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基于SolidWorks软件的摩托车无级变速器虚拟实验系统开发 |
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作者：蒋强 杨英 吴敏 |
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1虚拟实验系统
在对摩托车无级变速器进行试验前，希望能更多了解其各项性能指标，因而其虚拟实验系统应具备以下条件:
①模型完整，且尽量与实物接近，才能对实验过程进行真实的模拟仿真;
②尺寸灵活，能根据不同的参数进行修改，即有尺寸驱动功能;
③各功能模块具有机构的运动真实模拟功能;
④能对系统的动力学特性和运动特性作分析比较。
2系统建模
要设计一个功能齐全的无级变速器虚拟实验系统，首先必须要在SolidWorks平台上建立无级变速器的模型，此模型不仅能体现无级变速器的轮廓特征，还要具有各零件和部件之间的相互约束关系。
(1)非标零件模型建立
在建模的过程中，有许多零部件可以在SolidWorks环境下完成，也可根据所设计的维图形，利用软件与AutoCAD、 CAXA等图形软件的接口接导人草图.再经拉伸、旋转和切除等操作来完成建模。如轴类，在SolidWorks中打开DWG (AutoCAD)或DXF (CAXA)文件，依次点选"以草图输人到新零件"、"下一步"、"下一步""完成"。完成了草图的导人后。接着就可对草图进行编辑，拉伸等操作，得到所需要的零件形状。对一些不样条曲线或曲面，可以从ASCII文本文件中读人数据或直接输人点坐标两种方法形成样条曲线，再运用扫描和放样技术完成不规则曲面实体模型。
(2)标准件及齿轮模型
标准件和齿轮是任何机构设计中最多的零部件之一，如果我们每次设计都重新画每个螺母、轴承或齿轮，这将会降低工作效率。所以，建立标准件库和开发齿轮插件，并将应用程序嵌人到SolidWorks内部，加载成功后，在SolidWorks的主菜单上将出现应用程序的菜单，就象其自带的功能一样，可大大提高设计的效率。
为了用户开发定制应用程序，SolidWorks提供了个API函数，SolidWorks的API接口有两种:一种是OLF程序接口;另一种是基于Windows的COM接口。 OLE接口技术主要用于VB, Delphi等的编程，此技术只支持开发EXE形式的应用程序，不能直接挂接在SolidWorks的界面菜单卜。而COM组件技术常用于VC编程，并且SolidWorks也是用VC编写而成的，所以用VC通过COM接口开发的应用程序，实现最底层的开发且代码执行的效率更高。所以在VC环境下，基于COM接口编写的动态链接库DLL文件可以直接在SolidWorks菜单或工具条上显示、下面就齿轮模型的设计进行实例说明。
首先，在SolidWorks安装目录下，找到user.dll文件，打开进人一个VC编程环境接着按以下步骤进行编程设计。
① API对象的建立
主要有:SolidWorks, ModelDoc(对象模型)、PartDoc(零件对象)、DrawingDoc(绘制对象)、Sketch(草图对象)、Feature等，这些对象是实现SolidWorks应用程序的基本元素，它们位于用户接口对象的顶层。所有的对象与高级程序设计语言的对象一样，具有封装性和重载性，所以对象之间可进行方法与属性的共享。
②查询对象属性和方法
对象的属性与方法是通过API函数实现，而API函数的调用是要与SolidWorks连接好后，在其连接函数中完成。此时，就可以进行零部件图的建立，选择操作(如基准、对象的选择);用InsertSketch()函数插人草图，绘图函数绘制出齿轮的齿形轮廓;接着调用PartDoc对象中的特征函数FeatureExtusion()(拉伸)、FeatureRevolve()(旋转)、FeatureScan()(扫描)等生成需要的模型。
③应用程序资源管理
