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(chuàng)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(guān)鍵字: SolidWorks 減速器三維建模

1 引言

近年來,隨著機械制造業(yè)的蓬勃發(fā)展,大量CAD/CAM/CAE/CAPP軟件不斷涌現(xiàn)。市場都軟件的要求也越來越高,SolidWorks是一款非常優(yōu)秀的三維設(shè)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(yè)得以到廣泛應(yīng)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:

基于SolidWorks的減速器三維建模與分析autocad design圖片1
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(huán)、調(diào)整環(huán)以及螺栓、墊片、銷、鍵等標準件。

基于SolidWorks的減速器三維建模與分析autocad design圖片2

基于SolidWorks的減速器三維建模與分析autocad design圖片3

圖2 箱體和箱蓋

在對整個減速器建模時,箱體和箱蓋的設(shè)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(guī)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(xiàn)。

然后在此基礎(chǔ)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(guān)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(guān)系進行約束;然后根據(jù)齒輪的齒數(shù)和模數(shù)計算齒輪的中心距d=m (z1+z2)/2,用距離配合關(guān)系控制齒輪的中心距;正視于齒輪端面,調(diào)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(shù)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(jù)所點邊線或表面的半徑進行計算的,而實際的比率應(yīng)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(yīng)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(diào)入整機中。注意在整機中如需改變已裝配部分的配合關(guān)系只能重新編輯原用的裝配,此時該動的不僅僅是現(xiàn)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(guān)系,并將零件移動到預定的位置。這點往往是出乎設(shè)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(shè)計設(shè)計中的一些缺陷扼殺在萌芽中。

基于SolidWorks的減速器三維建模與分析autocad design圖片4
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(shè)計者提供思想交流最有效的途徑之一,能在最短的時間內(nèi)在設(shè)計人員和顧客之間交流產(chǎn)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(jié)合,實現(xiàn)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(shè)計者的意圖傳遞給生產(chǎn)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(shè)置好零件各個時刻的鍵碼即可。每個鍵碼的設(shè)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(jié)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(shù)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(lián)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(lián)系在一起,建立成一個統(tǒng)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(nèi)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(zhì)量、軸承載荷。同時還可以設(shè)置溫度,進行熱分析。

    將所選研究對象網(wǎng)格化。SolidWorks根據(jù)圖形的特征將計算出一個網(wǎng)格參數(shù),該網(wǎng)格參數(shù)直接控制著劃分單元格的大小,設(shè)計者也可以根據(jù)實際需要重新進行設(shè)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(jié)果:

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基于SolidWorks的減速器三維建模與分析autocad design圖片7
圖4 齒輪網(wǎng)格劃分與應(yīng)力應(yīng)變分析結(jié)果

    6 結(jié)論

通過SolidWorks對減速器進行三維建模,并對齒輪受力時的應(yīng)力應(yīng)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(shè)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(shè)計技術(shù)與實踐(2007版).北京:機械工業(yè)出版社,2007
    [2] 蔡慧林,戴建強,席晨飛.基于SolidWorks的應(yīng)力分析和運動仿真的研究. 機械設(shè)計與制造,2008.1

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