Pro/E三维建模（精选8篇）
Pro/E三维建模 篇1
自由曲面建模是建立在自由曲线的基础之上,然而复杂的自由曲线往往不能通过函数进行确切表达,只能通过一系列离散点来描述曲线形状。在实际应用中,往往已知型值点坐标及其连接条件,利用数学方法来构造符合设计要求的曲线,进而完成对自由曲面的建模,如车用涡轮叶轮、二次包络环面蜗杆、船用螺旋桨等。本文以船用螺旋桨为例,研究其曲面建模过程。
螺旋桨桨叶作为变截面大扭曲自由曲面[1],研究其建模有很大的实用意义。为了准确、快速的得到螺旋桨桨叶切面型值点空间笛卡尔坐标,同时高精度拟合出叶片曲面,本文利用Excel实现螺旋桨型值点数据的坐标变换计算,依据Pro/E软件的三维建模能力,对螺旋桨离散的数据点进行曲线、曲面拟合,实体化后生成三维模型。
1 螺旋桨型面特征分析
以MAU5-66型螺旋桨为例,确定其设计参数,通过二维视图对螺旋桨型面进行几何特征分析。
1.1 螺旋桨叶切面几何关系
以螺旋桨的轮毂截面圆为圆心,用不同半径的同心圆柱面与桨叶相截,将所截曲面展开,得到一系列的投影切面,并将切面展开,如图1所示。
1.2 桨叶外形轮廓
用螺旋桨的外形轮廓图具体表达桨叶各部分的几何关系,如图2所示。
其中OM为叶面参考线,α为纵倾角,Zs是纵斜值,η为侧斜角。纵斜角和侧斜角都不宜过大,否则会增大桨叶的扭曲变形,合理的角度设置,利于减少螺旋桨诱导船体振动[2]。
2 曲面型值点空间坐标值计算
2.1 螺旋桨空间坐标系的建立
以螺旋桨轮毂中心轴线为Z轴,正方向指向桨叶压力面。桨叶参考线OM与Z轴的交点为坐标原点O。OM在过原点与Z轴垂直的平面上的投影为Y轴,由右手定则确定X轴。从而建立起三维坐标系{O-XYZ},如图3所示。
2.2 螺旋桨空间坐标转换
结合螺旋桨二维切面展开图坐标和空间坐标,推导出螺旋桨二维型值点坐标到三维笛卡尔坐标的转换公式:
其中,r为切面半径;p=s-l为切面曲线上一点在切面展开图上的横坐标,s为切面展开图上导边至切面曲线上一点沿P轴的距离,l为基准线到导边的距离;为螺距角,H为螺距;为切面曲线上一点在XOY面上的投影与坐标原点O的连线与Y轴的夹角。y为叶面上一点在切面展开图中的纵坐标。
依据所建立的坐标系,将螺旋桨设计参数及坐标转换公式导入Excel,运用其本身的数值计算能力,计算出三维型值点坐标值。
3 螺旋桨实体造型及分析
3.1 自由曲线的表达
NURBS曲线,即非均匀有理B样条曲线。NURS方法是建立在普通的Bezier方法和Bspline方法基础上的,它较好地实现了解析几何与自由曲线/曲面的统一,成为当今CAD/CAM软件中曲面数学表示的主流。
NURBS曲线可以由分段有理B样条多项式基函数P(t)表示:
式中:Pi为控制顶点,Ni,k(t)为基于节点矢量{t0,t1,···,tn,···,tn+k,···}k次B样条基函数,Wi为控制顶点的权因子。应用NURBS曲线进行拟合过程的推导在很多文献中已经详细介绍,此处不在重复。
采用NURBS曲线拟合时,若权重选择不当则容易产生较大的非线性误差,由此,大多数研究者在进行NURBS曲线拟合时约定将权重设为1。
3.2 基于Pro/E的螺旋桨造型
将Excel中生成的螺旋桨叶片的空间坐标值导入到记事本中,做适当修改,保存为Pro/E可以识别的“.ibl”格式。更改后的数据坐标格式如下(图4):
其中,螺旋桨数值度量单位为m,Open Arclength为Pro/E中的关键词,Begin curve!后面的3列数字分别代表该点的X、Y、Z坐标值。
打开Pro/E,通过“插入—模型基准—点—偏移坐标系”导入螺旋桨三维坐标值,得到坐标转换后的离散点,如图5。选择“曲线—通过点—样条—单个点”,依次连接各截面型值点,形成闭合的截面曲线,如图6。
利用Pro/E中边界混合功能,依次形成叶面曲面和叶背曲面。已知的桨叶数据是从0.2R处开始到0.95R结束的,使得造型时螺旋桨桨叶与轮毂无法相交,且叶梢部分缺失,上下叶面无法闭合。为了获得完整的螺旋桨桨叶曲面,利用Pro/E中曲面“延伸”命令,按照已有曲面形成趋势延伸出所需部分的曲面。然后通过合并工具将叶面曲面和叶背曲面合并成一个曲面,如图7所示。
将叶根处的截面进行闭合,将此截面与螺旋桨桨叶上下表面进行合并,然后进行实体化命令,得到一个实体状态的叶面[3,4]。通过拉抻命令做出轮毂,并通过阵列命令,得到五个桨叶,完成初步建模(图8)。
为使所建模型更符合实际需求,再次对关键部位进行特别处理[5,6]。
加厚叶梢。螺旋桨建模时叶梢部位厚度较小,不符合实际的强度需要,因此人为增加适当厚度。
随边加厚。螺旋桨随边作圆角过渡,同时进行加厚处理,以抗谐鸣发生,避免螺旋桨共振频率,减少诱导船体振动。
(3)叶根处圆角过渡。为减少应力集中,叶根处作圆角过渡,倒圆半径沿弦向方向不小于3/4当地厚度[7]。
3.3 螺旋桨桨叶光顺分析
以“反射”作为检验螺旋桨桨叶光顺的条件[8],通过“分析—几何—反射”,选择要分析的面,完成光顺分析,如图9。
从图9中可以看到,黑色斑马线光顺、连续,无明显凸起或凹陷,表明该螺旋桨桨叶光顺性好。
4 结论
本文以螺旋桨为例,研究了自由曲面依靠型值点建模过程,采用Excel进行螺旋桨三维坐标转换计算,实现了螺旋桨型值点数据的快速读取和转换;基于NURBS曲线、曲面原理利用Pro/E软件快速准确的生成了螺旋桨模型;对螺旋桨一些关键部位进行优化处理,实现了螺旋桨模型的优化造型,为自由曲面零件的建模提供了可靠的参考。
参考文献
[1]王国强,盛振邦.船舶推进[M]上海:上海交通大学出版社,1995.
[2]王国强,董世汤.船舶螺旋桨理论与应用[M].哈尔滨:哈尔滨工程人学出版社,2007.
