差速器三維建模設(shè)計(jì)（說(shuō)明書(shū)+三維圖）

差速器三維建模設(shè)計(jì)（說(shuō)明書(shū)+三維圖）,差速器,三維,建模,設(shè)計(jì),說(shuō)明書(shū) 差速器三維建模 3.1 軟件簡(jiǎn)介 Pro/E是美國(guó)PTC（Parametric Technology Corporation,參數(shù)技術(shù)公司）于1989年開(kāi)發(fā)的一種先進(jìn)的工業(yè)造型及工程設(shè)計(jì)自動(dòng)化（MDA）軟件，在支持產(chǎn)品并行開(kāi)發(fā)環(huán)境方面有獨(dú)到之處。Pro/E軟件通過(guò)一系列相關(guān)的模塊把多個(gè)設(shè)計(jì)部門聯(lián)系起來(lái)，使各個(gè)相關(guān)部門同時(shí)致力于單一產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)之中，具有工業(yè)設(shè)計(jì)和機(jī)械設(shè)計(jì)多項(xiàng)功能。 一、Pro/E的主要特點(diǎn)： 1、實(shí)體造型 Pro/E具有三維實(shí)體建模技術(shù)，在三維環(huán)境中將模型真實(shí)地呈現(xiàn)在設(shè)計(jì)者面前，建立的模型具有體積與表面積數(shù)據(jù)，因此，可以輕易地計(jì)算出產(chǎn)品的質(zhì)量特性，如重量、慣性矩、重心等。 2、單一數(shù)據(jù)庫(kù)及其相關(guān)性 Pro/E中建立的所有工程資料全部來(lái)自一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)。Pro/E具備所有應(yīng)用的相關(guān)性。也就是說(shuō)，Pro/E的所有模塊都是相關(guān)的，在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程中某一處的修改能擴(kuò)展到整個(gè)設(shè)計(jì)中，同時(shí)更新所有的工程文件，包括裝配體、二維工程圖及加工數(shù)據(jù)。 3、參數(shù)化設(shè)計(jì) Pro/E借助其獨(dú)特的單一數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)，將每個(gè)尺寸視為可變的參數(shù)，設(shè)計(jì)者只要修改這些尺寸參數(shù)，相關(guān)的實(shí)體模型就會(huì)依照尺寸的變化重新生成，同時(shí)，設(shè)計(jì)者還可以利用邏輯關(guān)系式或數(shù)學(xué)運(yùn)算方式建立尺寸與尺寸之間的聯(lián)系，達(dá)到設(shè)計(jì)的一致性。 4、特征造型 使用工程人員熟知的一些特征如：圓角、倒角、孔、殼等作為產(chǎn)品幾何模型的構(gòu)成要素，通過(guò)給定這些特征的合理參數(shù)（包括幾何參數(shù)以及非幾何屬性），即可建立三維模型。 二、Pro/E的主要功能 草繪、生成零件圖、生成裝配圖、生成工程圖、運(yùn)動(dòng)仿真、加工仿真等。 3.2差速器建模 3.2.1建立錐齒輪式差速器的零件模型 差速器建模過(guò)程中相關(guān)零件模型的建立。 1．圓錐齒輪 錐齒輪的建模較為復(fù)雜。參數(shù)化設(shè)計(jì)錐齒輪的過(guò)程中應(yīng)用了大量的參數(shù)與關(guān)系式。 錐齒輪建模分析（如圖3-1所示）： （1）輸入關(guān)系式、繪制創(chuàng)建錐齒輪所需的基本曲線 （2）創(chuàng)建漸開(kāi)線 （3）創(chuàng)建齒根圓錐 （4）創(chuàng)建第一個(gè)輪齒 （5）陣列輪齒 圖3-1錐齒輪建模分析 2.錐齒輪建模過(guò)程 （1）輸入基本參數(shù)和關(guān)系式 a.打開(kāi)Pro/E使用軟件，點(diǎn)擊文件中“設(shè)置工作目錄”，設(shè)置文件的保存地點(diǎn)； b.單擊，在新建對(duì)話框中選擇“零件”，輸入文件名點(diǎn)擊確定，進(jìn)入繪圖界面。如圖3-2所示； 圖3-2新建窗口 c.在主菜單上單擊 “工具”→ “參數(shù)”，系統(tǒng)彈出“參數(shù)”對(duì)話框，如圖3-3所示； 圖3-3參數(shù)對(duì)話框 在“參數(shù)”對(duì)話框內(nèi)單擊按鈕，可以看到“參數(shù)”對(duì)話框增加了一行，依次輸入新參數(shù)的名稱、值、和說(shuō)明等。 