SolidWorks摩托車無級變速器虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)開發(fā)

2013-05-20 by:廣州有限元分析、培訓(xùn)中心-1CAE.COM 來源:仿真在線

為了掌握摩托車無級變速器的各項(xiàng)性能,并能將理論數(shù)據(jù)與模型數(shù)據(jù)進(jìn)行對比.本文完成了在以SolidWorks 三維設(shè)計(jì)軟件平臺上開發(fā)無級變速器虛擬實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?并主要介紹了摩托車無級變速器實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)開發(fā)的目的、方法和過程,以及對SolidWorks進(jìn)行_次開發(fā)實(shí)現(xiàn)部分模型進(jìn)行造型,最后根據(jù)設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方案,完成虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的開發(fā)。

作者: 蔣強(qiáng)*楊英*吳敏來源: 萬方數(shù)據(jù)
關(guān)鍵字: Solidworks 無級變速器虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng) 二次開發(fā)

1虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)

     在對摩托車無級變速器進(jìn)行試驗(yàn)前,希望能更多了解其各項(xiàng)性能指標(biāo),因而其虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)應(yīng)具備以下條件:

     ①模型完整,且盡量與實(shí)物接近,才能對實(shí)驗(yàn)過程進(jìn)行真實(shí)的模擬仿真;
     ②尺寸靈活,能根據(jù)不同的參數(shù)進(jìn)行修改,即有尺寸驅(qū)動功能;
     ③各功能模塊具有機(jī)構(gòu)的運(yùn)動真實(shí)模擬功能;
     ④能對系統(tǒng)的動力學(xué)特性和運(yùn)動特性作分析比較。

     2系統(tǒng)建模

要設(shè)計(jì)一個功能齊全的無級變速器虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),首先必須要在SolidWorks平臺上建立無級變速器的模型,此模型不僅能體現(xiàn)無級變速器的輪廓特征,還要具有各零件和部件之間的相互約束關(guān)系。

(1)非標(biāo)零件模型建立

在建模的過程中,有許多零部件可以在SolidWorks環(huán)境下完成,也可根據(jù)所設(shè)計(jì)的維圖形,利用軟件與AutoCAD、 CAXA等圖形軟件的接口接導(dǎo)人草圖.再經(jīng)拉伸、旋轉(zhuǎn)和切除等操作來完成建模。如軸類,在SolidWorks中打開DWG (AutoCAD)或DXF (CAXA)文件,依次點(diǎn)選"以草圖輸人到新零件"、"下一步"、"下一步""完成"。完成了草圖的導(dǎo)人后。接著就可對草圖進(jìn)行編輯,拉伸等操作,得到所需要的零件形狀。對一些不樣條曲線或曲面,可以從ASCII文本文件中讀人數(shù)據(jù)或直接輸人點(diǎn)坐標(biāo)兩種方法形成樣條曲線,再運(yùn)用掃描和放樣技術(shù)完成不規(guī)則曲面實(shí)體模型。

(2)標(biāo)準(zhǔn)件及齒輪模型

標(biāo)準(zhǔn)件和齒輪是任何機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)中最多的零部件之一,如果我們每次設(shè)計(jì)都重新畫每個螺母、軸承或齒輪,這將會降低工作效率。所以,建立標(biāo)準(zhǔn)件庫和開發(fā)齒輪插件,并將應(yīng)用程序嵌人到SolidWorks內(nèi)部,加載成功后,在SolidWorks的主菜單上將出現(xiàn)應(yīng)用程序的菜單,就象其自帶的功能一樣,可大大提高設(shè)計(jì)的效率。