[3]付大鹏,魏圣可.基于离心泵半开式叶轮的五轴数控加工技术[J].东北电力大学学报,2013,33(3):23—26.
[4]张海波,黎甜,白贺.基于Cimatron E的离心泵蜗壳数控加工技术研究[J].东北电力大学学报,2013,33(3):1—4.
[5]程东,朱新河,邓金文.基于UG/Grip的船用螺旋桨三维建模关键技术[J].大连海事大学学报,2009,35(4):121一123.
[6]张磊,吴小平,刘洋浩.船用螺旋桨三维建模方法研究[J].船舶与海洋工程,2014,2(3)40—42.
[7]Veritas B.BV Rules for the Classification of Steel Ships[S].2011.Pt C,Ch1,Sec 8.
[8]申毅莉.船用螺旋桨桨叶建模分析研究[J].组合机床与自动化加工技术,2013(4)113—117.
Pro/E三维建模 篇2
关键词：三维设计 实体造型
一、概述
Pro/EN GINEER（简称Pro/E）是由美国PTC公司推出的一套功能强大的三维CAD/CAM参数化软件系统。其内容涵盖了产品从概念设计、工业造型设计、三维模型设计、分析计算、工程图输出到生产加工成产品的全过程。工程人员在进行结构设计时，采用二维软件不能进行装配干涉检查、数据分析等工作，出错率也很高。对于结构相同，尺寸不同的系列产品，采用二维软件设计時，不能实现相似结构的快速替换，因此，利用计算机三维设计工具合理地解决这些问题无疑具有一定的现实意义。
二、Pro/E软件的基本功能和作用
Pro/E作为CAD/CAM/CAE技术集成的优秀软件，是集成了实体建模、数控编程、工程分析及制图、装配和测试等的软件包，可有效利用共享的应用数据库和通用用户接口，并将这些软件包的功能模块集成一体，成为机械产品分析计算、设计优化的自动化软件系统。
1、 直接画出机械零件的3D三维图形
在画出二维截面草图后，该软件可以将二维草图经过拉伸、旋转、放样、倒角、布尔运算等操作，形成所需的零件三维实体模型。在屏幕上可直接显示、修改设计尺寸，并可检查结构等方面是否合理、规范。
2、组建设备的3D装配视图
通过软件的组合键我们可以从任何一个角度去观看单个零件或组件的3D视图，如果设计结构不合理或比例失调，很容易被发现，并对零件加以修改，且在修改中极为方便，只要将尺寸结构错误的零件相应部分进行修改，就可以达到目的要求。
3、计算零件重量和表面积
当设计完成一个零件后，在很多时候需要确定它的外形尺寸、整体重量、外表面积等外观因素。Pro/E可以从相应的菜单中找出计算方法，很方便的得到零部件的外形尺寸、重量及表面积。
4、生成工程图
建立三维实体模型后，可以对其进行任意方向上的观察，看其是否满足设计及使用要求，满意后可利用该实体模型，自动生成三视图，还可以生成任意位置剖视图，然后进行尺寸标注，即可生成二维工程图。
5、生成真实感极强的动画图像
将设计的三维模型和3Dmax等软件结合，同时可以调整灯光布置场景，赋以模型一定的材料，可以生成具有关照效果的模型动画图像。
Pro/E软件结合技术人员的设计思想和习惯，还建立了统一的数据库并具有完整的数据模型。它以其强大的参数式设计和统一数据库管理等特点，实现了特征的尺寸驱动和3D实体与2D工程图的双向关联驱动，克服了二维图形不能包含产品所有设计信息的缺点。
三、利用Pro/E软件制作曲面天线的三维造型
Pro/E软件三维实体造型的一般过程尽管机械产品的结构形式千变万化，但在计算机上进行三维实体造型还是有一些规律可循，一般过程如下：创建草图→根据零件的基本特征和附加特征生成零件的三维模型→一依照装配关系装配零部件→添加场景形成部件装配图。
在天线的设计中，反射面的设计是一个关键的步骤，其精度对天线性能产生的影响很大。Pro/E软件有强大的曲面造型功能，可以设计拟合精度相当高的曲面，而且大大缩短了设计周期，在以前的天线反射面设计中，其反射面的绘制是通过天线反射面理论计算出来的数据，在以投影曲线的方式，用人工的方法进行曲面的拟合，但是这种标识方式非常粗糙，不能精确、客观、全面、形象地标识天线发射曲面的三维曲面形状。现在使用Pro/E软件，利用其先进的三维曲面造型方法就可以对天线反射面进行三维曲面精确造型，下面以某抛物面天线为例讲述如何利用Pro/E软件进行天线抛物面设计。
点击工具条上的“插入基本曲线”，在弹出的菜单管理器中选择“从方程”，然后点击“完成”，根据提示选择系统坐标系，然后选择笛卡尔坐标系，在弹出的记事本中写入方程，保存此记事本，点击“确定”，生成曲线，然后选择“曲面拉伸”生成抛物曲面，使焦点与抛物面上下端面的连线形成相同的俯仰角度。用此连线拉伸成的曲面对形成的抛物曲面进行切割。
利用Pro/E建模“加厚”功能将天线面片体加厚成为天线面实体，接着根据天线面的曲线在其背面根据设计要求进行“筋”“肋”等形状的外形设计，这样可以在几分钟内生成天线结构，及准确又快捷。设计者可以通过移动、放大和旋转等命令，非常直观的观察所生成的天线结构是否美观和协调，并进行修改。
经过Pro/E建模后得到的效果图已经能清晰的展现产品的设计,但是还需要PhotoShop对产品最终效果进行全面的处理,像设置图像的饱和度,亮度对比度等细节方面的修改。
四、结束语
