差速器三維建模設(shè)計(說明書+三維圖)
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差速器三維建模
3.1 軟件簡介
Pro/E是美國PTC(Parametric Technology Corporation,參數(shù)技術(shù)公司)于1989年開發(fā)的一種先進的工業(yè)造型及工程設(shè)計自動化(MDA)軟件,在支持產(chǎn)品并行開發(fā)環(huán)境方面有獨到之處。Pro/E軟件通過一系列相關(guān)的模塊把多個設(shè)計部門聯(lián)系起來,使各個相關(guān)部門同時致力于單一產(chǎn)品的開發(fā)之中,具有工業(yè)設(shè)計和機械設(shè)計多項功能。
一、Pro/E的主要特點:
1、實體造型
Pro/E具有三維實體建模技術(shù),在三維環(huán)境中將模型真實地呈現(xiàn)在設(shè)計者面前,建立的模型具有體積與表面積數(shù)據(jù),因此,可以輕易地計算出產(chǎn)品的質(zhì)量特性,如重量、慣性矩、重心等。
2、單一數(shù)據(jù)庫及其相關(guān)性
Pro/E中建立的所有工程資料全部來自一個數(shù)據(jù)庫。Pro/E具備所有應(yīng)用的相關(guān)性。也就是說,Pro/E的所有模塊都是相關(guān)的,在產(chǎn)品開發(fā)過程中某一處的修改能擴展到整個設(shè)計中,同時更新所有的工程文件,包括裝配體、二維工程圖及加工數(shù)據(jù)。
3、參數(shù)化設(shè)計
Pro/E借助其獨特的單一數(shù)據(jù)庫設(shè)計,將每個尺寸視為可變的參數(shù),設(shè)計者只要修改這些尺寸參數(shù),相關(guān)的實體模型就會依照尺寸的變化重新生成,同時,設(shè)計者還可以利用邏輯關(guān)系式或數(shù)學(xué)運算方式建立尺寸與尺寸之間的聯(lián)系,達到設(shè)計的一致性。
4、特征造型
使用工程人員熟知的一些特征如:圓角、倒角、孔、殼等作為產(chǎn)品幾何模型的構(gòu)成要素,通過給定這些特征的合理參數(shù)(包括幾何參數(shù)以及非幾何屬性),即可建立三維模型。
二、Pro/E的主要功能
草繪、生成零件圖、生成裝配圖、生成工程圖、運動仿真、加工仿真等。
3.2差速器建模
3.2.1建立錐齒輪式差速器的零件模型
差速器建模過程中相關(guān)零件模型的建立。
1.圓錐齒輪
錐齒輪的建模較為復(fù)雜。參數(shù)化設(shè)計錐齒輪的過程中應(yīng)用了大量的參數(shù)與關(guān)系式。
錐齒輪建模分析(如圖3-1所示):
(1)輸入關(guān)系式、繪制創(chuàng)建錐齒輪所需的基本曲線
(2)創(chuàng)建漸開線
(3)創(chuàng)建齒根圓錐
(4)創(chuàng)建第一個輪齒
(5)陣列輪齒
圖3-1錐齒輪建模分析
2.錐齒輪建模過程
(1)輸入基本參數(shù)和關(guān)系式
a.打開Pro/E使用軟件,點擊文件中“設(shè)置工作目錄”,設(shè)置文件的保存地點;
b.單擊,在新建對話框中選擇“零件”,輸入文件名點擊確定,進入繪圖界面。如圖3-2所示;
圖3-2新建窗口
c.在主菜單上單擊 “工具”→ “參數(shù)”,系統(tǒng)彈出“參數(shù)”對話框,如圖3-3所示;
圖3-3參數(shù)對話框
在“參數(shù)”對話框內(nèi)單擊按鈕,可以看到“參數(shù)”對話框增加了一行,依次輸入新參數(shù)的名稱、值、和說明等。
