選擇平 面 方向參考將繞面的旋轉(zhuǎn) 選擇圓形連線或圓柱 圓錐面為方向參考元素時 零部件 將繞該圓形連線或圓柱 圓錐面的中心軸線旋轉(zhuǎn) 3 線性彈簧 模擬彈性力作用 線性彈簧的一個端點必須位于零部件以外 另一個端點則必須在 零部件上 線性彈簧將使零部件向彈簧到達(dá)其自由長度的點移動 一旦彈簧到達(dá)其自由 長度 零部件的運動將停止 如果零部件上有多個彈簧 則零部件將在多個彈簧達(dá)到平 衡的點停止運動 馬達(dá)的運動優(yōu)先于彈簧的運動 零部件移動的速度與其質(zhì)量特性有關(guān) 4 引力 所有零部件無論其質(zhì)量如何都在引力效果下以相同速度移動 馬達(dá)的運動優(yōu)先于引 力的遠(yuǎn)去 引力的作用與可以用線性馬達(dá)來代替 2 5 COSMOSMotion 基本知識 SolidWorks COSMOSMotion 插件也是本仿真設(shè)計中用到的重要插件之一 COSMOSMotion 是 SolidWorks 的 CAE 應(yīng)用插件 它是廣大用戶實現(xiàn)數(shù)字化功能樣 機(jī)的優(yōu)秀工具 是一個全功能的運動仿真軟件 COSMOSMotion 可用于建立運動機(jī)構(gòu)模型 進(jìn)行機(jī)構(gòu)的干涉分析 跟蹤零件的運動 軌跡 分析機(jī)構(gòu)中零件的速度 加速度 作用力 反作用力和力矩等 并用動畫 圖形 表格等多種形式輸出結(jié)果 其分析結(jié)果可指導(dǎo)修改零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計 加長或縮短構(gòu)件的 長度 修改凸輪開線 高速齒輪比等 或高速零件的材料 減輕或加重或增加硬度等 設(shè)計的更改可以反映到裝配模型中 再重新進(jìn)行分析 一旦確定優(yōu)化的設(shè)計方案 設(shè)計 更改就可直接反映到裝配體模型中 此外還可以將零部件在復(fù)雜運動情況下的載荷情況 直接輸出到主流有限元分析軟件中以作出正確的強度和結(jié)構(gòu)分析 COSMOSMotion 具有如下三個特點 1 功能強大 求解可靠 COSMOSMotion 可靠性和精確性經(jīng)過成千上萬位工程師在各種不同行業(yè)的長期實際 應(yīng)用而得到驗證 且求得的結(jié)果與實際非常吻合 可以滿足用戶的各種需求 是真正可 黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 10 以實際使用的運動分析軟件 軟件支持多種約束 包括轉(zhuǎn)動副 移動副 圓柱副 球面副 萬向副 螺旋副 平 面副和固定約束 還支持共點 共線 共面 平動 平行軸 垂直等虛約束 可分別按 位移 速度或加速度添加各種運動 包括恒定值 步進(jìn) 諧波 樣條線和函數(shù)等運動 利用 COSMOSMotion 可模擬系統(tǒng)各種受力情況 包括拉壓彈簧和扭轉(zhuǎn)彈簧 拉壓阻尼和 扭轉(zhuǎn)阻尼 作用力 作用力矩 反作用力 反作用力矩和碰撞力等 還有獨特而實用的 接觸 點線接觸 即兩個零件在作相對運動時 一個零件上的某一點可以沿另一個零件 上某一曲線運動 線線接觸 即兩個零件在作相對運動時 一個零件上某一曲線始終或 間歇地與另一個零件上某一個曲線接觸 和耦合定義功能 因此 用 COSMOSMotion 可 以建立各種復(fù)雜的實際系統(tǒng)的精確運動仿真模型 對運動仿真的結(jié)果 可以通過多種方式來研究 首先 在 CAD 環(huán)境中就能通過仿真 動畫直接觀察系統(tǒng)運動情況 還可以將結(jié)果輸出為通用的 AVI 格式動畫 若想在互聯(lián)網(wǎng) 上傳輸展示仿真結(jié)果 可以輸出為 VRML 格式的動畫 可以輸出到 Excel 表格中 以表 格可圖形的形式顯示數(shù)據(jù) 可以輸出為 Text 文件 當(dāng)然還有功能強大 內(nèi)容的各種 XY 圖形輸出 我們還可以進(jìn)一步進(jìn)行運動干涉檢查 不同于 CAD 軟件的靜態(tài)干涉檢查 將系統(tǒng)在復(fù)雜運動狀態(tài)下的精確載荷直接輸出到相應(yīng)的 FEA 軟件中 以作出正確的結(jié)構(gòu) 強度分析 2 與 SolidWorks 無縫集成 COSMOSMotion 與當(dāng)今主流的三維 CAD 軟件 SolidWorks 無縫集成 用戶用 SolidWorks 完成產(chǎn)品實體造型設(shè)計 不用離開自己熟悉的 CAD 