proe鏈傳動虛擬裝配設(shè)計(jì)及運(yùn)動模擬技術(shù)的應(yīng)用

2013-07-22 by:廣州ProE/Croe培訓(xùn)中心來源:仿真在線

一、鏈傳動概述
    鏈傳動有短節(jié)距精密滾子鏈、雙節(jié)距精密滾子鏈、短節(jié)距精密套筒鏈、彎板滾子傳動鏈、齒形傳動鏈以及成型鏈等多種傳動類型。鏈傳動的突出特點(diǎn)是構(gòu)成鏈條的元件體積小、數(shù)量多,鏈節(jié)節(jié)距均勻,滾子/套筒結(jié)構(gòu)可以減少嚙合時(shí)的摩擦和磨損,并能達(dá)到緩和沖擊的目的。
    鏈傳動的運(yùn)動學(xué)模擬效果對于機(jī)械總體檢查、鏈節(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與改進(jìn)及鏈節(jié)數(shù)量的配置具有重要的驗(yàn)證作用,鏈傳動運(yùn)動動畫對于鏈傳動機(jī)構(gòu)的產(chǎn)品演示、項(xiàng)目開展與交流不可或缺。
    由于鏈節(jié)元件小而多的特點(diǎn)決定了鏈條傳動的靈活性和實(shí)用性,而元件數(shù)量過多使得鏈傳動三維機(jī)構(gòu)模擬在普通計(jì)算機(jī)上難以實(shí)現(xiàn),巨大的求解數(shù)據(jù)量對三維軟件和計(jì)算機(jī)硬件的配置提出了很高的要求,在通用CAD三維軟件中進(jìn)行模擬鏈傳動困難很大。本文將探討在proeNGINEER野火版環(huán)境下進(jìn)行鏈傳動設(shè)計(jì)與運(yùn)動學(xué)模擬,最后推薦兩個(gè)專業(yè)的鏈傳動動力學(xué)模擬軟件環(huán)境,希望對鏈傳動用戶有所幫助。
    二、proeNGINEER鏈傳動三維設(shè)計(jì)與運(yùn)動學(xué)模擬
    鏈傳動的設(shè)計(jì)首先要根據(jù)傳動功率要求確定大小鏈輪的齒數(shù)、鏈節(jié)運(yùn)動軌跡以及鏈節(jié)的類型和規(guī)格,通過計(jì)算確定出鏈節(jié)數(shù)量,為鏈傳動機(jī)構(gòu)模擬打好基礎(chǔ)。下面是鏈傳動模擬的構(gòu)建流程。
    1.步驟一
    設(shè)計(jì)鏈傳動運(yùn)動軌跡,確定鏈節(jié)的接口長度和節(jié)數(shù)。使用草繪曲線繪制軌道,兩鏈輪中心線水平。該次鏈傳動設(shè)計(jì)共20節(jié)鏈節(jié)(這里沒有繪制大小鏈輪)。
    2.步驟二
    設(shè)計(jì)鏈節(jié)元件?？梢园凑諏?shí)際情況設(shè)計(jì)構(gòu)成鏈節(jié)的內(nèi)/外鏈板、銷軸和套筒,然后組裝成鏈節(jié)子組件。為了減小鏈傳動機(jī)構(gòu)模擬運(yùn)算的時(shí)間和運(yùn)算數(shù)據(jù)量,這里僅用一個(gè)零件代表鏈節(jié)的所有組成元件。
    3.步驟三
    鏈條組件第1、2個(gè)鏈節(jié)的裝配。創(chuàng)建鏈條組件,裝配第1個(gè)鏈節(jié),使用1個(gè)"平面"接頭、2個(gè)"槽"接頭。選槽曲線時(shí)按ctrl鍵選4段。裝配第2個(gè)鏈節(jié)時(shí),在第1個(gè)鏈節(jié)右側(cè)裝配第2個(gè)鏈節(jié),使用1個(gè)圓柱接頭和1個(gè)槽接頭。
    4.步驟四
    使用動力學(xué)模擬技術(shù)模擬鏈傳動。從標(biāo)準(zhǔn)建模環(huán)境轉(zhuǎn)到機(jī)構(gòu)模擬環(huán)境(從"應(yīng)用程序"→"機(jī)構(gòu)"),從"插入"→"初始條件",打開"初始條件定義"對話框。點(diǎn)擊定義切向槽速度圖標(biāo) ,選第一個(gè)鏈節(jié)上的槽連接符號,輸入速度值300mm/sec。從"分析"→"機(jī)構(gòu)分析",彈出"分析定義"對話框,選用"動態(tài)"分析類型,初始配置啟用初始條件,電動機(jī)和外部負(fù)荷選項(xiàng)卡全部清除選取。點(diǎn)擊"分析定義"對話框底部的按鈕,可以發(fā)現(xiàn)兩個(gè)鏈節(jié)沿著軌道運(yùn)動。
該方法是用動力學(xué)模擬的切向槽速度為初始條件,并且使用動力學(xué)模擬的"動態(tài)"分析類型模擬運(yùn)動學(xué)軌跡。這對于幾個(gè)鏈節(jié)的運(yùn)動是可以的,如果將所有鏈節(jié)都裝配到位,則鏈條的機(jī)構(gòu)模擬需要非常高的硬件配置,而且需要更長的運(yùn)行計(jì)算時(shí)間。
    5.步驟五