d．在主菜單上依次單擊 “工具”→ “關(guān)系”，系統(tǒng)彈出“關(guān)系”對(duì)話框，在“關(guān)系”對(duì)話框內(nèi)輸入齒輪的基本關(guān)系式； 圖3-4關(guān)系式對(duì)話框 (2)創(chuàng)建基本曲線 圖3-5基本曲線 （3）建立錐齒輪基體 圖3-6建立基體 圖3-7建立陣列 3．行星齒輪軸的建模過(guò)程 （1）開(kāi)Pro/E使用軟件，同齒輪建模步驟，首先設(shè)置文件工作目錄。 （2）單擊新建按鈕，新建零件，進(jìn)入繪圖窗口。 （3）點(diǎn)擊草繪標(biāo)志，選取參照面，進(jìn)入草繪界面，如圖3-8所示。 圖3-8草繪對(duì)話框 （4）繪制一個(gè)圓，輸入所需直徑，單擊完成按鈕，完成草繪；單擊拉伸按鈕，選擇所繪制的圓，輸入要拉伸的軸長(zhǎng)，點(diǎn)擊完成，就完成了行星齒輪軸的建模，如圖3-9所示。 圖3-9行星齒輪軸 4．車輪的建模 （1）初始步驟與行星齒輪軸的建模一樣，先進(jìn)入草繪界面繪制所需的圓進(jìn)行拉伸，得到一個(gè)較窄的圓柱體，再將兩邊倒圓角，形成車輪的大致模樣(圖 3-10) 圖3-10車輪大致形狀 （2）再次使用草繪按鈕，草繪如圖3-11所示的形狀，單擊完成退出草繪界面。 圖3-11草繪 （3）使用拉伸按鈕，選擇上面所繪制的圖形，輸入適合的深度，點(diǎn)擊去除材料按鈕，將其去除，就可得到最后形狀的車輪（圖3-12）。若想改變齒輪的外觀，可點(diǎn)擊按鈕更改外觀。 圖3-12完成的車輪 3.2.3 錐齒輪式差速器的組件（裝配） 1．首先新建一個(gè)組件窗口（圖3-11），進(jìn)入裝配界面； 圖3-11新建裝配窗口 2. 裝配兩錐齒輪。 選定以right和front為基本面，基軸原點(diǎn)為參考點(diǎn)，首先導(dǎo)入主動(dòng)錐齒輪，具有一個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度，所以選定銷釘連接，設(shè)置為對(duì)齊和配對(duì)，參照基準(zhǔn)平面，然后進(jìn)行定位。再導(dǎo)入從動(dòng)錐齒輪與主動(dòng)錐齒輪對(duì)齊配合，同樣具有一個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度，進(jìn)行平移調(diào)整合適的位置使其與主動(dòng)輪配合如圖3-12所示。 圖3-12主、從動(dòng)齒輪裝配 3．裝配差速器錐齒輪。 仍然選定上面的參照作為主參照導(dǎo)入半軸齒輪，與從動(dòng)輪是軸對(duì)齊，調(diào)整兩個(gè)半軸齒輪至合適的位置；因?yàn)樾行驱X輪室和從動(dòng)錐齒輪一起旋轉(zhuǎn)，則從錐齒輪選定兩個(gè)參照，創(chuàng)建參照平面，兩個(gè)差速器行星齒輪，添加齒輪斷面和參照平面距離的裝配關(guān)系，導(dǎo)入行星齒輪軸，添加差速器行星齒輪的軸和差速器行星齒輪軸孔為插入的裝配關(guān)系，使其定位，如圖3-13所示。 圖3-13差速器錐齒輪的裝配 4．行星齒輪軸固定端的裝配。 導(dǎo)入兩個(gè)固定端，添加其與行星齒輪軸為插入的裝配關(guān)系，并使其與從動(dòng)錐齒輪齒面裝配關(guān)系為配對(duì)，設(shè)置配對(duì)角度90°，最后裝配如圖3-14所示。 圖3-14固定端的裝配 5．車輪的裝配。 車輪和半軸齒輪是一起旋轉(zhuǎn)的，所以添加車輪上連接的軸與半軸齒輪周孔為插入的裝配關(guān)系，是剛性連接，軸端面與半軸齒輪端面為配對(duì)關(guān)系，然后采用軸對(duì)齊便可進(jìn)行裝配，裝配后如圖3-15所示.，然后裝配另一半齒車輪，也是和半軸齒輪是剛性連接，最后總裝配圖如3-16所示。 圖3-15車輪裝配 圖3-16裝配完成的差速器 第四章 基于ADAMS軟件的差速器運(yùn)動(dòng)仿真 4.1 虛擬樣機(jī)仿真軟件ADAMS的介紹 ADAMS,即機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)自動(dòng)分析(Automatic Dynamic Analysis of Mechanical Systems)，該軟件是美國(guó)MDI公司(Mechanical Dynamics Inc。)