基于虚拟样机的蜗杆传动机构3D建模与动力学仿真技术

摘要

蜗杆传动机构作为一种典型的传动机构广泛应用于现代机械传动，其运动学和动力学特性关系到变速器本身乃至整个设备性能的发挥。虚拟样机技术在传动机构动力学仿真中的成功应用不仅可以提高仿真精度，而且可以缩短产品设计周期，对于工程实际具有重要的应用价值。通过虚拟样机技术，工程师可以通过机械系统运动仿真，在产品设计阶段发现产品设计中的潜在问题，并快速进行修改，减少了对于物理样机的依赖，这样不仅可以节省成本，缩短产品开发周期，而且可以提高产品性能，增强产品竞争力。 本文以阿基米德蜗杆传动为研究对象，从多方面开展了基于虚拟样机技术的蜗杆传动机构的动力学仿真研究。研究了阿基米德蜗杆蜗轮的三维实体建模方法，探讨了利用CAD/CAE软件Solidworks、ADAMS和ANSYS进行协同虚拟样机的建模、装配、数据共享、有限元分析、多刚体动力学仿真以及柔性多体动力学仿真技术，研究成果对实际工程的运用具有一定的指导作用。 本文主要的研究工作和成果如下： (1)讨论了虚拟样机技术的概念、内容及其在本课题研究工作中的实际应用。详细阐述了蜗杆传动虚拟样机的总体方案设计，CAD/CAE软件Solidworks、ADAMS、ANSYS的方法原理以及利用其进行协同虚拟仿真的理论和相应的数据接口。 (2)针对蜗杆蜗轮曲面复杂、要求精度高特点，重点研究了阿基米德蜗杆*本文受国家自然科学基金项目“基于产品四维信息建模的机械设计知识发现技术”(编号：50275100)蜗轮轮齿实体的数学模型和建模方法，在Solidorks环境中进行了蜗轮、蜗杆的 实体建模以及装配仿真。 (3)在介绍多刚体运动仿真原理的基础上，利用机械系统仿真软件ADAMS 建立了蜗杆传动机构的虚拟样机模型，通过对其进行运动学及动力学仿真，分 析了模型的传动比、并输出了相应的载荷时间历程。 (4)利用有限元分析软件ANSYS建立了蜗杆的FEA模型，生成柔性多体 动力学仿真所需的模态中性文件，同时结合运用ANSYS和ADAMS建立了蜗 杆传动柔性多体模型，并进行了应力应变分析。 (5)研究了普通圆柱蜗轮传动设计的基本原理和基本方法，利用Delphi开发技术开发了“普通圆柱蜗杆传动设计计算”软件系统。它将设计过程中需要的各种资源集成到设计软件中，使设计者可以根据实际的设计需要快速的设定、选择各种设计参数和工矿条件，通过软件计算结果、校核在各种条件下是否满足设计要求。所开发的软件已经集成到将由机械工业出版社出版的机械设计手 册软件版系统之中。

目录

文摘

英文文摘

1绪论

2阿基米德蜗杆传动的数学模型及建模方法

3基于SolidWorks的参数化实体建模技术及其应用

4基于ADAMS的蜗杆传动构多刚体动力学仿真方法

5蜗杆传动机构柔性多体动力学仿真技术

6普通圆柱蜗杆传动机构参数设计软件的开发

7结论与进一步研究展望

参考文献

作者在攻读硕士学位期间的主要研究工作

独创性声明

致谢