基于Solidworks的BD1粗轧机主传动系统三维建模及其运动仿真

基于Solidworks的BD1粗轧机主传动系统三维建模及其运动仿真内蒙古科技大学本科生毕业设计专题论文题目：基于Solidworks的BD1粗轧机主传动系统三维建模及其运动仿真学生姓名：学号：专业：机械设计制造及其自动化班级：指导教师：内蒙古科技大学本科生毕业设计专题论文1基于Solidworks的BD1粗轧机主传动系统三维建模及其运动仿真（内蒙古科技大学机械工程学院014010）【摘要】本文主要利用Solidworks建立BD1轧机主传动的三维造型，给出Solidworks仿真的基本原理。利用Solidworks的插件重点对BD1轧机主传动的运动进行模拟，为轧机的运动提供一定的数据，达到优化设计的目的。【关键词】轧机；三维建模；运动模拟BasedontheBD1rollingmillSolidworksModelingandSimulationofthree-dimensionalCuiXiaobin(InnerMongoliaUniversityofTechnologySchoolofMechanicalEngineering014010)Abstract:Inthispaper,usingSolidworksBD1rollingmilltoestablishthree-dimensionalmodeling,simulationgivesthebasicprinciplesofSolidworks.FocusontheuseofSolidworksplug-BD1rollingmilltosimulatethemovement,themovementforthemilltoprovidecertaindata,tooptimizethedesignpurposes.Keywords:mill;three-dimensionalmodeling;motionsimulation前言内蒙古科技大学本科生毕业设计专题论文2主传动系统是轧机里很重要的一部分，它的作用是将电动机的运动和力矩传递给轧辊。大多数轧机主传动机构是由联接轴、联轴器、齿轮座、减速器组成的，这是轧机主传动装置的基本形式。本次设计的BD1粗轧机的传动系统由电机、主联轴器、人字齿轮箱、连接轴、轧辊等部分组成，为了达到优化设计的目的现对传动系统进行三维建模及运动仿真。1、BD1粗轧机的三维建模BD1轧机是由电动机、主联轴器、人字齿轮箱、接轴器和轧辊等零部件组成。BD1轧机主传动的三维建模包括所有零件的三维建模以及实体的装配。对BD1轧机主传动进行建模采用自底向上的方式进行。即先根据相关零部件的结构和尺寸建立起三维模型，再利用Solidworks的装配体建模，按照各零部件之间的装配以及约束关系逐个进行组装，最后建立主传动模型。对零部件的精确建模以及相关配合关系是成功建立主传动模型的关键。1.1轧机主传动零部件的实体造型在三维CAD软件中，三维实体模型在某个平面上的二维轮廓称为草图。进行特征设计时，通常需要先绘制一个2D草图，在对这个草图进行某种特征操作，使之成为3D模型，这个过程称为实体特征造型。首先了解一下草图的绘制过程，通常草图绘制可分为以下五步。（1）指定草图绘制平面，启动草图绘制功能。（2）利用“草图绘制实体”绘制草图的几何形状。（3）利用“草图绘制工具”编辑草图的几何形状。（4）标注草图尺寸和几何关系。（5）退出草图绘制，进行特征造型。之后是基于草图的特征造型，SolidWorks是基于特征的实体造型软件。零件模型是由各种特征来生成的，零件的设计过程就是特征的相互组合、叠加、切割和减除过程。所谓特征是指可以用尺寸和参数驱动的三维几何体。通常，特征应满足如下条件：（1）特征必须是零件中的具体构成之一（2）特征能对应于某一形状（3）特征应该具有工程上的意义（4）特征的形状是可以预知的。特征可以分为基本特征、辅助特征（也称附加特征），实际上还包括参考几何体。基本特征是最基本的几何特征造型，包括拉伸、旋转、扫描和放样等特征造型工具。由于基本特征大部分是在草图的基础上形成的，因此又称为基于草图的特征。二维草图轮廓经过特征操作即可生成基本特征，内蒙古科技大学本科生毕业设计专题论文3例如圆柱体特征就是由一个圆轮廓草图作截面，经过拉伸生成的基本特征。辅助特征（附加特征）是在已有基本特征上进行辅助（附加）的操作，圆角特征、倒角特征、抽壳特征等都是辅助特征。参考几何体也辅助特征的一种，是建立其他特征的参考，并不参与模型的生成。本次特征造型大量应用基本特征和辅助特征，最后完成整个零件的建模。建立该主传动模型的过程中遇到了不少困难，下面结合实际提出几点三维建模的技巧和应该注意的问题。画截面草图时，一些已生成的特征可以通过实体转换命令获得需要利用的图线，草图的建立也可以快速准确形成。当草图中含有较多的对称特征时，先绘制一个特征，通过镜像工具、阵列命令生成对称的特征，从而达到高效绘制草图的效果选择合适的特征生成方法也相当重要。有些零部件特征比较复杂，例如接轴器的建模因为它的主体特征是一个比较复杂的曲面，所以需要提前构思，选择恰当的特征工具。