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(xùn)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(jìn)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(jī)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(xué)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(jī)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:
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(jī)械傳動過程中主要起傳遞運(yùn)動和扭矩的作用,是整個機(jī)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(jìn)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(biāo)準(zhǔn)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(shè)計是最為復(fù)雜的。以下是筆者在對此類零件進(jìn)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(fù)雜,先拉伸后切除的原則。首先分析零件的特點(diǎn),尋找出零件中最為重要且比較形狀規(guī)則易成形的實(shí)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(shí)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(jìn)行倒角、倒圓,完成最后的繪制。
3 整機(jī)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(diǎn)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?yàn)镾olidWorks是根據(jù)所點(diǎn)邊線或表面的半徑進(jìn)行計算的,而實(shí)際的比率應(yīng)該是齒輪的分度圓直徑之比。
如果整機(jī)較為復(fù)雜,可采用以下方法進(jìn)行:
(1) 先將整機(jī)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(yùn)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(yùn)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(jī)中。注意在整機(jī)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(yù)定的位置。這點(diǎn)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(jìn)行干涉檢查,將設(shè)計設(shè)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(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(shí)體模型緊密結(jié)合,實(shí)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(shí)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(jìn)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(shí)際中常用的可靠性數(shù)學(xué)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(jìn)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(qiáng))、引力、離心力、遠(yuǎn)程載荷/質(zhì)量、軸承載荷。同時還可以設(shè)置溫度,進(jìn)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(shí)際需要重新進(jìn)行設(shè)定。
(3) 最后運(yùn)行算例生成報告。
圖4是用COSMOSWorks對減速器中齒輪進(jìn)行分析的結(jié)果:
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(jìn)行三維建模,并對齒輪受力時的應(yīng)力應(yīng)變情況進(jìn)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(xí)慣,修改也極其方便,信息交流方式廣泛等特點(diǎn)同時也為設(shè)計者減輕了不少負(fù)擔(dān)。
參考文獻(xiàn):
[1] 藍(lán)榮香,高翔,劉文等.SolidWorks零件設(shè)計技術(shù)與實(shí)踐(2007版).北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2007
[2] 蔡慧林,戴建強(qiáng),席晨飛.基于SolidWorks的應(yīng)力分析和運(yùn)動仿真的研究. 機(jī)械設(shè)計與制造,2008.1
相關(guān)標(biāo)簽搜索：基于SolidWorks的減速器三維建模與分析 AutoCAD培訓(xùn) AutoCAD培訓(xùn)課程 AutoCAD圖紙設(shè)計 AutoCAD在線視頻 AutoCAD技術(shù)學(xué)習(xí)教程 AutoCAD軟件教程 AutoCAD資料下載 Fluent、CFX流體分析 HFSS電磁分析 Ansys培訓(xùn) Abaqus培訓(xùn) Autoform培訓(xùn)