為了用戶開發(fā)定制應(yīng)用程序,SolidWorks提供了個API函數(shù),SolidWorks的API接口有兩種:一種是OLF程序接口;另一種是基于Windows的COM接口。 OLE接口技術(shù)主要用于VB, Delphi等的編程,此技術(shù)只支持開發(fā)EXE形式的應(yīng)用程序,不能直接掛接在SolidWorks的界面菜單卜。而COM組件技術(shù)常用于VC編程,并且SolidWorks也是用VC編寫而成的,所以用VC通過COM接口開發(fā)的應(yīng)用程序,實(shí)現(xiàn)最底層的開發(fā)且代碼執(zhí)行的效率更高。所以在VC環(huán)境下,基于COM接口編寫的動態(tài)鏈接庫DLL文件可以直接在SolidWorks菜單或工具條上顯示、下面就齒輪模型的設(shè)計(jì)進(jìn)行實(shí)例說明。

首先,在SolidWorks安裝目錄下,找到user.dll文件,打開進(jìn)人一個VC編程環(huán)境接著按以下步驟進(jìn)行編程設(shè)計(jì)。

① API對象的建立

主要有:SolidWorks, ModelDoc(對象模型)、PartDoc(零件對象)、DrawingDoc(繪制對象)、Sketch(草圖對象)、Feature等,這些對象是實(shí)現(xiàn)SolidWorks應(yīng)用程序的基本元素,它們位于用戶接口對象的頂層。所有的對象與高級程序設(shè)計(jì)語言的對象一樣,具有封裝性和重載性,所以對象之間可進(jìn)行方法與屬性的共享。

②查詢對象屬性和方法

對象的屬性與方法是通過API函數(shù)實(shí)現(xiàn),而API函數(shù)的調(diào)用是要與SolidWorks連接好后,在其連接函數(shù)中完成。此時(shí),就可以進(jìn)行零部件圖的建立,選擇操作(如基準(zhǔn)、對象的選擇);用InsertSketch()函數(shù)插人草圖,繪圖函數(shù)繪制出齒輪的齒形輪廓;接著調(diào)用PartDoc對象中的特征函數(shù)FeatureExtusion()(拉伸)、FeatureRevolve()(旋轉(zhuǎn))、FeatureScan()(掃描)等生成需要的模型。

③應(yīng)用程序資源管理

在進(jìn)行SolidWorks應(yīng)用程序的開發(fā)過程中,為了避免與其它的系統(tǒng)或軟件資源發(fā)生沖突,在運(yùn)用新的資源前調(diào)用AfxGetResourceHandle函數(shù)來保存當(dāng)前正在使用的資源,然后調(diào)用AfxSetResourceHandle函數(shù)將新資源設(shè)置為當(dāng)前資源。

SolidWorks摩托車無級變速器虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)開發(fā)solidworks simulation應(yīng)用技術(shù)圖片圖片1

④生成DLL文件

基于COM組件的應(yīng)用程序可以生成EXE文件或DLL文件,為了在SolidWorks中直接使用所開發(fā)的應(yīng)用程序,我們將程序編譯成DLL文件,它可作為一個插件加載到SolidWorks的工具欄或菜單中。但是,編譯后的DLL文件同樣也不能馬上在SolidWorks中打開,還必須與SolidWorks進(jìn)行連接與注冊,即用InitUserD113函數(shù)將DLL初始化并運(yùn)行成功,便完成與SolidWorks的連接。SolidWorks的插件管理器是不能掛接未注冊的DLL,所以還需用Windows系統(tǒng)的DllRegisterSevert()函數(shù)進(jìn)行注冊,反注冊采用DIlUnregisterSevert()。

     這樣就完成了齒輪插件程序的編譯與導(dǎo)人。齒輪設(shè)計(jì)界面如圖1,齒輪程序運(yùn)行結(jié)果如圖2所示,種承份助界面結(jié)果如圖3所示。

     3系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

     系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程圖如圖4所示。

SolidWorks摩托車無級變速器虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)開發(fā)solidworks simulation學(xué)習(xí)資料圖片4

(1)裝配設(shè)計(jì)

