基于Solidworks外嚙合齒輪泵的動態(tài)仿真

袁琪

摘 ?要：文章通過對外嚙合齒輪泵的的工作原理及結(jié)構(gòu)進行分析，運用SolidWorks軟件實現(xiàn)三維建模、虛擬裝配。通過SolidWorks的模擬模塊對齒輪泵的運動進行模擬計算，利用Animator插件動態(tài)仿真齒輪泵的工作過程。采用爆炸視圖模塊生成爆炸視圖路徑，結(jié)合Animator插件動態(tài)演示齒輪泵零部件的裝配關(guān)系及過程。它使學(xué)生對外嚙合齒輪泵工作過程和結(jié)構(gòu)有了更直觀的認(rèn)識，為后續(xù)的計算機輔助教學(xué)提供了技術(shù)支持。

關(guān)鍵詞：外嚙合齒輪泵;三維建模;動態(tài)仿真

中圖分類號：TH137 ? ? 文獻標(biāo)識碼：A ? ? ?文章編號：1006-8937（2015）36-0096-02

齒輪泵是液壓系統(tǒng)中常用的液壓泵，通過一對相互嚙合的齒輪將電動機所輸出的機械能轉(zhuǎn)化為液壓能的能量裝置。在機床或其他機械的液壓系統(tǒng)中作為提供一定流量、壓力的液壓能源。齒輪泵廣泛應(yīng)用于工程機械、工業(yè)專用車輛、石油機械等行業(yè)和領(lǐng)域。通過齒輪泵的運轉(zhuǎn)將機械設(shè)備的潤滑系統(tǒng)輸送潤滑油。作為液壓系統(tǒng)的典型設(shè)備，為了使學(xué)生在教學(xué)中對其結(jié)構(gòu)和工作過程有直觀而清晰地認(rèn)識，本文提出了利用SolidWorks軟件對外嚙合齒輪泵進行三維建模及動態(tài)仿真。以動畫視頻的形式輔助教學(xué)，使教學(xué)內(nèi)容生動形象，極大激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，從而提高教學(xué)質(zhì)量，為信息化教學(xué)奠定了基礎(chǔ)。

1 ?齒輪泵的工作原理

齒輪泵按其結(jié)構(gòu)不同可分為外嚙合和內(nèi)嚙合兩大類。其中外嚙合齒輪泵是應(yīng)用最廣泛的一種，由兩個尺寸相同的齒輪在一個緊密配合的殼體內(nèi)相互嚙合旋轉(zhuǎn)，內(nèi)部類似“8”字形，安裝在殼體內(nèi)，且齒輪的外徑及端面與殼體緊密配合。傳送介質(zhì)從進油口進入，隨著參數(shù)相同的兩個主、從動齒輪在泵體內(nèi)做嚙合運動，最后從出油口排除，將介質(zhì)的壓力轉(zhuǎn)化成機械能進行做功。隨著驅(qū)動軸的不間斷轉(zhuǎn)動，泵就不間斷地排除流體。

2 ?基于Solidworks齒輪泵的三維建模及虛擬裝配

本文采用SolidWorks軟件對外嚙合齒輪泵進行三維實體建模。齒輪泵主要由齒輪泵前蓋、后蓋、基座、傳動軸裝配體、支撐軸裝配體、緊固件等構(gòu)成。由于其零部件較多，限于篇幅，就不詳細(xì)介紹了。Solidworks零部件的建模過程為：首先選取合適的基準(zhǔn)面，建立各零部件的平面草圖;其次利用拉伸、旋轉(zhuǎn)、切除、特征掃描、放樣等命令完成零件的基本特征造型;最后利用倒角、圓角等命令完成局部造型。