d.在主菜單上依次單擊 “工具”→ “關(guān)系”,系統(tǒng)彈出“關(guān)系”對話框,在“關(guān)系”對話框內(nèi)輸入齒輪的基本關(guān)系式;
圖3-4關(guān)系式對話框
(2)創(chuàng)建基本曲線
圖3-5基本曲線
(3)建立錐齒輪基體
圖3-6建立基體 圖3-7建立陣列
3.行星齒輪軸的建模過程
(1)開Pro/E使用軟件,同齒輪建模步驟,首先設(shè)置文件工作目錄。
(2)單擊新建按鈕,新建零件,進入繪圖窗口。
(3)點擊草繪標志,選取參照面,進入草繪界面,如圖3-8所示。
圖3-8草繪對話框
(4)繪制一個圓,輸入所需直徑,單擊完成按鈕,完成草繪;單擊拉伸按鈕,選擇所繪制的圓,輸入要拉伸的軸長,點擊完成,就完成了行星齒輪軸的建模,如圖3-9所示。
圖3-9行星齒輪軸
4.車輪的建模
(1)初始步驟與行星齒輪軸的建模一樣,先進入草繪界面繪制所需的圓進行拉伸,得到一個較窄的圓柱體,再將兩邊倒圓角,形成車輪的大致模樣(圖 3-10)
圖3-10車輪大致形狀
(2)再次使用草繪按鈕,草繪如圖3-11所示的形狀,單擊完成退出草繪界面。
圖3-11草繪
(3)使用拉伸按鈕,選擇上面所繪制的圖形,輸入適合的深度,點擊去除材料按鈕,將其去除,就可得到最后形狀的車輪(圖3-12)。若想改變齒輪的外觀,可點擊按鈕更改外觀。
圖3-12完成的車輪
3.2.3 錐齒輪式差速器的組件(裝配)
1.首先新建一個組件窗口(圖3-11),進入裝配界面;
圖3-11新建裝配窗口
2. 裝配兩錐齒輪。
選定以right和front為基本面,基軸原點為參考點,首先導(dǎo)入主動錐齒輪,具有一個旋轉(zhuǎn)自由度,所以選定銷釘連接,設(shè)置為對齊和配對,參照基準平面,然后進行定位。再導(dǎo)入從動錐齒輪與主動錐齒輪對齊配合,同樣具有一個旋轉(zhuǎn)自由度,進行平移調(diào)整合適的位置使其與主動輪配合如圖3-12所示。
圖3-12主、從動齒輪裝配
3.裝配差速器錐齒輪。
仍然選定上面的參照作為主參照導(dǎo)入半軸齒輪,與從動輪是軸對齊,調(diào)整兩個半軸齒輪至合適的位置;因為行星齒輪室和從動錐齒輪一起旋轉(zhuǎn),則從錐齒輪選定兩個參照,創(chuàng)建參照平面,兩個差速器行星齒輪,添加齒輪斷面和參照平面距離的裝配關(guān)系,導(dǎo)入行星齒輪軸,添加差速器行星齒輪的軸和差速器行星齒輪軸孔為插入的裝配關(guān)系,使其定位,如圖3-13所示。
圖3-13差速器錐齒輪的裝配
4.行星齒輪軸固定端的裝配。
導(dǎo)入兩個固定端,添加其與行星齒輪軸為插入的裝配關(guān)系,并使其與從動錐齒輪齒面裝配關(guān)系為配對,設(shè)置配對角度90°,最后裝配如圖3-14所示。
圖3-14固定端的裝配
5.車輪的裝配。
車輪和半軸齒輪是一起旋轉(zhuǎn)的,所以添加車輪上連接的軸與半軸齒輪周孔為插入的裝配關(guān)系,是剛性連接,軸端面與半軸齒輪端面為配對關(guān)系,然后采用軸對齊便可進行裝配,裝配后如圖3-15所示.,然后裝配另一半齒車輪,也是和半軸齒輪是剛性連接,最后總裝配圖如3-16所示。
圖3-15車輪裝配 圖3-16裝配完成的差速器
第四章 基于ADAMS軟件的差速器運動仿真
4.1 虛擬樣機仿真軟件ADAMS的介紹
ADAMS,即機械系統(tǒng)動力學(xué)自動分析(Automatic Dynamic Analysis of Mechanical Systems),該軟件是美國MDI公司(Mechanical Dynamics Inc。)開發(fā)的虛擬樣機分析軟件。目前,ADAMS己經(jīng)被全世界各行各業(yè)的數(shù)百家主要制造商采用。根據(jù)1999年機械系統(tǒng)動態(tài)仿真分析軟件國際市場份額的統(tǒng)計資料,ADAMS軟件銷售總額近八千萬美元,占據(jù)了51%的份額。