利用Pro/E软件进行机械三维设计，使设计师获得了一个良好的三维空间环境，布置设计不再需要进行艰难的空间构思和想象，而是在很直观的三维环境下进行。同时也避免了大量而繁琐的空间尺寸计算，用直接的观察和测量来保证整个设计的正确性，对于促进企业的技术进步具有良好的推进作用。
参考文献：
[1]叶尚辉．天线结构设计[M]．北京：国防工业出版社，1980
Pro/E三维建模 篇3
关键词：斗式提升机,Pro/E,三维建模,虚拟装配
0 引言
斗式提升机是专门用于连续垂直输送散料的设备。其结构由上而下可分为3部分, 即机头、机筒和机座。斗式提升机的全部工作可分为装料、提升和卸料3个过程[1]。外部的驱动装置通过头轮带动牵引构件和料斗运行。物料从机座的进料口进入机座底部, 被运动着的料斗挖起并向上提升。到达机头后, 物料在重力和离心力的作用下脱离料斗, 从卸料口排出。斗式提升机具有结构简单、占地面积小、密封性好、生产率范围较大 (3～300t/h) 和提升高度高 (30～50m) 等显著优点, 在饲料和粮食等加工厂中使用极为广泛[2]。
传统斗式提升机的设计是以二维平面图来表示, 非常抽象, 不便于修改。本文以TD250型斗式提升机为原型, 利用三维软件Pro/E对其各个零件进行三维建模和虚拟装配。
Pro/E是美国参数科技公司 (PTC, Parametric Technology Corporation) 推出的三维造型设计系统, 它以单一数据库、参数化、基于特征、全相关性、装配管理以及工程数据再利用等改变了传统机械设计的概念, 在机械设计与加工制造领域中应用广泛[3]。
1 斗式提升机的三维建模
1.1 机头组零件建模
机头组零件主要包括机头上箱盖、机头下箱体、头轮转轴、滚筒、套筒和联轴器等零件。
1.1.1 机头上箱盖和机头下箱体三维模型
机头上箱盖和机头下箱体的建模主要采用拉伸、抽壳及切削孔命令来生成。机头下箱体上需创建电动机台和逆止器台, 其三维模型如图1所示。
1.1.2 头轮转轴三维模型
几乎所有的斗式提升机都是采用上部头轮驱动。头轮转轴是传递扭矩的部件, 为阶梯形状, 轴上加工有键槽。头轮转轴通过拉伸特征创建不同的圆柱来生成, 然后使用切削特征在轴上创建键槽, 其三维模型如图2 (a) 所示。
1.1.3 滚筒、套筒和联轴器三维模型
滚筒采用拉伸、抽壳和切削命令生成, 其三维模型如图2 (b) 所示。套筒是轴上零件装配时起定位作用的零件, 采用拉伸命令生成, 其模型如图2 (c) 所示。联轴器用于头轮转轴与电动机转轴的连接, 传递运动和转矩, 采用拉伸、切削及阵列等命令创建, 其模型如图2 (d) 所示。
(a) 头轮转轴 (b) 滚筒 (c) 套筒 (d) 联轴器
1.2 机座组零件建模
1.2.1 机座箱体建模
机座箱体与机头下箱体的创建过程类似, 采用拉伸、抽壳和切削孔命令生成, 其模型如图3所示。
1.2.2 底轮转轴建模
底轮转轴与头轮转轴的创建过程类似, 采用拉伸和切削命令生成, 其三维模型如图4所示。
1.3 机筒建模
斗式提升机的机筒一般为矩形截面。机筒的横截面尺寸应与机头外壳和机座外壳宽度一致。机筒采用拉伸和切削特征生成, 其模型如图5所示。
1.4 输送组零件建模
1.4.1 料斗建模
料斗是斗式提升机的盛料构件, 用于干燥且流动性好的粒状物料的输送[2]。料斗建模采用拉伸和切削命令生成, 其三维模型如图6 (a) 所示。
1.4.2 皮带建模
本文选择带式斗式提升机, 牵引件为皮带, 其宽度根据料斗的宽度来定。当斗宽在300mm以下时, 带宽应比料斗宽度大10～20mm。皮带的建模采用拉伸特征和切削孔特征生成, 其三维模型如图6 (b) 所示。
(a) 料斗 (b) 皮带
斗式提升机中使用的标准件较多, 其创建过程本文不再赘述。
2 零件的虚拟装配
零件装配就是将生产出来的零件通过一定设计关系将零件组装在一起, 使装配体能完成某一项功能。在Pro/E中, 零件装配是通过定义零件模型之间的装配约束关系来实现的[4]。
2.1 头轮和底轮虚拟装配
依次添加头轮转轴或底轮转轴、键、滚筒、套筒、轴承和联轴器等零件, 通过一定的约束关系来完成头轮和底轮的虚拟装配, 其装配体如图7所示。
2.2 输送组零件虚拟装配
料斗与牵引带的连接采用特制螺栓连接。依次添加皮带、料斗、小垫片、特制螺栓、大垫片和螺母等模型, 完成单个料斗的装配 (如图8所示) , 同理可完成整个输送组的装配。
2.3 斗式提升机的总装配
依次添加机座箱体组零件、底轮、机筒、机头箱体组零件、头轮和输送组等零部件, 将螺栓、垫片和螺母装配在机筒之间、机筒与机头之间和机筒与机座之间。斗式提升机的总装配如图9所示。
3 结语
本文以Pro/E为虚拟设计工具, 研究了斗式提升机的建模和虚拟装配。利用Pro/E软件进行机械三维设计, 使设计者获得了一个良好的三维空间环境, 布置设计不再需要进行艰难的空间构思与想象, 而是在很直观的三维环境下进行。同时, 避免了大量且繁琐的空间尺寸计算, 代之以直接的观察和测量, 来保证整个设计的正确性, 对于提高设计效率和设计水平具有重要的作用。
参考文献
[1]毛广卿.粮食输送机械与应用[M].北京:科学出版社, 2003.
[2]马海乐.食品机械与设备[M].北京:中国农业出版社, 2003.
[3]谭雪松, 朱金波, 岳贵友.Pro/ENGINEER机械设计实战训练[M].北京:人民邮电出版社, 2004.
