基于CATIA的減速器三維參數化建模與運動仿真

2013-05-14 by:廣州有限元分析、培訓中心-1CAE.COM 來源:仿真在線

郭越歷建剛來源:萬方數據
關鍵字:CATIA 齒輪減速器虛擬裝配運動仿真
應用CATIA軟件的高級建模技術和機構運動仿真等功能,實現齒輪減速器的實體建模.通過機構的虛擬運動仿真,動態觀看機構的齒輪嚙合和運動情況,并著重敘述了關鍵零件齒輪的建模方法.

隨著計算機輔助技術CAD/CAE/CAM的日益發展和成熟,其應用范圍也越來越廣.由法國達索公司(Dassault System)推出的CATIA高級計算機輔助設計、制造和分析軟件,廣泛應用于航天、汽車、造船和電子設備等行業[1].它作為一個CAD/CAE/CAM一體化的集成軟件,除了強大的三維實體造型功能外,還能夠直觀、準確地反映零件、組件(構件)的形狀、虛擬裝配關系,并能夠對機構的實際運動情形與整機裝配順序和過程在計算機上進行仿真模擬.本文以CATIA為平臺,不僅實現了齒輪的三維參數化造型,而且實現減速器傳動機構的運動仿真.

    1減速器的三維實體建模

減速器的三維實體建模首先應進行減速器零件的設計.在這一設計中需根據零件的結構特征,利用Part Design(零件設計)模塊功能,選擇不同的草圖界面,繪制零件的線架結構,然后通過三維拉伸、旋轉、開槽、挖孔等功能進行建模. .

    1-1 箱體

箱體分為上箱體和下箱體.箱體建模基本造型可通過進入草圖繪制界面進行繪制,采用零件設計(Part Design)模塊中的拉伸(Pad)、挖槽(Pocket)、鏡像(Mirror)、抽殼(Shell)、倒角(Chamfer)等多項功能來完成.箱體的實體造型如圖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鍵在于漸開線的生成.漸開線的生成是通過參數化做出漸開線上的一系列點,通過描點法得到.而漸開線上的點通過極座標方程求得.漸開線的極坐標方程式為:

根據此方程,查閱《機械設計手冊》中的漸開線函數表,選幾個漸開線上的點(點越多,越精確),進行漸開線齒廓曲線草圖的繪制(圖2)標準漸開線圓柱齒輪的幾何尺寸取決于齒輪的5個重要參數:齒數(z)、模數(m)、壓力角(a)、齒頂高系數(ha。)和頂隙系數(c。),圓柱齒輪標準齒頂高系數及頂隙系數按正常齒輪取1和0.25,通過輸入參數來繪制漸開線輪齒齒廓.

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齒廓形成后,利用對稱、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,最后通過拉伸、挖槽、修剪等命令形成齒輪實體模型(圖4).

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    2減速器三維運動仿真設計

運動仿真是機械設計的一個重要內容,在CATIA環境下進行機構的運動仿真分析不需要復雜的計算或語言編程,以裝配后的實體模型為基礎,反映機構的真實運動情況,若虛擬運動不理想,可通過干涉檢驗,如出現紅線框,說明此處有干涉,需重新設計.減速器三維運動仿真就是直齒圓柱齒輪嚙合傳動的模擬仿真.在CATIA三維設計平臺上,進人數字模型(Digital Mockup)下的子模塊DMU Kinematics(數字仿真)中,導人減速器三維實體模型,為了便于觀察和施加運動關系,可把部分零件隱藏,再利用Kinematics Joints(仿真)工具條,對各運動副如Cylindrical Joints(同軸副)、Gear Joints(齒輪副)、Revolution Joints(旋轉副)等施加定義,最后應用Simulation with commands(模擬仿真)命令進行仿真,即可完成虛擬運動仿真(圖5).

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