Solidworks的超磁致驅動裝置設計與建模

2013-05-21 by:廣州有限元分析、培訓中心-1CAE.COM 來源:仿真在線

介紹了使用SolidWorks進行建模的特點和一般設計過程,并結合超磁致驅動裝置的設計運用SolidWorks來進行零件設計、生成裝配體、運動仿真及生成二維工程圖.在對超磁致驅動裝置進行建模的過程中,發現裝配中存在的干涉和間隙等問題,進行了及時修改,確保設計更加合理.

作者: 趙亞鵬*陳定方*盧全國*鐘毓寧來源: 萬方數據
關鍵字: SolidWorks 超磁致驅動裝置建模

SolidWorks是美國SolidWorks公司于上世紀90年代初期研制的一套基于Windows系統開發的,運行在微機平臺上的機械設計自動化軟件,它采用基于特征的參數化實體建模,具有功能強大,操作方便、易學、易用等特點.其特征識別技術將數據的轉換智能化,將靜態的幾何模型特征化和參數化,用戶可在實體模型上輕松實現設計意圖.

隨著超精密加工技術的發展,微位移驅動技術是直接關系著加工精度的技術指標.由于超磁致伸縮材料具有輸出力大、輸出位移大、剛性體結構等特點,將其應用于驅動器領域,極大提高驅動器的性能指標,并且進一步推動超精密加工領域的進步.

    1使用SolidWorks建模的特點和設計方法

    1.1零件設計直觀快捷

通過簡單的草圖繪制,就可以使用拉伸或旋轉等特征生成基體.在此基體上,可以方便地通過拉伸、旋轉、薄壁特征、高級抽殼、特征陣列、鉆孔等操作不斷改變其結構,最終完成全部零部件的設計,建立模型時,SolidWorks對每個特征尺寸自動賦值.通過"智能尺寸"操作對尺寸進行修改和賦值,而實體模型將隨尺寸變化重新生成,因此修改方便快捷.

    1. 2精確表達不規則曲面

SolidWorks軟件通過帶控制線的掃描、放樣、填充以及拖動可控制的相切操作產生復雜的曲面;可以直觀地對曲面進行修剪、延伸、倒角和縫合等操作,使不規則曲面的設計表達得更精確、直觀.

    1. 3設計效率高

    SolidWorks軟件提供Toolbox插件,包含標準零件庫,也可自定義零件庫,因而減少了不必要的重復性設計工作;應用SolidWorks軟件的質量特征功能,只需輸人零件的材質屬性(密度),即可直接輸出零件的質量特性,如質量、體積、重心、慣性矩、慣性張量等,從而減少了很多復雜的計算.

    1.4一般設計過程和方法

    應用SolidWorks進行設計,需要選定設計方案,進行零件和裝配體的建模,經過檢驗之后要輸出適合工廠使用的二維圖紙.其設計的一般過程和方法,如圖1所示.

Solidworks的超磁致驅動裝置設計與建模solidworks simulation技術圖片1

    2超磁致驅動裝置的設計和建模過程

    2. 1超磁致伸縮材料的特點及應用

超磁致伸縮材料具有很高的磁致伸縮應變比入,比磁致伸縮的金屬與合金和鐵氧體磁致伸縮材料的又大1--2個數量級,因而在軍民兩用高科技領域具有難以估量的應用前景,它的應用開發也成為當前機電工程領域中的研究熱點.其中超磁致驅動裝置是其在應用領域的一項新成果.

    2. 2超磁致驅動裝蓋的結構和原理

    圖2是驅動裝置原理圖.

