基于SolidWorks的振动冲击夯虚拟样机设计

0 引言

    振动冲击夯是一种先进的小型压实机械，广泛的应用在铁路、公路、市政建设中，对路基、边坡、管道铺设、回填土的夯实，以及道路、房屋等建筑物的基础施工作业，特别适用于大中型夯实机械无法进行的狭窄场地的施工。冲击夯具有体积小、重量轻、操作灵活、贴边性好、夯实效率高等特点。

    虚拟样机技术是一门综合多学科的技术。运用计算机图形技术，建立产品的三维数字模型，能够反映实际产品的外观、零部件的空间关系以及运动学和动力学等特性，从而为产品的设计、研究、优化提供了基于计算机虚拟现实的研究平台。虚拟样机技术已被广泛应用在航空航天、汽车工业、工程机械等多个领域。作为机械设计领域的主流的虚拟样机设计和仿真平台，自问世以来，以其性能优异、易学易用和技术创新三大特点闻名，极大地提高了机械设计工程师的设计效率，更好地满足用户的个性化需求。

    本文基于 i维软件完成振动冲击夯的虚拟样机设计，包括三维零件设计和虚拟装配。运用在开发过程有助于发现设计中存在的不足和缺陷，进行虚拟装配时可以检查零件的装配关系和装配尺寸是否正确，可以模拟冲击夯的运动过程，为进一步分析冲击夯的运动学和动力学提供了数字模型，在此基础上可以对冲击夯进行优化设计。

1 振动冲击夯的三维零件建模

    1.1 振动冲击夯工作原理

    振动冲击夯是利用冲击振动进行工作的夯实机械，振动冲击夯由动力机（交流电机或汽油机）、离合器、激振装置（曲柄连杆机构、组合弹簧）、导向筒和夯板等组成。动力机通过离合器驱动小齿轮，通过齿轮啮合，曲柄齿轮转动，曲柄连杆机构带动活塞杆作上下往复运动，使活塞杆下端的活塞不断压缩弹簧，弹簧伸张时释放能量使夯机起跳并使夯板夯击地面，由于夯机和夯板倾斜成一定角度，夯机在起跳时自行向前移动，实现对铺层材料的夯实。图1所示为振动冲击夯的力学简化模型，夯机质量可简化为m₁、m₂、m₃三部分，m₁包含夯板、护套、夯板座及与其刚性连接的弹簧套简的质量；m₂包含活塞杆、弹簧、活塞、连杆等的质量；m3包括整机除去m₁、m₂以外的全部零部件，包含动力机、离合器、齿轮箱、齿轮组等的质量。

    图1 振动冲击夯力学简化模型

    图中：m₁——夯板质量；