基于SolidWorks软件对机构进行运动分析的图解方法

    0 引言

    无论是设计新的机械，还是为了了解现有机械的运动性能，对机构进行运动分析是十分必要的。运动分析的主要任务是在已知机构尺寸及原动件运动规律的情况下，确定机构中其他构件上某些点的轨迹、位移、速度及加速度和构件的角位移、角速度及角加速度。同时，它还是研究机械动力性能的必要前提。研究运动分析的方法有图解法、解析法和实验法。相比较，实验法需要专门的设备，需要一定的实验条件；图解法形象直观，易于掌握，但精度不高；解析法计算烦杂，但计算机的普及和发展使之得到广泛的应用。

    传统观点认为图解法受人工绘图的影响非常大，精度很低，计算误差较大，特别是多杆机构，累加的误差更大，有被解析法取代而趋于淘汰的可能。然而现在出现的各种CAD 软件代替了传统的直尺、圆规等工具，且它们具有传统手段所不具备的精确定位和查询图形参数的功能。如果设计人员充分利用这一特性，那么制约图解法的精度问题就不复存在了，因此图解法仍然是机构设计的有效手段。

    1 计算机辅助图解法

    Solidworks 软件是基于尺寸驱动的一种CAD 软件，它可以根据输入的尺寸确定图形几何元素，只要标注出该尺寸，就可以约束几何元素的形状、大小等。这样在创建模型时，只要确定图形元素的几何参数和图形元素相互之间的几何关系就可以得到与真实机构一样的模型。Solidworks 软件的尺寸有驱动和从动之分，驱动尺寸可以约束驱动模型的变化；从动尺寸是指尺寸由其他尺寸或条件所驱动，且不能被修改，Solidworks 的尺寸标注主要有：两点之间的距离及其水平方向和垂直方向的距离、线段的长度及其水平方向和垂直方向的长度、两直线之间的夹角、点到直线的距离、圆弧半径或直径、圆弧长度等等，Solidworks还可以通过使用方程式来定义参数和尺寸之间的数学关系，因此，通过此软件可以精确制图，也可以利用它精确计算，下面以平面连杆机构为例，说明用Solidworks 软件进行的图解法和主要步骤：

    （1）根据已知条件，确定各杆件的位置，标注出各构件的尺寸。

    （2）确定各个运动副的相对关系，如将机架固定下来，转动副约束两个构件的端点重合，移动副约束一个构件的端点与另一构件重合。

    （3）建立速度矢量方程式，根据方程式绘出速度多边形，依据速度方向与构件的关系进行约束，同时利用方程式计算出相应速度的值，并把该值标注在此速度矢量上，从而可以得到每个速度矢量的方向和大小，最后可以求解出相应的角速度以及构件上任意点的速度。