環(huán)境就可以進(jìn)一步用 COSMOSMotion 實現(xiàn)運動仿真 研究所設(shè)計的機(jī)械系統(tǒng)的各種運動情況 感覺上好像是 在使用一個軟件 因此不需要學(xué)習(xí)新的軟件界面 并且 COSMOSMotion 可以自動將用戶 已經(jīng)定義的裝配約束映射為運動約束 同時因為是無縫集成 不需要在不同軟件間打開 傳輸 轉(zhuǎn)換裝配體文件 從而保證了設(shè)計的完整性和統(tǒng)一性 3 使用簡單 操作方便 COSMOSMotion 定位于廣大普通的設(shè)計人員 因此它的一個的特點就是易學(xué)易用 COSMOSMotion 與 SolidWorks 無縫集成 保證在建立運動模型時將 SolidWorks 造型時定 義的裝配約束自動轉(zhuǎn)化為運動約束 直接使用 SolidWorks 的材料庫 當(dāng)然 用戶也可以 根據(jù)需要隨時方便地添加新材料 自動給出零件的材料特性 與 SolidWorks 保持同一 界面 使用者無需再學(xué)習(xí)新界面 COSMOSMotion 是 Windows 原創(chuàng)軟件 支持拖放功能 用鼠標(biāo)右鍵彈出快捷菜單等用戶非常熟悉的標(biāo)準(zhǔn) Windows 軟件的操作 極大地方便了使 用 因此 COSMOSMotion 在保證功能強大 仿真可靠的同時 學(xué)習(xí)使用還很簡單 整 個運動仿真的操作簡單快捷 大多數(shù)設(shè)計人員并不需要很深的運動仿真的專業(yè)知識 僅 需幾個小時 就能看到自己設(shè)計的產(chǎn)品的運動情況 黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 11 3 插秧機(jī)縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)設(shè)計 3 1 要解決的問題 縱向進(jìn)給需要保證進(jìn)給的時間周期性與進(jìn)給的準(zhǔn)確性 進(jìn)給的時間周期性指 插秧機(jī)準(zhǔn)確正常工作要求縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)要單向間歇性完成進(jìn) 給 于是在插秧機(jī)工作時縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)呈現(xiàn)周期性進(jìn)給工作 學(xué)院設(shè)計的插秧機(jī)為缽育 水稻栽秧機(jī) 根據(jù)其工作特點 需要縱向進(jìn)給每一次工作都要保持嚴(yán)格準(zhǔn)確與嚴(yán)格一致 每次進(jìn)給 20mm 這就是所謂的進(jìn)給準(zhǔn)確性 3 2 解決方案分析 3 2 1 初步分析 結(jié)合現(xiàn)有插秧機(jī)縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu) 初步確定本設(shè)計使用凸輪機(jī)構(gòu)與棘輪機(jī)構(gòu)相配合完 黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 12 成進(jìn)給工作 凸輪機(jī)構(gòu)用來完成間歇傳動 凸輪由主動凸輪和從動盤組成 主動凸輪連續(xù)轉(zhuǎn)動 從動盤作間歇分度運動 由于從動盤的運動完全取決于主動凸輪的輪廓曲線開關(guān) 故只 要適當(dāng)設(shè)計出凸輪的輪廓 就可使從動盤獲得所預(yù)期的運動規(guī)律 它無需采用其他的定 位裝置 就可獲得高垢定位精度 機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)緊湊 是當(dāng)前被公認(rèn)的一種較理想的高速高 精度的分度機(jī)構(gòu) 其缺點是加工成本較高 對裝配 調(diào)整要求嚴(yán)格 棘輪機(jī)構(gòu)用來完成單向傳動 其結(jié)構(gòu)簡單 制造方便 運動可靠 而且棘輪軸每次 轉(zhuǎn)過角度的大小可以在較大的范圍內(nèi)調(diào)節(jié) 這些都是它的優(yōu)點 其缺點是工作時有較大 的沖擊和噪聲 由于插秧機(jī)是田間工作機(jī)械 田間空間開闊 聲音散失較為容易 所以 可以忽略棘輪機(jī)構(gòu)的噪聲影響 適當(dāng)增加棘輪軸的軸徑可以克服沖擊載荷帶來的對整個 機(jī)械的傷害 