本文介紹了在SolidWorks下對摩托車無級變速器虛擬實驗系統的開發研究。
1虛擬實驗系統
在對摩托車無級變速器進行試驗前，希望能更多了解其各項性能指標，因而其虛擬實驗系統應具備以下條件:
①模型完整，且盡量與實物接近，才能對實驗過程進行真實的模擬仿真;
②尺寸靈活，能根據不同的參數進行修改，即有尺寸驅動功能;
③各功能模塊具有機構的運動真實模擬功能;
④能對系統的動力學特性和運動特性作分析比較。
2系統建模
要設計一個功能齊全的無級變速器虛擬實驗系統，首先必須要在SolidWorks平臺上建立無級變速器的模型，此模型不僅能體現無級變速器的輪廓特征，還要具有各零件和部件之間的相互約束關系。
(1)非標零件模型建立
在建模的過程中，有許多零部件可以在SolidWorks環境下完成，也可根據所設計的維圖形，利用軟件與AutoCAD、 CAXA等圖形軟件的接口接導人草圖.再經拉伸、旋轉和切除等操作來完成建模。如軸類，在SolidWorks中打開DWG (AutoCAD)或DXF (CAXA)文件，依次點選"以草圖輸人到新零件"、"下一步"、"下一步""完成"。完成了草圖的導人后。接著就可對草圖進行編輯，拉伸等操作，得到所需要的零件形狀。對一些不樣條曲線或曲面，可以從ASCII文本文件中讀人數據或直接輸人點坐標兩種方法形成樣條曲線，再運用掃描和放樣技術完成不規則曲面實體模型。
(2)標準件及齒輪模型
標準件和齒輪是任何機構設計中最多的零部件之一，如果我們每次設計都重新畫每個螺母、軸承或齒輪，這將會降低工作效率。所以，建立標準件庫和開發齒輪插件，并將應用程序嵌人到SolidWorks內部，加載成功后，在SolidWorks的主菜單上將出現應用程序的菜單，就象其自帶的功能一樣，可大大提高設計的效率。
為了用戶開發定制應用程序，SolidWorks提供了個API函數，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接口技術主要用于VB, Delphi等的編程，此技術只支持開發EXE形式的應用程序，不能直接掛接在SolidWorks的界面菜單卜。而COM組件技術常用于VC編程，并且SolidWorks也是用VC編寫而成的，所以用VC通過COM接口開發的應用程序，實現最底層的開發且代碼執行的效率更高。所以在VC環境下，基于COM接口編寫的動態鏈接庫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計進行實例說明。
首先，在SolidWorks安裝目錄下，找到user.dll文件，打開進人一個VC編程環境接著按以下步驟進行編程設計。
① API對象的建立
主要有:SolidWorks, ModelDoc(對象模型)、PartDoc(零件對象)、DrawingDoc(繪制對象)、Sketch(草圖對象)、Feature等，這些對象是實現SolidWorks應用程序的基本元素，它們位于用戶接口對象的頂層。所有的對象與高級程序設計語言的對象一樣，具有封裝性和重載性，所以對象之間可進行方法與屬性的共享。
②查詢對象屬性和方法
對象的屬性與方法是通過API函數實現，而API函數的調用是要與SolidWorks連接好后，在其連接函數中完成。此時，就可以進行零部件圖的建立，選擇操作(如基準、對象的選擇);用InsertSketch()函數插人草圖，繪圖函數繪制出齒輪的齒形輪廓;接著調用PartDoc對象中的特征函數FeatureExtusion()(拉伸)、FeatureRevolve()(旋轉)、FeatureScan()(掃描)等生成需要的模型。
③應用程序資源管理
在進行SolidWorks應用程序的開發過程中，為了避免與其它的系統或軟件資源發生沖突，在運用新的資源前調用AfxGetResourceHandle函數來保存當前正在使用的資源，然后調用AfxSetResourceHandle函數將新資源設置為當前資源。
④生成DLL文件
基于COM組件的應用程序可以生成EXE文件或DLL文件，為了在SolidWorks中直接使用所開發的應用程序，我們將程序編譯成DLL文件，它可作為一個插件加載到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，還必須與SolidWorks進行連接與注冊，即用InitUserD113函數將DLL初始化并運行成功，便完成與SolidWorks的連接。SolidWorks的插件管理器是不能掛接未注冊的DLL,所以還需用Windows系統的DllRegisterSevert()函數進行注冊，反注冊采用DIlUnregisterSevert()。
這樣就完成了齒輪插件程序的編譯與導人。齒輪設計界面如圖1，齒輪程序運行結果如圖2所示，種承份助界面結果如圖3所示。
3系統總體設計
系統設計流程圖如圖4所示。
(1)裝配設計
零件庫包含摩托車無級變速器模型的所有零部件。在SolidWorks中點"工具"選擇"選項"彈出系統選項對話框，再點選"文件位置"，選擇"添加"按鈕，導人存儲零件模型的文件夾，形成摩托車CVT零件庫。這樣非常方便裝配時選取零件。
將零件模型在計算機中裝配稱之為"虛擬裝配"。裝配的位置、約束條件等對后面的虛擬實驗分析有很大的影響，并在裝配后還需對其進行分析、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，已經完成各零件的設計，所以本文采用從底向上的方法裝配。SolidWorks為用戶提供了十幾種零部件的約束關系。而零件的裝配實際仁就是約束零件之間的位置關系，囚此用戶可以選擇不同的約束關系來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計關系止確與否的方法，而且也為后面進行動態靜態分析作準備。檢查的方法有:動態于涉檢查與靜態干涉檢查。一般情況下先進行靜態檢查，主要針對裝配時各零部件相互之間是否發生干看涉。如果有干涉就須對裝配體進行重新定位約束，直到無靜態干涉。再進行動態干涉檢查，主要是檢查在機構運動時，各零部件是否發生碰撞，移動的位置、距離是否正確，間隙尺寸多人等。
(2)虛擬實驗方案設計
本文介紹的摩托車CVT與過去的踏板式摩托車的無級變速器的控制原理不同，前者是通過控制無級變速器和油門的開度從而控制發動機，使其工作在最佳狀態，而后者的控制策略完全相反。為了能更真實模擬實驗過程，在設計方案時，不僅要實現一般變速器的性能參數側試，還必須對帶的偏斜、滑移量進行檢測。具體步驟及要求如下:
①變速器的功率、最大轉矩、最大轉速、傳動比范圍;②摩托車CVT的基本運動，及運動的約束條件;③模擬實驗的內外部條件;④輸入輸出函數關系及約束條件;⑤實驗前后的靜動力學分析與運動仿真，以及參數的對比。
(3)系統功能實現
實驗開始前，按照以上步驟設計出實驗方案，給定其輸人輸出函數，對摩托車CVT進行運動仿真，靜、動力學分析，并將仿真分析結果存儲在數據庫，以便同理論數據比較。如果根據所設計的方案無法達到設計的要求，就必須更改設計方案，如果是機構的力學性能不符要求，可對機械模型進行修改，加約束、加強結構剛性等。
4結束語
在實驗前，開發虛擬實驗系統，對模型進行虛擬實驗是必要的，也是切實可行的。摩托車CVT虛擬實驗系統設計為實驗提供了強有力的依據，大大縮短產品的開發周期，提高了設計的質量。