基于Solidworks外嚙合齒輪泵的動態仿真

袁琪

摘 ?要：文章通過對外嚙合齒輪泵的的工作原理及結構進行分析，運用SolidWorks軟件實現三維建模、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，結合Animator插件動態演示齒輪泵零部件的裝配關系及過程。它使學生對外嚙合齒輪泵工作過程和結構有了更直觀的認識，為后續的計算機輔助教學提供了技術支持。

關鍵詞：外嚙合齒輪泵;三維建模;動態仿真

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

齒輪泵是液壓系統中常用的液壓泵，通過一對相互嚙合的齒輪將電動機所輸出的機械能轉化為液壓能的能量裝置。在機床或其他機械的液壓系統中作為提供一定流量、壓力的液壓能源。齒輪泵廣泛應用于工程機械、工業專用車輛、石油機械等行業和領域。通過齒輪泵的運轉將機械設備的潤滑系統輸送潤滑油。作為液壓系統的典型設備，為了使學生在教學中對其結構和工作過程有直觀而清晰地認識，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仿真。以動畫視頻的形式輔助教學，使教學內容生動形象，極大激發學生的學習興趣，從而提高教學質量，為信息化教學奠定了基礎。

1 ?齒輪泵的工作原理

齒輪泵按其結構不同可分為外嚙合和內嚙合兩大類。其中外嚙合齒輪泵是應用最廣泛的一種，由兩個尺寸相同的齒輪在一個緊密配合的殼體內相互嚙合旋轉，內部類似“8”字形，安裝在殼體內，且齒輪的外徑及端面與殼體緊密配合。傳送介質從進油口進入，隨著參數相同的兩個主、從動齒輪在泵體內做嚙合運動，最后從出油口排除，將介質的壓力轉化成機械能進行做功。隨著驅動軸的不間斷轉動，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、緊固件等構成。由于其零部件較多，限于篇幅，就不詳細介紹了。Solidworks零部件的建模過程為：首先選取合適的基準面，建立各零部件的平面草圖;其次利用拉伸、旋轉、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，利用整體坐標與局部坐標原點重合，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。

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，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、螺釘等緊固件添加進來，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 ?齒輪泵的動態仿真

3.1 ?干涉檢查

在進行齒輪泵動態仿真之前，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，系統生成干涉分析結果，該結果可以對相關結構的參數進行優化處理。

3.2 ?動態仿真

在裝配體模式下，單擊“模擬” →“旋轉馬達”，拾取主動輪內孔邊線，確認此次操作。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插件上的動畫向導圖標，在動畫類型對話框里選擇“物理模擬”。這樣就實現了齒輪泵工作的動態仿真[3]。

為了加深學生對齒輪泵內部結構的理解，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，點擊動畫向導，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，使學生對齒輪泵的工作原理及內部結構有了直觀認識，這為后續的計算機輔助教學提供了技術支持。

4 ?結 ?語

①利用Solidworks軟件實現了齒輪泵的三維特征建模。在裝配體環境下，采用多種配合關系，實現了齒輪泵的動態裝配。

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，并結合Animator插件對其工作過程進行動態仿真。

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，動態演示齒輪泵零部件的裝配關系及過程，使學生對齒輪泵結構有了更深的認識。

參考文獻：

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

[2] 胡仁喜，王克印.SolidWorks2012中文版標準實例教程[M].北京：機械 ? ? ? 工業出版社，2012.

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

2005.