在設(shè)計棘輪機(jī)構(gòu)進(jìn) 難點在與保證棘輪機(jī)構(gòu)工作的可靠性 在工作行程時 棘爪應(yīng)能順利地滑入棘輪齒底 3 2 2 具體分析 本設(shè)計中動力由凸輪傳入 棘輪傳出 為了使機(jī)構(gòu)緊湊實用 設(shè)計中使凸輪的從動 件與棘輪同軸 以下設(shè)計中稱之為棘輪 凸輪軸 插秧機(jī)正常工作要求送秧傳送帶周期 性縱向進(jìn)給 送秧傳送帶的動力軸就是棘輪傳出動力的棘輪 凸輪軸 從而要保證棘輪 每次轉(zhuǎn)過角度機(jī)同及凸輪的從動擺臂件 具體結(jié)構(gòu)下文會詳細(xì)論述 每次需轉(zhuǎn)過相同的 角度 現(xiàn)提出兩種方案解決問題 方案 1 直線型從動擺臂機(jī)構(gòu) 方案 2 圓弧型從動擺臂機(jī)構(gòu) 3 3 直線型從動擺臂機(jī)構(gòu)的設(shè)計 方案 1 3 3 1 設(shè)計的前提條件 本課題只做機(jī)構(gòu)分析 需要預(yù)先假定一些尺寸以做為已知尺寸 在實際制造過程中 應(yīng)根據(jù)實際情況適當(dāng)調(diào)整各零件尺寸 假定動力傳入軸與動力傳出軸的軸距為已經(jīng)尺寸 由于本機(jī)構(gòu)的特點 為了便于設(shè) 計計算及畫圖 軸距定為 50 mm 取值 70 71mm 2 3 3 2 機(jī)構(gòu)原理圖及運動分析 黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 13 W R 5 0 4 5 2 3 7 0 7 1 A 1 R 5 0 4 B 1 0 4 5 圖3 1 方案1機(jī)構(gòu)原理圖 1 凸輪的從動擺臂件 2 滾子 3 凸輪的主動回轉(zhuǎn)臂 4 加在作用點上的彈性力 非實物 如圖 3 1 所示 凸輪的主動回轉(zhuǎn)臂 3 連續(xù)轉(zhuǎn)動 滾子 2 與主動回轉(zhuǎn)臂 3 相鉸接 主動 回轉(zhuǎn)臂 3 轉(zhuǎn)到 A 點時 帶動滾子 2 推動從動件 1 使從動件 1 轉(zhuǎn)過一定角度 此045 時主動回轉(zhuǎn)臂恰好轉(zhuǎn)到 B 點 使從動件 1 轉(zhuǎn)過最大的極限角度 轉(zhuǎn)過 B 點以后 從動件 1 在彈力 4 的作用下返回到原有位置 以等待下一次被滾子推動 自動度分析 滾子為局部自由度 分析時可除去 只考慮為一點 即 2 個活動構(gòu)件 2 個低副和 1 個高副 則 1 2 3 2 3 hlpnF 所以此機(jī)構(gòu)有確定運動 主動回轉(zhuǎn)臂 3 每完成一個行程 此機(jī)構(gòu)簡單精確的使凸輪軸轉(zhuǎn)過相同度數(shù) 045 由于棘輪與凸輪同軸 使棘輪也轉(zhuǎn)過相同度數(shù) 能滿足起初的設(shè)計要求 故啟用此機(jī)構(gòu) 3 3 3 直線型從動擺臂機(jī)構(gòu)主要零件的設(shè)計 1 棘輪輪體的設(shè)計 本設(shè)計為外接棘輪機(jī)構(gòu) 棘輪輪體共 8 齒 設(shè)計初衷是在棘爪帶動下棘輪每次轉(zhuǎn)一 個齒 每次恰好轉(zhuǎn)過 045 制造精度 此棘輪機(jī)構(gòu)為一般工作機(jī)械 速度不高 故選用 7 級精度 GB10095 88 材料選擇 棘輪為主要工作部件 工作面易受到磨損 應(yīng)選用耐磨材料制造 故選 用 40Cr 調(diào)質(zhì) 硬度為 280HBS 結(jié)構(gòu)尺寸如圖 3 2 黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 14 1 5 1 1 3 0 1 5 6 M 3 5 T 4 8 R 1 5 2 0 4 5 圖3 2 棘輪輪體結(jié)構(gòu)尺寸 利用 SW2007 實體設(shè)計 如圖 3 3 詳情見此件對應(yīng)的實體設(shè)計文件 棘輪 SLDPRT 圖3 3 棘輪輪體實體造型 2 棘爪的設(shè)計 棘爪與棘輪輪體相配合 產(chǎn)生定向分度過去 共同完成預(yù)定的單向間歇傳動 黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 15 制造精度 此棘輪機(jī)構(gòu)為一般工作機(jī)械 速度不高 故選用 7 級精度 GB10095 88 材料選擇 棘輪為主要工作部件 工作面易受到磨損 應(yīng)選用耐磨材料制造 故選 用 40Cr 調(diào)質(zhì) 硬度為 280HBS 