声学测量反射板的设计与仿真

    1 前 言

    随着科学技术的进步和武器装备技术的发展,各种超声和水声设备的工作频率越来越高。同时对测量装置的要求也越来越高。反射板就是高频水听器测时一个重要的辅助设备。反射板由不锈钢圆盘和俯仰、水平旋转调节装置组成,对圆盘的要求一是应具有一定的直径来反射辅助换能器的全部声波;二是应具有一定的厚度以满足在最低频率时后表面的第一个反射波不会和前表面直接反射的脉冲波发生干涉。同时为了提高反射质量,反射体表面的粗糙度要求也比较严格。基于以上要求,设计并加工了一套反射板装置,经过在SolidWorks中仿真并与理论设计结果比对,发现仿真结果与理论设计相符合,设计的反射板可以满足使用要求。

    2 系统的组成与建模

    SolidWorks是基于W indows平台的三维机械设计软件,在国内已得到广泛使用。该软件具有全面的实体建模功能,可快速生成完整的工程图,其尺寸驱动功能使图纸的修改更加方便,此外还可以进行模具设计、工程分析、产品数据管理以及软件二次开发等。总之, SolidWorks功能强大、技术创新,且易学易用。在本文中,以VB为开发工具,利用SolidWorksOLE应用程序开发接口API函数,实现了SolidWorks中齿轮传动类零件的开发,并利用该程序实现反射板关键零部件行星齿轮、蜗轮蜗杆的建模。具体建模过程如1图示[1, 2]。

    之后,在SolidWorks中完成反射板其他零部件的建模工作,如行星轮系的太阳轮、直齿轮、蜗杆、不锈钢圆盘、底座、连接板等。最后将所有零部件装配,完成反射板装配体的建模。其中蜗轮蜗杆是反射板俯仰调节关键部件,行星轮系是反射板旋转调节关键部件。

    3 COSMOSM otion中仿真

    (1)在SolidWorks中打开反射板装配体,在插件COSMOSMotion中指定运动零部件与静止零部件,去除多余的COSMOSMotion自动生成的约束关系并添加其他一些必要的约束关系,其中主要是旋转约束。

    (2)添加机构的动力源。主要是旋转调节与俯仰调节所需动力,即旋转扭矩,在COSMOSMotion中表现为旋转调节与俯仰调节的角速度。本文设置两个角速度大小均为20deg/sec。具体设置见图3[1, 2]。

    (3)添加3D碰撞。设置相互碰撞的两对零件,即行星轮系的扇齿轮、直齿轮,组成旋转调节机构;蜗轮、蜗杆组成俯仰调节机构。具体定义见图4。

    (4)设置仿真参数。设置仿真时间6s,仿真帧数为100。其他参数为默认设置。

    (5)仿真分析。仿真完成后,绘制仿真曲线。包括安装板与底座旋转副的角速度和工程角曲线,即Revolute的角速度(见图5)与工程角曲线(见图6);蜗轮绕自身Z轴旋转的角速度与工程角曲线,即Revolute2的角速度(见图7)与工程角曲线(见图8)。