采煤机行星减速机构的仿真分析.pdf
第3 3 卷第0 l 期 2 0 1 2 年 0 1 月 煤 矿机械 C o a lM i n eM a c h i n e r y V 0 1 .3 3N o .0 l J a n .2 0 1 2 粟煤机行星减速机构的仿真分析 杨德星.王素玉。于涛 山东科技大学,山东青岛2 6 6 5 1 0 摘要研究了在S o l i d W o r k s 平台上进行采煤机行星减速机构仿真与运动分析的方法。以 S o l i d W o r k sM o t i o n 模块为基础,对行星减速机构进行三维模型的数字化设计,完成虚拟装配。实现 了采煤机行星减速机构的建模、参数设计和仿真分析的自动化。提高了整体设计效率。 关键词S o l i d W o r k s ;行星机构;运动分析;仿真 中图分类号T H l 3 2文献标志码A 文章编号1 0 0 3 0 7 9 4 2 0 1 2 0 1 0 2 3 7 0 3 S i m u l a t i o na n dA n a l y s i so fP l a n e t a r yG e a rR e d u c e rf o rS h e a r e r Y A N GD e - 虹鸣。W A N GS u - y u 。Y UT a o S h a n d o n gU n i v e r s i t yo fS c i e n c la n dT e c h n o l o g y .Q i n g d a o2 6 6 5 1 0 ,C h i n a A b s t r a c t T h em e t h o dk i n e m a t i c sa n a l y s i sa n ds i m u l a t i o no fp l a n e t a r yg e a rr e d u c e rf o rs h e a r e ro n S o l i d W o r k s .B a s e do nS o l i d W o r k sM o t i o nm o d l e ,I td e s i g n sp l a n e t a r yg e a rr e d u c e ro f3 Dm o d e l , c o m p l e t e sav i r t u a la s s e m b l y ,t h ep l a n e t a r yg e a rr e d u c e rf o rs h e a r e ro fm o d e l i n g , a n ds i m u l a t i o na n d a n a l y s i so fd e s i g np a r a m e t e r sc a nb er e a l i z e da u t o m a t i c a l l y .I m p r o v e do v e r a l ld e s i g ne f f i c i e n c y . K e yw o r d s S o l i d W o r k s ;p l a n e tg e a r ;m o v e m e n ta n a l y s i s ;s i m u l a t i o n 0引言 在煤机行业以计算机为基础、以数字化信息为 特征、支持产品数字化开发的技术日益成熟,成为 提升煤机企业竞争力的有效工具。其中,以计算机 辅助设计 C A D 、计算机辅助工程分析 C A E 为基 础的数字化设计,是产品数字化开发的核心技术。 设计人员通过数字样机的虚拟装配技术检查各零 部件的尺寸和可装配性,及时修改错误。通过数字 化样机进行虚拟仿真.而不用再去做更多的实物试 验。这样,既节省了时间又节约了费用。 W i n d o w sM e d i aS e r v e r s 进行网络发布。 3 .3 监测数据网络发布设计 在本系统中上位机V B 程序将下位机所采集的 数据在后台进行处理之后写入数据库.上位机服务 器利用V S 2 0 0 8 开发平台技术对数据库进行读操 作。设计监测数据实时显示并刷新网页.然后由I I S I n t e r n e tI n f o r m a t i o nS e r v e r 对网站进行局域网中的 网络发布。发布成功后。与服务器的I P 段号相同的 内网客户端用户就可以像浏览普通的网站一样.在 浏览器地址栏输入服务器的I P 地址就可以实现轻 松访问。 4 结语 1 本系统能实时监测风机运行参数、电机的 电气参数以及风硐内瓦斯浓度、C O 浓度、空气温度 与湿度监测内容还包括电机轴承温度、电机定子 温度、风机振动和瓦斯浓度等 2 将监测数据实时显示在程序主界面并将其 存储.以供系统实现查询、打印与信息网络发布的 功能 3 风速测量选用G F W l 5 型风速传感器,其具 有均可动部件,可靠性高。介质适应性强.工作温度 范围宽,准确度高。能够持续长时间对风速进行监 测等优点电气参数测量系统使用新型的8 9 0 1 F 电 参数测量仪.