Pro/E三维建模 篇4
随着CAD技术的不断发展, 三维设计CAD技术很好地解决了二维设计中较困难的问题, 例如复杂的投影线生成问题、漏标尺寸、漏画图线问题、机构几何关系和运行关系的分析讨论问题、设计的更新与修改问题、设计工程管理问题等[1]。在提高设计质量和设计效率, 降低设计成本, 促进设计管理水平等方面得到了共认。起重机行业CAD技术经历了甩图板阶段, 正在经历着专用系统开发应用, 向着基于产品数据管理PDM的一体化集成应用和网络化发展[2]。本文基于三维设计CAD技术, 以Pro/E 4.0为建模工具, 根据起重机械的结构设计特点, 结合Top_Down (自顶向下) 与Down_Top (自底向上) 装配设计特色, 建立双梁门式起重机的三维模型。对产品进行虚拟装配、尺寸分析和干涉分析, 为CAE分析做前期模型准备。
1 双梁门式起重机基本参数
建立三维模型要确定双梁门式起重机的基本参数和主要部件:基本参数主要指额定起重量Q=20 t, 跨度S=28 m, 悬臂L=10 m, 起升高度H=8m;主要零部件有主梁、支腿、下横梁、马鞍和小车架等。根据起重机设计过程中要对其确定的结构, 进行受力分析, 过程可能会反复多次。根据Top_Down的装配设计原则, 确定主梁为Master Part。其他部件以主梁为核心, 根据主梁尺寸确定自身形状与尺寸。由于为了清晰表达双梁门式起重机三维实体, 则根据Down_Top (自底向上) 装配设计思路进行叙述。
2 Pro/Engineer Wildfire4.0的系统规划与配置
Pro/Engineer的系统规划和配置决定其使用环境、使用界面、各种库文件的调用, 对Pro/Engineer的实施和应用至关重要。首先设置Pro/Engineer的工作目录, 然后在工作目录中建立Pro/Engineer的主配置文件Config.pro。在主配置文件中写入对轨迹文件Trail的存放位置、系统菜单显示语言, 设置模板文件夹的路径, 并建立自己的零件模板、组件模板, 对模板中设置缺省单位、模型精度和模型材料, 设立通用零件和标准零件的标准库。具体的配置代码如下所示:
!设置轨迹文件存放路径
trail_dir D:proeTrail
!设置系统菜单显示语言
menu_translation no
!设置模板文件夹的路径
start_model_dir D:proestart_files
!设置零件模板
template_solidpart D:proestart_filesstartpart.prt
!设置组件模板
template_designasm D:proestart_filesstartpart.asm
!保证能正确找库和catalog文件的位置, 并设定不改不往库中存新版本
pro_library_dir C:Program Filesproe Wildfire4.0Pro Libs
pro_catalog_dir C:Program Filesproe Wildfire4.0Pro Libs
!只保存那些修改过的对象
save_objects changed
3 双梁门式起重机主要零部件三维模型建立
双梁门式起重机主要零部件大部分是比较规则的几何模型, 建模时用到基本的特征命令较多, 如拉伸、旋转、打孔等。为了在装配期时快捷与准确, 在建立模型零件的时候以基准面为对称面。为提高建模效率, 还要用到镜像、复制、阵列等命令。
3.1 主梁
主梁是起重机的主要受力结构, 由腹板、盖板、大小隔板和加劲肋组成, 从外观分析双梁门式起重机主梁是横向和纵向对称的实体。根据其特征利用Pro/E的实体命令做出具体的三维模型, 如图1所示。
3.2 支腿
双梁门式起重机三维建模中, 支腿比较复杂。支腿是变截面, 下部截面小, 向上逐渐增大。在建模时支腿的四个板是一个不规则实体, 特别是为了能方便地装配, 板的上下平面需要进行拔模处理, 得到所需要的倾斜度——拔模的角度。根据分析做出的三维模型的线框图如图2所示。
3.3 马鞍、下横梁和小车架
双梁门式起重机通过马鞍 (马鞍横梁与立柱组成) 把两根主梁从上部固定, 主梁与支腿根据支腿支座进行可靠连接, 两根支腿的下部利用下横梁连接固定, 并在下横梁上安装大车运行机构。在两根主梁上安装小车轨道, 并在小车架安装起升机构和小车运行机构, 小车运行在小车轨道上。它们的三维模型几何较规则, 主要是利用拉伸, 复制, 阵列等命令。具体的线框图如图3所示。在建模过程中为了减少图形中的基准, 会利用合并的命令把一些实体组合为一个实体;通过组命令, 把几个部件组成一个组直接进行操作;通过隐藏或隐含命令使观察实体图形更方便等, 来提高建模速度。
4 双梁门式起重机装配
通过上述步骤, 双梁门式起重机主要子装配体和部件的三维模型已经建成。可以进行最后的装配模型。由于双梁门式起重机是具有空间对称的几何特征, 在进行装配时可根据特征, 利用空间坐标系来决定第一根主梁位置。在装配过程中要设置好图层, 利用模型树对零件进行重命名、保存副本和元件显示等操作。特别是组件的隐含与恢复, 组件装配顺序的更改与插入等功能, 来提高装配速度。装配总图如图4。
5 总结
通过对双梁门式起重机三维模型的建立, 阐明三维模型设计是提高起重机设计效率的方法之一, 为提高三维模型的建模效率, 要根据建模实体的特点, 选择合理的虚拟装配顺序, 熟练掌握Pro/E的操作技巧, 并为后期的动态模拟和CAE分析做全局的安排。
摘要：以Pro/Engineer 4.0为建模工具, 结合Top Down装配原则和双梁门式起重机的结构特征, 创建双梁门式起重机主要结构件和子装配件。通过虚拟装配技术组建双梁门式起重机的三维设计模型, 对双梁门式起重机进行尺寸分析与干涉分析, 为后期的CAE做模型准备。
关键词：Pro/Engineer,双梁门式起重机,装配技术
参考文献
[1]陈伯雄.三维设计是CAD技术应用发展的必然趋势[J].计算机辅助设计与制造, 2000 (8) :11-13.
[2]李振强, 张美莹.桥式起重机桥架的参数化设计[J].河南机电高等专科学校学报, 2006, 14 (5) :10-12.
Pro/E三维建模 篇5
