基于SolidWorks的连杆机构的运动分析与仿真

    随着计算机应用技术的发展，计算机仿真已成为现代机构学重要的科研手段，它在可行性论证、工程设计和寻求最佳方案等方面发挥着重要作用，因而为机构仿真提供准确数据来源的运动分析也显得尤为重要。目前，国外机构运动分析方面的软件在人机交互、图形图像处理和可视化方面做的比较好，但在运动分析时一般采用非线性方程组迭代求解，速度慢，特别是对于比较复杂的机构就更慢，有时甚至不能收敛;国内这方面的软件在运动分析及受力分析方法方面已达到世界先进水平，但大多是用二维符号表示传动类型和机构结构类型，一般也仅着眼于数值计算，缺乏与三维CAD技术的紧密结合，不适合一般工程技术人员使用。

    所以说以强大的三维实体造型软件为支撑软件结合国内先进的分析方法，开发具有自主知识产权的连杆机构参数化实体运动分析和仿真系统是十分有意义的。文中采用的软件平台是SolidWorks，分析理论采用型转化理论和广义型转化理论。

    1连杆机构运动分析与仿真系统的实现

    系统具备对由转动副、移动副等连接而成的连杆机构进行三维参数化实体建模、运动学分析以及动态仿真的功能(见图1)

   

    1.1参数化构件库的建立及实体装配

    为了实现构件的快速建模和避免重复性工作，建立了一些常用构件的三维参数化模板库.用户可以在特征模板中查询和调用各种构件模型(如图2).构件建模时应充分利用SolidWorks提供的16种几何约束关系，以得到各种特征之间的几何约束关系.

   

    SolidWorks中的配合是基于特征的，而机构中各构件是通过运动副连接的，因此，装配时构件之间的配合特征要体现出运动副的类塑特性.图3说明了转动副的定义过程.

   

    1. 2装配信息的提取与转化

    在SolidWorks环境中装配好的机构并不能直接用于机构分析，必须提取出装配体的配合特征信息，并将其转化为机构分解与分析所需要的拓扑信息和结构数据.

    通过遍历所有配合特征，得到配合特征的名称和两个配合构件的名称.装配信息向拓扑信息的转化是以构件的名称为索引通过遍历装配特征信息链表实现的.首先通过SolidWorks API提供的方法遍历装配体，得到固定构件(即机架)名称.然后以机架名称为索引遍历链表，找到与机架相连的构件名称"Partl<1>"，并为其编号;再次以"Partl <1>"为索引遍历链表，…，依次类推，所有构件和运动副被按序编号，从而得到机构的拓扑信息.