基於SolidWarks齒輪機構的運動分析與仿真

　　研究了在SolidWorks平台上進行齒輪機構運動分析與仿真的方法。以COSMOSMotion模塊為基砍，對齒輪機構進行三維模型的參數化設計，完成虛擬裝配，實現了齒輪機構的建模、參數設計和分析仿真的自動化，保證了零件設計的正確性，提高了整體設計效率、精度以及直觀性。

　　0 引言

　　齒輪機構是在各種機構中應用最為廣泛的一種傳動機構。它可以用來傳遞空間任意兩軸間的運動和動力，並具有功率范圍大、傳動效率高、傳動比准確、使用壽命長和工作安全可靠等特點。齒輪作為齒輪機構的最基本組成部分，所起的作用是無可代替的，所以齒輪的設計尤為重要。而在各種齒輪機械中應用最廣泛的是圓形齒輪機械，它可以保證傳動比恆定不變，使機械運轉平穩，以滿足現代機械日益高速重載方向發展的需要。直齒圓柱齒輪是其他各種齒輪的基礎，也是最通用的齒輪。

　　SolidWorks軟件是專門為機械行業設計的三維CAD軟件，它提供了強大的參數化、基於特征的實體造型技術，在機械設計，模型設計行業被廣泛使用。能與ANSYS、ADAMS等多種軟件良好結合進行建模和仿真，它是真正基於WINDOWS的軟件，操作簡單，易學易用。

　　1 創建三維實體模型

　　由於在SolidWorks中實體模型可以有多種不同的生成方法，采取何種方法更為合理、高效，需要有一個經驗積累過程。一般來說，要根據圖形的形狀選擇生成模型的方式。草圖繪制盡量簡化，最好不要繪制過渡圓角、倒角等非關鍵性信息。首先主要是利用SolidWorke中的拉伸、旋轉、掃描、陣列等基本操作建立工作裝置三維實體模型。

　　2 虛擬裝配

　　工作裝置零件的3D模型完成，為了建立虛擬樣機需要對各個零件進行虛擬裝配(見圖2)。在SolidWorks的裝配模塊中，將前面完成的零件添加進來，互對齊，根據齒輪中心距公式，設定齒輪之間的中心距，並給2個相互配合的齒輪基准軸之間添加一個距離配合。對於齒輪軸，設置其與齒輪之間的同軸配合。

　　通過確定零件之間的位置約束關系，可以把工作裝置中的各個3D實體零件裝配成工作裝置，並檢查零件之間是否有干涉。如果出現問題，可以根據需要對生成的零件和特征進行修改定義，直到達到工作裝置的設計要求為止。

　　3 齒輪機構工作過程動畫制作

　　動畫制作利用SalidWorks中的COSMOSMotion插件。COSMOSMotion插件通常不在SolidWorks的工作界面，需要在工具菜單中調用SolidWorks COSMOSMotion，使其在工作界面出現COSMOSMotion插件的菜單和工具欄。

　　(1) 三維碰撞接觸狀態模擬

　　以二軸三齒輪為例，動悶的具體制作過程如下:在設計樹上選擇運動分析圖標,3個齒輪都設置為〔運動零部件〕，給每個齒輪添加一個旋轉副，齒輪1的旋轉副設置一個運動，見圖3.

　　主動輪帶動從動輪轉動，實際情況是剛體之間的碰撞產生的，因此在[約束]菜單下選擇[添加3D]碰撞命令，定義碰撞參數，見圖4.

　　利用動畫控制工具模擬結果，從運行中可以看出各齒輪是否保持很好的嚙合狀態以及裝配體的運動情況是否合乎設計要求，同時可輸出各齒輪的運動學參數曲線。

　　(2) 耦合運動

　　藕合方式使齒輪按照傳動比關系勻速轉動，這是一種理想狀態的運動模擬。

　　選擇[添加藕合〕命令，在[何時約束]和[約束]欄，分別選擇設計樹[約束]下面的revolute和revloute2。主動齒輪和從動齒輪轉動角度之比為兩輪齒數之比。

　　這樣模擬顯示的各齒輪角速度曲線是與理論值一致的曲線。

　　4 結語

　　利用SolidWorks軟件及其插件模塊COSMOSMotion制作齒輪機構模型和其運行動畫，真實顯現齒輪機構的裝配過程及運行狀態，在一定程度上反映了齒輪運動的真實情況。將它應用於產品的開發設計中，可在產品設計早期階段進行虛擬運動仿真或找出設計問題，這既能提高工作效率，又能降低產品制作成本，方便人們進行產品信息交流。