proe鏈傳動虛擬裝配設計及運動模擬技術的應用

2013-07-22 by:廣州ProE/Croe培訓中心來源:仿真在線

一、鏈傳動概述
    鏈傳動有短節距精密滾子鏈、雙節距精密滾子鏈、短節距精密套筒鏈、彎板滾子傳動鏈、齒形傳動鏈以及成型鏈等多種傳動類型。鏈傳動的突出特點是構成鏈條的元件體積小、數量多,鏈節節距均勻,滾子/套筒結構可以減少嚙合時的摩擦和磨損,并能達到緩和沖擊的目的。
    鏈傳動的運動學模擬效果對于機械總體檢查、鏈節結構設計與改進及鏈節數量的配置具有重要的驗證作用,鏈傳動運動動畫對于鏈傳動機構的產品演示、項目開展與交流不可或缺。
    由于鏈節元件小而多的特點決定了鏈條傳動的靈活性和實用性,而元件數量過多使得鏈傳動三維機構模擬在普通計算機上難以實現,巨大的求解數據量對三維軟件和計算機硬件的配置提出了很高的要求,在通用CAD三維軟件中進行模擬鏈傳動困難很大。本文將探討在proeNGINEER野火版環境下進行鏈傳動設計與運動學模擬,最后推薦兩個專業的鏈傳動動力學模擬軟件環境,希望對鏈傳動用戶有所幫助。
    二、proeNGINEER鏈傳動三維設計與運動學模擬
    鏈傳動的設計首先要根據傳動功率要求確定大小鏈輪的齒數、鏈節運動軌跡以及鏈節的類型和規格,通過計算確定出鏈節數量,為鏈傳動機構模擬打好基礎。下面是鏈傳動模擬的構建流程。
    1.步驟一
    設計鏈傳動運動軌跡,確定鏈節的接口長度和節數。使用草繪曲線繪制軌道,兩鏈輪中心線水平。該次鏈傳動設計共20節鏈節(這里沒有繪制大小鏈輪)。
    2.步驟二
    設計鏈節元件。可以按照實際情況設計構成鏈節的內/外鏈板、銷軸和套筒,然后組裝成鏈節子組件。為了減小鏈傳動機構模擬運算的時間和運算數據量,這里僅用一個零件代表鏈節的所有組成元件。
    3.步驟三
    鏈條組件第1、2個鏈節的裝配。創建鏈條組件,裝配第1個鏈節,使用1個"平面"接頭、2個"槽"接頭。選槽曲線時按ctrl鍵選4段。裝配第2個鏈節時,在第1個鏈節右側裝配第2個鏈節,使用1個圓柱接頭和1個槽接頭。
    4.步驟四
    使用動力學模擬技術模擬鏈傳動。從標準建模環境轉到機構模擬環境(從"應用程序"→"機構"),從"插入"→"初始條件",打開"初始條件定義"對話框。點擊定義切向槽速度圖標 ,選第一個鏈節上的槽連接符號,輸入速度值300mm/sec。從"分析"→"機構分析",彈出"分析定義"對話框,選用"動態"分析類型,初始配置啟用初始條件,電動機和外部負荷選項卡全部清除選取。點擊"分析定義"對話框底部的按鈕,可以發現兩個鏈節沿著軌道運動。
該方法是用動力學模擬的切向槽速度為初始條件,并且使用動力學模擬的"動態"分析類型模擬運動學軌跡。這對于幾個鏈節的運動是可以的,如果將所有鏈節都裝配到位,則鏈條的機構模擬需要非常高的硬件配置,而且需要更長的運行計算時間。
    5.步驟五
    使用運動學模擬技術模擬整根鏈條的傳動。由于步驟四的模擬方法需要求解力學屬性,給模擬運算帶來了一定的困難。下面是使用運動學分析類型進行模擬。
    按步驟三裝配其他鏈節:選中第2個鏈節,順時針方向使用"重復"命令裝配其他零件接頭關系,只重復圓柱接頭,如果元件重疊則移除重疊元件,退出"重復"對話框;選中最后1個元件重新進行重復操作,直到重復完成第20個鏈節。裝配完注意到最后一個鏈節的后安裝孔無法與第1個鏈節的前安裝孔軸對齊,可以將最后一個鏈節創建一個單獨的零件,使孔軸盡量對齊(受裝配誤差和軌道位置的影響,在運動過程中該處無法實現軸完全對齊)。將第1、6、11、16個鏈節添加不同顏色,并在第6、11、16個鏈節上進行新設置,增加平面副。
    再分別參照4個平面副定義角速度,使第1、6、11、16個鏈節在圓周上運動時分別充當驅動元件,每次轉過125度。另外,通過核查運算,如果角速度為125度/秒時,則第1個鏈節旋轉一周大約需要時間4.2s。
    進入機構環境,將當前裝配體拍攝快照。參照第1、6、11、16個鏈節上的平面副接頭Z軸(查詢選取)定義伺服電動機。所有電機設置均為:速度方向(紫色箭頭)向外,按右手定則逆時針旋轉鏈條。設置速度初始角,選中"當前",速度值為125。
定義并運行運動分析。類型選擇"運動學",終止時間為4.2s。在"電動機"選項卡中,設置每個電動機的生效時間段是這次鏈傳動模擬的關鍵。由于前后兩個電動機在臨界點處不能重合(單一函數值),所以第2個電動機的起始時間比第1個電動機的結束時間推遲0.01s,對于這0.01s的時間差在最小時間間隔范圍之內,是模擬計算誤差所允許的。點擊"運行",鏈傳動正常運行。
對于鏈輪的旋轉運動模擬,定義兩個伺服電動機確定兩個鏈輪的傳速比,通過快照確定鏈輪和鏈節之間的外觀嚙合位置,即可完成鏈輪和鏈條的整體傳動效果。
    上述鏈傳動模擬方案是在簡化鏈節元件的前提下成功進行的,由于鏈傳動模擬運算數據量特別大,運行模擬時可能需要幾個小時甚至幾天的時間,因此在運行鏈傳動機構模擬完成時,要及時將運行結果保存(*.pbk機構回放文件),以便后續對鏈傳動模擬結果進行更深入的研究。
    三、鏈傳動應用效果與動力學模擬專業平臺實例
    鏈傳動在自行車、摩托車等普通交通工具上的滾子鏈、發動機等傳動機構上的齒形鏈,以及在工程機械車輛上用的履帶行走系統等都有廣泛應用。下面是常見的發動機正時鏈、工程機械履帶傳動結構,以及鏈傳動的動力學模擬與應用。對于這些典型的鏈傳動,許多專業軟件平臺給出了專業的算法模型和模擬方法,下面是兩個典型軟件供應商給出的鏈傳動解決方案。
    (1)韓國FunctionBay公司基于遞歸算法的MFBD(多柔體動力學)分析軟件--RecurDyn,其高機動性履帶包對履帶車輛的履帶鏈節受力情況與車輛通過性給出了比較現實的求解方案。
    (2)奧地利AVL李斯特公司的發動機先進模擬技術軟件--Excite,對發動機正時鏈傳動給出了專業仿真分析策略。