Solidworks的超磁致驅動裝置設計與建模solidworks simulation技術圖片2

由GMM棒、輸出軸、氣隙、殼體和底座等組成閉合磁路,此種設計可以盡可能減少漏磁,提高通過GMM棒的磁通量;由調節螺母、彈簧和輸出軸對GMM棒施加預壓力,此軸向預壓力可使GMM棒內部磁疇在零磁場時盡可能地沿著與軸向應力垂直的方向排列;對驅動線圈通電,其產生的外加激勵磁場,可使GMM棒獲得較大的軸向磁致伸縮應變,從而增大位移和力的輸出;偏置線圈通電后對GMM棒施加一定強度的極化磁場,可使GMM棒磁致變形處于線性區域,本裝置偏置線圈產生的磁場可通過電流大小調節以適應不同的工況.

2. 3零件的三維建模

SolidWorks具有豐富的零件實體建模功能.在繪制草圖時,先選擇合適的草圖繪制基準面,再通過草圖繪制工具欄、添加幾何關系、轉換實體引用、等距實體、鏡像、陣列、智能尺寸等,可以快速繪制高質量的草圖.草圖繪制完畢,用它的拉伸、切除、旋轉、倒角、圓角、抽殼、筋等實體特征,可以方便地得到要設計的實體模型川.下面以底座為例說明零件的建模過程.

圖3是驅動裝置的底座.首先在上視基準面上打開一張草圖,利用圓、直線、智能尺寸等工具繪散出底座的基本輪廓,通過"拉伸凸臺"形成底座基體.在基體上表面打開草圖繪制,確定螺釘孔的位置,在特征工具欄中選中"異型孔",從中找出所需的孔類型,進而生成螺釘孔.通過圓周陣列形成所有的螺釘孔.最后使用"拉伸凸臺"、"拉伸切除"等特征工具來完成整個零件的建模.

Solidworks的超磁致驅動裝置設計與建模solidworks simulation技術圖片3

    2. 4裝配體的生成

可以按照自下而上的方法生成裝配體,即做出所有零件后再按各零件相對位置關系組裝起來.新建裝配圖文件,使用"插入零部件"命令,分別插人每個零件,通過"幾何關聯"和"代數關聯"來約束實體相對位置實現裝配."幾何關聯"包括同心、重合、相切、共線等."代數關聯"是通過建立尺寸之間的代數關系,提供一種強制模型修改的外部方法.在此過程中隨時檢查零部件之間是否有干涉和碰撞,并及時修改相關零件的結構、尺寸.裝配完成后,為了更為直觀和清楚地看到各個零部件的安裝位置和裝配關系,可以生成爆炸視圖如圖4.

Solidworks的超磁致驅動裝置設計與建模solidworks simulation技術圖片4

    2. 5裝配體的運動仿真和修改

SolidWorks提供了很多插件,其中SolidWorks Animato:是一個動畫制作工具,在設計中使用它對零件或部件按約束條件進行仿真運動;查看了裝配體的所有運動,并且對運動的零部件進行動態的干涉檢查和間隙檢測,發現問題并及時糾正.最后輸出.avi動畫文件,可以脫離軟件環境,使用相關播放器進行動畫演示.

    2. 6二維工程圖的生成

SolidWorks提供了生成完整的、標準的工程圖.二維工程圖可以利用三維模型自動轉換而成,轉換后的圖形十分準確,并且可以根據要求對某些部位進行剖視圖、軸測視圖、局部放大等視圖顯示.同時自動生成各種尺寸標注、形位公差以及其它技術要求,筆者根據實際要求對圖紙略做修改即可.圖5為由底座模型導出的底座的二維圖紙.

Solidworks的超磁致驅動裝置設計與建模solidworks仿真分析圖片圖片5

3結論

SolidWorks軟件可以有效地完成任意復雜零件的三維實體設計.作者在使用其對超磁致驅動裝置進行建模時,快速完成了對零件的3維建模,并在裝配過程中發現了設計中存在的一些問題并及時加以修改,通過運動仿真提前領略了裝置的工作過程,并且快速生成了適合工廠使用的三維圖紙.SolidWorks極大地方便了對超磁致驅動裝置的研究和應用.

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