为铁运公司设计从仓库到车的装卸作业装备,需要用到曲柄滑块机构作为起升机构,传统的机械结构设计只能在图纸上进行静态的修改,数学运算等进行运动学和动力学分析,或者应用物理模型进行仿真。这是一种以静态分析、近似计算、经验设计、人工劳动为特征的设计,需要耗费人力、物力,却又效果不佳的方法[1]。但随着计算机技术的飞速发展,各种各样的三维设计软件出现,可以实现机构或产品的三维建模、运动仿真,并且具有和与其它功能强大的分析软件的交互接口,在分析过程中发现问题只需进行参数修改即可,这样可以替代很多传统设计方法的手段,减少产品和机构的设计周期,提高设计品质。本文通过对装卸装置的起升机构在pro/e软件中进行三维建模、装配和运动仿真[2,3,4,5,6],设计出合理的曲柄滑块机构,应用在装卸装置中,能够满足其使用要求。
1 起升结构与工作原理
装卸装置整体机构大概可以分为三部分:链传动部分、滑轮组部分以及起升与移动部分,结构示意图见图1所示。传动链上的链板放置重物,电动机带动链轮转动,可将重物上下传送;滑轮组部分通过电动机带动,拉紧绳子,改变两支架角度,将框架右端升高到所需的高度;整体机构用四个轮子支撑,后轮上两个支架与后轮连接为铰接,支架1与框架为铰接,支架2与框架之间为滑动连接,两支架间夹角可变化。通过动力牵引该装卸装置的四轮运动即可移动到所需位置。本文重点分析起升机构特点。
1—前轮;2—框架;3—杆1;4—后轮;5—杆2
2 起升机构的运动模型建立
根据起升机构各零件的连接和运动特点,分析其特征组成,建立起升高部分各零件的三维模型,为了方便使用连接仿真时必须用到的基础元件和某些轴线,所以不用其装配时的实际零件三维模型,而是简化其具体结构,建立只是体现各零件之间的连接和运动关系的三维模型,然后进行连接和运动仿真,其机构原理为曲柄滑块机构。
2.1 曲柄滑块机构的装配
首先装配基础元件,因重物装至链板上以后,后轮位置基本不变,故以后轮固定于地面且前轮做滑动运动,所以建立的基础元件模型包括地面、地面上的固定块(后轮)和前轮做滑动运动时的轴线(图2中的杆)如图2所示。进入装配界面,用放置下拉菜单中的坐标系将基础元件固定,基础元件就连接完成。
1—杆;2—地面;3—固地块
其次装配曲柄、摇杆和滑块,如图3所示。因为前轮在地面移动,简化为滑块1;杆1为曲柄,框架为摇杆。用滑动杆(SLIDER)约束将滑块1连接于基础元件中的杆上,用销钉(PIN)约束将杆1与基础元件中的固定块3上的销孔连接,框架与杆1和滑块1的连接都用销钉约束,简单的曲柄滑块机构就可连接完成。
2.2 杆2的装配
机构升高需要通过两杆的之间的夹角变化,所以,需要装入杆2进行运动仿真,杆2装入时一端与基础元件中的固定块和杆1都是销钉连接;另外一端要沿着框架滑动,故设置滑块2与框架之间有相对移动关系。滑块2与杆2是销钉连接,与框架的连接本应是滑动杆连接(SLIDER),但是因为与杆2已经是销钉连接,限制了其沿某个面滑动的自由度,所以,滑块2 与框架的连接应该是圆柱连接(CYLINDER),不能再用滑动杆连接滑块(SLIDER)约束,这样才能正确定义连接,否则自由度过多限制,出现冗余约束,会导致连接失败。在定义连接时,因为框架位置固定,滑块同时连接杆2和框架,所以容易出现连接正确而组件安装失败的提示,那么很可能就是杆2放在不能安装的位置,此时,点击杆2“编辑定义”,在“移动”面板选择“旋转”,拖动杆2会自动旋转到正确的安装位置。连接好的机构如图3所示。
1—基础元件;2—滑块;3—框架;4—杆1;5—杆2;6—滑块2
3 运动仿真
所有连接约束完成后,进入机构模式,检查装配的连接情况,连接成功即可开始进行运动仿真。
3.1 添加伺服电动机
从图1的起升机构结构示意图中可以看出,该机构的动力由电动机提供,通过滑轮组上的绳子拉动杆1和杆2角度变化,将机构一端升高。而在pro/e软件里面是没有绳子这一元件的,所以综合分析机构运动特点,将机构仿真的运动轴设置在杆1与基础元件连接的销钉轴上,即将杆1作为主动件,其它元件为从动件进行仿真。
3.2 运动学仿真及结果分析
在运动学仿真中,可以得到几何图元和连接的位置、速度以及加速度,还可以得到机构运动的轨迹曲线等。
1) 位置分析
通过“分析”下拉列表中的测量,建立从框架顶端到基础平面的距离定义,利用拖动图标拖动杆1旋转,得到距离值为1000mm和3500mm时,杆2和框架的接触点位置,这样就可以确定杆2运动的两个极限位置,设置极限挡块,保证装卸机构可以装卸的高度范围在3.5m左右。
2) 运动学分析
设置运行条件,定义伺服电机severmotor1的驱动速度为1deg/sec,新建一个分析,分析类型为运动学,估计杆1与杆2之间的夹角为100°左右,所以运行时间60s,帧频设为100Hz,开始运行。运行结果为analysis definition,可分析运动时框架顶端的点距离基础元件的位置,速度及加速度,如图4所示。从速度和加速度曲线图可以看出,起升机构的升高基本是匀速运动,不会有大的速度波动,起升机构可以平稳上升。
(b)加速度曲线
3) 静态分析
定义“力/扭矩”作为机构的外部负荷,考虑油桶质量,作用在框架上的作用力大概为7500N,给机构加外负载7500N,定义为点力;另外因滑轮组绕绳子作用在杆1和杆2上,且作用力大小相等,方向相反,故在滑轮位置定义两个“点对点力”,给初始值3500N;伺服电机1仍然用之前运动学分析时定义的,摩擦力和重力忽略不计,点击“运行”,进行静态分析,查看测量结果,运行完成,如果在机构运动范围内达到平衡(加速度为0),则说明作用在滑轮上的力在这个值左右能够满足使用要求,否则,可以重新设置作用在滑轮上的力,直到满足要求。经分析比较,定义作用在滑轮上的力为3500N时迭代次数少,且最大加速度最小。如图5。
4 结论
利用pro/e可以进行机构的运动仿真,可以直观清楚的看到某些复杂机构设计的可行性,而且可以方便的进行参数修改,满足机构各方面的运动和使用要求。本例中通过结构分析和运动仿真,验证了该起升机构的可行性,并估算了作用在滑轮组上的作用力,为机构的强度校核和电动机的选择提供了参考。因上述机构的复杂性,本文基于pro/e的三维建模和运动仿真方法对于各种机械产品机构设计有一定的研究意义。
参考文献
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[5]王凯,曹西京.基于Pro/E的机械产品机构运动的仿真设计[J].轻工机械,2006(3):62-64.
