用于微型四轮驱动的 6T 小齿轮原型和使用 MATLAB 的 FEM 结构分析

介绍

我使用迷你 4WD 套件使用 Raspberry Pi 制作机器人汽车。
定制零件丰富且方便，因为它们在附近的商店很容易买到。
但是，由于Mini 4WD的速度非常快，因此在低速时很难控制速度。
因此，我使用 3D 打印机制作了自己的 6T 小齿轮，并尝试改变齿轮比。
成型小齿轮的强度也存在问题，因此我们改进了形状。
在这里，我们将尝试使用 MATLAB 进行 FEM 结构分析。

使用 3D 打印机制作的 6T 小齿轮原型

迷你四驱传动比

通过组合反转齿轮和正齿轮可以改变传动比。

传动比	反向齿轮	正齿轮
3.5:1	浅蓝	黄色
3.7:1	绿	黄色
4:1	黑色的	乌苏卡
4.2:1	红色的	乌苏卡
5:1	蓝色的	苍黄

如果你使用标准的Mini 4WD 8T小齿轮，最慢的齿轮比是5:1，但如果你使用6T小齿轮，它会是5*(8/6):1 ≒ 6.7:1。

3D模型

在左侧的形状中，旋转过程中的负载有时会在凹槽之间破裂。

• 改进前（左）STL 文件
• 改进后（右）STL 文件
  

立体光刻 3D 打印

材质 可水洗树脂

原型小齿轮的旋转运动

使用 MATLAB 进行 6T 小齿轮结构分析

使用的工具

• MATLAB 2021A（MATLAB 主页）
• 偏微分方程工具箱

演示文件

查看我创建的实时脚本演示GitHub发布到

定义解析表

%Analysis Table
tmp = {
        'Title'  'StlFile'  'YoungsModulus'   'PoissonsRatio'   'FixedFaceNo' 'LoadFaceNo'  'Preassure'  ;   
         'Type1 Teeth'  'pinion_gear_6t_1.stl'   1e9 0.3 [70 69] [41 41]  1.5e7 ;
         'Type2 Teeth'  'pinion_gear_6t_2.stl'   1e9 0.3 [105 77]  [41 41] 1.5e7    ;
         'Type1 Hole'  'pinion_gear_6t_1.stl'   1e9 0.3 [54] [53]  1e7 ;
         'Type2 Hole'  'pinion_gear_6t_2.stl'   1e9 0.3 [54]  [55] 1e7   ;
       };
AnalysisTable = cell2table(tmp(2:end,:));
AnalysisTable.Properties.VariableNames = tmp(1,:);

AnalysisNo = [1:4]; %Analysis No
N=length(AnalysisNo);
Tbl = AnalysisTable(AnalysisNo,:) 

分析模型创建

for i=1:N 
    model(i) = createpde('structural','static-solid');
    importGeometry(model(i),Tbl.StlFile{i});
    generateMesh(model(i));
end

在 3D 模型上显示人脸标签

[s,tbl_i]=unique(Tbl.StlFile);
for i=[tbl_i]'
    figure;
    pdegplot(model(i),'FaceLabels','on','FaceAlpha',0.5);
    title(Tbl.Title(i));
    view(30,30);
end

材料结构属性和载荷设置

for i=1:N
    structuralProperties(model(i),'YoungsModulus',Tbl.YoungsModulus(i), ...
                           'PoissonsRatio',Tbl.PoissonsRatio(i));
    structuralBC(model(i),'Face',Tbl.FixedFaceNo{i},'Constraint','fixed');

    structuralBoundaryLoad (model(i),'Face',Tbl.LoadFaceNo{i},'Pressure',Tbl.Preassure(i));
end

运行分析

for i=1:N
    result(i) = solve(model(i));
end

绘制组件位移

figure;
PlotCol=2;
for i=1:N
    subplot(ceil(N/PlotCol),PlotCol,i);
    pdeplot3D(model(i),'ColorMapData',result(i).Displacement.ux);
    title([Tbl.Title(i) " X-displacement"]);
    colormap('jet');
    caxis([0 1e-4]);
end

绘制组件应力

figure;
for i=1:N
    subplot(ceil(N/PlotCol),PlotCol,i);
    pdeplot3D(model(i),'ColorMapData',result(i).VonMisesStress);
    title([Tbl.Title(i) " Stress"]);
    colormap('jet');
    caxis([0 5e7]);
end

参考信息

• 偏微分方程工具箱示例 > 支架的挠度分析

最后

AutoDesk Fusion360等可用于业余目的的CAD也具有CAE分析功能。 MATLAB 脚本似乎具有可以同时分析各种模式的优势。

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原文地址：https://www.likecs.com/show-308626084.html