    使用運(yùn)動學(xué)模擬技術(shù)模擬整根鏈條的傳動。由于步驟四的模擬方法需要求解力學(xué)屬性,給模擬運(yùn)算帶來了一定的困難。下面是使用運(yùn)動學(xué)分析類型進(jìn)行模擬。
    按步驟三裝配其他鏈節(jié):選中第2個(gè)鏈節(jié),順時(shí)針方向使用"重復(fù)"命令裝配其他零件接頭關(guān)系,只重復(fù)圓柱接頭,如果元件重疊則移除重疊元件,退出"重復(fù)"對話框;選中最后1個(gè)元件重新進(jìn)行重復(fù)操作,直到重復(fù)完成第20個(gè)鏈節(jié)。裝配完注意到最后一個(gè)鏈節(jié)的后安裝孔無法與第1個(gè)鏈節(jié)的前安裝孔軸對齊,可以將最后一個(gè)鏈節(jié)創(chuàng)建一個(gè)單獨(dú)的零件,使孔軸盡量對齊(受裝配誤差和軌道位置的影響,在運(yùn)動過程中該處無法實(shí)現(xiàn)軸完全對齊)。將第1、6、11、16個(gè)鏈節(jié)添加不同顏色,并在第6、11、16個(gè)鏈節(jié)上進(jìn)行新設(shè)置,增加平面副。
    再分別參照4個(gè)平面副定義角速度,使第1、6、11、16個(gè)鏈節(jié)在圓周上運(yùn)動時(shí)分別充當(dāng)驅(qū)動元件,每次轉(zhuǎn)過125度。另外,通過核查運(yùn)算,如果角速度為125度/秒時(shí),則第1個(gè)鏈節(jié)旋轉(zhuǎn)一周大約需要時(shí)間4.2s。
    進(jìn)入機(jī)構(gòu)環(huán)境,將當(dāng)前裝配體拍攝快照。參照第1、6、11、16個(gè)鏈節(jié)上的平面副接頭Z軸(查詢選取)定義伺服電動機(jī)。所有電機(jī)設(shè)置均為:速度方向(紫色箭頭)向外,按右手定則逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)鏈條。設(shè)置速度初始角,選中"當(dāng)前",速度值為125。
定義并運(yùn)行運(yùn)動分析。類型選擇"運(yùn)動學(xué)",終止時(shí)間為4.2s。在"電動機(jī)"選項(xiàng)卡中,設(shè)置每個(gè)電動機(jī)的生效時(shí)間段是這次鏈傳動模擬的關(guān)鍵。由于前后兩個(gè)電動機(jī)在臨界點(diǎn)處不能重合(單一函數(shù)值),所以第2個(gè)電動機(jī)的起始時(shí)間比第1個(gè)電動機(jī)的結(jié)束時(shí)間推遲0.01s,對于這0.01s的時(shí)間差在最小時(shí)間間隔范圍之內(nèi),是模擬計(jì)算誤差所允許的。點(diǎn)擊"運(yùn)行",鏈傳動正常運(yùn)行。
對于鏈輪的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動模擬,定義兩個(gè)伺服電動機(jī)確定兩個(gè)鏈輪的傳速比,通過快照確定鏈輪和鏈節(jié)之間的外觀嚙合位置,即可完成鏈輪和鏈條的整體傳動效果。
    上述鏈傳動模擬方案是在簡化鏈節(jié)元件的前提下成功進(jìn)行的,由于鏈傳動模擬運(yùn)算數(shù)據(jù)量特別大,運(yùn)行模擬時(shí)可能需要幾個(gè)小時(shí)甚至幾天的時(shí)間,因此在運(yùn)行鏈傳動機(jī)構(gòu)模擬完成時(shí),要及時(shí)將運(yùn)行結(jié)果保存(*.pbk機(jī)構(gòu)回放文件),以便后續(xù)對鏈傳動模擬結(jié)果進(jìn)行更深入的研究。
    三、鏈傳動應(yīng)用效果與動力學(xué)模擬專業(yè)平臺實(shí)例
    鏈傳動在自行車、摩托車等普通交通工具上的滾子鏈、發(fā)動機(jī)等傳動機(jī)構(gòu)上的齒形鏈,以及在工程機(jī)械車輛上用的履帶行走系統(tǒng)等都有廣泛應(yīng)用。下面是常見的發(fā)動機(jī)正時(shí)鏈、工程機(jī)械履帶傳動結(jié)構(gòu),以及鏈傳動的動力學(xué)模擬與應(yīng)用。對于這些典型的鏈傳動,許多專業(yè)軟件平臺給出了專業(yè)的算法模型和模擬方法,下面是兩個(gè)典型軟件供應(yīng)商給出的鏈傳動解決方案。
    (1)韓國FunctionBay公司基于遞歸算法的MFBD(多柔體動力學(xué))分析軟件--RecurDyn,其高機(jī)動性履帶包對履帶車輛的履帶鏈節(jié)受力情況與車輛通過性給出了比較現(xiàn)實(shí)的求解方案。
    (2)奧地利AVL李斯特公司的發(fā)動機(jī)先進(jìn)模擬技術(shù)軟件--Excite,對發(fā)動機(jī)正時(shí)鏈傳動給出了專業(yè)仿真分析策略。