開(kāi)發(fā)的虛擬樣機(jī)分析軟件。目前,ADAMS己經(jīng)被全世界各行各業(yè)的數(shù)百家主要制造商采用。根據(jù)1999年機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)態(tài)仿真分析軟件國(guó)際市場(chǎng)份額的統(tǒng)計(jì)資料,ADAMS軟件銷售總額近八千萬(wàn)美元,占據(jù)了51%的份額。 ADAMS軟件使用交互式圖形環(huán)境和零件庫(kù),約束庫(kù),力庫(kù),創(chuàng)建完全參數(shù)化的機(jī)械系統(tǒng)幾何模型,其求解器采用多剛體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)理論中的拉格郎日方程方法,建立系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方程。對(duì)虛擬機(jī)械系統(tǒng)進(jìn)行靜力學(xué),運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析,輸出位移,速度,加速度和反作用力曲線。ADAMS軟件的仿真可用于預(yù)測(cè)機(jī)械系統(tǒng)的性能,運(yùn)動(dòng)范圍,碰撞檢測(cè),峰值載荷以及計(jì)算有限元的輸入載荷等。 ADAMS一方面是虛擬樣機(jī)分析的應(yīng)用軟件,用戶可以運(yùn)用該軟件非常方便地對(duì)虛擬機(jī)械系統(tǒng)進(jìn)行靜力學(xué),運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析.另一方面,又是虛擬樣機(jī)分析開(kāi)發(fā)工具,其開(kāi)放性的程序結(jié)構(gòu)和多種接口,可以成為特殊行業(yè)用戶進(jìn)行特殊類型虛擬樣機(jī)分析的二次開(kāi)發(fā)工具平臺(tái)。 ADAMS軟件由基本模塊,擴(kuò)展模塊,接口模塊,專業(yè)領(lǐng)域模塊及工具箱5類模塊組成。用戶不僅可以采用通用模塊對(duì)一般的機(jī)械系統(tǒng)進(jìn)行仿真,而且可以采用專用模塊針對(duì)特定工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域的問(wèn)題進(jìn)行快速有效的建模與仿真分析。 4.2 運(yùn)用ADAMS軟件對(duì)差速器進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真 4.2.1導(dǎo)入等效仿真模型和設(shè)置基本參數(shù) 由于ADAMS軟件的建模模塊功能有限，一般先在常用三維建模軟件（PROE）建立等效的仿真模型，然后通過(guò)中間格式的文件（*.x_t）導(dǎo)入ADAMAS軟件，這樣可以大大提高ADAMAS建模效率。 1.導(dǎo)入差速器的等效模型 啟動(dòng)ADAMS/VIEW程序，彈出一個(gè)打開(kāi)方式對(duì)話框，如圖4-1，選擇Import a file，找到保存文件所在的目錄文件夾，點(diǎn)擊確定。系統(tǒng)彈出文件導(dǎo)入對(duì)話框，在File Type處空白區(qū)域左擊鼠標(biāo)，選擇Parasolid類型；在File To Read右處空白區(qū)域右擊鼠標(biāo)，選擇路徑Browse，選擇文件chasuqi.x_t；在Model Name處空白區(qū)域新建文件名dc，選擇OK，文件就被成功導(dǎo)入了，如圖4-2。 圖4-1 文件導(dǎo)入對(duì)話框 圖4-2 差速器等效三維模型 （1） 設(shè)置基本環(huán)境 由于導(dǎo)入ADAMAS的模型上各參數(shù)都是默認(rèn)的，為了后面的仿真工作的順利進(jìn)行，一般都要根據(jù)實(shí)際情況重新設(shè)置基本參數(shù)。 1)檢查默認(rèn)單位系統(tǒng) 在Settings 菜單選擇 Units 命令，顯示單位設(shè)置對(duì)話框，當(dāng)前的設(shè)置應(yīng)該為MMKS系統(tǒng)（MM, KG, N, SEC, DEG, H）。 2)設(shè)置工作柵格 在Settings 菜單選擇 Working Grid 命令，彈出對(duì)話框如圖4-3，設(shè)置：Size X=400， Size Y=400，Spacing X=10, Spacing Y=10， Showing Working Grid=on;選擇ok按鈕，設(shè)置完成。 