基于SolidWorks的2K-V型减速器虚拟装配及运动仿真

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)华北水利水电学院机械学院 作者:韩林山

  为了提高设计系统的效率,以SolidWorks软件为平台,以VisualBasic作为编程语言,对2K-V型减速器进行装配体的参数化设计,在SolidWorks现有功能的基础上通过增加新功能模块开发出2K-V型减速器的虚拟装配设计模块;通过插件Motion对2K-V型减速器的运动仿真进行参数化设计,为后续的优化设计打下了良好的基础。

  引言

  2K-V型减速器是一种复杂的少齿差行星齿轮传动机构,其特点是传动比范围大,回差小,刚度大,运动精度高,抗冲击能力强,体积小,结构紧凑,传动效率高等。由于其优越的性能,近年来在机器人、数控机床、自动化设备等领域应用愈来愈广泛。如果2K-V型减速器能够实现面向装配的三维参数化设计,将会提高整个系统设计的效率和质量。本文根据2K-V型减速器的结构形式,采用自顶向下的装配设计方法,在零件参数化设计以及模块化设计的基础上,以Solid-Works作为开发平台,采用VB语言实现了2K-V型减速器装配体的三维参数化设计,并模拟了装配体的运动。

1、装配体虚拟设计

  面向装配的设计DFA(DesignforAssembly)属于并行工程的一种关键技术,其思想是在产品初步设计过程中充分考虑并解决装配时可能会产生的相关问题,以确保参数化设计出来的零部件能够便捷、高效地进行装配。

  1.1、虚拟装配系统的设计目的

  虚拟装配设计是实现2K-V型减速器三维参数化设计虚拟制造的关键技术,它通过获得产品信息以及2K-V型减速器装配信息后进行装配过程的动态仿真。在对2K-V型减速器的零部件进行装配设计时,可通过装配关系来进行相关描述,定义相应零部件的装配关系。主要的装配关系有垂直、面重合、面对齐、同轴心等,基本上可以满足2K-V型减速器自动装配设计中出现的装配关系约束需求。

  该系统采用SolidWorks提供的OLEAutomation开发工具,以VisualBasic作为编程语言,在Solid-Works现有功能的基础上通过增加新的功能模块开发出2K-V型减速器的虚拟装配设计模块。该型减速器三维参数化系统的虚拟装配设计模块主要实现了以下功能:

  1)该模块能够自动生成相应的装配环境,用户能够实现2K-V型减速器装配体的参数化设计,可操作复杂的图形,迅速完成2K-V型减速器的装配建模,还可以从SolidWorks环境中获取各种所需的初始数据以及生成相关有用的数据;

  2)该装配模块包含相关功能需求,能够通过2K-V型减速器实体模型,在计算机上分析与验证该减速器的装配性能,并将装配分析结果反馈到相关设计阶段;

  3)该装配模块可应用于2K-V型减速器的开发过程,作为分析2K-V型减速器装配性能的可视化工具,还能对装配过程进行动态仿真及干涉检查等;

  4)该装配模块生成的各种相关数据能以固定的形式进行存储,方便用户管理与查寻。

  1.2、虚拟装配设计的几个关键技术

  1)参数化设计

  参数化设计(PD,ParametricDesign)存储产品设计的整个过程是对产品进行参数化设计及装配的基础。在设计2K-V型减速器时,由于不同型号的减速器拓扑信息相同而几何信息不同,故2K-V型减速器装配模块应在对减速器相关零件结构进行归纳总结的基础上建立相关参数化模型,以确保参数化设计过程中该型减速器的结构相同。装配体模块以VB语言作为开发基础,充分利用SolidWorks软件所提供的API函数来进行二次开发,从而迅速地对2K-V型减速器进行装配设计。

  2)面向装配的建模技术

  装配体建模通过SolidWorks三维实体造型软件来建立相互之间的装配关系,进而形成2K-V型减速器的装配体模型。减速器装配信息主要包括减速器零件的几何形状、相互之间的位置关系以及装配顺序等信息。

  面向装配的设计(DFA)建模方法是在通过表达系统整体功能以及设计要求的基础上,从最初的抽象概念设计开始,进而对概念模型逐步细化,然后将概念模型映射成装配模型。面向装配的设计建模还注重2K-V型减速器的功能需求、结构以及整体化,并通过对装配模型的物理及动态属性加以描述和虚拟,实现了装配环境中装配设计对装配零部件高信息集成的需求[2]。

  3)装配规划技术

  装配规划技术是进行自动装配的核心技术,包括装配顺序规划以及路径规划等技术。2K-V型减速器采用基于VA的装配规划,这种装配规划就是在Solidworks环境下模拟手工装配,分析2K-V型减速器装配体的可装配性和可拆卸性,最终确定最优装配规划方案。

  4)零部件装配信息提取

  为了提取和存储2K-V型减速器装配体中每个相关零部件的装配位置信息,需要在删除装配关系之前提取装配体中对应零部件的位置以及装配关系等信息,并将这些信息储存到相对应的基本信息参数数据库中。在2K-V型减速器的装配体的参数化设计过程中,可以用SolidworksAPI函数命令提取相关零部件的坐标位置以及装配关系等对应信息。

  5)干涉检查以及约束处理

  在对2K-V型减速器进行装配设计的过程中,要对其进行静态干涉检查和动态干涉检查。静态干涉检查主要是检查2K-V型减速器装配体所有零部件之间的相对位置是否存在干涉和间隙,同时进行装配公差设计是否合理等检查;动态干涉检查则主要针对2K-V型减速器的可装配性进行评估,在2K-V型减速器装配体的零部件运动过程中,通过检查对应零部件的运动包络体是否存在相互之间的运动干涉来判断是否存在动态干涉。装配约束主要是确定2K-V型减速器装配体中对应基准件以及其他装配件的定位、相互约束关系等,主要由约束关系、装配特征和装配设计管理树组成。2K-V型减速器装配体中的约束关系通过系统对相关零部件的装配约束关系以及对应的自由度进行推理和求解来获得。2K-V型减速器装配系统通过对装配环境下的各零部件之间的几何关系和相互位置进行分析、推理,并经过匹配对应的约束知识库来自动提取装配约束。在2K-V型减速器的装配过程中,装配约束管理重新组合对于相应零部件的装配起指导性作用,零部件的新旧装配约束关系组随着2K-V型减速器装配的深入而不断更新,相关零部件的约束空间也同时随着装配过程约束的不断添加而收缩,直到装配所剩余空间为空时,才能确定2K-V型减速器对应零部件的最终定位约束。

  1.3、建立装配体参数化设计主界面

  良好的人机交互界面能够帮助用户迅速的完成设计任务。为此,遵循2K-V型减速器三维参数化设计的整体部署,设计出2K-V型减速器虚拟装配的人机交互界面。2K-V型减速器虚拟装配系统可以实现自动装配、转换视角、以及爆炸视图等一系列相关功能。

3、结论

  本文主要介绍了2K-V型减速器装配体设计的方法,并建立了装配体参数化设计的主界面,同时通过SolidWorks本身自带插件Motion对2K-V型减速器的运动仿真进行了参数化设计,为后续的优化设计打下了良好的基础。

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