搜索基于SolidWorks的減速器三維建模與分析
2013-05-19 by:廣州有限元分析、培訓中心-1CAE.COM 來源:仿真在線
本文介紹了用SolidWorks對減速器三維建模以及用SolidWorks的COSMOSWorks進行分析的過程與方法。三維建模過程中涉及到單個零件和整個裝配體的創建,以及如何用Animator對建立的模型制作三維動畫。
作者: 許超 文國軍 來源: e-works
關鍵字: SolidWorks 減速器 三維建模
1 引言
近年來,隨著機械制造業的蓬勃發展,大量CAD/CAM/CAE/CAPP軟件不斷涌現。市場都軟件的要求也越來越高,SolidWorks是一款非常優秀的三維設計軟件,由于其它的界面友好,易學易用,在我國越來越受到廣大用戶尤其是新用戶的青睞,已在機械、電子、建筑等行業得以到廣泛應用。本文將以減速器為例,介紹SolidWorks在三維建模和分析的過程和方法。
以下是減速器的整體效果圖:
圖1 減速器整體裝配效果圖
2 各零部件的三維建模
減速器在機械傳動過程中主要起傳遞運動和扭矩的作用,是整個機器中一個非常重要的裝置。本文將選取最為常見的一級圓柱齒輪減速器進行研究,如圖1所示。該減速器的主要零件有箱體、箱蓋、齒輪、軸、端蓋、反光鏡、油封、擋油環、調整環以及螺栓、墊片、銷、鍵等標準件。
圖2 箱體和箱蓋
在對整個減速器建模時,箱體和箱蓋的設計是最為復雜的。以下是筆者在對此類零件進行三維建模的過程,總的原則是按先主要后次要,先簡單后復雜,先拉伸后切除的原則。首先分析零件的特點,尋找出零件中最為重要且比較形狀規則易成形的實體部分作為切入口。如圖2箱體中的上下底面和中間部分的長方體、箱蓋中的下底面,此部分直接使用拉伸命令便可實現。
然后在此基礎上繪制其他大的輪廓以及將用來確定其他特征的輪廓,如,放樣箱體和箱蓋上的各類凸臺、切除軸承孔等,基本上完成大致輪廓的繪制。
最后開各類溝槽、螺栓孔,以及對各邊線進行倒角、倒圓,完成最后的繪制。
3 整機裝配
SolidWorks為整體的裝配提供了一個很好的平臺的。SolidWorks的裝配非常自由,并不存在一個固定的安裝順序。
SolidWorks進行裝配時需理解以下各種配合關系,主要有重合、平行、垂直、相切、同軸心、距離、角度等。在整個減速器的裝配中,最困難的位置在于齒輪之間的配合。它們之間配合的好壞直接影響以后的動畫演示。為此,在SolidWorks中添加了一個高級配合--齒輪配合。裝配齒輪時可采用一下方法進行:首先將兩個需要裝配的齒輪的軸心線加以平行關系進行約束;然后根據齒輪的齒數和模數計算齒輪的中心距d=m (z1+z2)/2,用距離配合關系控制齒輪的中心距;正視于齒輪端面,調整齒輪嚙合處,使得兩齒輪嚙合完好;最后再使用齒輪配合進一步加以約束。使用齒輪配合時,選擇兩軸孔或軸的邊線或表面,然后輸入比率, 即兩齒輪的直徑或齒數比(按照點擊邊線或表面的順序)。注意此處,SolidWorks自動捕捉到的比率往往是不正確的,因為SolidWorks是根據所點邊線或表面的半徑進行計算的,而實際的比率應該是齒輪的分度圓直徑之比。
如果整機較為復雜,可采用以下方法進行:
(1) 先將整機劃分為若干部分。劃分過程注意應該將彼此之間沒有相對運動的零件劃分為一個整體。如圖減速器中的箱體上所需安裝的零件(小蓋、油面指示片、墊片、反光鏡、螺堵等),安裝后與箱體沒有相對運動,便可在整體裝配前將此類零件裝配到箱體,作為一個整體。
(2) 在整體裝配時便可直接將以裝配好的部分調入整機中。注意在整機中如需改變已裝配部分的配合關系只能重新編輯原用的裝配,此時該動的不僅僅是現有裝配體,原有裝配體也隨之改變。
SolidWorks裝配零件時,常常參照已有零件的特征,如:平面、圓孔、圓弧,自動篩選配合關系,并將零件移動到預定的位置。這點往往是出乎設計者的意料的。在整體裝配完成后整個裝配進行干涉檢查,將設計設計中的一些缺陷扼殺在萌芽中。
圖3 裝配后渲染后的爆炸視圖
4三維動畫制作
三維動畫演示是設計者提供思想交流最有效的途徑之一,能在最短的時間內在設計人員和顧客之間交流產品信息。Animator是SolidWorks為三維動畫制作提供的一個插件,能將動畫制作過程與三維實體模型緊密結合,實現動畫錄制過程的可視化。通過Animator的動畫演示,可以模擬各個零件的裝配、拆卸和實際工作過程,更好的將設計者的意圖傳遞給生產者以及顧客。
使用Animator制作三維動畫前需事先打開Animator插件,選擇"工具"菜單下的"插件",選擇SolidWorks Animator為活動插件,"確定"即可。操作Animator是十分方便的,只需事先設置好零件各個時刻的鍵碼即可。每個鍵碼的設置按照以下循序進行:將零件移動到初始位置;將時間軸移動到結束時間;將零件移動到最終位置;最后保存即可。
5 COSMOSWorks分析
COSMOSWorks是SolidWorks自帶的一個用于有限元分析的插件。有限元分析是一種工程實際中常用的可靠性數學分析方法。它將整個零件或裝配體劃分為若干個簡單的單元,并建立控制各個單元之間的聯系的行為方程式。這些行為方程式將研究對象的材料屬性與外載荷以及約束聯系在一起,建立成一個統一的整體。
(1)使用COSMOSWorks進行分析前,首先要明確研究對象。COSMOSWorks的研究對象可以是單個的零件,也可以是整個裝配體,而且必須確定各個零件的材料,以明確研究對象的內在屬性。然后以所選的研究對象新建一個算例。
(2) 在研究對象上添加約束和載荷。SolidWorks所定義的載荷包括力、壓力(即,壓強)、引力、離心力、遠程載荷/質量、軸承載荷。同時還可以設置溫度,進行熱分析。
將所選研究對象網格化。SolidWorks根據圖形的特征將計算出一個網格參數,該網格參數直接控制著劃分單元格的大小,設計者也可以根據實際需要重新進行設定。
(3) 最后運行算例生成報告。
圖4是用COSMOSWorks對減速器中齒輪進行分析的結果:
圖4 齒輪網格劃分與應力應變分析結果
6 結論
通過SolidWorks對減速器進行三維建模,并對齒輪受力時的應力應變情況進行了初步分析,可以看出SolidWorks在三維建模和分析方面所提供的便捷。除此以外,其操作符合人的思維習慣,修改也極其方便,信息交流方式廣泛等特點同時也為設計者減輕了不少負擔。
參考文獻:
[1] 藍榮香,高翔,劉文等.SolidWorks零件設計技術與實踐(2007版).北京:機械工業出版社,2007
[2] 蔡慧林,戴建強,席晨飛.基于SolidWorks的應力分析和運動仿真的研究. 機械設計與制造,2008.1
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