零件庫包含摩托車無級變速器模型的所有零部件。在SolidWorks中點(diǎn)"工具"選擇"選項(xiàng)"彈出系統(tǒng)選項(xiàng)對話框,再點(diǎn)選"文件位置",選擇"添加"按鈕,導(dǎo)人存儲零件模型的文件夾,形成摩托車CVT零件庫。這樣非常方便裝配時(shí)選取零件。

將零件模型在計(jì)算機(jī)中裝配稱之為"虛擬裝配"。裝配的位置、約束條件等對后面的虛擬實(shí)驗(yàn)分析有很大的影響,并在裝配后還需對其進(jìn)行分析、修改、干涉檢查等措施。在SolidWorks中,裝配的方法有兩種:自上而下和從底向上。由于在裝配前,已經(jīng)完成各零件的設(shè)計(jì),所以本文采用從底向上的方法裝配。SolidWorks為用戶提供了十幾種零部件的約束關(guān)系。而零件的裝配實(shí)際仁就是約束零件之間的位置關(guān)系,囚此用戶可以選擇不同的約束關(guān)系來完成零部件的限位約束。

干涉檢查是另一保證各零部件的設(shè)計(jì)關(guān)系止確與否的方法,而且也為后面進(jìn)行動態(tài)靜態(tài)分析作準(zhǔn)備。檢查的方法有:動態(tài)于涉檢查與靜態(tài)干涉檢查。一般情況下先進(jìn)行靜態(tài)檢查,主要針對裝配時(shí)各零部件相互之間是否發(fā)生干看涉。如果有干涉就須對裝配體進(jìn)行重新定位約束,直到無靜態(tài)干涉。再進(jìn)行動態(tài)干涉檢查,主要是檢查在機(jī)構(gòu)運(yùn)動時(shí),各零部件是否發(fā)生碰撞,移動的位置、距離是否正確,間隙尺寸多人等。

(2)虛擬實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

本文介紹的摩托車CVT與過去的踏板式摩托車的無級變速器的控制原理不同,前者是通過控制無級變速器和油門的開度從而控制發(fā)動機(jī),使其工作在最佳狀態(tài),而后者的控制策略完全相反。為了能更真實(shí)模擬實(shí)驗(yàn)過程,在設(shè)計(jì)方案時(shí),不僅要實(shí)現(xiàn)一般變速器的性能參數(shù)側(cè)試,還必須對帶的偏斜、滑移量進(jìn)行檢測。具體步驟及要求如下:

①變速器的功率、最大轉(zhuǎn)矩、最大轉(zhuǎn)速、傳動比范圍;②摩托車CVT的基本運(yùn)動,及運(yùn)動的約束條件;③模擬實(shí)驗(yàn)的內(nèi)外部條件;④輸入輸出函數(shù)關(guān)系及約束條件;⑤實(shí)驗(yàn)前后的靜動力學(xué)分析與運(yùn)動仿真,以及參數(shù)的對比。

(3)系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)

實(shí)驗(yàn)開始前,按照以上步驟設(shè)計(jì)出實(shí)驗(yàn)方案,給定其輸人輸出函數(shù),對摩托車CVT進(jìn)行運(yùn)動仿真,靜、動力學(xué)分析,并將仿真分析結(jié)果存儲在數(shù)據(jù)庫,以便同理論數(shù)據(jù)比較。如果根據(jù)所設(shè)計(jì)的方案無法達(dá)到設(shè)計(jì)的要求,就必須更改設(shè)計(jì)方案,如果是機(jī)構(gòu)的力學(xué)性能不符要求,可對機(jī)械模型進(jìn)行修改,加約束、加強(qiáng)結(jié)構(gòu)剛性等。

     4結(jié)束語

在實(shí)驗(yàn)前,開發(fā)虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),對模型進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn)是必要的,也是切實(shí)可行的。摩托車CVT虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)為實(shí)驗(yàn)提供了強(qiáng)有力的依據(jù),大大縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期,提高了設(shè)計(jì)的質(zhì)量。