Pro/E三维建模 篇6
在采煤过程中, 综采工作要达到高产高效, 采煤机、液压支架、刮板输送机等综采主要设备必须合理配套, 而且综采设备性能必须优良, 管理方法要科学。为了提高综采工作面生产能力, 保证安全生产, “三机”之间需满足生产能力配套、机械性能配套、几何尺寸配套、使用寿命配套及与其他设备的配套, 做到“三机”优化配置[2]。
本文主要通过对综采工作面“三机”模型的建立, 并对它们各自运动状况进行研究和了解, 更好地熟悉“三机”配套的原则和综采工作面主要设备的联动运行规律。
1 综采工作面“三机”模型建立
1.1 采煤机三维模型建立
由于采煤机结构复杂, 所以在建模时略去其内部细节结构, 将采煤机分为三部分进行建模。即:左右滚筒、左右摇臂和采煤机机身, 建模尺寸是在学校实验室量取, 按1∶1的比例建模。它的主要零部件模型都是利用Pro/E中的拉伸、旋转、阵列、扫描和镜像等基本操作进行创建。最后将建立好的零件图进行装配, 形成最终的装配图, 在装配过程中, 基于零件间的位置和运动关系, 采用不同的装配方式进行装配, 例如:滚筒采用销钉连接在摇臂上, 可以绕轴转动;摇臂采用销钉连接在机身上, 可以在一定范围摇动;机身上的销钉采用配对和对齐方式连接在机身上, 彼此间的关系为静止。具体操作过程不再赘述。
1.2 液压支架三维模型建立
根据在实验室量取的参数, 分别对液压支架主要包括顶梁、掩护梁、前后连杆、立柱和底座等零部件进行三维建模。在建模时, 对掩护梁、顶梁、底座等比较复杂零部件进行简化处理。完成液压支架主要零部件模型的建立, 就进行液压支架整机装配, 在装配过程中, 根据零部件的位置和运动关系, 采用合适的装配方式, 这里用得最多的就是销钉连接。在立柱装配时主要采用的是一般装配方式中的配对方式, 以实现立柱伸缩和摇摆两种运动方式。
1.3 刮板输送机三维模型建立
根据刮板输送机的结构特点及其工作过程, 本文根据实验室的尺寸对刮板输送机进行分段建模, 以实现其弯曲效果。
2 综采工作面三机运动分析
2.1 采煤机工作过程分析
用于实现采煤工作面落煤和装煤工序的机械称为采煤机械, 它是机械化采煤作业的主要机械设备[3]。采煤机的种类很多, 但是基本上以双滚筒采煤机为主, 它的基本组成结构也大致相同, 主要组成部分有:牵引部、电气系统、截割部、辅助装置。在双滚筒采煤机工作过程中, 前滚筒割顶部煤, 后滚筒割底部煤, 所以双滚筒采煤机沿工作面牵引一次, 可以进一刀;返回时又可以进一刀, 即采煤机往返一次进二刀。为了方便刮板输送机运煤, 滚筒的旋转方向必须与滚筒的螺旋线方向一致。对逆时针旋转的滚筒, 叶片应为左旋;顺时针旋转的滚筒, 叶片应为右旋。即符合“左转左旋, 右转右旋”的规律。
采煤机的进刀方式与割煤方式是综采工艺的重要组成部分, 对于综采工作面的生产效益有较大影响。目前, 有不少关于综采工作面采煤机的进刀与割煤方式的研究[4,5]。其中割煤方式主要有两种:
(1) 往返一次割两刀。这种割煤方式也叫作“穿梭割煤”, 多用于煤层稳定、倾角较小的工作面, 进刀方式为端部进刀。
(2) 往返一次割一刀, 也叫作单向割煤, 进刀方式为工作面中间或端部进刀。多用于顶板稳定性差的综采面;采煤机装煤效果差, 需要单独牵引装煤的综采面;采高大, 滚筒直径小, 采煤机不能一次采全高的综采面;煤层倾角大, 不能自上而下移架, 或者输送机易下滑;割煤时产生的煤尘较多, 移架工不能在采煤机的回风平巷一端工作的综采面。
综采工作面采煤机的进刀方式主要有工作面端部斜切进刀和综采面中部斜切进刀两种。
工作面端部斜切进刀, 割三角煤进刀过程:当采煤机割至工作面端头时, 其后的输送机槽已移近煤壁, 采煤机机身尚留有一段下部煤。调换滚筒位置, 前滚筒降下、后滚筒升起, 然后沿输送机弯曲段返回割入煤壁, 一直到刮板输送机直线段为止, 然后将刮板输送机推移成一条直线型。再调换两个滚筒上下位置, 重新返回割煤至输送机机头处。将三角煤割掉, 将煤壁割直后, 调换上下滚筒, 返回正常割煤步骤。
工作面中部斜切进刀, 其工作特点是刮板输送机弯曲段在工作面中部, 操作过程为:采煤机割煤至工作面左端。空牵引至工作面中部, 并沿输送机弯曲段斜切进刀, 继续割煤至工作面右端。推移刮板输送机成直线型, 采煤机空牵引至工作面中部。最后采煤机从工作面中部开始割煤至工作面左端, 工作面右半段输送机移近煤壁恢复初始状态。
2.2 液压支架工作过程分析
液压支架是一种利用液体压力产生支撑力并实现自动移设来进行顶板支护和管理的一种液压动力装置, 是综合机械化采煤不可缺少的配套设备。主要由顶梁、掩护梁、立柱、前后连杆、底座、液控系统等组成。顶梁是直接支护顶板载荷的重要承载部件, 其结构对支架的影响相当重要[6]。掩护梁是上端与顶梁铰接, 下端与前后连杆连接, 是构成支架四连杆机构的重要杆件之一, 作用是隔离采空区。立柱、护顶装置及掩护梁提供链接点, 顶梁后端与掩护梁铰接, 立柱支撑在顶梁柱窝上。底座作用是顶板载荷传递至地板与固定立柱及前后连杆的部件, 它是组成支架四连杆机构的杆件之一, 底座的后部与前后连杆铰接, 前端与推移千斤顶连接, 推移千斤顶另一端与刮板输送机相连, 通过推移千斤顶的伸缩, 完成支架的移架[6]。
液压支架的支护方式主要有以下三种:
(1) 及时支护。液压支架的及时支护是指在采煤机割煤后, 先对液压支架进行移架, 再对刮板输送机进行推移的支护方式。
(2) 超前支护。液压支架的超前支护是指在采煤机割煤前, 由于综采工作面煤壁片帮严重而对液压支架先行移动的支护方式。
(3) 滞后支护。液压支架的滞后支护是指在采煤机割煤后, 先对刮板输送机进行推移, 再对液压支架进行支护的方式。液压支架的工作过程包括:升架、降架、推溜、移架等几个基本动作, 这些动作是通过不同功能的液压控制系统来完成的, 液压支架对顶板的作用主要表现为立柱液压缸的工作过程, 过程可分为四个阶段[7], 液压支架的移架方式取决于支架结构、控制方式、设备配套特点、煤层顶板的稳定条件, 以及采煤机对液压支架移架速度的要求。液压支架移架方式可分为单架依次顺序移架、分组间隔交错移架和多架成组整体顺序式移架3种[8]。
(1) 架依次顺序移架。支架沿采煤机割煤方向依次顺序向前移动, 而且移动步距等于采煤机的截深, 并在移架后将其位置重新排列成直线。这种移架方式操作简单, 能够保证支架的移架质量, 但是移架速度慢, 适合不稳定的顶板条件。