結(jié)構(gòu)尺寸如圖 3 4 R 1 2 6 2 1 1 5 5 7 1 0 3 圖3 4 棘爪結(jié)構(gòu)尺寸 SW2007 實體設(shè)計 如圖 3 5 圖3 5 棘爪實體造型 黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 16 詳情見此件對應(yīng)的實體設(shè)計文件 棘齒 SLDPRT 3 凸輪從動擺臂件的設(shè)計 該零件的設(shè)計合理于否直接影響整個設(shè)計成果 是設(shè)計的重點 從動擺臂件要完成固定角度的周期性擺動 而且棘輪結(jié)構(gòu)的棘爪與裝配在從動擺臂 件上 故結(jié)構(gòu)比較特殊 精度等級 7 級 材料選擇 45 鋼 結(jié)構(gòu)尺寸如圖 3 6 2 2 2 1 0 1 9 2 9 1 5 2 5 R 1 0 R 1 5 0 8 R 1 2 R 4 R 2 4 5 2 圖3 6 凸輪從動擺臂件結(jié)構(gòu)尺寸 未注圓角 R1 未注倒角 o4 制造方式 厚鋼條焊接在管體上 鋼條上再焊接一個圓柱鋼銷 從而形成特殊結(jié)構(gòu) 零件體 焊接時要保證精度 SW2007 實體設(shè)計 如圖 3 7 詳情見此件對應(yīng)的實體設(shè)計文件 特殊件 SLDPRT 黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 17 圖3 7 凸輪從動擺臂件實體造型 4 凸輪主動回轉(zhuǎn)臂的設(shè)計 凸輪主動回轉(zhuǎn)臂是一個曲柄件 是力的一個承接件 從主動軸獲得力轉(zhuǎn)動力矩 再 把主動力矩傳轉(zhuǎn)化為推力遞給安裝在其上的圓柱銷 圓柱銷結(jié)構(gòu)以及相互裝配的結(jié)構(gòu)見 3 3 4 精度等級 7 級 材料選擇 45 鋼 結(jié)構(gòu)尺寸如圖 3 8 4 5 1 53 M 5 M 8 R 6 R 1 5 圖3 8 凸輪主動回轉(zhuǎn)臂結(jié)構(gòu)尺寸 未注圓角 R1 未注倒角 o451 黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 18 SW2007 實體設(shè)計 如圖 3 9 圖3 9 凸輪主動回轉(zhuǎn)臂實體造型 詳情見此件對應(yīng)的實體設(shè)計文件 曲頭 SLDPRT 5 棘輪 凸輪軸的設(shè)計 通過觀察江蘇東洋制造的 PF455S 型手扶插秧機(jī) P600 型高速插秧機(jī) 及學(xué)院 自行設(shè)計的插秧機(jī) 型號不明 發(fā)現(xiàn)各品牌系列插秧機(jī)的棘輪 凸輪軸均采用六棱軸 六棱軸可以看成是一個正六邊形的拉伸體 有三對相互平行的平面的 被用與安裝 在六棱軸上的零件多為注塑件 注塑件六棱軸孔一般采用一次性注塑完成 所以各零件 在六棱軸上的配合與定位非常容易 六棱軸廣泛應(yīng)用于各種農(nóng)來機(jī)械的傳動裝置中 如聯(lián)合收割機(jī)割刀傳動裝置 畜牧 打捆機(jī)傳動裝置 播種機(jī)排種盒傳動裝置等 由于六棱軸有上述優(yōu)點 本設(shè)計也繼續(xù)使用六棱軸作為棘輪 凸輪軸 精度等級 7 級 材料選擇 45 鋼 結(jié)構(gòu)尺寸如圖 3 10 黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 19 1 1 R 1 2 1 5 0 圖3 10 棘輪 凸輪軸結(jié)構(gòu)尺寸 由于此件幾何結(jié)構(gòu)比較簡單 說明書中不再添加此件的 SW2007 實體設(shè)計圖 詳情見此件對應(yīng)的實體設(shè)計文件 zhou SLDPRT 6 棘輪固定座的設(shè)計 此零件作用是把棘輪固定在棘輪 凸輪軸 六棱軸 上 使棘輪與六棱軸能同步轉(zhuǎn) 動 從而把棘輪的加力傳輸給六棱軸 精度等級 7 級 材料選擇 45 鋼 結(jié)構(gòu)尺寸如圖 3 11 1 5 1 5 62 5 M 3 2 5 1 1 4 1 5 圖3 11 棘輪固定座結(jié)構(gòu)尺寸 SW2007 實體設(shè)計 如圖 3 12 黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 20 圖3 12 棘輪固定座實體造型 詳情見此件對應(yīng)的實體設(shè)計文件 棘輪固定座 SLDPRT 7 支撐座的設(shè)計 此件用于與軸套配合 用來連接秧架與棘輪 