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電機新聞

最新多0環減速機構造摹仿配置和動力性探討

 

1、零件的實體造型方法

應用I-DEAS的造型模塊,可生成復雜的三維實體模型。I-DEAS軟件三維實體造型的方法靈活多樣,最基本的方法是利用基本圖素,如圓,矩形,曲線等繪制出實體模型的2D平面輪廓圖或截面圖,再利用基本的實體造型方法,如拉伸、旋轉、放樣、掃括、蒙皮等,將這些2D平面輪廓或截面生成三維實體,也可用軟件零件庫中已存在的基本三維實體,根據需要修改這些三維實體的相關尺寸得到進一步造型所需實體模型,提高造型效率。且I-DEAS所提供的參數繪圖功能,能夠利用用戶輸入的自定義函數方程程序來繪制無法使用基本圖素繪制的曲線。比如圓的漸開線、齒輪齒根過渡曲線等,利用這些復雜曲線,借助軟件提供的靈活造型方法和實體操作方法,可得到很多復雜實體模型。I-DEAS軟件生成的三維模型還可根據需要隨時修改二維尺寸或造型特征尺寸,且很快的在三維實體上得到更新,完全滿足參數造型,尺寸驅動要求。在雙環減速器的造型過程中,正是利用I-DEAS軟件的三維造型功能,完成零件的實體造型。

2、模型的裝配檢驗

利用I-DEAS的裝配模將已生成的零件三維實體模型進行裝配,觀測整體設計效果,計算各個零件及整個裝配體的質量并進行干涉檢驗。MasterAssembly模塊能夠自動將選定零件的幾何特征按照一定方式進行組合。

比如軸線共線、面重合、面對齊、位置鎖定、尺寸約束等,從而模擬實際的裝配過程。對雙環行星減速器,按照實際裝配順序,對整個結構進行模擬裝配,首先分別將左、右曲軸、曲軸軸承、擋圈、軸承、軸承擋圈、齒輪(左、右)等裝配成2個子裝配體命名為左曲軸裝配和右曲軸裝配,再將左曲軸裝配、右曲軸裝配、內齒板環板1、內齒板環板2等裝配成一個子裝配命名為環板曲軸裝配;然后將中間輸入軸、軸承、齒輪(中)等裝配成一個子裝配體命名為輸入件裝配,將低速軸、低速軸齒輪、低速軸軸承、彈性圈裝配成一個子裝配體命名為輸出件裝配,最后將以上3個子裝配體和機座裝配成一個完整的裝配體命名為總裝配。裝配完成后得到的裝配模型可以為機構運動仿真、有限元分析等其它功能模塊直接調用。裝配完成的總裝配模型。

經過裝配過程中干涉檢驗,發現最容易發生干涉的地方為內齒環板與低速軸外嚙合齒輪,齒輪(中)和齒輪(左、右)之間均有0.01mm的間隙保證運動順暢。經過檢驗,結構各個零件在裝配及運動過程中不會發生干涉,證明該設計方案合理可行。

3、機構分析

運用I-DEAS軟件對裝配模型的運動過程進行機構分析,實際上是對裝配模型中的運動副進行分析求解。不同的運動副,會確定擁有該運動副零件模型的運動形式。在I-DEAS軟件中,已包含常見機構運動的基本運動副,如旋轉副、滑移副、齒輪副、帶鏈輪副、球副、萬向副、平面副、固定副、凸輪副、螺紋副及虛約束等,這些運動副分別對擁有該運動副零件的自由度做不同程度的限制。而將這些基本運動副適當組合,幾乎可以組成機構運動副所需的復雜運動副,從而將各個運動部件之間的運動關系清楚的體現出來,完整的表達一個復雜機構的運動全過程。機構運動分析前,I-DEAS軟件會要求用戶定義出機構運動中的剛體部件和固接部件。所謂剛體部件就是在機構運動過程中相互之間不會存在相對位移的部件,一個構件默認一個剛體部件,子裝配體也可以定義為剛體部件,這與機構實際運動相符。而固接部件就是在運動過程中始終都不會發生任何位移的部件,其概念與實際機構中的大地固連物相似。當運動副和剛體及固接物定義完成后,根據設計方案要求在所需運動副上添加原始運動(速度或力矩),I-DEAS將根據原始運動對機構運動進行仿真,輸出最終運動。I-DEAS不僅能夠通過這些用戶定義的運動副和原始運動來模擬各零件的相對運動,表達整個機構的運動過程,且自動求解出所有零部件在運動過程中的特征物理量,如位移、速度、加速度等;此外,它也可求解出這些運動副在運動和動力傳遞過程中作用在這些運動副之上的力學參數,如力和力矩等。

結構裝配完成后,可直接進入運動分析模塊(MechanismDesign)。在對雙環減速器機構運動仿真過程中,用到旋轉副(RevoluteJoint)、齒輪副(Gear)、帶鏈輪副(Couple)和固定副(FixedJoint)。首先,將曲軸與機座、曲軸與環板之間的連接用旋轉副(RevoluteJoint)來聯接,并默認其轉動軸線(默認為Z向)正方向與整個結構的軸線方向一致。其次,將環板與低速軸之間定義為帶鏈輪副,參數由傳動比確定分別為1和28,最后,分別在齒輪(中)與齒輪(左、右)之間定義齒輪副,定義齒輪副中marker的位置由傳動比確定,同樣,也需要將齒輪副的轉動軸線方向與整個結構的軸線方向一致。結構運動副示例如、5所示。

根據設計方案,中間輸入軸的運動為原始運動,因此在機座與輸入軸之間的的旋轉副上施加原始運動,即輸入軸以28r/s的角速度轉動。利用I-DEAS的運動求解器進行求解,當運動時間為1s時,輸入軸轉28r,設置I-DEAS中參數為280步/s,即每轉10步、每步36,故在每個周期末出現188.

10和152.10.可得輸出件及原動件的x、y向線位移、z向(軸向)角位移、,如、7所示。

由此,可得到原動件與輸出件行程之間的關系,可看出,在1s時間內,輸入軸運行行程為28r(10080)。輸出件轉動行程為360,輸入軸、輸出軸x、y向的線位移均為0mm,完全符合設計減速比為28的要求。把整個運動過程制作成動畫,將復雜的運動過程直觀表現出來。清楚的觀察到各個零件在運動過程中的運動狀況。

4、結論

通過利用I-DEAS軟件相關功能模塊,建立雙環行星減速器零件的三維實體模型并進行裝配檢驗,對原始設計方案進行初步評估。由質量計算可知,該傳動系統在滿足運動傳動要求的前提下,明顯比常規的傳動裝置具有體積小,重量輕的特點。

同時,通過虛擬裝配和干涉檢驗初步證明設計方案結構外形符合設計要求,機構運動符合運動學要求,不會產生干涉現象等。最后,運用I-DEAS對整個傳動系統進行機構運動模擬,輸出運動曲線圖譜,通過對比設計要求,證明這種設計方案完全滿足設計要求。此外,還將機構運動過程生成為動畫文件,讓設計者非常直觀的觀看運動過程及運動過程中各主要零件的運動狀況,以檢查和修改原設計方案。

 


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