在进行SolidWorks应用程序的开发过程中，为了避免与其它的系统或软件资源发生冲突，在运用新的资源前调用AfxGetResourceHandle函数来保存当前正在使用的资源，然后调用AfxSetResourceHandle函数将新资源设置为当前资源。
齿轮设计界面
④生成DLL文件
基于COM组件的应用程序可以生成EXE文件或DLL文件，为了在SolidWorks中直接使用所开发的应用程序，我们将程序编译成DLL文件，它可作为一个插件加载到SolidWorks的工具栏或菜单中。但是，编译后的DLL文件同样也不能马上在SolidWorks中打开，还必须与SolidWorks进行连接与注册，即用InitUserD113函数将DLL初始化并运行成功，便完成与SolidWorks的连接。SolidWorks的插件管理器是不能挂接未注册的DLL,所以还需用Windows系统的DllRegisterSevert()函数进行注册，反注册采用DIlUnregisterSevert()。
这样就完成了齿轮插件程序的编译与导人。齿轮设计界面如图1，齿轮程序运行结果如图2所示，种承份助界面结果如图3所示。
图2 齿轮造型结果
轴承设计界面
3系统总体设计
系统设计流程图如图4所示。
系统设计流程图
(1)装配设计
零件库包含摩托车无级变速器模型的所有零部件。在SolidWorks中点"工具"选择"选项"弹出系统选项对话框，再点选"文件位置"，选择"添加"按钮，导人存储零件模型的文件夹，形成摩托车CVT零件库。这样非常方便装配时选取零件。
将零件模型在计算机中装配称之为"虚拟装配"。装配的位置、约束条件等对后面的虚拟实验分析有很大的影响，并在装配后还需对其进行分析、修改、干涉检查等措施。在SolidWorks中，装配的方法有两种:自上而下和从底向上。由于在装配前，已经完成各零件的设计，所以本文采用从底向上的方法装配。SolidWorks为用户提供了十几种零部件的约束关系。而零件的装配实际仁就是约束零件之间的位置关系，囚此用户可以选择不同的约束关系来完成零部件的限位约束。
干涉检查是另一保证各零部件的设计关系止确与否的方法，而且也为后面进行动态静态分析作准备。检查的方法有:动态于涉检查与静态干涉检查。一般情况下先进行静态检查，主要针对装配时各零部件相互之间是否发生干看涉。如果有干涉就须对装配体进行重新定位约束，直到无静态干涉。再进行动态干涉检查，主要是检查在机构运动时，各零部件是否发生碰撞，移动的位置、距离是否正确，间隙尺寸多人等。
(2)虚拟实验方案设计
本文介绍的摩托车CVT与过去的踏板式摩托车的无级变速器的控制原理不同，前者是通过控制无级变速器和油门的开度从而控制发动机，使其工作在最佳状态，而后者的控制策略完全相反。为了能更真实模拟实验过程，在设计方案时，不仅要实现一般变速器的性能参数侧试，还必须对带的偏斜、滑移量进行检测。具体步骤及要求如下:
①变速器的功率、最大转矩、最大转速、传动比范围;②摩托车CVT的基本运动，及运动的约束条件;③模拟实验的内外部条件;④输入输出函数关系及约束条件;⑤实验前后的静动力学分析与运动仿真，以及参数的对比。
(3)系统功能实现
实验开始前，按照以上步骤设计出实验方案，给定其输人输出函数，对摩托车CVT进行运动仿真，静、动力学分析，并将仿真分析结果存储在数据库，以便同理论数据比较。如果根据所设计的方案无法达到设计的要求，就必须更改设计方案，如果是机构的力学性能不符要求，可对机械模型进行修改，加约束、加强结构刚性等。
4 结束语
在实验前，开发虚拟实验系统，对模型进行虚拟实验是必要的，也是切实可行的。摩托车CVT虚拟实验系统设计为实验提供了强有力的依据，大大缩短产品的开发周期，提高了设计的质量。
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(7/15/2008) |
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