凸輪軸 精度等級 7 級 材料選擇 45 鋼 結(jié)構(gòu)尺寸如圖 3 13 SW2007 實體設(shè)計 如圖 3 16 2 8 2 0 1 0 6 0 3 0 2 4 4 2 0 6 0 圖3 13 支撐座結(jié)構(gòu)尺寸 黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 21 圖3 14 支撐座實體造型 詳情見此件對應(yīng)的實體設(shè)計文件 支撐座 SLDPRT 3 3 4 直線型從動擺臂機(jī)構(gòu)的裝配關(guān)系 方案 1 型縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)裝配關(guān)系如圖 3 15 圖 3 16 圖3 15 方案1爆炸圖 1 銷軸 2 棘輪固定座 3 棘輪輪體 4 棘爪 5 棘輪 凸輪軸 6 軸套 黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 22 7 凸輪從動擺臂件 8 動力輸入軸 9 凸輪主動回轉(zhuǎn)臂 10 滾子 圖3 16 方案1實體裝配圖 1 銷軸 2 棘輪固定座 3 棘輪輪體 4 棘爪 5 棘輪 凸輪軸 6 軸套 7 凸輪從動擺臂件 8 動力輸入軸 9 凸輪主動回轉(zhuǎn)臂 10 滾子 圖 3 15 圖 3 16 均省去了標(biāo)準(zhǔn)件螺栓 5 個 分別為 GB T 5785 2000 5 34 M 10 扭力彈簧 2 個 分別提供棘爪 從動擺臂的保持力 開口銷 2 個 GB T 91 8M 2000 2 10 具體結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)詳見說明書配圖 SolidWorks 裝配細(xì)節(jié)如下 1 為了便于后續(xù)的動畫仿真 除了要用 SW 做出各零件的實體造型 還有用到一 些輔助件 如圖 3 17 新建好裝配體文件后先要定位這個輔助件 使輔助件的前視基準(zhǔn) 面 上視基準(zhǔn)面 右視基準(zhǔn)面分別與裝配體的前視基準(zhǔn)面 上視基準(zhǔn)面 右視基準(zhǔn)面重 合 讓輔助件充當(dāng)機(jī)架的作用 然后再依次用 同軸心 距離 與 平行 等定位 圖 3 16 中的 3 2 5 6 7 件 本節(jié)中提到 件 全部參考圖 3 16 當(dāng)定位完成以后 為了美觀 再把輔助件隱藏便可 黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 23 圖3 17 輔助件說明圖 2 為了最大程度的仿真 裝配時要結(jié)合機(jī)器工作的實際情況 如圖 3 18 為了保 證棘爪在完成一個行程后能順利彈加到下一個棘齒里 初步安裝時需要留一個間隙 為 了保證安裝間隙 在用 SW 裝配時 要使件 7 的上視基準(zhǔn)面與裝配體的上視基準(zhǔn)面保持 一個角度 5 度 如圖 3 19 3 件 8 與件 9 是固定性配合 之間沒有相互轉(zhuǎn)動 在用 同心軸 和 距離 約 束完兩者后 要再添加一個仿止相互轉(zhuǎn)動的約束 這里用到的是 平行 同理 件 1 與件 9 之間同樣是固定性配合 也要仿止相互轉(zhuǎn)動 圖3 18 預(yù)留間隙 黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 24 圖3 19 裝配角度要求 3 4 圓弧型從動擺臂機(jī)構(gòu)的設(shè)計 方案 2 3 4 1 設(shè)計的前提條件 方案 2 是在方案 1 確定后開始研究的 故各初始參數(shù)復(fù)用方案 1 具體參數(shù)參見 3 3 1 3 4 2 機(jī)構(gòu)原理圖及運動分析 圖3 20 方案2機(jī)構(gòu)原理圖 1 凸輪的從動擺臂件 2 滾子 3 凸輪的主動回轉(zhuǎn)臂 黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 25 如圖 3 20 主動回轉(zhuǎn)臂 3 帶動滾子 2 順時針轉(zhuǎn)動 轉(zhuǎn)動扭矩通過滾子 2 與從動擺臂 件 1 的碰撞與摩擦傳遞給從動擺臂件 1 從面完成由主動回轉(zhuǎn)臂 3 的主運扭矩轉(zhuǎn)化為從動 擺臂件 1 的被動扭矩 主動回轉(zhuǎn)臂 3 每完成一個回轉(zhuǎn)行程 從動擺臂件 1 被動轉(zhuǎn)過 50 度 考慮到預(yù)留間隙 預(yù)留 5 度間隙 