ADAMS軟件使用交互式圖形環(huán)境和零件庫,約束庫,力庫,創(chuàng)建完全參數(shù)化的機械系統(tǒng)幾何模型,其求解器采用多剛體系統(tǒng)動力學(xué)理論中的拉格郎日方程方法,建立系統(tǒng)動力學(xué)方程。對虛擬機械系統(tǒng)進行靜力學(xué),運動學(xué)和動力學(xué)分析,輸出位移,速度,加速度和反作用力曲線。ADAMS軟件的仿真可用于預(yù)測機械系統(tǒng)的性能,運動范圍,碰撞檢測,峰值載荷以及計算有限元的輸入載荷等。
ADAMS一方面是虛擬樣機分析的應(yīng)用軟件,用戶可以運用該軟件非常方便地對虛擬機械系統(tǒng)進行靜力學(xué),運動學(xué)和動力學(xué)分析.另一方面,又是虛擬樣機分析開發(fā)工具,其開放性的程序結(jié)構(gòu)和多種接口,可以成為特殊行業(yè)用戶進行特殊類型虛擬樣機分析的二次開發(fā)工具平臺。
ADAMS軟件由基本模塊,擴展模塊,接口模塊,專業(yè)領(lǐng)域模塊及工具箱5類模塊組成。用戶不僅可以采用通用模塊對一般的機械系統(tǒng)進行仿真,而且可以采用專用模塊針對特定工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域的問題進行快速有效的建模與仿真分析。
4.2 運用ADAMS軟件對差速器進行運動學(xué)仿真
4.2.1導(dǎo)入等效仿真模型和設(shè)置基本參數(shù)
由于ADAMS軟件的建模模塊功能有限,一般先在常用三維建模軟件(PROE)建立等效的仿真模型,然后通過中間格式的文件(*.x_t)導(dǎo)入ADAMAS軟件,這樣可以大大提高ADAMAS建模效率。
1.導(dǎo)入差速器的等效模型
啟動ADAMS/VIEW程序,彈出一個打開方式對話框,如圖4-1,選擇Import a file,找到保存文件所在的目錄文件夾,點擊確定。系統(tǒng)彈出文件導(dǎo)入對話框,在File Type處空白區(qū)域左擊鼠標,選擇Parasolid類型;在File To Read右處空白區(qū)域右擊鼠標,選擇路徑Browse,選擇文件chasuqi.x_t;在Model Name處空白區(qū)域新建文件名dc,選擇OK,文件就被成功導(dǎo)入了,如圖4-2。
圖4-1 文件導(dǎo)入對話框 圖4-2 差速器等效三維模型
(1) 設(shè)置基本環(huán)境
由于導(dǎo)入ADAMAS的模型上各參數(shù)都是默認的,為了后面的仿真工作的順利進行,一般都要根據(jù)實際情況重新設(shè)置基本參數(shù)。
1)檢查默認單位系統(tǒng) 在Settings 菜單選擇 Units 命令,顯示單位設(shè)置對話框,當前的設(shè)置應(yīng)該為MMKS系統(tǒng)(MM, KG, N, SEC, DEG, H)。
2)設(shè)置工作柵格 在Settings 菜單選擇 Working Grid 命令,彈出對話框如圖4-3,設(shè)置:Size X=400, Size Y=400,Spacing X=10, Spacing Y=10, Showing Working Grid=on;選擇ok按鈕,設(shè)置完成。
3)設(shè)置圖標 在Settings 菜單選擇Icon命令,這時系統(tǒng)彈出如圖4-4所示對話框;在New Size欄輸入10;選擇OK按鈕。
圖4-3 柵格設(shè)置對話框 圖4-4 圖標設(shè)置對話框
圖4-5 重力設(shè)置對話框
