Solidworks的超磁致驱动装置设计与建模

2013-05-21 by:广州有限元分析、培训中心-1CAE.COM 来源:仿真在线

介绍了使用SolidWorks进行建模的特点和一般设计过程,并结合超磁致驱动装置的设计运用SolidWorks来进行零件设计、生成装配体、运动仿真及生成二维工程图.在对超磁致驱动装置进行建模的过程中,发现装配中存在的干涉和间隙等问题,进行了及时修改,确保设计更加合理.

作者: 赵亚鹏*陈定方*卢全国*钟毓宁来源: 万方数据
关键字: SolidWorks 超磁致驱动装置建模

SolidWorks是美国SolidWorks公司于上世纪90年代初期研制的一套基于Windows系统开发的,运行在微机平台上的机械设计自动化软件,它采用基于特征的参数化实体建模,具有功能强大,操作方便、易学、易用等特点.其特征识别技术将数据的转换智能化,将静态的几何模型特征化和参数化,用户可在实体模型上轻松实现设计意图.

随着超精密加工技术的发展,微位移驱动技术是直接关系着加工精度的技术指标.由于超磁致伸缩材料具有输出力大、输出位移大、刚性体结构等特点,将其应用于驱动器领域,极大提高驱动器的性能指标,并且进一步推动超精密加工领域的进步.

    1使用SolidWorks建模的特点和设计方法

    1.1零件设计直观快捷

通过简单的草图绘制,就可以使用拉伸或旋转等特征生成基体.在此基体上,可以方便地通过拉伸、旋转、薄壁特征、高级抽壳、特征阵列、钻孔等操作不断改变其结构,最终完成全部零部件的设计,建立模型时,SolidWorks对每个特征尺寸自动赋值.通过"智能尺寸"操作对尺寸进行修改和赋值,而实体模型将随尺寸变化重新生成,因此修改方便快捷.

    1. 2精确表达不规则曲面

SolidWorks软件通过带控制线的扫描、放样、填充以及拖动可控制的相切操作产生复杂的曲面;可以直观地对曲面进行修剪、延伸、倒角和缝合等操作,使不规则曲面的设计表达得更精确、直观.

    1. 3设计效率高

    SolidWorks软件提供Toolbox插件,包含标准零件库,也可自定义零件库,因而减少了不必要的重复性设计工作;应用SolidWorks软件的质量特征功能,只需输人零件的材质属性(密度),即可直接输出零件的质量特性,如质量、体积、重心、惯性矩、惯性张量等,从而减少了很多复杂的计算.

    1.4一般设计过程和方法

    应用SolidWorks进行设计,需要选定设计方案,进行零件和装配体的建模,经过检验之后要输出适合工厂使用的二维图纸.其设计的一般过程和方法,如图1所示.

Solidworks的超磁致驱动装置设计与建模solidworks simulation技术图片1

    2超磁致驱动装置的设计和建模过程

    2. 1超磁致伸缩材料的特点及应用

超磁致伸缩材料具有很高的磁致伸缩应变比入,比磁致伸缩的金属与合金和铁氧体磁致伸缩材料的又大1--2个数量级,因而在军民两用高科技领域具有难以估量的应用前景,它的应用开发也成为当前机电工程领域中的研究热点.其中超磁致驱动装置是其在应用领域的一项新成果.

    2. 2超磁致驱动装盖的结构和原理

    图2是驱动装置原理图.

Solidworks的超磁致驱动装置设计与建模solidworks simulation技术图片2

由GMM棒、输出轴、气隙、壳体和底座等组成闭合磁路,此种设计可以尽可能减少漏磁,提高通过GMM棒的磁通量;由调节螺母、弹簧和输出轴对GMM棒施加预压力,此轴向预压力可使GMM棒内部磁畴在零磁场时尽可能地沿着与轴向应力垂直的方向排列;对驱动线圈通电,其产生的外加激励磁场,可使GMM棒获得较大的轴向磁致伸缩应变,从而增大位移和力的输出;偏置线圈通电后对GMM棒施加一定强度的极化磁场,可使GMM棒磁致变形处于线性区域,本装置偏置线圈产生的磁场可通过电流大小调节以适应不同的工况.

2. 3零件的三维建模

SolidWorks具有丰富的零件实体建模功能.在绘制草图时,先选择合适的草图绘制基准面,再通过草图绘制工具栏、添加几何关系、转换实体引用、等距实体、镜像、阵列、智能尺寸等,可以快速绘制高质量的草图.草图绘制完毕,用它的拉伸、切除、旋转、倒角、圆角、抽壳、筋等实体特征,可以方便地得到要设计的实体模型川.下面以底座为例说明零件的建模过程.

图3是驱动装置的底座.首先在上视基准面上打开一张草图,利用圆、直线、智能尺寸等工具绘散出底座的基本轮廓,通过"拉伸凸台"形成底座基体.在基体上表面打开草图绘制,确定螺钉孔的位置,在特征工具栏中选中"异型孔",从中找出所需的孔类型,进而生成螺钉孔.通过圆周阵列形成所有的螺钉孔.最后使用"拉伸凸台"、"拉伸切除"等特征工具来完成整个零件的建模.

Solidworks的超磁致驱动装置设计与建模solidworks simulation技术图片3

    2. 4装配体的生成

可以按照自下而上的方法生成装配体,即做出所有零件后再按各零件相对位置关系组装起来.新建装配图文件,使用"插入零部件"命令,分别插人每个零件,通过"几何关联"和"代数关联"来约束实体相对位置实现装配."几何关联"包括同心、重合、相切、共线等."代数关联"是通过建立尺寸之间的代数关系,提供一种强制模型修改的外部方法.在此过程中随时检查零部件之间是否有干涉和碰撞,并及时修改相关零件的结构、尺寸.装配完成后,为了更为直观和清楚地看到各个零部件的安装位置和装配关系,可以生成爆炸视图如图4.

Solidworks的超磁致驱动装置设计与建模solidworks simulation技术图片4

    2. 5装配体的运动仿真和修改

SolidWorks提供了很多插件,其中SolidWorks Animato:是一个动画制作工具,在设计中使用它对零件或部件按约束条件进行仿真运动;查看了装配体的所有运动,并且对运动的零部件进行动态的干涉检查和间隙检测,发现问题并及时纠正.最后输出.avi动画文件,可以脱离软件环境,使用相关播放器进行动画演示.

    2. 6二维工程图的生成

SolidWorks提供了生成完整的、标准的工程图.二维工程图可以利用三维模型自动转换而成,转换后的图形十分准确,并且可以根据要求对某些部位进行剖视图、轴测视图、局部放大等视图显示.同时自动生成各种尺寸标注、形位公差以及其它技术要求,笔者根据实际要求对图纸略做修改即可.图5为由底座模型导出的底座的二维图纸.

Solidworks的超磁致驱动装置设计与建模solidworks仿真分析图片图片5

3结论

SolidWorks软件可以有效地完成任意复杂零件的三维实体设计.作者在使用其对超磁致驱动装置进行建模时,快速完成了对零件的3维建模,并在装配过程中发现了设计中存在的一些问题并及时加以修改,通过运动仿真提前领略了装置的工作过程,并且快速生成了适合工厂使用的三维图纸.SolidWorks极大地方便了对超磁致驱动装置的研究和应用.

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