如圖 3 18 自動度分析 滾子為局部自由度 分析時可除去 只考慮為一點 即 2 個活動構(gòu)件 2 個低副和 1 個高副 則 1 2 3 2 3 hlpnF 所以此機(jī)構(gòu)有確定運動 主動回轉(zhuǎn)臂 3 每完成一個行程 此機(jī)構(gòu)簡單精確的使凸輪軸轉(zhuǎn)過相同度數(shù) 05 由于棘輪與凸輪同軸 使棘輪也轉(zhuǎn)過相同度數(shù) 能滿足起初的設(shè)計要求 故啟用此機(jī)構(gòu) 3 4 3 圓弧型從動擺臂機(jī)構(gòu)主要零件的設(shè)計 為了統(tǒng)一設(shè)計方便 方案 2 盡量少的改支方案 1 的零件 這里主要改動凸輪的從動 擺臂件 其它零件結(jié)構(gòu)參見 3 3 3 1 凸輪的從動擺臂件的設(shè)計 精度等級 7 級 材料選擇 45 鋼 結(jié)構(gòu)尺寸如圖 3 21 2 0 R 5 0 R 2 0 4 7 1 0 3 2 5 5 2 5 2 0 1 0 1 9 6 黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 26 圖3 21 凸輪的從動擺臂件結(jié)構(gòu)尺寸 未注倒角為 0 5 o45 利用 SW2007 實體設(shè)計 如圖 3 22 圖3 22 凸輪的從動擺臂件實體造型 3 4 4 圓弧型從動擺臂機(jī)構(gòu)的裝配關(guān)系 方案 2 型縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)裝配關(guān)系如圖 3 23 黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 27 圖3 23 方案2實體裝配圖 1 棘爪 2 棘輪固定座 3 棘輪輪體 4 凸輪從動擺臂件 5 棘輪 凸輪軸 6 軸套 7 凸輪主動回轉(zhuǎn)臂 8 動力輸入軸 9 滾子 10 銷軸 圖 3 23 省去了標(biāo)準(zhǔn)件螺栓 5 個 分別為 GB T 5785 2000 10 5 34 M8 扭力彈簧 2 個 分別提供棘爪 從動擺臂的保持力 開口銷 2 個 GB T 91 2000 2 10 具體結(jié)構(gòu)圖詳見 說明書配圖 SolidWorks 裝配細(xì)節(jié)省略 詳見相應(yīng)的原文件 4 插秧機(jī)進(jìn)給機(jī)構(gòu)的動畫仿真與運動分析 黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 28 4 1 直線型從動擺臂機(jī)構(gòu)動畫仿真 4 1 1 直線型從動擺臂機(jī)構(gòu)的 Animator 仿真 4 1 1 1 Animator 仿真前的工作 1 仔細(xì)審查裝配體文件各配合 查找各零件間約束是否完全 補齊應(yīng)有的約束 2 想出要仿真的機(jī)構(gòu)的運動方式 分析各零件間的主動從動關(guān)系和各零件間相互 運動行式 3 了解 Animator 中不存在摩擦力 許多阻尼可以省略 4 1 1 2 分析并添加模擬方式 直線型從動擺臂機(jī)構(gòu)可再分為兩部分小的機(jī)構(gòu) 一個凸輪機(jī)構(gòu)與一個棘輪機(jī)構(gòu) 關(guān)于凸輪機(jī)構(gòu)的分析 由于 Animator 會自動識別 3D 碰撞 只需在主動軸件 8 圖 3 16 上加一個 旋轉(zhuǎn)馬達(dá) 順時針方向 在動畫仿真模擬時 Animator 會自動識別件 10 與件 7 的碰撞 從而達(dá)到運動的傳遞效果 把主動軸 8 的轉(zhuǎn)動力矩傳給了件 7 變?yōu)?了件 7 的轉(zhuǎn)動力矩 圖4 1 草繪點說明圖 插秧機(jī)實際工作中 需要件 7 的從動擺臂在與凸輪主動部件發(fā)生一次 3D 碰撞后 從 動擺臂還能返回到原有位置 以等待下一次的碰撞 在實際機(jī)械中 會用一個與件 5 同 軸的鈕轉(zhuǎn)彈簧提供件 7 從動擺臂的回彈力 然后再用一個拉絲限制從動擺臂回彈過量 Animator 中沒有扭矩彈簧 在用 Animator 模擬此運動時 要用到一個 線性彈簧 先在 棘輪體 件 3 正上方草繪一點 讓這點到件 7 前端邊線前角上的點的距離為 80mm 然 后添加草繪點與件 7 前端邊線前角上的點之間一個 線性彈簧 常態(tài)時 80mm 這樣能 比較完美的模擬回彈運動 如圖 4 1 黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 