4)檢查重力 設(shè)置在Settings 菜單選擇Gravity命令,顯示對話框如圖4-5,將當前的重力設(shè)置應(yīng)該為X=0, Y=-9806.65, Z=0, Gravity=ON;選擇OK按鈕。
5)設(shè)置剛體屬性 首先鼠標右擊模型中的左車輪剛體,顯示如圖4-6;然后鼠標左擊 modify,顯示對話框如圖4-7;在Category欄選擇Mass Properties,在Define Mass By 欄選擇Geometry and Material Type,在 Material Type欄右擊選擇Material→Guesses→steel;點擊OK按鈕,左輪的材料屬性的修改完成。按照同樣的方法完成差速器剩余其余構(gòu)件右輪、兩個行星輪齒、左半軸的錐齒、右半軸的錐齒、行星輪架、大錐齒、傳動錐齒的材料屬性修改。
圖4-6 剛體屬性選擇對話框 圖4-7 剛體屬性修改對話框
4.2.2添加約束
(1)添加剛體間的約束
在主工具箱中右擊,然后選擇,顯示對話框如圖4-8,在幾何模型對話框中選擇,選擇左半軸錐齒和左輪,完成左半軸錐齒與左輪固定在一起。采用相同的方法分別將右半軸錐齒和右輪、行星輪連桿和大錐齒固定一起。
圖4-8 幾何模型對話框
(2)添加旋轉(zhuǎn)副和齒輪副
1)添加旋轉(zhuǎn)副 在主工具箱中右擊,然后選擇,顯示對話框如圖4-9,在幾何模型對話框中左擊,在對話框下面的Construction 欄選擇 2 Bodies-1 Location 和 Pick Geometry Feature,然后依次選擇傳動軸錐齒、地面,錐齒中心的位置,控制好沿著傳動軸的方向,點擊確定,完成的轉(zhuǎn)動副如圖4-10。
采用相同的方法,將左半軸錐齒、右半軸錐齒、兩個行星輪、行星輪架加上旋轉(zhuǎn)副,完成轉(zhuǎn)動副后的模型如圖4-11。
圖4-9 約束對話框 圖4-10 傳動錐齒旋轉(zhuǎn)副
圖4-11 差速器的六個旋轉(zhuǎn)副
2)添加齒輪副 點擊幾何模型對話框中的,創(chuàng)建Marker坐標,在Marker欄選擇Add to Ground,在Orientation欄選擇Global XZ,選擇行星輪和左半軸錐齒嚙合的地方,點擊OK按鈕,完成Marker坐標的創(chuàng)建,如圖4-12高亮處;點擊約束對話框中的,出現(xiàn)對話框,如圖4-13,在Joint Name欄選擇在前面建好的行星輪旋轉(zhuǎn)副和左半軸旋轉(zhuǎn)副,在Common Velocity Marker欄選擇剛剛建好的Marker坐標,點擊OK按鈕,完成齒輪副的創(chuàng)建,如圖4-14。
圖4-12 齒輪副嚙合點 圖4-13 齒輪副對話框
圖4-14 行星輪與左半軸錐齒的齒輪副
如上述方法,可將剩余的行星輪與半軸錐齒、傳動錐齒與大錐齒的齒輪副添加完成,完成后的齒輪副如下圖4-15
圖4-15 差速器的五個齒輪副
4.2.3施加驅(qū)動
鼠標左擊主工具箱中的,在主工具箱下面的Speed 欄輸入 -10* time,然后選擇傳動錐齒輪的旋轉(zhuǎn)副,加好后的驅(qū)動如下圖4-16:
圖4-16 傳動錐齒的驅(qū)動
采用相同的方法在左半軸錐齒和右半軸錐齒的旋轉(zhuǎn)副上分別添加一個驅(qū)動,并使其轉(zhuǎn)速為1*time。
4.2.4建立差速器的仿真腳本
在Simulate菜單中,選擇Simulation Script→new命令,彈出對話框如圖4-17。然后在Script 欄新建腳本名line,在Script Type 欄選擇Adamas/Solver Commands,
在命令框內(nèi)創(chuàng)建如下圖的腳本,點擊OK按鈕,完成直線行駛的控制腳本。
圖4-17 直線行駛控制腳本對話框