2.1 ?傳動軸的虛擬裝配

點擊新建裝配體，先插入傳動軸，然后將圓柱齒輪、長平鍵、短平鍵、添加進來，用軸線重合、面重合、寬度配合完成傳動軸的裝配，如圖1所示。

2.2 ?支撐軸的虛擬裝配

點擊新建裝配體，先插入支撐軸，然后將圓柱齒輪添加進來，用軸線重合、面重合完成傳動軸的裝配，如圖2所示。

2.3 ?齒輪泵的虛擬裝配

新建裝配體，在SolidWorks裝配體界面插入基座，利用整體坐標(biāo)與局部坐標(biāo)原點重合，將基座作為機架固定[1]。

然后將齒輪泵前蓋添加進來，通過同軸心和面重合的關(guān)系完成前蓋與基座的配合。

再依次插入支撐軸裝配體和傳動軸裝配體，利用同軸心和面重合，將傳動軸及支撐軸裝配體裝入齒輪泵基座內(nèi)。

由于齒輪泵為外嚙合式，傳動軸、支撐軸裝配體裝配到基座內(nèi)，還需添加一個齒輪配合，滿足主、從動齒輪外嚙合時傳動比i=1。最后依次將后蓋、壓緊螺母、錐齒輪、墊片、螺母、螺釘?shù)染o固件添加進來，采用同軸心、面重合、寬度配合依次裝配，齒輪泵裝配體[2]，如圖3所示。

3 ?齒輪泵的動態(tài)仿真

3.1 ?干涉檢查

在進行齒輪泵動態(tài)仿真之前，首先對零部件進行干涉檢查。在裝配體模式下進行干涉檢查，系統(tǒng)生成干涉分析結(jié)果，該結(jié)果可以對相關(guān)結(jié)構(gòu)的參數(shù)進行優(yōu)化處理。

3.2 ?動態(tài)仿真

在裝配體模式下，單擊“模擬” →“旋轉(zhuǎn)馬達”，拾取主動輪內(nèi)孔邊線，確認(rèn)此次操作。然后點擊“模擬” →“計算模擬”。再啟動Animator插件，單擊菜單“工具”→“插件”，單擊Animator前的選項欄。

在生成齒輪泵仿真動畫時，用Animator插件對零部件實現(xiàn)以下步驟的操作：①切換到動畫界面;②點擊Animator插件上的動畫向?qū)D標(biāo)，在動畫類型對話框里選擇“物理模擬”。這樣就實現(xiàn)了齒輪泵工作的動態(tài)仿真[3]。

為了加深學(xué)生對齒輪泵內(nèi)部結(jié)構(gòu)的理解，在裝配體模式下點擊爆炸視圖，按照零部件裝配的先后順序生成爆炸視圖路徑。再啟動Animator插件，將視圖切換到動畫界面，點擊動畫向?qū)?，在動畫類型對話框里選擇“爆炸視圖”。這樣就生成了齒輪泵爆炸視圖的動畫。仿真動畫以AVI格式保存，使學(xué)生對齒輪泵的工作原理及內(nèi)部結(jié)構(gòu)有了直觀認(rèn)識，這為后續(xù)的計算機輔助教學(xué)提供了技術(shù)支持。

4 ?結(jié) ?語

①利用Solidworks軟件實現(xiàn)了齒輪泵的三維特征建模。在裝配體環(huán)境下，采用多種配合關(guān)系，實現(xiàn)了齒輪泵的動態(tài)裝配。

②通過Solidworks裝配體界面下的“模擬”模塊，對齒輪泵的運動進行模擬計算，并結(jié)合Animator插件對其工作過程進行動態(tài)仿真。

③通過Solidworks裝配體界面下的爆炸視圖模塊，按照零部件裝配的先后順序生成爆炸視圖路徑。利用Animator插件，動態(tài)演示齒輪泵零部件的裝配關(guān)系及過程，使學(xué)生對齒輪泵結(jié)構(gòu)有了更深的認(rèn)識。

參考文獻：

[1] 葉修梓，陳超祥.SolidWorks基礎(chǔ)教程：零件與裝配體[M].北京：機械工業(yè) ? 出版社，2009.

[2] 胡仁喜，王克印.SolidWorks2012中文版標(biāo)準(zhǔn)實例教程[M].北京：機械 ? ? ? 工業(yè)出版社，2012.

[3] 江洪.SolidWorks動畫演示與運動分析解析[M].北京：機械工業(yè)出版社，

2005.