29 關(guān)于棘輪機(jī)構(gòu)的分析 此機(jī)構(gòu)傳動形式是棘爪 件 4 帶動棘輪體 件 3 轉(zhuǎn)動 棘 爪是主動力 實際機(jī)械中 為了保證棘爪的前端始終與棘輪體相接觸 會把一個扭矩彈 簧與棘爪一起裝配在件 7 的橫桿上 在用 Animator 模擬此運動時 也要用到一個 線性 彈簧 代替實際工作中的扭矩彈簧 可以在棘爪前端找一個點 與棘輪中心軸之間建立 一個所需要的 線性彈簧 如圖 4 2 圖4 2 線性彈簧連結(jié)點 4 1 1 3 Animator 仿真并輸出 AVI 動畫 在完成所需約束并添加完所需的模擬方式后 便可以進(jìn)行 Animator 仿真模擬了 點 擊 模擬工具欄 中的 計算模擬 圖標(biāo) 零部件會根據(jù)模擬成分在其自由度之內(nèi)移動 自由度由零部件的配合與其他零部件的碰撞來決定 這步需要消耗一段的時間 詳情見此件對應(yīng)的動畫模擬文件 棘輪試裝 AVI Animator 使用基于 關(guān)鍵點 的界面 所謂 關(guān)鍵點 Key Frame 就是零部件的 某個特定的狀態(tài) 例如在幾何可變機(jī)構(gòu)中 零部件依據(jù)自由度進(jìn)行移動或者旋轉(zhuǎn) 平衡 或者轉(zhuǎn)動之后 它的空間位置狀態(tài)就發(fā)生了變化 關(guān)鍵點 就是零部件運動前后的兩個 狀態(tài) 支持空間位置的變化 也支持模型材質(zhì) 顏色 透明度等的變化 用 Animator 工具欄 動畫向?qū)?在時間線上添加以前生成的爆炸視圖動畫并添加解 除爆炸視圖動畫 同時 使用 視圖定向 轉(zhuǎn)動裝配體到合適角度 最后再用 動畫向 導(dǎo) 添加一個 物理模擬 完成 Animator 仿真 觀看制作的仿真符合預(yù)想狀態(tài)后 生成 AVI 動畫 詳情見此件對應(yīng)的動畫模擬文件 第一方案 Animator 棘輪試裝 AVI 4 1 2 直線型從動擺臂機(jī)構(gòu)的 COSMOSMotion 分析 黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 30 4 1 2 1 認(rèn)識 COSMOSMotion 1 理解 COSMOSMotion 仿真與 Animator 仿真的不同 學(xué)會使用約束 鉸接副 圓柱副 平面副 球形副 移動副 邁向副 固定副 螺旋副 平行副 點在直線上 點在面內(nèi) 垂直軸 方向 約束的使用是難點 2 理解 COSMOSMotion 的碰撞機(jī)理 本設(shè)計中要用到幾個 3D 碰撞 COSMOSMotion 不自動識別碰撞 需要自行設(shè)置 3 COSMOSMotion 能模仿真實環(huán)境 需要定義阻尼 在這此設(shè)計中需要添加一個 扭轉(zhuǎn)阻尼 阻尼是一個機(jī)構(gòu)對象 它消耗能量 逐步降低運動的響應(yīng) 對物體的運動起 反力 常用于控制彈簧的反作用力 4 1 2 2 設(shè)置機(jī)構(gòu)參數(shù)與默認(rèn)值 1 本機(jī)構(gòu)實際受重力影響甚小 為了避免仿真過程中不必要的麻煩 可不設(shè)置重 力參數(shù) 在 運動 選項 地球 標(biāo)簽 去掉 施加重力 的復(fù)選框 2 系統(tǒng)默認(rèn)值 里其它參數(shù) 顯示 仿真 動畫 結(jié)果 不變 4 1 2 3 定義和分析機(jī)構(gòu)并用 COSMOSMotion 仿真 1 再次審核裝配圖 分析各零件之間如何連接 以及該部分的運轉(zhuǎn)需要什么驅(qū)動 這部分在 4 1 1 2 中不詳細(xì)論述 這里只做不做介紹 2 定義裝配體 選擇 運動零部件 與 靜止零部件 此機(jī)構(gòu)中每個零件都參 加運動 全部為 運動零部件 只有個別添加的輔助件為靜止 本仿真需要用到四個輔 助件 以下說明要用到的四個輔助件 第一個輔助件與在 3 3 4 中介紹的是同一輔助件 見 圖 3 17 第二個輔助件是一個小正方體 與件 7 圖 3 16 下表面接觸 見圖 4 3 第 三個輔助件也是一個小正方體 見圖 4 4 圖中正方體最靠外的頂點與圖 4 2 中下側(cè)的點 重合 并且該小正方體附著于件 5 圖 3 16 是四個輔助件中唯一運動的部件 第四個 輔助件也為小正方體 見圖 4 5 圖中正方體最下側(cè)頂點與圖 4 1 中草繪點重合 黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 