SolidWorks摩托車無級變速器虛擬實驗系統開發

2013-05-20 by:廣州有限元分析、培訓中心-1CAE.COM 來源:仿真在線

為了掌握摩托車無級變速器的各項性能,并能將理論數據與模型數據進行對比.本文完成了在以SolidWorks 三維設計軟件平臺上開發無級變速器虛擬實驗模型,并主要介紹了摩托車無級變速器實驗系統開發的目的、方法和過程,以及對SolidWorks進行_次開發實現部分模型進行造型,最后根據設計的實驗方案,完成虛擬實驗系統的開發。

作者: 蔣強*楊英*吳敏來源: 萬方數據
關鍵字: Solidworks 無級變速器虛擬實驗系統二次開發

1虛擬實驗系統

     在對摩托車無級變速器進行試驗前,希望能更多了解其各項性能指標,因而其虛擬實驗系統應具備以下條件:

     ①模型完整,且盡量與實物接近,才能對實驗過程進行真實的模擬仿真;
     ②尺寸靈活,能根據不同的參數進行修改,即有尺寸驅動功能;
     ③各功能模塊具有機構的運動真實模擬功能;
     ④能對系統的動力學特性和運動特性作分析比較。

     2系統建模

要設計一個功能齊全的無級變速器虛擬實驗系統,首先必須要在SolidWorks平臺上建立無級變速器的模型,此模型不僅能體現無級變速器的輪廓特征,還要具有各零件和部件之間的相互約束關系。

(1)非標零件模型建立

在建模的過程中,有許多零部件可以在SolidWorks環境下完成,也可根據所設計的維圖形,利用軟件與AutoCAD、 CAXA等圖形軟件的接口接導人草圖.再經拉伸、旋轉和切除等操作來完成建模。如軸類,在SolidWorks中打開DWG (AutoCAD)或DXF (CAXA)文件,依次點選"以草圖輸人到新零件"、"下一步"、"下一步""完成"。完成了草圖的導人后。接著就可對草圖進行編輯,拉伸等操作,得到所需要的零件形狀。對一些不樣條曲線或曲面,可以從ASCII文本文件中讀人數據或直接輸人點坐標兩種方法形成樣條曲線,再運用掃描和放樣技術完成不規則曲面實體模型。

(2)標準件及齒輪模型

標準件和齒輪是任何機構設計中最多的零部件之一,如果我們每次設計都重新畫每個螺母、軸承或齒輪,這將會降低工作效率。所以,建立標準件庫和開發齒輪插件,并將應用程序嵌人到SolidWorks內部,加載成功后,在SolidWorks的主菜單上將出現應用程序的菜單,就象其自帶的功能一樣,可大大提高設計的效率。

為了用戶開發定制應用程序,SolidWorks提供了個API函數,SolidWorks的API接口有兩種:一種是OLF程序接口;另一種是基于Windows的COM接口。 OLE接口技術主要用于VB, Delphi等的編程,此技術只支持開發EXE形式的應用程序,不能直接掛接在SolidWorks的界面菜單卜。而COM組件技術常用于VC編程,并且SolidWorks也是用VC編寫而成的,所以用VC通過COM接口開發的應用程序,實現最底層的開發且代碼執行的效率更高。所以在VC環境下,基于COM接口編寫的動態鏈接庫DLL文件可以直接在SolidWorks菜單或工具條上顯示、下面就齒輪模型的設計進行實例說明。

首先,在SolidWorks安裝目錄下,找到user.dll文件,打開進人一個VC編程環境接著按以下步驟進行編程設計。

① API對象的建立

主要有:SolidWorks, ModelDoc(對象模型)、PartDoc(零件對象)、DrawingDoc(繪制對象)、Sketch(草圖對象)、Feature等,這些對象是實現SolidWorks應用程序的基本元素,它們位于用戶接口對象的頂層。所有的對象與高級程序設計語言的對象一樣,具有封裝性和重載性,所以對象之間可進行方法與屬性的共享。

②查詢對象屬性和方法

對象的屬性與方法是通過API函數實現,而API函數的調用是要與SolidWorks連接好后,在其連接函數中完成。此時,就可以進行零部件圖的建立,選擇操作(如基準、對象的選擇);用InsertSketch()函數插人草圖,繪圖函數繪制出齒輪的齒形輪廓;接著調用PartDoc對象中的特征函數FeatureExtusion()(拉伸)、FeatureRevolve()(旋轉)、FeatureScan()(掃描)等生成需要的模型。

