本文介紹了在SolidWorks下對(duì)摩托車(chē)無(wú)級(jí)變速器虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)研究。

　　1虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)

　　在對(duì)摩托車(chē)無(wú)級(jí)變速器進(jìn)行試驗(yàn)前，希望能更多了解其各項(xiàng)性能指標(biāo)，因而其虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)應(yīng)具備以下條件:

　　①模型完整，且盡量與實(shí)物接近，才能對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程進(jìn)行真實(shí)的模擬仿真;

　　②尺寸靈活，能根據(jù)不同的參數(shù)進(jìn)行修改，即有尺寸驅(qū)動(dòng)功能;

　　③各功能模塊具有機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)真實(shí)模擬功能;

　　④能對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)特性和運(yùn)動(dòng)特性作分析比較。

　　2系統(tǒng)建模

　　要設(shè)計(jì)一個(gè)功能齊全的無(wú)級(jí)變速器虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，首先必須要在SolidWorks平臺(tái)上建立無(wú)級(jí)變速器的模型，此模型不僅能體現(xiàn)無(wú)級(jí)變速器的輪廓特征，還要具有各零件和部件之間的相互約束關(guān)系。

　　(1)非標(biāo)零件模型建立

　　在建模的過(guò)程中，有許多零部件可以在SolidWorks環(huán)境下完成，也可根據(jù)所設(shè)計(jì)的維圖形，利用軟件與AutoCAD、 CAXA等圖形軟件的接口接導(dǎo)人草圖.再經(jīng)拉伸、旋轉(zhuǎn)和切除等操作來(lái)完成建模。如軸類(lèi)，在SolidWorks中打開(kāi)DWG (AutoCAD)或DXF (CAXA)文件，依次點(diǎn)選"以草圖輸人到新零件"、"下一步"、"下一步""完成"。完成了草圖的導(dǎo)人后。接著就可對(duì)草圖進(jìn)行編輯，拉伸等操作，得到所需要的零件形狀。對(duì)一些不樣條曲線(xiàn)或曲面，可以從ASCII文本文件中讀人數(shù)據(jù)或直接輸人點(diǎn)坐標(biāo)兩種方法形成樣條曲線(xiàn)，再運(yùn)用掃描和放樣技術(shù)完成不規(guī)則曲面實(shí)體模型。

　　(2)標(biāo)準(zhǔn)件及齒輪模型

　　標(biāo)準(zhǔn)件和齒輪是任何機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)中最多的零部件之一，如果我們每次設(shè)計(jì)都重新畫(huà)每個(gè)螺母、軸承或齒輪，這將會(huì)降低工作效率。所以，建立標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)和開(kāi)發(fā)齒輪插件，并將應(yīng)用程序嵌人到SolidWorks內(nèi)部，加載成功后，在SolidWorks的主菜單上將出現(xiàn)應(yīng)用程序的菜單，就象其自帶的功能一樣，可大大提高設(shè)計(jì)的效率。

　　為了用戶(hù)開(kāi)發(fā)定制應(yīng)用程序，SolidWorks提供了個(gè)API函數(shù)，SolidWorks的API接口有兩種:一種是OLF程序接口;另一種是基于Windows的COM接口。 OLE接口技術(shù)主要用于VB, Delphi等的編程，此技術(shù)只支持開(kāi)發(fā)EXE形式的應(yīng)用程序，不能直接掛接在SolidWorks的界面菜單卜。而COM組件技術(shù)常用于VC編程，并且SolidWorks也是用VC編寫(xiě)而成的，所以用VC通過(guò)COM接口開(kāi)發(fā)的應(yīng)用程序，實(shí)現(xiàn)最底層的開(kāi)發(fā)且代碼執(zhí)行的效率更高。所以在VC環(huán)境下，基于COM接口編寫(xiě)的動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)DLL文件可以直接在SolidWorks菜單或工具條上顯示、下面就齒輪模型的設(shè)計(jì)進(jìn)行實(shí)例說(shuō)明。