采用相同的方法,建立左轉(zhuǎn)彎和右轉(zhuǎn)彎行駛時的控制腳本,如圖4-18、 圖4-19。
圖4-18 左轉(zhuǎn)彎控制腳本 圖4-19右轉(zhuǎn)彎控制腳本
4.3差速器的運動學(xué)仿真后處理
4.3.1差速器的運動學(xué)仿真
在Simulate菜單中,選擇Scripted Controls命令,彈出對話框如圖4-20。在Simulation Script Name欄點擊右鍵依次選擇Simulation_Script→Guesses→line,接著單擊腳本仿真對話框中的按鈕,可以看到差速器的運轉(zhuǎn)情況。
圖4-20 腳本仿真對話框
4.3.2差速器的運動學(xué)仿真的運動分析
在主菜單下依次Review→Postprocessing(F8)或者直接單擊主工具箱里的按鈕,彈出ADAMS/PostProcessor窗口,如圖4-21,在該窗口下可對機械手進行運動學(xué)跟動力學(xué)的分析。
在后處理窗口上方單擊按鈕,新建一個后處理圖,在File菜單下的類型選擇Plotting,然后再在后處理窗口下方的Measure欄選擇左半軸錐齒、右半軸錐齒、行星輪架的加速度,單擊右側(cè)的Add Curves按鈕,即可生成三條角速度隨時間變化的曲線,如圖4-22
圖4-21 差速器后處理窗口
圖4-22 直線行駛時左、右半軸和行星輪架的角速度隨時間變化的曲線
為了使曲線圖表達更完善明確,可修改曲線的一些說明。單擊Page_2下的title按鈕,將其曲線名稱修改為zhixianyundong;單擊Curve_1按鈕,修改其名稱為xingxinglunjia,單擊Curve_2按鈕,修改其名稱為zuolun,單擊Curve_3按鈕,修改其名稱為youlun,修改后的曲線圖如圖4-23。
圖4-23 修改后直線行駛時左、右半軸和行星輪架的角速度隨時間變化的曲線
采用相同的方法,依次可以完成差速器在左轉(zhuǎn)彎和右轉(zhuǎn)彎時的運動仿真,并且生成左轉(zhuǎn)彎[圖4-24(a)]和右轉(zhuǎn)彎[圖4-24(b)]時左、右半軸和行星輪架的角速度隨時間變化的曲線。
(a)左轉(zhuǎn)彎 (b)右轉(zhuǎn)彎
圖4-24轉(zhuǎn)彎時左、右半軸和行星輪架的角速度隨時間變化的曲線
4.3.3差速器的仿真結(jié)果的分析
通過Adamas仿真軟件對所設(shè)計的差速器進行了運動學(xué)的仿真,可以很清晰的看到差速器順暢的運行過程,驗證了該方案的可行性。同時通過虛擬樣機技術(shù),也虛擬仿真出了左右半軸錐齒和行星輪架的運動角速度,從上面的輪齒隨時間變化的曲線可以得出一個結(jié)論:(左半軸轉(zhuǎn)速)+(右半軸轉(zhuǎn)速)=2(行星輪架轉(zhuǎn)速)。當汽車直行時,左、右車輪與行星輪架三者的轉(zhuǎn)速相等處于平衡狀態(tài),而在汽車轉(zhuǎn)彎時三者平衡狀態(tài)被破壞,導(dǎo)致內(nèi)側(cè)輪轉(zhuǎn)速減小,外側(cè)輪轉(zhuǎn)速增加。這也剛好吻合了差速器設(shè)計的基本要,通過仿真技術(shù)可以大大提高設(shè)計的可靠性,為結(jié)構(gòu)設(shè)計提供了良好的基礎(chǔ)。
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差速器
三維
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差速器三維建模設(shè)計(說明書+三維圖),差速器,三維,建模,設(shè)計,說明書
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