搜索基于CATIA的減速器三維參數(shù)化建模與運動仿真
2013-05-14 by:廣州有限元分析、培訓(xùn)中心-1CAE.COM 來源:仿真在線
郭越 歷建剛 來源:萬方數(shù)據(jù)
關(guān)鍵字:CATIA 齒輪減速器 虛擬裝配 運動仿真
應(yīng)用CATIA軟件的高級建模技術(shù)和機(jī)構(gòu)運動仿真等功能,實現(xiàn)齒輪減速器的實體建模.通過機(jī)構(gòu)的虛擬運動仿真,動態(tài)觀看機(jī)構(gòu)的齒輪嚙合和運動情況,并著重敘述了關(guān)鍵零件齒輪的建模方法.
隨著計算機(jī)輔助技術(shù)CAD/CAE/CAM的日益發(fā)展和成熟,其應(yīng)用范圍也越來越廣.由法國達(dá)索公司(Dassault System)推出的CATIA高級計算機(jī)輔助設(shè)計、制造和分析軟件,廣泛應(yīng)用于航天、汽車、造船和電子設(shè)備等行業(yè)[1].它作為一個CAD/CAE/CAM一體化的集成軟件,除了強(qiáng)大的三維實體造型功能外,還能夠直觀、準(zhǔn)確地反映零件、組件(構(gòu)件)的形狀、虛擬裝配關(guān)系,并能夠?qū)C(jī)構(gòu)的實際運動情形與整機(jī)裝配順序和過程在計算機(jī)上進(jìn)行仿真模擬.本文以CATIA為平臺,不僅實現(xiàn)了齒輪的三維參數(shù)化造型,而且實現(xiàn)減速器傳動機(jī)構(gòu)的運動仿真.
1減速器的三維實體建模
減速器的三維實體建模首先應(yīng)進(jìn)行減速器零件的設(shè)計.在這一設(shè)計中需根據(jù)零件的結(jié)構(gòu)特征,利用Part Design(零件設(shè)計)模塊功能,選擇不同的草圖界面,繪制零件的線架結(jié)構(gòu),然后通過三維拉伸、旋轉(zhuǎn)、開槽、挖孔等功能進(jìn)行建模. .
1-1 箱體
箱體分為上箱體和下箱體.箱體建?；驹煨涂赏ㄟ^進(jìn)入草圖繪制界面進(jìn)行繪制,采用零件設(shè)計(Part Design)模塊中的拉伸(Pad)、挖槽(Pocket)、鏡像(Mirror)、抽殼(Shell)、倒角(Chamfer)等多項功能來完成.箱體的實體造型如圖1.
1.2 直齒圓柱齒輪
在CATIA中,直齒圓柱齒輪的三維建模關(guān)鍵在于漸開線的生成.漸開線的生成是通過參數(shù)化做出漸開線上的一系列點,通過描點法得到.而漸開線上的點通過極座標(biāo)方程求得.漸開線的極坐標(biāo)方程式為:
根據(jù)此方程,查閱《機(jī)械設(shè)計手冊》中的漸開線函數(shù)表,選幾個漸開線上的點(點越多,越精確),進(jìn)行漸開線齒廓曲線草圖的繪制(圖2)標(biāo)準(zhǔn)漸開線圓柱齒輪的幾何尺寸取決于齒輪的5個重要參數(shù):齒數(shù)(z)、模數(shù)(m)、壓力角(a)、齒頂高系數(shù)(ha。)和頂隙系數(shù)(c。),圓柱齒輪標(biāo)準(zhǔn)齒頂高系數(shù)及頂隙系數(shù)按正常齒輪取1和0.25,通過輸入?yún)?shù)來繪制漸開線輪齒齒廓.
齒廓形成后,利用對稱、修剪功能生成單齒(圖3),再利用圓形陣列、分割等功能形成完整齒輪的平面圖形,最后通過拉伸、挖槽、修剪等命令形成齒輪實體模型(圖4).
2減速器三維運動仿真設(shè)計
運動仿真是機(jī)械設(shè)計的一個重要內(nèi)容,在CATIA環(huán)境下進(jìn)行機(jī)構(gòu)的運動仿真分析不需要復(fù)雜的計算或語言編程,以裝配后的實體模型為基礎(chǔ),反映機(jī)構(gòu)的真實運動情況,若虛擬運動不理想,可通過干涉檢驗,如出現(xiàn)紅線框,說明此處有干涉,需重新設(shè)計.減速器三維運動仿真就是直齒圓柱齒輪嚙合傳動的模擬仿真.在CATIA三維設(shè)計平臺上,進(jìn)人數(shù)字模型(Digital Mockup)下的子模塊DMU Kinematics(數(shù)字仿真)中,導(dǎo)人減速器三維實體模型,為了便于觀察和施加運動關(guān)系,可把部分零件隱藏,再利用Kinematics Joints(仿真)工具條,對各運動副如Cylindrical Joints(同軸副)、Gear Joints(齒輪副)、Revolution Joints(旋轉(zhuǎn)副)等施加定義,最后應(yīng)用Simulation with commands(模擬仿真)命令進(jìn)行仿真,即可完成虛擬運動仿真(圖5).
3 結(jié)論
CATIA軟件不僅實現(xiàn)了參數(shù)化精確實體建模、計算和分析,而且對所研究機(jī)構(gòu)的實際運動情況進(jìn)行運動仿真及干涉檢驗,有利于機(jī)構(gòu)快速設(shè)計及優(yōu)化,提高工作效率,為進(jìn)一步探索在同一平臺上對機(jī)械零部件進(jìn)行CAE/CAM等系列計算機(jī)輔助技術(shù)的應(yīng)用分析提供依據(jù).
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