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基于SolidWarks齿轮机构的运动分析与仿真

作者:佚名 来源:网络收集 更新时间:2011-3-21
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研究了在SolidWorks平台上进行齿轮机构运动分析与仿真的方法。以COSMOSMotion模块为基砍,对齿轮机构进行三维模型的参数化设计,完成虚拟装配,实现了齿轮机构的建模、参数设计和分析仿真的自动化,保证了零件设计的正确性,提高了整体设计效率、精度以及直观性。

  0 引言

   齿轮机构是在各种机构中应用最为广泛的一种传动机构。它可以用来传递空间任意两轴间的运动和动力,并具有功率范围大、传动效率高、传动比准确、使用寿命长和工作安全可靠等特点。齿轮作为齿轮机构的最基本组成部分,所起的作用是无可代替的,所以齿轮的设计尤为重要。而在各种齿轮机械中应用最广泛的是圆形齿轮机械,它可以保证传动比恒定不变,使机械运转平稳,以满足现代机械日益高速重载方向发展的需要。直齿圆柱齿轮是其他各种齿轮的基础,也是最通用的齿轮。

   SolidWorks软件是专门为机械行业设计的三维CAD软件,它提供了强大的参数化、基于特征的实体造型技术,在机械设计,模型设计行业被广泛使用。能与ANSYS、ADAMS等多种软件良好结合进行建模和仿真,它是真正基于WINDOWS的软件,操作简单,易学易用。

   1 创建三维实体模型

   由于在SolidWorks中实体模型可以有多种不同的生成方法,采取何种方法更为合理、高效,需要有一个经验积累过程。一般来说,要根据图形的形状选择生成模型的方式。草图绘制尽量简化,最好不要绘制过渡圆角、倒角等非关键性信息。首先主要是利用SolidWorke中的拉伸、旋转、扫描、阵列等基本操作建立工作装置三维实体模型。所建零件模型见图1。

基于SolidWarks齿轮机构的运动分析与仿真

   2 虚拟装配

   工作装置零件的3D模型完成,为了建立虚拟样机需要对各个零件进行虚拟装配(见图2)。在SolidWorks的装配模块中,将前面完成的零件添加进来,互对齐,根据齿轮中心距公式,设定齿轮之间的中心距,并给2个相互配合的齿轮基准轴之间添加一个距离配合。对于齿轮轴,设置其与齿轮之间的同轴配合。

   通过确定零件之间的位置约束关系,可以把工作装置中的各个3D实体零件装配成工作装置,并检查零件之间是否有干涉。如果出现问题,可以根据需要对生成的零件和特征进行修改定义,直到达到工作装置的设计要求为止。

基于SolidWarks齿轮机构的运动分析与仿真

  3 齿轮机构工作过程动画制作

   动画制作利用SalidWorks中的COSMOSMotion插件。COSMOSMotion插件通常不在SolidWorks的工作界面,需要在工具菜单中调用SolidWorks COSMOSMotion,使其在工作界面出现COSMOSMotion插件的菜单和工具栏。

   (1) 三维碰撞接触状态模拟

   以二轴三齿轮为例,动闷的具体制作过程如下:在设计树上选择运动分析图标,3个齿轮都设置为〔运动零部件〕,给每个齿轮添加一个旋转副,齿轮1的旋转副设置一个运动,见图3.

基于SolidWarks齿轮机构的运动分析与仿真

   主动轮带动从动轮转动,实际情况是刚体之间的碰撞产生的,因此在[约束]菜单下选择[添加3D]碰撞命令,定义碰撞参数,见图4.

   利用动画控制工具模拟结果,从运行中可以看出各齿轮是否保持很好的啮合状态以及装配体的运动情况是否合乎设计要求,同时可输出各齿轮的运动学参数曲线。

基于SolidWarks齿轮机构的运动分析与仿真

   (2) 耦合运动

   藕合方式使齿轮按照传动比关系匀速转动,这是一种理想状态的运动模拟。

   选择[添加藕合〕命令,在[何时约束]和[约束]栏,分别选择设计树[约束]下面的revolute和revloute2。主动齿轮和从动齿轮转动角度之比为两轮齿数之比。

   这样模拟显示的各齿轮角速度曲线是与理论值一致的曲线。

   4 结语

   利用SolidWorks软件及其插件模块COSMOSMotion制作齿轮机构模型和其运行动画,真实显现齿轮机构的装配过程及运行状态,在一定程度上反映了齿轮运动的真实情况。将它应用于产品的开发设计中,可在产品设计早期阶段进行虚拟运动仿真或找出设计问题,这既能提高工作效率,又能降低产品制作成本,方便人们进行产品信息交流。

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