基于COSMOSMotion和Excel的牛头刨床动力学分析

    2．5仿真及结果输出
   
    至此，可以运行仿真并将牛头刨床的每个零部件的总动能曲线(含移动动能和转动动能)输出到Excel中。另外，还需要分别对机械系统在"无工作阻力和重力"作用下和"有工作阻力和重力"作用下的运动情况进行仿真，并分别输出这两种情况下作用在大斜齿轮上的平衡力偶矩曲线，如图3所示。
   

    3系统动力学分析
   
    任何机械系统都可简化成如下等效动力学模型：
    

    3．1等效力矩计算
   
    在动态静力学分析中，如果系统没有受到工作阻力和重力作用，则系统平衡力矩是由各构件的惯性力和惯性力偶矩所引起；而在工作阻力和重力作用下系统平衡力矩除此之外还包含了重力和工作阻力的影响。所以用后一种工况下的平衡力矩减去前一种工况下的平衡力矩即为工作阻力和重力的等效合力矩(关于这一结论的正确性笔者已做过验证)。根据这种等量关系，通过Excel分析计算可得到图3所示牛头刨床中工作阻力和重力的等效力矩(阻力矩)以曲线。
   
    假定等效驱动力矩为恒力矩，则其值可以用公式
    
    3．2 系统等效转动惯量计算
   
    根据系统在等效前后动能相等的原则，可以计算出系统的等效转动惯量
   

    根据公式(4)，在Excel电子表格中可求得图4
   

    所示的系统等效转动惯量曲线。
   
    3．3 求解等效构件的真实速度
   
    由上可知，牛头刨床的等效动力学模型为公式(3)，其中系统等效力矩、等效转动惯量已用曲线形式求出(图3和图4)，现可用差分法求出等效构件的角速度ω，即真实系统中的大斜齿轮的实际转速。求解公式如下：
    

    (5)在Excle电子表格中可以求得，牛头刨床系统的大斜齿轮上的实际转速曲线如图5所示。值得注意的是，如果ω的初始值选择太小，则会在解算过程中出现负的转速(不合理)。
   
    4结束语
   
    本文充分运用SolidWorks的建模功能和COSMOSM0tion的运动仿真功能，并结合Excel的分析计算、图表显示功能，实现了牛头刨床系统的动力学分析。此研究方法所用软件简单易学，所用方法实用可靠，所求结果准确真实，适用于任何机械系统的运动学和动力学问题。