模具設(shè)計(jì)培訓(xùn)教程-基于SolidWorks齒輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析與仿真

研究了在SolidWorks平臺(tái)上進(jìn)行齒輪機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析與仿真的方法。（上海模具設(shè)計(jì)培訓(xùn)）以COSMOSMotion模塊為基砍，對(duì)齒輪機(jī)構(gòu)進(jìn)行三維模型的參數(shù)化設(shè)計(jì)，完成虛擬裝配，實(shí)現(xiàn)了齒輪機(jī)構(gòu)的建模、參數(shù)設(shè)計(jì)和分析仿真的自動(dòng)化，保證了零件設(shè)計(jì)的正確性，提高了整體設(shè)計(jì)效率、精度以及直觀性。

齒輪機(jī)構(gòu)是在各種機(jī)構(gòu)中應(yīng)用最為廣泛的一種傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。（上海模具設(shè)計(jì)培訓(xùn)）它可以用來(lái)傳遞空間任意兩軸間的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力，并具有功率范圍大、傳動(dòng)效率高、傳動(dòng)比準(zhǔn)確、使用壽命長(zhǎng)和工作安全可靠等特點(diǎn)。齒輪作為齒輪機(jī)構(gòu)的最基本組成部分，所起的作用是無(wú)可代替的，所以齒輪的設(shè)計(jì)尤為重要。而在各種齒輪機(jī)械中應(yīng)用最廣泛的是圓形齒輪機(jī)械，它可以保證傳動(dòng)比恒定不變，使機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，以滿足現(xiàn)代機(jī)械日益高速重載方向發(fā)展的需要。直齒圓柱齒輪是其他各種齒輪的基礎(chǔ)，也是最通用的齒輪。

SolidWorks軟件是專門為機(jī)械行業(yè)設(shè)計(jì)的三維CAD軟件，它提供了強(qiáng)大的參數(shù)化、基于特征的實(shí)體造型技術(shù)，在機(jī)械設(shè)計(jì)，模型設(shè)計(jì)行業(yè)被廣泛使用。能與ANSYS、ADAMS等多種軟件良好結(jié)合進(jìn)行建模和仿真，它是真正基于WINDOWS的軟件，操作簡(jiǎn)單，易學(xué)易用。

1 創(chuàng)建三維實(shí)體模型（模具設(shè)計(jì)培訓(xùn)）
由于在SolidWorks中實(shí)體模型可以有多種不同的生成方法，采取何種方法更為合理、高效，需要有一個(gè)經(jīng)驗(yàn)積累過(guò)程。一般來(lái)說(shuō)，要根據(jù)圖形的形狀選擇生成模型的方式。草圖繪制盡量簡(jiǎn)化，*不要繪制過(guò)渡圓角、倒角等非關(guān)鍵性信息。首先主要是利用SolidWorke中的拉伸、旋轉(zhuǎn)、掃描、陣列等基本操作建立工作裝置三維實(shí)體模型。

2 虛擬裝配
工作裝置零件的3D模型完成，為了建立虛擬樣機(jī)需要對(duì)各個(gè)零件進(jìn)行虛擬裝配(見(jiàn)圖2)。在SolidWorks的裝配模塊中，將前面完成的零件添加進(jìn)來(lái)，互對(duì)齊，根據(jù)齒輪中心距公式，設(shè)定齒輪之間的中心距，并給2個(gè)相互配合的齒輪基準(zhǔn)軸之間添加一個(gè)距離配合。（上海模具設(shè)計(jì)培訓(xùn)）對(duì)于齒輪軸，設(shè)置其與齒輪之間的同軸配合。
通過(guò)確定零件之間的位置約束關(guān)系，可以把工作裝置中的各個(gè)3D實(shí)體零件裝配成工作裝置，并檢查零件之間是否有干涉。如果出現(xiàn)問(wèn)題，可以根據(jù)需要對(duì)生成的零件和特征進(jìn)行修改定義，直到達(dá)到工作裝置的設(shè)計(jì)要求為止。


3 齒輪機(jī)構(gòu)工作過(guò)程動(dòng)畫制作
動(dòng)畫制作利用SalidWorks中的COSMOSMotion插件。COSMOSMotion插件通常不在SolidWorks的工作界面，需要在工具菜單中調(diào)用SolidWorks COSMOSMotion，使其在工作界面出現(xiàn)COSMOSMotion插件的菜單和工具欄。

(1) 三維碰撞接觸狀態(tài)模擬
以二軸三齒輪為例，（模具設(shè)計(jì)培訓(xùn)）動(dòng)悶的具體制作過(guò)程如下:在設(shè)計(jì)樹上選擇運(yùn)動(dòng)分析圖標(biāo),3個(gè)齒輪都設(shè)置為〔運(yùn)動(dòng)零部件〕，給每個(gè)齒輪添加一個(gè)旋轉(zhuǎn)副，齒輪1的旋轉(zhuǎn)副設(shè)置一個(gè)運(yùn)動(dòng)，
主動(dòng)輪帶動(dòng)從動(dòng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)際情況是剛體之間的碰撞產(chǎn)生的，因此在[約束]菜單下選擇[添加3D]碰撞命令，定義碰撞參數(shù)。
利用動(dòng)畫控制工具模擬結(jié)果，從運(yùn)行中可以看出各齒輪是否保持很好的嚙合狀態(tài)以及裝配體的運(yùn)動(dòng)情況是否合乎設(shè)計(jì)要求，同時(shí)可輸出各齒輪的運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)曲線。

(2) 耦合運(yùn)動(dòng)
藕合方式使齒輪按照傳動(dòng)比關(guān)系勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，這是一種理想狀態(tài)的運(yùn)動(dòng)模擬。
選擇[添加藕合〕命令，（上海模具設(shè)計(jì)培訓(xùn)）在[何時(shí)約束]和[約束]欄，分別選擇設(shè)計(jì)樹[約束]下面的revolute和revloute2。主動(dòng)齒輪和從動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)角度之比為兩輪齒數(shù)之比。這樣模擬顯示的各齒輪角速度曲線是與理論值一致的曲線。

4 結(jié)語(yǔ)
利用SolidWorks軟件及其插件模塊COSMOSMotion制作齒輪機(jī)構(gòu)模型和其運(yùn)行動(dòng)畫，真實(shí)顯現(xiàn)齒輪機(jī)構(gòu)的裝配過(guò)程及運(yùn)行狀態(tài)，在一定程度上反映了齒輪運(yùn)動(dòng)的真實(shí)情況。將它應(yīng)用于產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計(jì)中，可在產(chǎn)品設(shè)計(jì)早期階段進(jìn)行虛擬運(yùn)動(dòng)仿真或找出設(shè)計(jì)問(wèn)題，這既能提高工作效率，又能降低產(chǎn)品制作成本，方便人們進(jìn)行產(chǎn)品信息交流。


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