基于CATIA的减速器三维参数化建模与运动仿真

2013-05-14  by:广州有限元分析、培训中心-1CAE.COM  来源:仿真在线

郭越 历建刚 来源:万方数据
关键字:CATIA 齿轮减速器 虚拟装配 运动仿真
应用CATIA软件的高级建模技术和机构运动仿真等功能,实现齿轮减速器的实体建模.通过机构的虚拟运动仿真,动态观看机构的齿轮啮合和运动情况,并着重叙述了关键零件齿轮的建模方法.

随着计算机辅助技术CAD/CAE/CAM的日益发展和成熟,其应用范围也越来越广.由法国达索公司(Dassault System)推出的CATIA高级计算机辅助设计、制造和分析软件,广泛应用于航天、汽车、造船和电子设备等行业[1].它作为一个CAD/CAE/CAM一体化的集成软件,除了强大的三维实体造型功能外,还能够直观、准确地反映零件、组件(构件)的形状、虚拟装配关系,并能够对机构的实际运动情形与整机装配顺序和过程在计算机上进行仿真模拟.本文以CATIA为平台,不仅实现了齿轮的三维参数化造型,而且实现减速器传动机构的运动仿真.
   
    1减速器的三维实体建模
   
减速器的三维实体建模首先应进行减速器零件的设计.在这一设计中需根据零件的结构特征,利用Part Design(零件设计)模块功能,选择不同的草图界面,绘制零件的线架结构,然后通过三维拉伸、旋转、开槽、挖孔等功能进行建模. .
   
    1-1 箱体
   
箱体分为上箱体和下箱体.箱体建模基本造型可通过进入草图绘制界面进行绘制,采用零件设计(Part Design)?？橹械睦?Pad)、挖槽(Pocket)、镜像(Mirror)、抽壳(Shell)、倒角(Chamfer)等多项功能来完成.箱体的实体造型如图1.
   

    1.2 直齿圆柱齿轮
   
在CATIA中,直齿圆柱齿轮的三维建模关键在于渐开线的生成.渐开线的生成是通过参数化做出渐开线上的一系列点,通过描点法得到.而渐开线上的点通过极座标方程求得.渐开线的极坐标方程式为:
   

根据此方程,查阅《机械设计手册》中的渐开线函数表,选几个渐开线上的点(点越多,越精确),进行渐开线齿廓曲线草图的绘制(图2)标准渐开线圆柱齿轮的几何尺寸取决于齿轮的5个重要参数:齿数(z)、模数(m)、压力角(a)、齿顶高系数(ha。)和顶隙系数(c。),圆柱齿轮标准齿顶高系数及顶隙系数按正常齿轮取1和0.25,通过输入参数来绘制渐开线轮齿齿廓.
    

齿廓形成后,利用对称、修剪功能生成单齿(图3),再利用圆形阵列、分割等功能形成完整齿轮的平面图形,最后通过拉伸、挖槽、修剪等命令形成齿轮实体模型(图4).
   

    2减速器三维运动仿真设计
   
运动仿真是机械设计的一个重要内容,在CATIA环境下进行机构的运动仿真分析不需要复杂的计算或语言编程,以装配后的实体模型为基础,反映机构的真实运动情况,若虚拟运动不理想,可通过干涉检验,如出现红线框,说明此处有干涉,需重新设计.减速器三维运动仿真就是直齿圆柱齿轮啮合传动的模拟仿真.在CATIA三维设计平台上,进人数字模型(Digital Mockup)下的子?？镈MU Kinematics(数字仿真)中,导人减速器三维实体模型,为了便于观察和施加运动关系,可把部分零件隐藏,再利用Kinematics Joints(仿真)工具条,对各运动副如Cylindrical Joints(同轴副)、Gear Joints(齿轮副)、Revolution Joints(旋转副)等施加定义,最后应用Simulation with commands(模拟仿真)命令进行仿真,即可完成虚拟运动仿真(图5).
   

    3 结论
   
CATIA软件不仅实现了参数化精确实体建模、计算和分析,而且对所研究机构的实际运动情况进行运动仿真及干涉检验,有利于机构快速设计及优化,提高工作效率,为进一步探索在同一平台上对机械零部件进行CAE/CAM等系列计算机辅助技术的应用分析提供依据.

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