(2) 分组间隔交错移架。这种移架方式是把液压支架分为每组3-5架, 支架沿采煤机牵引方向组内依次顺序前移, 组间平行移动。优点是移架速度快, 但是不容易保证移架质量, 对顶板稳定性要求高。
(3) 多架成组整体顺序依次移架方式。把液压支架分为每组2-3架, 支架沿采煤机牵引方向整体顺序移架, 组间也顺序前移, 组内自动化。这种移架方式特点是移架速度快, 不容易保证移架质量, 对顶板稳定性要求高。
2.3 刮板输送机工作过程分析
刮板输送机是一种大型输送机装置, 通常又被称为溜子。主要零部件有机头、中间部和机尾部等三个部分。刮板输送机主要有三个方面的作用:一是作为煤炭、计石或物料的运输工具;二是作为采煤机的运行轨道;三是配合液压支架完成移架和推溜工序, 即:采煤一推溜一移架一拉架, 这4个动作不断的循环。
刮板输送机的工作过程是:把敞开的溜槽, 作为煤炭、矸石或物料等的承受件, 刮板固定在链条上, 作为牵引构件。当机头传动部启动后, 带动机头轴上的链轮旋转, 使刮板链循环运行带动物料沿着溜槽移动, 直至到机头部卸载。刮板链绕过链轮作无级闭合循环运行, 完成物料的输送。
2.4“三机”配套工作过程分析
为了提高综采工作面生产能力, 保证安全生产, “三机”之间需满足生产能力配套、机械性能配套、几何尺寸配套、使用寿命配套及与其他设备的配套。
工作面“三机”性能配套, 主要是为了避免运转时的相互制约问题, 使它们各自充分发挥设备性能的效用, 最大限度地满足综采生产能力的要求。主要有采煤机与液压支架性能配套、采煤机与刮板输送机性能配套、液压支架与刮板输送机性能配套;“三机”寿命配套是指在时间上各种设备的大修周期要接近, 如果在工作面生产过程中, 设备交替更换未及时进行大修, 就会对工作面的正常生产及安全性能造成严重影响。
综采工作面“三机”工作过程以采煤机从工作面左端向工作面右端开始割煤为例。进刀方式为工作面端部斜切进刀, 割三角煤, 往返一次割两刀。当采煤机准备工作时, 推溜工把刮板输送机推出弯曲段, 采煤机向右前进, 准备割三角煤, 左滚筒割底煤, 右滚筒放中间割煤。当采煤机左右滚筒完全切入煤壁, 并且达到截深厚度后, 此时采煤机机身全部进入直线段, 采煤机停机换向, 准备反向割煤。接下来支架工进行推机头, 刮板输送机快速推溜, 等刮板输送机推向煤壁后, 采煤机开始向左割三角煤;左滚筒升起, 割顶煤, 右滚筒保持在中间。当采煤机向左割透三角煤后, 换向开始向右前进, 左滚筒继续割底煤, 右滚筒割顶煤。当采煤机向左正常割煤一段时间后, 大概滞后采煤机15m时, 支架工打出护帮板, 同时收右滚筒方向护帮板, 刮板输送机逐渐推溜。采煤机到达最左边割透煤壁后, 完成了端部斜切进刀双向割煤的第一刀, 然后开始换向, 准备进入第二刀割煤。
3 结论
本文主要把实验室的综采工作面“三机”用Pro/E软件进行三维建模, 在建模过程中, 更加熟悉了Pro/E软件的三维建模技巧。借助所建的三维模型, 可以更好地了解采煤机、液压支架和刮板输送机的工作过程, 同时详细分析了采煤机的进刀与割煤方式、液压支架的支护方式和移架方式, 并以某一工作面为例, 分析了“三机”联动工作过程。
摘要：在煤矿开采过程中, 由于综采工作面受到很多客观因素的影响, 导致工作环境恶劣, 因此存在很多不安全因素。本文主要应用Pro/E软件对综采工作面三机 (采煤机、液压支架、刮板输送机) 进行三维建模, 然后通过模型更好地分析和研究综采工作面设备运行状况。
关键词：综采工作面,采煤机,液压支架,三维建模
参考文献
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Pro/E三维建模 篇7
我国符合饮用水标准的水资源在日常生活中的消耗主要分为淋浴及沐浴用水、座便器冲洗用水、洗衣用水、清洗餐具用水、饮用与烹调、室内卫生、冲洗汽车用水等。其中座便器冲洗用水占家庭全部生活用水量的三分之一左右。座便器是当今许多家庭、宾馆的主要卫生洁具。推广城市生活用水节水技术,开发推广节水器具,成了迫在眉睫的任务。节水问题是世界性的资源节约问题,因此座便器的节水研制,引起人们的重视[1]。
2 传统的抽水马桶节水器工作原理
如图1所示,按下手柄,会拉动链子带动起动杆升起,从而拉开冲水阀,在接下来的3s内,大约有7.6L的水从水箱冲到便池中,然后冲水复位,水的冲力将启动便池中的虹吸管。虹吸管会将便池中的污物吸到排水道中。同时,水箱中的水位将下降,浮块也下降,下降的浮块会打开上水阀,经上水阀为水箱和便池注水。水箱充水,浮块将漂起,当浮块达到一定高度,上水阀将关闭。座便器基本采用大/小两个档位的冲刷,但针对用水量更小的需要,档位就缺少了[2]。
3 无档级抽水马桶节水器工作原理
结合现有大/小两个档位座便器的实际情况,排水时,按压排水按钮便可实现排水,改进措施是将按压排水按钮改为圆柱凸轮机构,圆柱凸轮转动可带动推杆移动,从而实现多档或无级排水。
1.密封压板2.螺钉3.水箱4.下水底座5.下水阀6.卡簧7.下水套管8.下水主管9.排水阀组件10.长度调整杆11.控水机构基座12.凸轮压杆13.手轮14.中心定位轴15.圆柱凸轮
如图2所示,该排水装置由控水机构和排水阀组件组成,控水机构连接排水阀组件形成排水装置,控水机构紧固在水箱箱盖上,排水阀组件位于水箱内;所述的排水阀组件包括排水按钮、水箱密封压板1、螺钉2、下水底座4、下水阀5、下水套管7和下水主管8,下水底座4安装在水箱3内,在下水底座4的中心安装下水阀5,下水阀5的上方通过卡簧6安装下水套管7,下水套管7连接下水主管8,下水主管8上连接排水按钮,下水阀5的下方经螺钉2连接水箱密封压板1,整体形成排水阀组件7;其特征在于:所述的控水机构包括长度调整杆10、控水机构基座11、凸轮压杆12、手轮13中心定位轴14和圆柱凸轮15,中心定位轴14安装在控水机构基座11的内孔中,中心定位轴14的底端用中心轴螺母锁紧,在中心定位轴14上安装圆柱凸轮15,圆柱凸轮15位于控水机构基座11内孔中并可沿其内壁转动,圆柱凸轮15的下端为端面凸轮,中心定位轴14的顶端安装手轮13,手轮13位于圆柱凸轮15上方,手轮13的下端凸台与圆柱凸轮15的端面槽配合,手轮13旋转带动圆柱凸轮15转动,凸轮压杆12安装在控水机构基座11的下端的小孔中,当圆柱凸轮15转动时,圆柱凸轮15端面高度的不同使凸轮压杆12沿小孔向下移动,凸轮压杆12的内螺纹孔中连接长度调整杆10,凸轮压杆12位移时带动长度调整杆10下移,长度调整杆10接触排水按钮[3,4]。