　　首先，在SolidWorks安裝目錄下，找到user.dll文件，打開(kāi)進(jìn)人一個(gè)VC編程環(huán)境接著按以下步驟進(jìn)行編程設(shè)計(jì)。

　　① API對(duì)象的建立

　　主要有:SolidWorks, ModelDoc(對(duì)象模型)、PartDoc(零件對(duì)象)、DrawingDoc(繪制對(duì)象)、Sketch(草圖對(duì)象)、Feature等，這些對(duì)象是實(shí)現(xiàn)SolidWorks應(yīng)用程序的基本元素，它們位于用戶(hù)接口對(duì)象的頂層。所有的對(duì)象與高級(jí)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言的對(duì)象一樣，具有封裝性和重載性，所以對(duì)象之間可進(jìn)行方法與屬性的共享。

　　②查詢(xún)對(duì)象屬性和方法

　　對(duì)象的屬性與方法是通過(guò)API函數(shù)實(shí)現(xiàn)，而API函數(shù)的調(diào)用是要與SolidWorks連接好后，在其連接函數(shù)中完成。此時(shí)，就可以進(jìn)行零部件圖的建立，選擇操作(如基準(zhǔn)、對(duì)象的選擇);用InsertSketch()函數(shù)插人草圖，繪圖函數(shù)繪制出齒輪的齒形輪廓;接著調(diào)用PartDoc對(duì)象中的特征函數(shù)FeatureExtusion()(拉伸)、FeatureRevolve()(旋轉(zhuǎn))、FeatureScan()(掃描)等生成需要的模型。

　　③應(yīng)用程序資源管理

　　在進(jìn)行SolidWorks應(yīng)用程序的開(kāi)發(fā)過(guò)程中，為了避免與其它的系統(tǒng)或軟件資源發(fā)生沖突，在運(yùn)用新的資源前調(diào)用AfxGetResourceHandle函數(shù)來(lái)保存當(dāng)前正在使用的資源，然后調(diào)用AfxSetResourceHandle函數(shù)將新資源設(shè)置為當(dāng)前資源。

　　④生成DLL文件

　　基于COM組件的應(yīng)用程序可以生成EXE文件或DLL文件，為了在SolidWorks中直接使用所開(kāi)發(fā)的應(yīng)用程序，我們將程序編譯成DLL文件，它可作為一個(gè)插件加載到SolidWorks的工具欄或菜單中。但是，編譯后的DLL文件同樣也不能馬上在SolidWorks中打開(kāi)，還必須與SolidWorks進(jìn)行連接與注冊(cè)，即用InitUserD113函數(shù)將DLL初始化并運(yùn)行成功，便完成與SolidWorks的連接。SolidWorks的插件管理器是不能掛接未注冊(cè)的DLL,所以還需用Windows系統(tǒng)的DllRegisterSevert()函數(shù)進(jìn)行注冊(cè)，反注冊(cè)采用DIlUnregisterSevert()。

　　這樣就完成了齒輪插件程序的編譯與導(dǎo)人。齒輪設(shè)計(jì)界面如圖1，齒輪程序運(yùn)行結(jié)果如圖2所示，種承份助界面結(jié)果如圖3所示。

　　3系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

　　系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程圖如圖4所示。

　　(1)裝配設(shè)計(jì)

　　零件庫(kù)包含摩托車(chē)無(wú)級(jí)變速器模型的所有零部件。在SolidWorks中點(diǎn)"工具"選擇"選項(xiàng)"彈出系統(tǒng)選項(xiàng)對(duì)話(huà)框，再點(diǎn)選"文件位置"，選擇"添加"按鈕，導(dǎo)人存儲(chǔ)零件模型的文件夾，形成摩托車(chē)CVT零件庫(kù)。這樣非常方便裝配時(shí)選取零件。

