基于COSMOSMotion和Excel的牛头刨床动力学分析

    机械系统动力学分析是一个很古老的研究课题，现在的解决方法已经很多。随着较大型的计算机软件的不断发展，需要一种简单实用、直观精确的研究方法。笔者发现，三维设计软件建模较为简单，初学者容易上手，加之后期版本中无缝集成了全功能运动仿真软件COSMOSMotion，可以对复杂机械系统进行完整的运动学仿真和动态静力学分析。若将其仿真得到的大量机械系统运动及动力学参数(诸如每个零部件的动能曲线、系统平衡力矩曲线等)，运用Excel电子表格进行处理就可以建立起机械系统的动力学模型，然后用微分方程的数值解法--差分法就可以很容易地求解出机械系统在稳定运转阶段的真实运动规律。

    基于这种思路，笔者以牛头刨床为例，经过多次反复试验摸索，最终得到了一种较为简单的机械系统动力学分析方法。即，首先利用建立机械系统三维模型，然后用COSMOSMotion软件进行运动仿真，并将其仿真结果输出到Excel电子表格中。接着在Excel电子表格中对这些仿真结果进行数据分析处理，从而得到机械系统的等效参数(如等效转动惯量、等效力矩等)，建立起机械系统的动力学方程式，最后利用Excel的公式计算功能，求解出动力学方程的数值解-机械系统的真实运动规律。

    这种机械系统动力学分析方法，最大的优势在于:操作技术容易掌握;COSMOSMotion仿真功能强大，且对约束、力、力矩、运动等概念的定义与机械原理中的定义一致，容易理解;Excel软件较为常用;整个求解过程不用编程。

    以下介绍这种方法在牛头刨床机械系统动力学分析中的应用。

    1建立虚拟样机

    B650牛头刨床主要由滑枕、摇臂、大斜齿轮、齿轮变速/减速装置、带传动、电机、工作台、进给装置和机身等组成。按照实测数据，在中，对所有零件进行制作、装配，最后得到图1所示虚拟样机(图中机身等零件已隐藏)。从图1中可以反映出主传动路线：电机一带传动(小带轮一大带轮)一花键轴-滑移齿轮组一齿轮轴一大斜齿轮-滑块1(图中不可见)-摇臂及滑块2一连接件、销1及2一滑枕、刀杆。

    为了便于分析，假定牛头刨床的齿轮变速装置处于图示的啮合状态。其传动参数如下：小带轮基准直径75mm，大带轮基准直径355mm，花键轴与齿轮轴之间参与啮合的齿轮齿数分别为55和36，齿轮轴与大斜齿轮之间参与啮合的齿轮齿数分别为21和84。

    2运动仿真