關(guān)聯(lián)設計的壓縮彈簧動畫制作

2013-05-23 by:廣州有限元分析、培訓中心-www.br5w05v.cn 來源:仿真在線

作者: 張彥富來源: 萬方數(shù)據(jù)
關(guān)鍵字: 關(guān)聯(lián)設計彈贊凸輪機構(gòu) 動畫制作 SolidWorks

用常規(guī)方法很難實現(xiàn)彈黃等非剛性零件變形的動畫制作。介紹了兩端并緊磨平彈獲的造型方法,用掃描曲面的邊線為掃描路徑建立彈黃模型,該彈黃的高度取決于作為生成曲面路徑草圖中直線的長度。利用草圖的關(guān)聯(lián)設計來改變決定彈簧高度的直線的長度,實現(xiàn)了彈黃的動頤制作。用這種方法完成了彈資封閉型凸輪機構(gòu)中動畫制作。

用常規(guī)方法很難實現(xiàn)彈簧等非剛性物體變形的動畫制作。文獻采用SolidWorks中VBA接口介紹了由圓弧和直線構(gòu)成輪廓的彈簧封閉型凸輪機構(gòu)動畫制作方法。這里采用基于關(guān)聯(lián)設計,可以實現(xiàn)任意形狀凸輪機構(gòu)彈簧變形的動畫制作。

在三維設計軟件中,是彈簧截面輪廓沿著螺旋曲線掃描而成。彈簧變形整個過程中要求圈數(shù)保持不變,而有效圈數(shù)部分的高度變化,螺距隨著高度改變。因此制作彈簧變形動畫的關(guān)鍵是改變螺旋線的高度。在SolidWorks中,可以采用關(guān)聯(lián)設計方法改變彈簧高度來實現(xiàn)彈簧動畫。

    1兩端并緊彈簧造型

在前視基準面中分別建立草圖1和草圖2,如圖1所示。草圖1中的直線一個端點在坐標原點,設里水平約束,其長度為彈簧中徑的二分之一,可以用尺寸標注約束其長度。草圖2中的直線的一個端點在坐標原點,設置豎直約束,其長度為彈簧自由狀態(tài)下有效長度值,但不要標注尺寸。建立掃描曲面特征,以草圖1為輪廓,草圖2為路徑,在選項的方向扭轉(zhuǎn)類型中選擇沿路徑扭轉(zhuǎn).度數(shù)為彈簧有效圈數(shù)乘以360°.如圖2所示。

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在上視基準面上繪制圓形草圖3,以草圖3建立螺旋彗夕渦狀線1,圈數(shù)為彈簧并緊圈數(shù),螺距為壓并高度除以并緊圈數(shù),旋轉(zhuǎn)方向選擇逆時針。

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以草圖2中點2(不在坐標原點的端點)為參考點和上視基準面為參考,以點和平行平面方式建立基準面1。在基準面1上繪制圓形草圖4。以草圖4建立螺旋線/渦狀線2,圈數(shù)和螺距同螺旋線/渦狀線1,旋轉(zhuǎn)方向選擇順時針。

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由螺旋線/渦狀線1,2和螺旋曲面邊線建立組合曲線。為了不影響視覺效果,將綠旋曲面隱藏。在前視基準面上繪制一圈形草圖5,圓心位于螺旋線邊線上。以草圖5為輪廓,組合曲線為路徑,建立實體掃描特征,生成彈簧實體。

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最后建立彈簧兩端磨平特征。分別以上視基準面和基準面1為參考,距離為參數(shù)建立兩基準平面,在此基準平面上繪制草圖,用拉伸切除來完成彈簧兩端磨平特征。

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    2關(guān)聯(lián)約束條件設置

以彈簧封閉型彈簧機構(gòu)為例來說明基于關(guān)聯(lián)設計進行彈簧動畫模擬方法。凸輪機構(gòu)如圖3所示,在凸輪繞著固定軸旋轉(zhuǎn)時,推動推桿作上下往復運動,彈簧保證推桿與凸輪接觸。

在SolidWorks中對組成該機構(gòu)的所有零件進行建模,其中凸輪輪廓形狀由樣條曲線圍成,因此該方法可以對凸輪輪廓任意形狀進行動畫模擬。按照圖3所示的裝配關(guān)系進行裝配,其中固定軸和導向軸套位置不動,凸輪與固定軸、推桿與導向軸套為同軸配合,推桿與凸輪輪廓為凸輪推桿配合。先設置彈簧軸線與推桿為同軸心配合,彈簧中靠近上視基準面的磨平端面與導向軸套接觸面為共面配合。

為了實現(xiàn)彈簧變形動畫模擬,關(guān)鍵是改變彈簧建模中控制彈簧有效長度部分中草圖2的直線長度。這可以通過關(guān)聯(lián)設計來實現(xiàn)。

為了實現(xiàn)關(guān)聯(lián)設計,首先在裝配體環(huán)境中選擇推桿,單擊裝配體工具欄上的"編輯零件"按鈕,選擇推桿擋圈的端面,以平行距離建立參考基準面,此段距離與建立彈簧端面磨平時建立參考基準面的距離相等,如圖4所示。退出編輯零件,選擇彈簧,再進人編輯零件,從彈簧特征樹中選擇曲面-掃描1/草圖2,右鍵單擊,從菜單中選擇編輯草圖.選擇草圖2直線中不與原點重合的端點,從工具欄中單擊添加幾何關(guān)系,再從特征樹中選擇推桿中的基準面1,對二者建立重合的幾何關(guān)系,完成關(guān)聯(lián)設計中的關(guān)系設置,如圖5所示。這樣,當推桿沿軸線運動時,影響彈簧有效圈數(shù)部分的草圖2中的直線長度就會隨著改變,通過模型重建,從而實現(xiàn)彈簧變形動畫。

    3動畫模擬

設置好各零件間約束關(guān)系后,在SolidWorks中有兩種方式實現(xiàn)動畫模擬。

一是利用模擬工具實現(xiàn)動畫模擬。將旋轉(zhuǎn)馬達加在凸輪內(nèi)孔圓柱面上,設置好旋轉(zhuǎn)方向和速度,計算模擬。計算完畢后,通過動畫控制器上的保存按鈕將動畫保存為avi影片。

二是利用Animator動畫插件來實現(xiàn)。對于本例而言,設置凸輪和固定軸之間的右視基準面成一定角度配合關(guān)系。然后在動畫中改變該角度值.從而實現(xiàn)整個機構(gòu)的動畫模擬,如圖6所示。

    4結(jié)論

用掃描法生成螺旋曲面,利用其邊線為掃描路徑建立彈簧模型,該彈簧的高度取決于作為路徑草圖中直線的長度,改變該直線的長度就可以實現(xiàn)彈簧的伸縮。利用草圖的關(guān)聯(lián)設計來改變決定彈簧高度的直線的長度,實現(xiàn)了壓縮彈簧的動畫制作。該方法稍加改變就可以實現(xiàn)拉伸彈簧的動畫制作。