基于CATIA的減速器三維參數(shù)化建模與運(yùn)動(dòng)仿真

2013-05-14 by:廣州有限元分析、培訓(xùn)中心-1CAE.COM 來(lái)源:仿真在線(xiàn)

郭越歷建剛來(lái)源:萬(wàn)方數(shù)據(jù)
關(guān)鍵字:CATIA 齒輪減速器虛擬裝配運(yùn)動(dòng)仿真
應(yīng)用CATIA軟件的高級(jí)建模技術(shù)和機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)仿真等功能,實(shí)現(xiàn)齒輪減速器的實(shí)體建模.通過(guò)機(jī)構(gòu)的虛擬運(yùn)動(dòng)仿真,動(dòng)態(tài)觀(guān)看機(jī)構(gòu)的齒輪嚙合和運(yùn)動(dòng)情況,并著重?cái)⑹隽岁P(guān)鍵零件齒輪的建模方法.

隨著計(jì)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(lái)越廣.由法國(guó)達(dá)索公司(Dassault System)推出的CATIA高級(jí)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、制造和分析軟件,廣泛應(yīng)用于航天、汽車(chē)、造船和電子設(shè)備等行業(yè)[1].它作為一個(gè)CAD/CAE/CAM一體化的集成軟件,除了強(qiáng)大的三維實(shí)體造型功能外,還能夠直觀(guān)、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(shí)際運(yùn)動(dòng)情形與整機(jī)裝配順序和過(guò)程在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行仿真模擬.本文以CATIA為平臺(tái),不僅實(shí)現(xiàn)了齒輪的三維參數(shù)化造型,而且實(shí)現(xiàn)減速器傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)仿真.

    1減速器的三維實(shí)體建模

減速器的三維實(shí)體建模首先應(yīng)進(jìn)行減速器零件的設(shè)計(jì).在這一設(shè)計(jì)中需根據(jù)零件的結(jié)構(gòu)特征,利用Part Design(零件設(shè)計(jì))模塊功能,選擇不同的草圖界面,繪制零件的線(xiàn)架結(jié)構(gòu),然后通過(guò)三維拉伸、旋轉(zhuǎn)、開(kāi)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^(guò)進(jìn)入草圖繪制界面進(jìn)行繪制,采用零件設(shè)計(jì)(Part Design)模塊中的拉伸(Pad)、挖槽(Pocket)、鏡像(Mirror)、抽殼(Shell)、倒角(Chamfer)等多項(xiàng)功能來(lái)完成.箱體的實(shí)體造型如圖1.

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    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(kāi)線(xiàn)的生成.漸開(kāi)線(xiàn)的生成是通過(guò)參數(shù)化做出漸開(kāi)線(xiàn)上的一系列點(diǎn),通過(guò)描點(diǎn)法得到.而漸開(kāi)線(xiàn)上的點(diǎn)通過(guò)極座標(biāo)方程求得.漸開(kāi)線(xiàn)的極坐標(biāo)方程式為:

根據(jù)此方程,查閱《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》中的漸開(kāi)線(xiàn)函數(shù)表,選幾個(gè)漸開(kāi)線(xiàn)上的點(diǎn)(點(diǎn)越多,越精確),進(jìn)行漸開(kāi)線(xiàn)齒廓曲線(xiàn)草圖的繪制(圖2)標(biāo)準(zhǔn)漸開(kāi)線(xiàn)圓柱齒輪的幾何尺寸取決于齒輪的5個(gè)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(guò)輸入?yún)?shù)來(lái)繪制漸開(kāi)線(xiàn)輪齒齒廓.

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齒廓形成后,利用對(duì)稱(chēng)、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(guò)拉伸、挖槽、修剪等命令形成齒輪實(shí)體模型(圖4).

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    2減速器三維運(yùn)動(dòng)仿真設(shè)計(jì)

運(yùn)動(dòng)仿真是機(jī)械設(shè)計(jì)的一個(gè)重要內(nèi)容,在CATIA環(huán)境下進(jìn)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)仿真分析不需要復(fù)雜的計(jì)算或語(yǔ)言編程,以裝配后的實(shí)體模型為基礎(chǔ),反映機(jī)構(gòu)的真實(shí)運(yùn)動(dòng)情況,若虛擬運(yùn)動(dòng)不理想,可通過(guò)干涉檢驗(yàn),如出現(xiàn)紅線(xiàn)框,說(shuō)明此處有干涉,需重新設(shè)計(jì).減速器三維運(yùn)動(dòng)仿真就是直齒圓柱齒輪嚙合傳動(dòng)的模擬仿真.在CATIA三維設(shè)計(jì)平臺(tái)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(shí)體模型,為了便于觀(guān)察和施加運(yùn)動(dòng)關(guān)系,可把部分零件隱藏,再利用Kinematics Joints(仿真)工具條,對(duì)各運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)仿真(圖5).

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3 結(jié)論

CATIA軟件不僅實(shí)現(xiàn)了參數(shù)化精確實(shí)體建模、計(jì)算和分析,而且對(duì)所研究機(jī)構(gòu)的實(shí)際運(yùn)動(dòng)情況進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真及干涉檢驗(yàn),有利于機(jī)構(gòu)快速設(shè)計(jì)及優(yōu)化,提高工作效率,為進(jìn)一步探索在同一平臺(tái)上對(duì)機(jī)械零部件進(jìn)行CAE/CAM等系列計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)的應(yīng)用分析提供依據(jù).

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