基于SolidWorks的槽轮机构的建模及应力分析

    槽轮机构是由具有径向槽的槽轮和有圆柱销的拨盘以及机架组成的一种常见的间歇运动机构，结构简单，工作可靠，能准确控制转动的角度。常被用于要求恒定旋转角的分度机构中实现转位运动和包装自动机械设备以及各种多工位组合机床中。随着计算机辅助设计广泛应用于包装机械行业在内的机械工业装备设计中对包括槽轮机构在内的包装机械常用机构进行参数化建模及优化设计，是企业缩短产品研发周期、提高创新能力及增强企业竞争力的一项关键技术。在对常用机构开发参数化设计系统中，现有文献对凸轮机构、连杆机构等参数化设计的研究已经比较深入，对于槽轮机构的运动分析及性能分析已较为深入全面，而有关对槽轮机构的参数化设计系统，尤其是利用三维软件进行参数化设计和分析研究尚欠深入。本文以外槽轮机构为例，基于建立了槽轮机构的参数化模型，并利用自带的COSMOSXPress对槽轮机构的零件进行了应力分析。

1 槽轮机构的参数化建模

    1.1 槽轮机构的运动特性和结构参数

    外槽轮机构见图1，设槽轮有z个均匀分布的径向槽，则槽轮每次转动过程中的运动角为2β，主动拨盘相应的运动角为2φ2。若转臂转一周的时间为t，则可计算出槽轮的转位运动时间td，槽轮的停歇时间tj：如果已知圆销数z＇，则每转将完成z＇次间歇运动，因为主动盘是匀速运动，所以可求的td和tj。在进行结构设计时，先根据工作要求选定槽数z和拨盘上的圆柱销数目z＇，中心距l和圆销半径r，然后根据空间安装尺寸和受力大小确定其它尺寸。

图1 外槽轮机构

    1.2 零件的参数化建模和装配

    对组成槽轮机构的主要零件槽轮和拨盘等建立三维模型时，考虑到日后对零件进行系列化和参数化设计时需要对尺寸参数修改，必须首先对零件进行参数化造型建立特征模型库。特征是指可以用参数驱动的实体模型，是零件模型的基本单元，在造型的过程中完成对零件图形的几何约束和尺寸约束的完全定义，同时还要对要驱动的特征尺寸定义相应的变量。各个特征的几何形状与尺寸大小需要用变量的方式来表示，以便程序访问，使得某个特征变量参数发生了变化，则零件的这个特征的尺寸将随着这个参数的改变而改变，系统将随之生成具有所需尺寸的相关特征，实现参数的尺寸驱动。在下例槽轮机构各个零件的建模过程中，对零件的草图尺寸和特征尺寸一一进行了变量设置，方便在进行参数化造型时，只需修改变量的尺寸，就可以得到不同的尺寸的零件。利用根据设计计算的槽轮机构零件的尺寸建立的三维模型见图2，3。其中图3模型中所示的尺寸是进行变量化修改的零件尺寸。