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

2013-07-22 by:廣州ProE/Croe培訓中心來源: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)可以減少嚙合時的摩擦和磨損,并能達到緩和沖擊的目的。
    鏈傳動的運動學模擬效果對于機械總體檢查、鏈節(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計與改進及鏈節(jié)數(shù)量的配置具有重要的驗證作用,鏈傳動運動動畫對于鏈傳動機構(gòu)的產(chǎn)品演示、項目開展與交流不可或缺。
    由于鏈節(jié)元件小而多的特點決定了鏈條傳動的靈活性和實用性,而元件數(shù)量過多使得鏈傳動三維機構(gòu)模擬在普通計算機上難以實現(xiàn),巨大的求解數(shù)據(jù)量對三維軟件和計算機硬件的配置提出了很高的要求,在通用CAD三維軟件中進行模擬鏈傳動困難很大。本文將探討在proeNGINEER野火版環(huán)境下進行鏈傳動設(shè)計與運動學模擬,最后推薦兩個專業(yè)的鏈傳動動力學模擬軟件環(huán)境,希望對鏈傳動用戶有所幫助。
    二、proeNGINEER鏈傳動三維設(shè)計與運動學模擬
    鏈傳動的設(shè)計首先要根據(jù)傳動功率要求確定大小鏈輪的齒數(shù)、鏈節(jié)運動軌跡以及鏈節(jié)的類型和規(guī)格,通過計算確定出鏈節(jié)數(shù)量,為鏈傳動機構(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)計鏈傳動運動軌跡,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)計共20節(jié)鏈節(jié)(這里沒有繪制大小鏈輪)。
    2.步驟二
    設(shè)計鏈節(jié)元件?？梢园凑諏嶋H情況設(shè)計構(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。為了減小鏈傳動機構(gòu)模擬運算的時間和運算數(shù)據(jù)量,這里僅用一個零件代表鏈節(jié)的所有組成元件。
    3.步驟三
    鏈條組件第1、2個鏈節(jié)的裝配。創(chuàng)建鏈條組件,裝配第1個鏈節(jié),使用1個"平面"接頭、2個"槽"接頭。選槽曲線時按ctrl鍵選4段。裝配第2個鏈節(jié)時,在第1個鏈節(jié)右側(cè)裝配第2個鏈節(jié),使用1個圓柱接頭和1個槽接頭。
    4.步驟四
    使用動力學模擬技術(shù)模擬鏈傳動。從標準建模環(huán)境轉(zhuǎn)到機構(gòu)模擬環(huán)境(從"應(yīng)用程序"→"機構(gòu)"),從"插入"→"初始條件",打開"初始條件定義"對話框。點擊定義切向槽速度圖標 ,選第一個鏈節(jié)上的槽連接符號,輸入速度值300mm/sec。從"分析"→"機構(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,電動機和外部負荷選項卡全部清除選取。點擊"分析定義"對話框底部的按鈕,可以發(fā)現(xiàn)兩個鏈節(jié)沿著軌道運動。
該方法是用動力學模擬的切向槽速度為初始條件,并且使用動力學模擬的"動態(tài)"分析類型模擬運動學軌跡。這對于幾個鏈節(jié)的運動是可以的,如果將所有鏈節(jié)都裝配到位,則鏈條的機構(gòu)模擬需要非常高的硬件配置,而且需要更長的運行計算時間。
    5.步驟五
    使用運動學模擬技術(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屬性,給模擬運算帶來了一定的困難。下面是使用運動學分析類型進行模擬。
    按步驟三裝配其他鏈節(jié):選中第2個鏈節(jié),順時針方向使用"重復"命令裝配其他零件接頭關(guān)系,只重復圓柱接頭,如果元件重疊則移除重疊元件,退出"重復"對話框;選中最后1個元件重新進行重復操作,直到重復完成第20個鏈節(jié)。裝配完注意到最后一個鏈節(jié)的后安裝孔無法與第1個鏈節(jié)的前安裝孔軸對齊,可以將最后一個鏈節(jié)創(chuàng)建一個單獨的零件,使孔軸盡量對齊(受裝配誤差和軌道位置的影響,在運動過程中該處無法實現(xiàn)軸完全對齊)。將第1、6、11、16個鏈節(jié)添加不同顏色,并在第6、11、16個鏈節(jié)上進行新設(shè)置,增加平面副。
    再分別參照4個平面副定義角速度,使第1、6、11、16個鏈節(jié)在圓周上運動時分別充當驅(qū)動元件,每次轉(zhuǎn)過125度。另外,通過核查運算,如果角速度為125度/秒時,則第1個鏈節(jié)旋轉(zhuǎn)一周大約需要時間4.2s。
    進入機構(gòu)環(huán)境,將當前裝配體拍攝快照。參照第1、6、11、16個鏈節(jié)上的平面副接頭Z軸(查詢選取)定義伺服電動機。所有電機設(shè)置均為:速度方向(紫色箭頭)向外,按右手定則逆時針旋轉(zhuǎn)鏈條。設(shè)置速度初始角,選中"當前",速度值為125。
定義并運行運動分析。類型選擇"運動學",終止時間為4.2s。在"電動機"選項卡中,設(shè)置每個電動機的生效時間段是這次鏈傳動模擬的關(guān)鍵。由于前后兩個電動機在臨界點處不能重合(單一函數(shù)值),所以第2個電動機的起始時間比第1個電動機的結(jié)束時間推遲0.01s,對于這0.01s的時間差在最小時間間隔范圍之內(nèi),是模擬計算誤差所允許的。點擊"運行",鏈傳動正常運行。
對于鏈輪的旋轉(zhuǎn)運動模擬,定義兩個伺服電動機確定兩個鏈輪的傳速比,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行的,由于鏈傳動模擬運算數(shù)據(jù)量特別大,運行模擬時可能需要幾個小時甚至幾天的時間,因此在運行鏈傳動機構(gòu)模擬完成時,要及時將運行結(jié)果保存(*.pbk機構(gòu)回放文件),以便后續(xù)對鏈傳動模擬結(jié)果進行更深入的研究。
    三、鏈傳動應(yīng)用效果與動力學模擬專業(yè)平臺實例
    鏈傳動在自行車、摩托車等普通交通工具上的滾子鏈、發(fā)動機等傳動機構(gòu)上的齒形鏈,以及在工程機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)動機正時鏈、工程機械履帶傳動結(jié)構(gòu),以及鏈傳動的動力學模擬與應(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)分析軟件--RecurDyn,其高機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)實的求解方案。
    (2)奧地利AVL李斯特公司的發(fā)動機先進模擬技術(shù)軟件--Excite,對發(fā)動機正時鏈傳動給出了專業(yè)仿真分析策略。