一般情况下，拉伸旋转和扫描更能高效生成模型，阵列、镜像比逐个生成更快捷，选择合理的特征方法对于复杂零件就显的尤为重要了。当所建立的实体在其他实体内部不可见时，可改变视图来显示实体框架线。零件的保存应该注意，把建好的零件保存在一个文件夹，便于快速查找修改。熟练地掌握建模的技巧对于模型的精确高效建立、整个虚拟样机的装配、运动学分析具有重要意义。建立的零部件如图所示：图一.齿轮轴（一）内蒙古科技大学本科生毕业设计专题论文4图二.调心球轴承图三.齿轮箱下1.2对各零部件进行美化调整利用Solidworks对所有有关主传动的零部件进行建模后，由于它本身的底色为灰色，为了区分各个零件及部件我们在建模后，可以对每个零部件进行上色处理，并且在这一步也要在仔细的查找零部件在建模中有没有错误，以便进行修改。内蒙古科技大学本科生毕业设计专题论文5对零部件的上色处理，在Solidworks里很简单，选中你要上色的零部件，右键选择外观然后选择零件，最后选择颜色。2、BD1粗轧机主传动的装配Solidworks提供了强大的装配功能，其优点为(1)在装配体环境下，可以方便地设计及修改零部件。(2)可以动态观察整个装配体中的所有运动，可以对运动的零部件进行动态干涉检查及间隙检测(3)可以通过镜像、阵列零部件，设计创建出新的零部件及装配体。在装配过程中，首先插人的零部件会自动定义为固定静止的部件。然后依次插入各零部件，通过一系列的配合约束关系装配成整机。装配前，应该认真分析各零件、部件在部件、整机中的位置、作用、以及相关的装配关系、运动关系，以保证装配运动的灵活性、不干涉性。下面通过齿轮座的装配过程说明在Solidworks中的装配体生成方法：(1)打开新建装配体命令，即进入生成装配体的界面；(2)在装配体界面中。点击“插入零部件”命令。排列各零部件，顺序按照从上到下排列注意插人的零部件应该集中在一个区域，不要过于分散，以便于下一步装配步骤。(3)装配时，将所有的零部件通过“重合”、“平行”、“垂直”、“距离”、“同轴心”等配合约束装配起来。装配好具有对称特征的一边零部件后，运用圆周阵列特征命令。要运用“移动零部件”、“旋转零部件”将零件拖动到便于配合的合适位置。图四.万向接轴装配内蒙古科技大学本科生毕业设计专题论文6图五.人字齿轮箱在把各个零件装配成一个个的部件后，就可以将这些部件装配成轧机的主传动。所使用的配合也是基础的配合方式，方法也是一样的。下图为最终的主传动装配图。图六.轧机主传动装配图内蒙古科技大学本科生毕业设计专题论文73、轧机主传动运动仿真Solidworks是一款功能强大的CAD软件，方便快捷是其最大特色，特别是自solidworks2001后内置的运动算例，秉承Solidworks一贯的简便易用的风格，可以很方便的生成工程机构的演示动画，让原先呆板的设计成品动了起来，用最简单的办法实现了产品的功能展示。运动算例工具栏第一部分是动画设置工具，用来设置完成动画的路径，第二部分是动画播放控制工具，原理和家用的影碟机类似，第三部分是录制动画部分，可以将做好的动画渲染成影像文件，最后是屏幕捕捉部分。运动算例中提供了动画向导，利用它可以很轻松的制作出模型旋转以及爆炸视图动画。点击工具栏上的动画向导按钮，出现“选择动画类型”对话框，只要按照计算机提示以及帮助，就能很方便的生成旋转及爆炸动画。以上的动画制作过程很简单，但是不能满足复杂的路径动画要求，这就需要对零件设置路径点来精确实现路径动画。先说说什么是路径动画，路径动画是指零件沿着设计者指定的路径运动，零件路径的变化由路径点实现，这和3Dmax等三维动画软件的关键帧很相似，就Solidworks来说，路径点就是零件由一种运动状态转为另一种运动状态的转折点，这里的运动状态是广义的，包括运动类型，极限位置，速度等等。我设计的是主传动的运动模拟，这个装配体文件是一个电动机带动联轴器一起运动，通过联轴器将带动齿轮座一起运动，然后齿轮座将运动分配到两个接轴器，通过它们带动轧辊一起转动，使用了大部分运动算例的功能，同时还用了Solidworks一些其他功能（本文不详述）。还有一点要说明的就是正确的实现动画有一个总的前提，就是必须完整地为装配体设置好正确的配合关系，否则在设置动画时，会有很多麻烦，比如，完全定义的零件是不能被移动的。先做电动机转动及带动联轴器一起运动的动画。仔细分析一下整个动作，可以看出整个过程有部件一起运动。下面选择要动画的零件，选择马达，在马达的选项里就可以选择该零件是直线还是旋转运动，还可以选择它的运动特征，如速度、方向和运动方式等。因为电动机和联轴器之间有配合关系，我们选择电动机的轴线后，确定好运动方向等参数。然后点计算运动算例。这样就可以看到电动机带动联轴器一起运动了，之后的零件转动都是使用这种方法。内蒙古科技大学本科生毕业设计专题论文8在做好了所有的运动后，切换到动画里，工具栏中的动画播放控制按钮就可用了，点击一下播放，就可以在界面中看到计算机即时演算的动画了，在这里我们可以管理生成的动画，右键点击生成的动画，会出现几个选项，然后就可以生成主传动的动画模拟了。4、结束语利用SolidWorks可以进行三维的实体建模，采用其丰富的特征可以完成复杂的造型，利用其自带的运动算例可以进行实