简单介绍无堵塞转子泵叶轮啮合动态仿真

2013/11/23 22:32:48      点击:
叶轮的实体模型建成后,为了检验叶轮啮合时是否干涉以及观察叶轮间隙的变化情况,就需要进行叶轮啮合仿真的工作。本节首先归纳概括了基于SolidWorks的动态仿真技术方案,然后详细叙述了转子泵叶轮啮合仿真的实现过程。
1、基于SolidWorks的动态仿真技
在SolidWorks平台上实现机构的动态仿真可归纳出三种方法,分别是:利用二次开发编程;利用Animator插件;利用Cosmos Motion插件。
1.1二次开发编程方
开发人员首先在装配体环境下建立好机构模型,设定好正确的装配关系,并设置必要的配合参数。通过二次开发编程,使元件的配合参数以一定的时间间隔有规律的变化,就能实现机构的动态仿真了。
 如图1所示为利用二次开发实现动态仿真的原理图。
图1利用二次开发实现动态仿真原理图
开发人员建立装配体并设定好装配关系后,再通过二次开发编制相应程序,程序里会包含一个计时器。仿真时,程序通过计时器以一定时间间隔,改变装配参数表的数值以驱动装配体元件位置变化,或直接驱动模型变化(如改变零件透时度,颜色等),以实现装配体的动态仿真。
1.2利用Animator插
Animator插件是一个与SolidWorks完全集成的动画制作软件。使用Animator能将SolidWorks的三维模型实现动态的可视化,可以及时录制产品设计的模拟装配过程、模拟拆卸过程和产品的模拟运行过程,将设计者的意图更好地传递给客户。Animator提供如下的产品外观展示能力:
(1)零件外观渐隐效果与色彩改变。
(2)爆炸或解除爆炸动画,展示装配体中零部件的装配关系。
(3)动画显示装配体的剖切视图,展示内部结构。
(4)利用专业的灯光控制以及零件和特征增加材质,来产生高质量的动画效果。
(5)零部件位置与视角变化。
(6)通过屏幕捕捉再现零件设计过程。
通过Animator制作动画的基本方法可归纳为以下四种:
(1)利用动画向导生成动画。
(2)指定路径方法生成动画。
(3)添加视点方法生成动画。
(4)利用屏幕捕获工具。
通过Animator能制作出AVI格式的动画,另外,若能将其与渲染插件PhotoWorks结合起来使用,制作出来的动画效果会更好。
1.3利用COSMOS Motion插件
COSMOs Motion是一个全功能运动仿真软件,与当今主流的三维CAD软件SolidWorks无缝集成,可以对复杂机械系统进行完整的运动学和动力学仿真,得到系统中各零部件的运动情况,包括位移、速度、加速度和作用力及反作用力等。并以动画、图形、表格等多种形式输出结果,还可将零部件在复杂运动情况下的复杂载荷情况直接输出到主流有限元分析软件中,从而进行正确的强度和结构分析。
基于COSMOS Motion的机构仿真基本步骤如图2所示。
图2 COSMOS Motion仿真分析基本步骤
真动画直接观察系统运动情况;还可以将结果输出为通用的AVI格式动画;若想在互联网上传输展示仿真结果,可以输出为VRML格式的动画:可以输出到Excel表格中,以表格或图形的形式显示数据; 可以输出为Text文件;当然还有功能强大、内容丰富的各种XY图形输出。我们还可以进一步进行运动干涉检查(不同于CAD软件的静态干涉检查),将系统在复杂运动状态下的精确载荷直接输出到相应的PEA软件中,以做出正确的结构强度分析。
2、叶轮啮合仿真的实
以上所述三种动态仿真方法侧重点不同,各有利弊。利用COSMOS Motion插件侧重于进行运动学和动力学仿真分析,操作方便,结果直观,属于虚拟样机技术范畴;利用Animator插件主要用于产品动画展示,视觉效果好,却不能产生仿真数据;通过二次开发进行仿真分析可实现较复杂的仿真数据获取功能,但编程繁锁,耗时较多。
2.1叶轮啮合二维仿真
为观察叶轮啮合时间隙的变化情况,首先建立两叶轮的装配体模型,设定好配合关系以及两叶轮轴间距,并使叶轮端面平行于屏幕。利用COSMOS Motion插件可方便地实现叶轮平面啮合动态仿真,如图3所示。
图3叶轮啮合二维仿真
2.2叶轮啮合三维仿真
为观察三维视角下叶轮的啮合情况,在COSMOS Motion界面下将叶轮啮合三维装配体模型旋转为立体视角,即可观察任意视角下叶轮的啮合情况,如图4所示为COSMOS Motion制作界面。
图4 COSMOS Motion制作界面
2.3转子泵内部工作状况仿真
为观察无堵塞转子泵内部工作状况,笔者首先建立了某无堵塞转子泵的主机装配体模型,并利用Animator制作了无堵塞转子泵内部工作状况动画演示视频。用Animator制作叶轮啮合动画的步骤如下:
(1)建立叶轮装配体模型,添加约束,设定正确的装配关系
在SolidWorks2007环境中,采用自顶向下的建模原则,建立了某型号无堵塞转子泵的主机装配体模型,主要零件包括:主动转子、从动转子、机壳、前墙板、后墙板、齿轮箱盖、齿轮、轴承等。添加必要的约束,以保证正确的配合,其中尤其注意对转子部的约束配合,要做到齿轮、锁紧螺母和转子部同时转动,以符合真实的工作情况。
建立好的主机外观如图5所示。
图5某型号无堵塞转子泵外观
(2)分别添加两个叶轮上视面与装配体上视面的角度配合
为在Animator中实现叶轮的旋转,首先要定义过叶轮轴线的平面(叶轮上视面)与装配体的某固定平面(装配体上视面)的角度配合,然后在Animator中改变此角度配合从0到360度变化,即可实现叶轮的转动。为说明方面,以上假定是“上视面”,也可定义其它平面间的角度配合,只要角度改变,能使叶轮旋转就行。
(3)设定两夹角参数初始值分别为0度和90度,以使两叶轮正确啮合
两叶轮要正确配合,它们的相位差正好是90度,因此设定两个角度初始值为0度和90度,这样在初值位置,叶轮是正确啮合的。
(4)在Animator时间轴上设定键值,使两央角参数等速反向变化
在Animator中设定关键帧,定义关键帧的键值,让两个角度从0度到360度周期变换,就实现了叶轮的旋转啮合视频。Animator制作界面如图6所示。
图6 Animator制作界面
(5)观察效果,修改到满意,最后输出为AVI格式视频
用Animator制作的AVI视频非常清晰流畅。制作完后可使用ProCoder等压缩软件进行格式转换,以及利用Premiere等视频编辑软件进行视频合成、添加字幕等后期处理,从而达到更好的视觉效果。


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