31 圖4 3 輔助件說明圖 3 設(shè)置件 1 見圖 3 16 件 10 件 9 附著于件 8 即把件 1 件 8 件 9 件 10 看為一個零件 同理設(shè)置件 2 件 5 件 6 附著于件 3 這樣設(shè)置以后把參與運動的零件 簡化表達(dá)為四個 便于 COSMOSMotion 仿真計算 能有效節(jié)省 COSMOSMotion 的計算 時間 第一次試驗時沒有設(shè)置 附著 只一項仿真計算就消耗了大概十五分鐘的時間 圖4 4 輔助件說明圖 4 在 約束 中添加 3D 碰撞 前文中已經(jīng)提到 COSMOSMotion 不自動識別 碰撞 需要手工添加 本設(shè)計需要添加三對 3D 碰撞 分別為件 10 與件 7 件 3 與件 4 黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 32 件 7 與圖 4 13 中輔助件 詳情見相關(guān)文件 試裝配 SLDASM 圖4 5 輔助件說明圖 5 在 約束 中添加 運動 件 8 圖 3 16 相對于整個裝配體 順時針轉(zhuǎn)動 在件 8 上添加 motion 電機(jī) 6 在 力 中添加 彈簧 與 4 1 1 2 中添加的兩個 線性彈簧 一樣 不同的 是彈簧要與圖 4 4 圖 4 5 的輔助件中相應(yīng)的點相接 圖 4 5 中添加的 線性彈簧 最終被 替換為一個在件 7 上的 扭轉(zhuǎn)彈簧 這樣更符合實際 詳情見相關(guān)原文件 7 在 力 中添加 阻尼 通過觀察實際機(jī)械 通過在件 5 圖 4 13 上添加與 之同心的壓力彈簧 用摩擦片產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)阻力矩 以用來防止件 5 在不受作用力時發(fā)生轉(zhuǎn) 動 這里通過在件 3 與圖 3 15 中輔助件之間添加一個扭轉(zhuǎn)阻尼 模擬實際受力情況 8 為了不影響視覺效果 隱藏輔助件 添加完所需的 約束 與 力 后 效果如圖 4 6 9 點擊 COSMOSMotion 工具欄 的 仿真 圖標(biāo) 完成直線型從動擺臂機(jī)構(gòu)動 畫仿真 觀看制作的仿真符合預(yù)想狀態(tài)后 生成 AVI 動畫 詳情見此件對應(yīng)的動畫模擬文件 第一方案 COSMOS 裝配 AVI 黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 33 圖4 6 方案1添加 約束 與 力 后效果圖 4 2 直線型從動擺臂機(jī)構(gòu)動運動分析 本節(jié)將使用 COSMOSMotion 對直線型從動擺臂機(jī)構(gòu)進(jìn)行運動分析 圖4 7 方案1件3角速度圖 設(shè)計本機(jī)構(gòu)的目的在于使一個主動力矩 件 8 提供 圖 3 16 轉(zhuǎn)變?yōu)榧?5 圖 3 16 的間歇且準(zhǔn)確的轉(zhuǎn)動 所以主要需要分析件 5 的角速度及件 5 的角加速度 在 4 1 2 3 中 黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 34 已經(jīng)介紹過 件 5 附著在件 3 上 件 5 與件 3 可簡化的看為同一零件 所以對件 3 進(jìn)行 角速度及角加速度分析便可 件 3 的角速度與件 3 最外側(cè)一點線速度見圖 4 7 圖 4 8 兩圖是在棘輪模擬完成前 兩次行程后生成的 由于運動參數(shù)完部來源于假設(shè) 故圖像中數(shù)值不反映現(xiàn)實情況 只 表示一個運動趨勢 看圖分析得知 在件 10 與件 7 進(jìn)行碰撞剛接觸時 棘輪 件 3 的 角速度與其最外側(cè)一點線速度迅速提高到最高點 當(dāng)碰撞完成后 件 5 由于受到扭轉(zhuǎn)阻 尼作用 角速度與角加速度的值又快速回落到 0 點 當(dāng)?shù)诙闻鲎瞾砼R時 又重復(fù)上述 過程 機(jī)構(gòu)設(shè)計符合原始設(shè)計構(gòu)思與原始設(shè)計要求 圖4 8 方案1件3最外側(cè)點線速度圖 4 3 圓弧型從動擺臂機(jī)構(gòu)動畫仿真 4 3 1 圓弧型從動擺臂機(jī)構(gòu)的 Animator 仿真 方案 2 仿真裝配與方案 1 相似 這里略寫 強調(diào)一點 裝配時要保證預(yù)留間隙 圖 3 18 詳情見此件對應(yīng)的動畫模擬文件 第二方案 Animator 棘輪試裝 AVI 4 3 2 圓弧型從動