3)設(shè)置圖標(biāo) 在Settings 菜單選擇Icon命令，這時(shí)系統(tǒng)彈出如圖4-4所示對(duì)話框；在New Size欄輸入10；選擇OK按鈕。 圖4-3 柵格設(shè)置對(duì)話框 圖4-4 圖標(biāo)設(shè)置對(duì)話框 圖4-5 重力設(shè)置對(duì)話框 4）檢查重力 設(shè)置在Settings 菜單選擇Gravity命令，顯示對(duì)話框如圖4-5，將當(dāng)前的重力設(shè)置應(yīng)該為X=0, Y=-9806.65, Z=0, Gravity=ON;選擇OK按鈕。 5）設(shè)置剛體屬性 首先鼠標(biāo)右擊模型中的左車輪剛體，顯示如圖4-6；然后鼠標(biāo)左擊 modify，顯示對(duì)話框如圖4-7；在Category欄選擇Mass Properties，在Define Mass By 欄選擇Geometry and Material Type,在 Material Type欄右擊選擇Material→Guesses→steel；點(diǎn)擊OK按鈕，左輪的材料屬性的修改完成。按照同樣的方法完成差速器剩余其余構(gòu)件右輪、兩個(gè)行星輪齒、左半軸的錐齒、右半軸的錐齒、行星輪架、大錐齒、傳動(dòng)錐齒的材料屬性修改。 圖4-6 剛體屬性選擇對(duì)話框 圖4-7 剛體屬性修改對(duì)話框 4.2.2添加約束 （1）添加剛體間的約束 在主工具箱中右擊，然后選擇，顯示對(duì)話框如圖4-8，在幾何模型對(duì)話框中選擇，選擇左半軸錐齒和左輪，完成左半軸錐齒與左輪固定在一起。采用相同的方法分別將右半軸錐齒和右輪、行星輪連桿和大錐齒固定一起。 圖4-8 幾何模型對(duì)話框 （2）添加旋轉(zhuǎn)副和齒輪副 1）添加旋轉(zhuǎn)副 在主工具箱中右擊，然后選擇，顯示對(duì)話框如圖4-9，在幾何模型對(duì)話框中左擊，在對(duì)話框下面的Construction 欄選擇 2 Bodies-1 Location 和 Pick Geometry Feature，然后依次選擇傳動(dòng)軸錐齒、地面，錐齒中心的位置，控制好沿著傳動(dòng)軸的方向，點(diǎn)擊確定，完成的轉(zhuǎn)動(dòng)副如圖4-10。 采用相同的方法，將左半軸錐齒、右半軸錐齒、兩個(gè)行星輪、行星輪架加上旋轉(zhuǎn)副，完成轉(zhuǎn)動(dòng)副后的模型如圖4-11。 圖4-9 約束對(duì)話框 圖4-10 傳動(dòng)錐齒旋轉(zhuǎn)副 圖4-11 差速器的六個(gè)旋轉(zhuǎn)副 2）添加齒輪副 點(diǎn)擊幾何模型對(duì)話框中的，創(chuàng)建Marker坐標(biāo)，在Marker欄選擇Add to Ground，在Orientation欄選擇Global XZ，選擇行星輪和左半軸錐齒嚙合的地方，點(diǎn)擊OK按鈕，完成Marker坐標(biāo)的創(chuàng)建，如圖4-12高亮處；點(diǎn)擊約束對(duì)話框中的，出現(xiàn)對(duì)話框，如圖4-13，在Joint Name欄選擇在前面建好的行星輪旋轉(zhuǎn)副和左半軸旋轉(zhuǎn)副，在Common Velocity Marker欄選擇剛剛建好的Marker坐標(biāo)，點(diǎn)擊OK按鈕，完成齒輪副的創(chuàng)建，如圖4-14。 圖4-12 齒輪副嚙合點(diǎn) 圖4-13 齒輪副對(duì)話框 圖4-14 行星輪與左半軸錐齒的齒輪副 如上述方法，可將剩余的行星輪與半軸錐齒、傳動(dòng)錐齒與大錐齒的齒輪副添加完成，完成后的齒輪副如下圖4-15 圖4-15 差速器的五個(gè)齒輪副 4.2.3施加驅(qū)動(dòng) 鼠標(biāo)左擊主工具箱中的，在主工具箱下面的Speed 欄輸入 -10* time，然后選擇傳動(dòng)錐齒輪的旋轉(zhuǎn)副，加好后的驅(qū)動(dòng)如下圖4-16： 圖4-16 傳動(dòng)錐齒的驅(qū)動(dòng) 采用相同的方法在左半軸錐齒和右半軸錐齒的旋轉(zhuǎn)副上分別添加一個(gè)驅(qū)動(dòng)，并使其轉(zhuǎn)速為1*time。 4.2.4建立差速器的仿真腳本 在Simulate菜單中，選擇Simulation Script→new命令，彈出對(duì)話框如圖4-17。