基于SolidWorks的齿轮泵虚拟设计系统

2013-05-17 by:广州有限元分析、培训中心-1CAE.COM 来源:仿真在线

作者: 马军*邓海顺*许贤良来源: 万方数据
关键字: 齿轮泵 SolidWorks 参数化虚拟设计
为了改进传统齿轮泵设计方法的不足,利用三维设计软件SolidWorks和可视化编程软件VB来开发齿轮泵的虚拟设计系统,指出齿轮泵虚拟设计系统中的一些关键技术,实现了齿轮泵的设计和装配的程序化,具有较高的实用价值。

0引言

目前,齿轮泵的工作压力已接近柱塞泵,组合负载传感方案为齿轮泵提供了变量的可能性,这意味着齿轮泵与柱塞泵之间原有清楚的界限变得愈来愈模糊了。齿轮泵与柱塞泵相比,具有结构简单、低成本、抗污染能力强及维护要求低的优点,且齿轮泵应用广泛,型号较多,开发齿轮泵的参数化虚拟设计系统,有着重要的实际应用意义和现场应用价值。SolidWorks是一套基于Windows的CAD/CAE/CAM/PDM桌面集成系统,可以实现全参数化的三维实体造型设计。SolidWorks通过OLE技术为用户提供了强大的二次开发接口,凡是支持OLE编程和COM组件对象模型的开发工具,都是可以用于SolidWorks的二次开发,创建出用户定制的、专用的SolidWorks功能模块,这些都为实现齿轮泵的虚拟设计奠定了基础。

    1齿轮泵的参数化造型设计

参数化造型设计是SolidWorks软件核心功能之一,包括集成化线框、曲面和实体造型、二维草图设计以及基于特征的造型等。它提供尺寸驱动的几何变量,用交互式方法检查模型变化的结果,其模型可智能化。参数化造型虚拟技术通过记录几何体间的所有依存关系,自动捕捉设计者的意图。

(1)齿轮泵零部件尺寸计算

齿轮泵的零部件尺寸计算是整个齿轮泵虚拟设计系统的基础部分,主要是主、从动齿轮的参数计算和传动轴的参数计算以及卸荷槽的参数计算等,要分别编制齿轮参数计算模块、传动轴计算模块和卸荷槽计算模块等。其中最重要的是齿轮的参数计算,为制造方便,齿轮泵的齿轮通常采用增一齿修正法,其参数计算不同于通常的齿轮设计,如图1所示。设计计算模块根据已知的齿轮泵工作压力、负载、转速等设计参数,设计计算齿轮泵各零件的结构尺寸,并根据计算公式及设计经验进行优化选型。

基于SolidWorks的齿轮泵虚拟设计系统solidworks仿真分析图片图片1

(2)关键部件的结构设计

SolidWorks不仅支持传统的自下而上的传统设计,而且可以自上而下进行设计。在自下而上设计方法中,先设计单个零件,然后再装配成装配体;在自上而下设计方法中,使用装配体内部的布局来驱动零件和装配体的设计。在构思、开发与改进模型设计的重复过程中,用约束管理来保持特定部件间的约束关系,相互关联的配合不变。一个约束关系能使许多零部件结构设计自动进行,并可保证设计对零部件问所要求关系的一致。

2利用VB调用SolidWorks

利用下面一段程序就可以通过可视化编程软件VB调用SolidWorks软件,图2为利用VB开发出的齿轮泵虚拟设计系统的主界面。

基于SolidWorks的齿轮泵虚拟设计系统solidworks仿真分析图片图片2

基于SolidWorks的齿轮泵虚拟设计系统solidworks仿真分析图片图片3

3齿轮泵的虚拟装配模块

齿轮泵由主动齿轮、从动齿轮、主动轴、从动轴等多个零件共同组成,这些零件被赋予了一定的约束关系,这样的约束关系在Solidworks中被称之为配合关系。使用配合关系,可以相对于其他零部件来精确地定位零部件,同时也可定义零部件如何相对于其他零部件移动和旋转,在这里主要研究的是零件配合时相互的定位关系。

在Solidworks API中可以使用的配合类型也有8种。 Solidworks API在swconst.h and swconst.bas中定义的swMateType-e列表中定义了以下8种装配关系,分别是swMateCOINCIDENT(重合)、swMateCONCENTRIC(同心)、swMatePERPENDICULAR(垂直)、swMatePARALLEL(平行)、swMateTANGENT(相切)、swMateDISTANCE(距离)、swMateANGLE(角度)、swMateUNKNOWN。零件配合时还有3种相应的对齐类型,这3种对齐类型定义在swconst.h and 8Wcoast.bas中的swMateAlign.e列表中,分别是swMateAlignALIGNED(同向对齐)、swMateAlignANTI.ALIGNED(反向对齐)、swMateAlignCLOSEST(最近处对齐)。

本系统通过调用SolidWorks软件具有装配功能的API函数,能够自动实现齿轮泵的装配,并且可以对其进行质量检测、体积检测和干涉检查等操作,从而实现齿轮泵的虚拟装配,制作出齿轮泵的虚拟样机。

4结语

以三维设计软件SolidWorks为基础,结合可视化编程软件VB开发的齿轮泵虚拟设计系统具有二大功能:①可以完成齿轮泵主体的设计任务,只需改变齿轮泵的相关参数,就可以设计出新产品;②可以通过该系统实现齿轮的虚拟装配,为齿轮泵的虚拟制造提供了基础,从而提高设计质量,缩短设计试制周期,降低试制费用,增强产品的市场竞争能力。

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