该仪器所测信号数值为真有效值,直 接数字显示。无读数误差。这些新型仪器的使用减 小了测量误差,提高了测量的准确性; 4 使用A S P .N E T 网页技术开发监测参数实时 显示网页,由I I S 对网页进行局域网内的网络发布, 使每个客户端轻松方便地浏览到监测信息。 参考文献 【1 ] 陈开岩,傅清国.矿井通风系统安全可靠性评价[ J ] .中国矿业大 学学报,2 0 0 3 ,3 2 4 3 9 3 3 9 8 . [ 2 ] 陈旺生,严开勇.矿井通风机在线监测系统研究[ J ] .矿山机械, 2 0 0 9 , 3 7 3 1 6 - 1 8 . [ 3 ] 王勇.基于单片机的矿井主要扇风机的在线监测系统的研究[ M ] .徐 州中国矿业大学出版社.2 0 0 1 . [ 4 ] 吴征艳,蒋曙光,胡维喜,等.矿井主要通风机性能分布式测定系 统的开发[ J ] .煤矿安全,2 0 0 6 1 0 3 4 3 7 . [ 5 ] 莫卫东.V i s u a lB a s i c6 .0 高级编程技巧一窗口、菜单篇[ M ] .西 安西安交通大学出版社.1 9 9 9 . [ 6 ] 刘钢,程克明.A c c e s s 数据库程序设计教程[ K ] .北京清华大学 出版社.2 0 0 5 . [ 7 ] 张涛.A S P 技术建立网络综合信息发布系统[ J ] .电脑编程技巧与 维护,2 0 1 0 1 5 巧. 作者简介赵勇明f 1 9 8 6 一 ,四川巴中人,硕士研究生,主要从 事安全技术及丁程专业的学习与科研.电子信箱z h i 6 1 0 1 2 6 .c o m . 一2 3 7 一 责任编辑武伟民收稿日期2 0 1 l 0 7 一l O 万方数据 V 0 1 .3 3 N o .O l 采堪机行星减速垫构的仿真分析杨德星,等第3 3 卷第o l 期 近年来.商业C A D 软件及工具的兴起.将虚拟 样机 V i r t u a lP r o t o t y p i n g 技术- - V R 技术与C A D 技 术相结合.应用于多领域的新技术成为现实.并不 断受到企业的高度重视.N W G 型行星减速机构.效 率高、体积小、重量轻、结构简单、制造方便、传动功 率范围大.可用于各种工作条件。因此.它常用在采 煤机截割部最后一级减速中。本文基于S o l i d W o r k s 实现电牵引采煤机截割部行星减速机构的仿真分 析。 1创建三维实体模型 S o l i d W o r k s 软件是专门为机械行业设计的三维 C A D 软件。自1 9 9 5 年问世以来.以其简单易学的图 形用户界面和强大的参数化.基于特征的实体造型 技术,在机械设计行业被广泛使用。利用S o l i d W o r k s 实现机械产品设计的设计流程图如图l 。 打 圈1 设计流程圊 在行星减速机构建模过程中,最主要的就是齿 轮建模。在S o l i d W o r k s 巾建模要根据网形的形状选 择比较合适的方法,主要是应用S o l i d W o r k s 中基于 草图的托伸、旋转、扫描等基体 或切除 基本特征 和镜像、阵列等辅助特征。绘制草图时要简化,圆角、 倒角等非关键性信息要尽量使用特征或省略。 由于S o l i d W o r k s 不能直接输人曲线方程i l 珏i 出 渐开线.本文是利用第3 方插件G e a r T r a x 2 0 1 0 齿轮 产生器.输入齿轮尺寸参数.在S o l i d W o r k s 英文界 面下实现参数化设计.自动创建。然后编辑得到齿轮 最终模型。在S o l i d W o r k s 完成建模的行星架和内齿 轮模型如图2 . 荡O a 行星架 b 内| 暂轮 囤2 零件三维实体模型 2 虚拟装配 虚拟装配是在计算机上完成所设计零部件的 装配模型.即将不同的零件组装成一个装配体.其 基本功能是定义不同零件之间的相对位置约束关 系,生成爆炸视图,进行零件之问的动、静态干涉检 查,发现零部件设计上的不合理结构部分.以改进 2 3 8 设计,并完成该装配体的动态模拟设计、虚拟装配 设计流程见图3 。 图3 虚拟装配设计流程 1 装配 S o l i d W o r k s 支持自上而下和自下而上的装配方 法。行星减速机构就是采用自上而下装配的.装配 体的装配关系反映零件之间相对位置和配合关系. 即反映零件之间的相互约束及相对运动.S o l i d . W o r k s 中3 种配合方式标准配合、高级配合和机械 配合。其中标准配合主要有锁定、重合、平行、垂直、 相切、同轴心、距离和角度配合高级配合有限制、 对称、宽度、线性/线性耦合;机械配合包括凸轮、铰 链、齿轮、螺旋、万向节等。由于行星减速机构同时 存在内、外齿轮啮合和外、外齿轮啮合.装配虚拟样 机显得相对麻烦。 装配行星轮时可以采用子装配体。默认情况下. 子装配体为刚性。在父装配体中.子装配体为单一 单位.其零部件不相对于彼此移动.为了便于后续 仿真分析,要在F e a t u r e M a n a g e r 设计树通过零部件 属性对话框使子装配体成为柔性 在还原下 。