然后在Script 欄新建腳本名line，在Script Type 欄選擇Adamas/Solver Commands， 在命令框內(nèi)創(chuàng)建如下圖的腳本，點(diǎn)擊OK按鈕，完成直線行駛的控制腳本。 圖4-17 直線行駛控制腳本對(duì)話框 采用相同的方法，建立左轉(zhuǎn)彎和右轉(zhuǎn)彎行駛時(shí)的控制腳本，如圖4-18、 圖4-19。 圖4-18 左轉(zhuǎn)彎控制腳本 圖4-19右轉(zhuǎn)彎控制腳本 4.3差速器的運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真后處理 4.3.1差速器的運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真 在Simulate菜單中，選擇Scripted Controls命令，彈出對(duì)話框如圖4-20。在Simulation Script Name欄點(diǎn)擊右鍵依次選擇Simulation_Script→Guesses→line，接著單擊腳本仿真對(duì)話框中的按鈕，可以看到差速器的運(yùn)轉(zhuǎn)情況。 圖4-20 腳本仿真對(duì)話框 4.3.2差速器的運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真的運(yùn)動(dòng)分析 在主菜單下依次Review→Postprocessing（F8）或者直接單擊主工具箱里的按鈕，彈出ADAMS/PostProcessor窗口，如圖4-21，在該窗口下可對(duì)機(jī)械手進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)跟動(dòng)力學(xué)的分析。 在后處理窗口上方單擊按鈕，新建一個(gè)后處理圖，在File菜單下的類型選擇Plotting，然后再在后處理窗口下方的Measure欄選擇左半軸錐齒、右半軸錐齒、行星輪架的加速度，單擊右側(cè)的Add Curves按鈕，即可生成三條角速度隨時(shí)間變化的曲線，如圖4-22 圖4-21 差速器后處理窗口 圖4-22 直線行駛時(shí)左、右半軸和行星輪架的角速度隨時(shí)間變化的曲線 為了使曲線圖表達(dá)更完善明確，可修改曲線的一些說(shuō)明。單擊Page_2下的title按鈕，將其曲線名稱修改為zhixianyundong；單擊Curve_1按鈕，修改其名稱為xingxinglunjia，單擊Curve_2按鈕，修改其名稱為zuolun，單擊Curve_3按鈕，修改其名稱為youlun，修改后的曲線圖如圖4-23。 圖4-23 修改后直線行駛時(shí)左、右半軸和行星輪架的角速度隨時(shí)間變化的曲線 采用相同的方法，依次可以完成差速器在左轉(zhuǎn)彎和右轉(zhuǎn)彎時(shí)的運(yùn)動(dòng)仿真，并且生成左轉(zhuǎn)彎[圖4-24(a)]和右轉(zhuǎn)彎[圖4-24(b)]時(shí)左、右半軸和行星輪架的角速度隨時(shí)間變化的曲線。 (a)左轉(zhuǎn)彎 （b）右轉(zhuǎn)彎 圖4-24轉(zhuǎn)彎時(shí)左、右半軸和行星輪架的角速度隨時(shí)間變化的曲線 4.3.3差速器的仿真結(jié)果的分析 通過(guò)Adamas仿真軟件對(duì)所設(shè)計(jì)的差速器進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)學(xué)的仿真，可以很清晰的看到差速器順暢的運(yùn)行過(guò)程，驗(yàn)證了該方案的可行性。同時(shí)通過(guò)虛擬樣機(jī)技術(shù)，也虛擬仿真出了左右半軸錐齒和行星輪架的運(yùn)動(dòng)角速度，從上面的輪齒隨時(shí)間變化的曲線可以得出一個(gè)結(jié)論：（左半軸轉(zhuǎn)速）+（右半軸轉(zhuǎn)速）=2（行星輪架轉(zhuǎn)速）。當(dāng)汽車直行時(shí)，左、右車輪與行星輪架三者的轉(zhuǎn)速相等處于平衡狀態(tài)，而在汽車轉(zhuǎn)彎時(shí)三者平衡狀態(tài)被破壞，導(dǎo)致內(nèi)側(cè)輪轉(zhuǎn)速減小，外側(cè)輪轉(zhuǎn)速增加。這也剛好吻合了差速器設(shè)計(jì)的基本要，通過(guò)仿真技術(shù)可以大大提高設(shè)計(jì)的可靠性，為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了良好的基礎(chǔ)。