③應用程序資源管理

在進行SolidWorks應用程序的開發過程中,為了避免與其它的系統或軟件資源發生沖突,在運用新的資源前調用AfxGetResourceHandle函數來保存當前正在使用的資源,然后調用AfxSetResourceHandle函數將新資源設置為當前資源。

SolidWorks摩托車無級變速器虛擬實驗系統開發solidworks simulation應用技術圖片圖片1

④生成DLL文件

基于COM組件的應用程序可以生成EXE文件或DLL文件,為了在SolidWorks中直接使用所開發的應用程序,我們將程序編譯成DLL文件,它可作為一個插件加載到SolidWorks的工具欄或菜單中。但是,編譯后的DLL文件同樣也不能馬上在SolidWorks中打開,還必須與SolidWorks進行連接與注冊,即用InitUserD113函數將DLL初始化并運行成功,便完成與SolidWorks的連接。SolidWorks的插件管理器是不能掛接未注冊的DLL,所以還需用Windows系統的DllRegisterSevert()函數進行注冊,反注冊采用DIlUnregisterSevert()。

     這樣就完成了齒輪插件程序的編譯與導人。齒輪設計界面如圖1,齒輪程序運行結果如圖2所示,種承份助界面結果如圖3所示。

     3系統總體設計

     系統設計流程圖如圖4所示。

SolidWorks摩托車無級變速器虛擬實驗系統開發solidworks simulation學習資料圖片4

(1)裝配設計

零件庫包含摩托車無級變速器模型的所有零部件。在SolidWorks中點"工具"選擇"選項"彈出系統選項對話框,再點選"文件位置",選擇"添加"按鈕,導人存儲零件模型的文件夾,形成摩托車CVT零件庫。這樣非常方便裝配時選取零件。

將零件模型在計算機中裝配稱之為"虛擬裝配"。裝配的位置、約束條件等對后面的虛擬實驗分析有很大的影響,并在裝配后還需對其進行分析、修改、干涉檢查等措施。在SolidWorks中,裝配的方法有兩種:自上而下和從底向上。由于在裝配前,已經完成各零件的設計,所以本文采用從底向上的方法裝配。SolidWorks為用戶提供了十幾種零部件的約束關系。而零件的裝配實際仁就是約束零件之間的位置關系,囚此用戶可以選擇不同的約束關系來完成零部件的限位約束。

干涉檢查是另一保證各零部件的設計關系止確與否的方法,而且也為后面進行動態靜態分析作準備。檢查的方法有:動態于涉檢查與靜態干涉檢查。一般情況下先進行靜態檢查,主要針對裝配時各零部件相互之間是否發生干看涉。如果有干涉就須對裝配體進行重新定位約束,直到無靜態干涉。再進行動態干涉檢查,主要是檢查在機構運動時,各零部件是否發生碰撞,移動的位置、距離是否正確,間隙尺寸多人等。

(2)虛擬實驗方案設計

本文介紹的摩托車CVT與過去的踏板式摩托車的無級變速器的控制原理不同,前者是通過控制無級變速器和油門的開度從而控制發動機,使其工作在最佳狀態,而后者的控制策略完全相反。為了能更真實模擬實驗過程,在設計方案時,不僅要實現一般變速器的性能參數側試,還必須對帶的偏斜、滑移量進行檢測。具體步驟及要求如下:

①變速器的功率、最大轉矩、最大轉速、傳動比范圍;②摩托車CVT的基本運動,及運動的約束條件;③模擬實驗的內外部條件;④輸入輸出函數關系及約束條件;⑤實驗前后的靜動力學分析與運動仿真,以及參數的對比。

(3)系統功能實現

實驗開始前,按照以上步驟設計出實驗方案,給定其輸人輸出函數,對摩托車CVT進行運動仿真,靜、動力學分析,并將仿真分析結果存儲在數據庫,以便同理論數據比較。如果根據所設計的方案無法達到設計的要求,就必須更改設計方案,如果是機構的力學性能不符要求,可對機械模型進行修改,加約束、加強結構剛性等。

     4結束語

在實驗前,開發虛擬實驗系統,對模型進行虛擬實驗是必要的,也是切實可行的。摩托車CVT虛擬實驗系統設計為實驗提供了強有力的依據,大大縮短產品的開發周期,提高了設計的質量。