,这 样.在父装配体中的子装配体的各个零部件才可以 移动。行星减速机构的装配结果如图4 . 簟⑨ a 轴铡网 b 平面罔 图4 虚拟装配圈 2 爆炸视图 行星减速机构的虚拟装配就是完成虚拟样机的 一个优化过程。在零部件装配体完成以后.为了直 观地、形象地分析各个零部件之间的相互关系.可 以对装配体进行爆炸视网制作, S o l i d W o r k s 装配体的爆炸视图包括一个或多个 爆炸步骤。可以根据设计者的需求进行爆炸.但注 意爆炸过程尽量要符合实际的安装顺序.这样可以 使得爆炸过程和后续的解除爆炸过程更加直观.每 个爆炸视图是保存于所生成的装配体配置中, 当需要提供仿真装配过程时.在完成爆炸视图 万方数据 堑蝥鲞第0 1 期采煤机行星减速机构的仿真分析杨德星,等 V 0 1 .3 3 N o .0 1 后,可以通过“运动算例”的动画向导方便地制作出 虚拟样机的爆炸动画和解除爆炸动画.并将动画保 存为.A V I 文件。 3 运动分析 s o l i d W o r k sM o t i o n 插件是A D A M S 软件的简化 版.是M D I 公司专门针对S 0 1 i d W o r k s 等软件开发 的运动仿真模块。它以插件的形式无缝兼容于 S o l i d W o r k s .具有体积小、运动速度快和对计算机硬 件要求不高等特点。可以对中小装配体进行完整的 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。 1 添加驱动 虽然S o l i d W o r k sM o t i o n 插件完全内嵌于 S o l i d W o r k s 中,但是不在S o l i d W o r k s 的工作界面上. 需要通过在工具/插件菜单.选中S o l i d W o r k sM o t i o n 选项.并在“运动类型”列表框中选“M o t i o n 分析”打 开“M o t i o n 管理器”执行。 在M o t i o n 工具栏上.选择“马达”.给行星减速 机构的太阳轮添加“等速.2 0 0 R P M ”的旋转马达。 2 结果分析 通过仿真计算后.选择M o t i o nM a n a g e r 工具栏 的“图解”.可以得到各个行星轮和行星架的转动角 速度。具体数值如图5 。 从角速度数值分析可以看出.4 个行星轮的角 速度一致,均为3 4 4 .4 o ,s ,行星架与太阳轮的仿真 传动比为5 .7 1 4 与理论传动比5 .7 4 7 相比.误差仅 为0 .5 7 %.符合采煤机截割部行星减速机构的传动 比一般为4 。6 的要求。 4 结语 利用S o l i d W o r k s 软件及其插件模块S o l i d W o r k s M o t i o n 制作实现采煤机行星减速机构数字化仿真 设计和运动分析.在一定程度上反映了采煤机行星 减速机构运动的真实工作情况。将它应用于整个机 械产品的开发设计中.可在产品设计早期阶段进行 虚拟运动仿真或找出设计问题.这既能提高机械设 计工作的效率,又能提高产品的竞争力。 时间/8 3 4 5 .4r 3 4 4 .9 } 3 4 4 .4 卜_ _ - - _ _ - _ _ _ _ - - - - _ _ 一 3 4 3 .9 } 3 4 34 ‘- - - - - - ‘- - - - - ‘- ‘- - - 。- - - - - ‘- ‘。。。- - 。- ‘。。。。- ‘- - 一 O .O 0 .51 .0 1 .52 .0 2 .5 3 .0 3 .5 4 .0 4 .5 5 .0 时间,s 3 4 5 .4r 3 4 4 .9 } 3 4 4 .4r _ ’- _ _ - _ _ _ _ _ ’’_ 一 3 4 3 .9 } 3 4 34 ‘。。。1 ‘‘。‘。’。。。。。‘。。。。。。。。‘。。。。。。。。。。- 。- 。- ‘。‘’。。。‘。。。。。。“。1 。1 ’。。。。。。。。‘。‘。。 0 .0 0 .51 .0 1 .52 .0 2 .5 3 .0 3 .5 4 .0 4 .5 5 .0 时间/s 3 - 4 5 .4r 3 4 4 .9 } 3 4 4 .4 卜- - - - - - _ - _ H _ _ _ _ - _ - _ - _ _ _ - - - 一 3 4 3 .9 } 3 4 34l - - _ k - - - - - - I - - _ L - - - J L - - - - J - - - - - - J - - - - - - - - - ‘- - - - J 0 .00 .51 .0 l ‘52 .02 .53 .0 3 .5 4 .0 4 .55 .0 时间,s 时同,s 圈5 行星轮和行星架的转动角速度 参考文献 [ 1 ] 曹茹.S o I i d W o r k s 2 0 0 9 三维设计及应用教程[ K ] .北京机械工业 出版社.2 0 1o . 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