基于Solidworks的船舶电动机拆装仿真

日期:2019-03-18 / 人气:

0 引言

船舶电动机拆装是《舰艇电气管理与维修》实作课程中的一个重要内容,包括船舶电动机的解体与装配。要求学习者对船舶电动机结构,装配工艺的合理性有一定认识。

目前,这方面的实践教学主要是通过板书、图片、实验模型完成的,整个讲解过程比较枯燥,特别是在实际拆装讲解时,出现的问题较多,效果不甚理想。究其原因,主要是因为学习者受实际经验、理解能力,特别是空间想象能力的制约,不能很好地理解船舶电动机的拆装过程,导致在船舶电动机实际拆装时,出现各种各样的错误。因此,有必要在给出电动机零件的二维图时,利用动画演示的三维效果,使静止的电机模型运动起来,帮助学习者产生立体感、动态感的空间想象效果。

1 三维模型制作

Solidworks软件是由美国Solidworks公司研制开发的三维机械设计软件,集三维零件设计、动画仿真、有限元分析、模具设计、数据管理于一体的综合性软件。本文首先在Solidworks软件中完成船舶电动机转子、定子、机座等零件的模型,然后完成其它零部件的装配。在制作装配模型时,模型中零件之间的装配关系必须正确,否则将不能产生相应的运动和动作,这是能否用Animator制作动画的前提和关键。

对于电动机的拆装,单个的零件没有实际意义,必须装配成完整机器实体。装配不仅是表达零件之间的配合关系,也是运动分析、干涉检查和实现仿真动画的基础。装配的方法是将准备好的零件逐一插入装配体文件中,然后依次添加零件之间的配合关系。在SolidWorks中默认第一个插入的零件为固定的,不能移动,以作为其它零件装配的参考,因此必须仔细考虑第一个插入的零件,一般选择产品的支架、底座等主要零件作为第一零件。本文选择电机机座作为第一个部件,然后添加定子,选择定子与机座同心约束,并利用平行约束调整定子端面与机座端面的距离。接着插入转子模型,装配方法与定子一样,然后是前后轴承及前后端盖的安装,机座后部安装风扇,风罩等部件,最后用设计好的螺栓锁住各部件,这样一个电机就按照正规步骤装配好了。如图1所示为船舶电动机的装配模型体积干涉检查图。各个部件的约束关系要尽量简化,合理的使用圆周阵列和线性阵列能有效的简化装配步骤,更为重要的是各部件的先后装配顺序一定要符合实际电机生产装配过程,否则下一步产生的动画会误导学习者记忆错误的拆装顺序。

电机装配体积干涉检查图

图1 电机装配体积干涉检查图

2 运动仿真

Animator动画制作软件与Solidworks是完全集成的,交互动画将船舶电动机的三维模型实现动态的可视化,摄制船舶电机的模拟仿真装配过程,模拟拆卸和运行过程。运动仿真流程如图2所示。

运动仿真流程图

图2 运动仿真流程图

运动特性分析前,要对电机装配体进行干涉检查,主要包括碰撞测试、动态间隙、体积干涉三个方面,确定装配是否正确。然后利用动画向导功能,生成旋转动画,爆炸动画或解除爆炸动画,Animator插件通常不在Solidworks的工作界面中,需要单击工具、插件,选择Solidworks Animator,然后出现Animator插件的菜单和工具条,选择动画类型,然后在动画控制选项中输入播放时间,延迟时间,选择播放和录制动画,开始动画播放和录制。本文首先生成旋转动画,产生旋转动画的路径,保留该路径,然后使用动画向导生成爆炸动画,爆炸路径在装配时已制作完毕。同样,可生成旋转和解除爆炸动画,然后对其进行干涉检查,需要注意的是,动画制作过程中要不断调试播放效果,这里不是指简单的设置播放时间长短的问题,而是要不断调整播放的视角,使动画能最清楚的表达拆装过程,在某些重要部件的拆装时,要适当减慢播放速度,利于记忆拆装过程。最后将做好的动画渲染成影像文件,能在没安装SolidWorks的计算机上观看。如图3所示为电动机拆装运动仿真图。研究中可以使用Animator插件的屏幕录制键将其动画过程进行录制,保存成AVI格式的文件进行播放。

电动机拆装运动仿真图

图3 电动机拆装运动仿真图

3 仿真应用

仿真动画是演示电机运动规律、装配过程的有效方法。仿真动画是现代计算机辅助教学中不可缺少的要素,很多知识点的讲授,有时需要动画效果来表现。在Authorware中,可使用的视频文件格式有很多,例如MPEG文件、BMP序列文件、Quick Time文件。其中MPEG文件具有高压缩比、磁盘空间占用少的特点,是常用的视频文件,为了制作需要的动画效果,将生成的AVI文件通过转换软件Bros MTS Converter转换成MPEG2格式文件,将大大减少所占有磁盘空间,提高程序运行效率。最后利用Authorware的交互功能,设置动画播放控制按钮,这样可以在课件讲授中实现动画界面与文字内容之间的相互转换。如图4所示为Authorware程序、界面设计图。

Authorware程序、界面设计图

图4 Authorware程序、界面设计图

最后把MPEG2文件采用链接的方式,链接到Authorware的视频控制知识对象中,这样可以减少磁盘占用率,方便存储。然后设置播放参数,利用视频控制知识对象,可以方便地调整动画过程的运动方式,如正常播放、快进或快退播放,调整到满意为止。

4 结束语

本文以SolidWorks作为设计平台,进行船用电动机建模和装配,然后利用插件Animator制作拆装运动仿真动画,可以方便快速地制作出形象逼真的拆装过程,最后把船用电动机的模型和拆装过程应用于计算机辅助教学中,以丰富多彩的形式展现,是一次对舰艇电气设备实践教学的有益尝试。



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