　　將零件模型在計(jì)算機(jī)中裝配稱(chēng)之為"虛擬裝配"。裝配的位置、約束條件等對(duì)后面的虛擬實(shí)驗(yàn)分析有很大的影響，并在裝配后還需對(duì)其進(jìn)行分析、修改、干涉檢查等措施。在SolidWorks中，裝配的方法有兩種:自上而下和從底向上。由于在裝配前，已經(jīng)完成各零件的設(shè)計(jì)，所以本文采用從底向上的方法裝配。SolidWorks為用戶(hù)提供了十幾種零部件的約束關(guān)系。而零件的裝配實(shí)際仁就是約束零件之間的位置關(guān)系，囚此用戶(hù)可以選擇不同的約束關(guān)系來(lái)完成零部件的限位約束。

　　干涉檢查是另一保證各零部件的設(shè)計(jì)關(guān)系止確與否的方法，而且也為后面進(jìn)行動(dòng)態(tài)靜態(tài)分析作準(zhǔn)備。檢查的方法有:動(dòng)態(tài)于涉檢查與靜態(tài)干涉檢查。一般情況下先進(jìn)行靜態(tài)檢查，主要針對(duì)裝配時(shí)各零部件相互之間是否發(fā)生干看涉。如果有干涉就須對(duì)裝配體進(jìn)行重新定位約束，直到無(wú)靜態(tài)干涉。再進(jìn)行動(dòng)態(tài)干涉檢查，主要是檢查在機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)時(shí)，各零部件是否發(fā)生碰撞，移動(dòng)的位置、距離是否正確，間隙尺寸多人等。

　　(2)虛擬實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

　　本文介紹的摩托車(chē)CVT與過(guò)去的踏板式摩托車(chē)的無(wú)級(jí)變速器的控制原理不同，前者是通過(guò)控制無(wú)級(jí)變速器和油門(mén)的開(kāi)度從而控制發(fā)動(dòng)機(jī)，使其工作在最佳狀態(tài)，而后者的控制策略完全相反。為了能更真實(shí)模擬實(shí)驗(yàn)過(guò)程，在設(shè)計(jì)方案時(shí)，不僅要實(shí)現(xiàn)一般變速器的性能參數(shù)側(cè)試，還必須對(duì)帶的偏斜、滑移量進(jìn)行檢測(cè)。具體步驟及要求如下:

　　①變速器的功率、最大轉(zhuǎn)矩、最大轉(zhuǎn)速、傳動(dòng)比范圍;②摩托車(chē)CVT的基本運(yùn)動(dòng)，及運(yùn)動(dòng)的約束條件;③模擬實(shí)驗(yàn)的內(nèi)外部條件;④輸入輸出函數(shù)關(guān)系及約束條件;⑤實(shí)驗(yàn)前后的靜動(dòng)力學(xué)分析與運(yùn)動(dòng)仿真，以及參數(shù)的對(duì)比。

　　(3)系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)

　　實(shí)驗(yàn)開(kāi)始前，按照以上步驟設(shè)計(jì)出實(shí)驗(yàn)方案，給定其輸人輸出函數(shù)，對(duì)摩托車(chē)CVT進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真，靜、動(dòng)力學(xué)分析，并將仿真分析結(jié)果存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)，以便同理論數(shù)據(jù)比較。如果根據(jù)所設(shè)計(jì)的方案無(wú)法達(dá)到設(shè)計(jì)的要求，就必須更改設(shè)計(jì)方案，如果是機(jī)構(gòu)的力學(xué)性能不符要求，可對(duì)機(jī)械模型進(jìn)行修改，加約束、加強(qiáng)結(jié)構(gòu)剛性等。

　　4結(jié)束語(yǔ)

　　在實(shí)驗(yàn)前，開(kāi)發(fā)虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，對(duì)模型進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn)是必要的，也是切實(shí)可行的。摩托車(chē)CVT虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)為實(shí)驗(yàn)提供了強(qiáng)有力的依據(jù)，大大縮短產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)周期，提高了設(shè)計(jì)的質(zhì)量。