基于Solidworks的转动惯量分析与应用455000 河南安彩高科股份有限公司 河南安阳-马素良/张鑫/常安勇关键词 转动惯量/Solidworks/惯性张量 摘要： 在非标自动化装备设计中，为了对电机减速机等传动部件的正确选型，经常用到转动惯量的求解计算，转动惯量的理论计算非常繁琐，本文通过借助Solidworks软件，详细介绍和分析了Solidworks软件在转动惯量求解过程中的应用，大大减少了设计人员在计算转动惯量时的工作量。在非标自动化装备设计中，经常涉及到电机减速机的选型计算，其中电机减速机输出扭矩的确定通常是一项比较复杂的计算过程。在实际应用中，由于电机减速机传动的运动实体并不具有规则的外形，甚至在很多情况下运动实体是一些结构非常复杂的部件，按照一般的理论计算方法，其转动惯量的精确计算是一项非常繁琐的工作。目前，在机械设计行业中， Solidworks是其中应用最广泛的三维设计软件之一，其中软件里面的惯量模块大大方便了设计人员对于转动惯量的计算量。笔者设计的是一款玻璃翻转取片的非标专用设备，部分实体造型见右图。要求完成的动作为：旋转臂吸附玻璃后通过旋转轴翻转180°。为简化描述，我们做理想化计算，忽略吸盘件重量，不考虑风阻和摩擦阻力等因素。因为我们所要计算的部件有金属旋转臂和玻璃，各自质量属性不同，在计算前，我们需要完成旋转部件的实体造型，分别定义旋转臂和玻璃的质量属性，包括质量单位、密度等。 下面，我们进入转动惯量的应用模块，以旋转轴的中点为原点、以旋转轴轴向方向为x轴新建坐标系1，这个坐标系1的建立很重要，必须保证坐标系1的原点在所计算部件的旋转轴上。图中彩色坐标系是我们新建的坐标系1，粉色坐标系是所求部件的重心坐标系，该坐标系是系统自动生成，不用我们新建，需要注意的就是使用时认清重心坐标系的x、y、z轴的方向，重心坐标系的轴向有时候与环境坐标系（即Solidworks软件中表述的输出坐标系，在新建坐标系中进行运算时则是指新建坐标系，下同）也就是系统默认的原坐标系不同。点击“评估”—“质量属性”，出现质量特性对话框，在输出坐标系中，选择我们新建的坐标系1，在所选项目中，从实体造型中选择我们所要计算的旋转臂和玻璃，点击“重算”，各项计算结果有四项。下面我们依次介绍各项数值的具体含义。项目一，“重心”这一项是指重心坐标系的原点相对新建坐标系原点的坐标距离，该项很容易理解，不在赘述。项目二，惯性主轴和惯性主力矩:(千克*平方米)，由重心决定。Ix = (-0.093, -0.109, 0.990) = 4.884 Iy = (0.996, -0.009, 0.092) Py = 6.644 Iz = (-0.001, 0.994, 0.109) = 11.464此项显示的Px 、Py、 Pz数值是指旋转实体分别以重心坐标系的x、y、z轴为旋转轴进行旋转时的惯量力矩数值，这里的数值是绝对数值，与环境坐标系等其它坐标系没有关系。项目三，惯性张量: (千克*平方米)，由重心决定，并且对齐输出的坐标系。Lxx = 6.629 -0.161 Lyx = 0.022 -0.711 Lzx = -0.161 4.977惯性张量的物理意义是指相对于固定在构件上的坐标轴系统，它是一个对称矩阵，其元素是三个转动惯量和三个惯性积的负值，通俗点就是，主轴转动惯量就是惯性张量矩阵的三个特征值，即Lxx、 Lyy、 Lzz。此项由重心决定，并且对齐输出的坐标系是指将新建坐标系原点 Lzy = -0.711 Lzz = Lyy = 11.386 Lyz = Lxy = 0.022 Lxz = Pz 这里的输出坐标系是指坐标系1，此处显示的各项数值的物理意义与项目三相同，不同之处就是软件在计算时所参考的坐标系不同，这里参照的坐标系是我们新建的坐标系1，三个特征值Ixx、 Iyy 、Izz就是旋转实体相对于新建坐标系各坐标轴的转动惯量。综述，本文通过工作中的设计实例，详细介绍了Solidworks使用过程中困扰很多设计人员的转动惯量问题，填补了教材包括网络教程在这方面的空白，在实际应用中有很好的现实指导意义。参考文献：[1]刘鸿文.《材料力学》，高等教育出版社.1991年5月[2]王爱琴.《理论力学》，西北工业大学出版社.2009年1月[3]詹迪维.《SolidWorks高级应用教程》.机械工业出版社.2009年.作者简介：马素良（1983.06-），男，汉，河南安阳，河南安彩高科股份有限公司，工程师，学士，研究方向非标自动化设备设计、制造。Px 移动到重心坐标系原点，所求部件实体相对于新建坐标系中各轴的惯性张量。此处的三个特征值理论上与项目二中的惯量力矩数值相同，所不同的是相对坐标轴不同，如本例中，Px理论上与Lzz相同，Py理论上与 Lxx相同，Pz理论上与Lyy相同。项目四，惯性张量:(千克*平方米)，由输出坐标系决定。 Ixx = 18.258 Ixy = 0.000 = -0.000 Iyx = 0.000 Iyy = 22.803 = -2.277 Izx = -0.000 Izy = -2.277 = 5.194Izz Iyz Ixz 7715.indd 772014/8/15 16:27:14基于Solidworks的转动惯量分析与应用
作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：
马素良， 张鑫， 常安勇
455000,河南安彩高科股份有限公司 河南安阳中国机械
Machine China2014(15)
参考文献(3条)
1.刘鸿文 材料力学 19912.王爱琴 理论力学 2009
3.詹迪维 SolidWorks高级应用教程 2009
引用本文格式：马素良.张鑫.常安勇 基于Solidworks的转动惯量分析与应用[期刊论文]-中国机械 2014(15)