在三維軟體中進行機構仿真,可模擬圖素、零件、裝配等實體的實際運動情況,演示機構運動、進行動態幹涉檢查,從而提高產品設計能力。在CAXA實體設計中,只需要為機構模型添加適當的約束,然後為主動件添加動畫,即可生成機構仿真。下面通過一個活塞泵的實例來介紹機構仿真的製作過程。
一、約束定位
首先對零件之間進行約束。這些零件包括曲軸、連杆、活塞、活塞銷、汽缸。如圖1所示。
圖1 組成零件
1.裝配連杆與曲軸
(1)單擊【裝配】工具欄中【定位約束】按鈕。
(2)同軸約束在機構中使用頻率最高,所以約束類型中默認即為【同軸】。
(3)選擇連杆的大圓孔表面(內外圓柱面均可),此時連杆變為透明狀態,如圖2所示。
(4)選擇曲軸凸臺的圓柱面,然後單擊滑鼠左鍵完成同軸約束(如果取消約束則單擊滑鼠右鍵,滑鼠圖標有提示)。
(5)選擇連杆的側面,約束類型會自動更改為【對齊】,我們再手動更改為【貼合】。
(6)按圖2所示,再選擇要貼合的曲軸表面,單擊滑鼠左鍵完成貼合約束。
圖2同軸和貼合 約束
2.裝配連杆與活塞
(1)選擇連杆的小圓孔,約束類型會自動更改為【同軸】,再選擇活塞的銷孔,單擊滑鼠左鍵完成同軸約束。
(2)選擇連杆側面,將約束類型手動更改為【距離】,再選擇活塞的內側面,單擊滑鼠左鍵生成距離約束。
(3)單擊約束對話框的【應用並退出】按鈕,即綠色對勾,完成目前的約束。
(4)選擇連杆或活塞零件,將滑鼠移到出現的尺寸值上,如圖3所示,當小手圖標出現時單擊滑鼠右鍵,從彈出菜單中選擇【編輯智能尺寸】,在彈出的對話框中輸入【值】為3,確定。
圖3 同軸和距離約束
3.約束活塞和活塞銷
(1)單擊【裝配】工具欄中【定位約束】按鈕。
(2)選擇活塞銷中心,使用【同軸】約束,再選擇活塞的孔,單擊滑鼠左鍵完成同軸約束。
(3)使用【距離】約束,標註活塞的孔和活塞銷的軸向尺寸。
(4)單擊約束對話框的【應用並退出】按鈕,即綠色對勾,完成目前的約束。
(5)選擇活塞銷或活塞零件,將滑鼠移到出現的尺寸值上,當小手圖標出現時單擊滑鼠右鍵,從彈出菜單中選擇【編輯智能尺寸】,在彈出的對話框中輸入【值】為―4,確定。
圖3 同軸和距離約束
4.約束活塞和汽缸
(1)使用同軸約束,使活塞和汽缸共軸。
(2)使用三維球,移動汽缸軸向到合適位置。
圖4 同軸約束和三維球移動定位
最終裝配後的結果如圖5所示。
圖5 約束裝配結果
二、動畫與機構仿真
為零部件添加約束之後,為主動件添加動畫,帶動從動件運動,從而實現機構仿真。
在活塞泵中,主動件為曲軸,曲軸做旋轉運動。
1.添加動畫
(1)選中曲軸到零件狀態(藍色邊)。
(2)單擊【顯示】功能區中的【添加新路徑】按鈕,出現如圖6所示的智能動畫嚮導對話框。
(3)添加繞長度軸旋轉動畫。定位錨為動畫的運動中心與參照物,定位錨的長的方向表示對象的高度軸,短的方向為長度軸,沒有標記的方向是寬度軸。根據曲軸定位錨的提示,應該添加繞長度軸旋轉動畫。
(4)【下一步】中設置動畫時間,可保持默認的2秒,完成。
圖6 添加旋轉動畫
2. 機構仿真
(1)依次單擊【顯示】功能區中的【打開】和【播放】按鈕,觀察機構仿真結果。
整個機構在曲軸的帶動下進行運動,汽缸也在隨機構運動。
(2)如果需要汽缸固定,只需選中汽缸到零件狀態,然後從其右鍵菜單選擇【固定在父節點】,或【裝配】功能區中單擊【固定在父節點】按鈕,即可固定汽缸零件的位置。
3. 碰撞檢測
打開【工具】中的【機構仿真模式】,可選擇對機構進行碰撞檢測。如果有碰撞會有紅色加亮和聲音提示。
圖7 碰撞檢測