4无档级抽水马桶节水器三维建模
本机构是通过Pro/E软件对其主要零件和装配进行建模。
凸轮推杆完成直线方程运动,圆柱凸轮的端面廓线为螺旋线,其升程参照现有座便器6L排水的按压距离,选择h=16mm,圆柱凸轮平均直径为38mm,δ0=119.32mm,设计螺旋线如图3、4所示[5]。
排水装置的设计主要考虑不需要大的改造可以在现有座便器上使用,以及控水结构支座在水箱上安装牢固、方便。如图5、6所示为控水结构支座立体图、零件图。
节水器三维装配图如图7所示。
5 结语
本文介绍了传统马桶节水器的工作原理,指出只有大小两档,压排水按钮改为圆柱凸轮机构,实现无极排水。论述了其工作原理,并通过Pro/E软件建立了改进后的节水器的主要零件和装配的模型,为以后的生产实践提供理论保证。
参考文献
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Pro/E三维建模 篇8
关键词：Pro/E,渐开线圆柱齿轮,参数化
1 前言
如果只考虑直齿和斜齿两种齿形,外啮合的渐开线圆柱齿轮又可以分为:直齿圆柱齿轮、直齿圆柱变位齿轮、斜齿圆柱齿轮和斜齿圆柱变位齿轮。因为直齿齿轮可以看成是螺旋角等于零的斜齿齿轮,而非变位齿轮又可以看成是变位系数等于零的变位齿轮,所以在这4种齿轮中斜齿圆柱变位齿轮是该组零件的典型零件,即该零件包含这四种零件的所有特征。Pro/E软件可以通过创建典型零件,来实现某一组零件的参数化建模。本文利用这一功能,实现了渐开线圆柱齿轮的三维参数化建模。
2 创建斜齿圆柱变位齿轮三维实体模型的过程
为了能够实现以上4种渐开线圆柱齿轮的参数化建模,首先需要创建一个典型零件,即斜齿圆柱变位齿轮的三维实体模型,然后建立各种尺寸和参数间的关系。这样才可以通过修改参数,实现其它尺寸的斜齿圆柱变位齿轮或其它三种圆柱齿轮的参数化建模。本文创建的斜齿圆柱变位齿轮的基本参数如表1所示。
2.1 设置用户自定义参数
选择“工具”>“参数”命令,对斜圆柱变位齿轮的基本参数进行定义。如图1所示。
2.2 创建齿顶圆柱
使用“拉伸”或“旋转”命令创建一个圆柱基体,创建时圆柱的直径和高度可以取任意值,创建之后,选择“工具”>“关系”命令,在对话框中输入如下关系式:
关系式定义好之后,使用“再生”命令得到的以齿顶圆为直径,以齿宽长加20为高度的圆柱基体,如图2所示。
2.3 创建齿槽
(1)创建渐开线。利用基准面和基准坐标系作为辅助,绘制渐开线,渐开线的方程为:
方程中涉及到的参数,需要在“工具”>“关系”命令的对话框中定义
将创建好的渐开线,做关于坐标平面的镜像操作,得到如图3所示的两条渐开曲线。
(2)创建螺旋线。在辅助基准面上绘制如图4所示空间直线,并在“关系”对话框中定义该直线与水平方向的夹角sd7=β。将这个空间直线向圆柱面上投影可以得到如图5所示的螺旋线。
(3)切割齿槽。使用“插入”>“扫描”>“切口”命令创建齿槽。选择投影得到的螺旋线作为扫描轨迹,扫描界面是由两条渐开线和两个圆弧构成的封闭界面,如图6所示。其中,大的圆弧直径无需定义,小的圆弧直径sd10=df。df需要在“关系”对话框中进行定义。最终得到的齿槽如图7所示。
df=d-2×[(ha+c)·cosβ-xt)·mt/*齿根圆直径。
2.4 阵列齿形
选择上面做好的第一个齿槽,单击“阵列”命令,选取齿槽与参照面之间的夹角作为尺寸参照,做尺寸阵列,阵列个数可以随意填写,比如说3。然后使用“工具”>“关系”命令,定义阵列槽的夹角为d48=360/Z,阵列个数为p49=Z。阵列结果如图8所示。
由于在使用“扫描”命令切除齿槽时,两端材料并没有切除干净,因此齿轮的两段仍然需要进一步的修整。在创建齿顶圆圆柱时的长度为H=B+20,多余的20mm即用于两端修整的长度。使用“拉伸”或“旋转”命令将阵列后的齿轮两端各切除10mm;得到最终的斜圆柱变位齿轮三维实体模型如图9所示。
由于在Pro/E中,使用“关系”对话框中定义关系式时,不能使用公式编辑式中的符号,需要自己用简单的英文缩写来代替以上关系式中的符号,格式也必须按照Pro/E的要求进行书写。本例中所有的关系式定义如图10所示。
3 实现参数化建模过程
实现参数化建模的方法有两种,一种是直接修改实例模型中的基本参数,另外一种是通过Pro/Program编程输入新的参数来实现。假设想实现直齿圆柱非变位齿轮的参数化建模,两种方法的具体过程如下。
3.1 直接修改参数法
通过“工具”菜单下的“参数”命令,调出“参数”对话框。这里有之前定义好的斜齿圆柱变位齿轮的8个基本参数。因为直齿圆柱非变位齿轮可以看成是螺旋角β=0,法相变位系数xn=0的斜齿圆柱变位齿轮,因此只需将这两个参数值进行修改即可。模型的其他尺寸将会根据新的参数和定义的关系式重新进行计算。最后点击“再生”命令,即实现了参数化建模过程。
3.2 Pro/Program实现参数化建模
使用这种方法实现参数化建模,需要在典型零件的三维实体模型创建好之后,修改Pro/Program中的程序。
通过“工具”>“程序”命令,在调出“菜单管理器”菜单中选择“编辑设计”,系统弹出用于编辑程序的记事本,该记事本中包含已定义的关系式,尚需要在INPUT和END INPUT之间添加需要输入的基本
参数,如图11所示,语句和格式如下:
保存并退出记事本的程序编辑状态,根据系统提示选择“是”,让所做的修改体现到模型中。
完成以上的步骤,就可以进行参数化建模了,在“菜单管理器”中给我们提供了3种参数建模方式:(1)当前值。就是不修改原有的参数。(2)输入。根据系统的信息提示,输入各个基本参数:mn=3.0,z=20,ha=1.25,c=0.25,α=20°,b=25,β=0,xn=0程序读入新的参数值,根据定义好的关系式,计算建模尺寸,自动生成新的直齿圆柱非变位齿轮,如图12所示。(3)读取文件。把需要输入的参数写在记事本中,存在当前目录下,只需输入该文件的文件名,程序会自动读入新的参数,计算建模尺寸,生成新的三维实体模型,结果和第二种方式相同。
4 结语
使用Pro/E软件进行渐开线圆柱齿轮的参数化建模,能够通过修改参数完成新产品的建模。这种方法适用于各尺寸间存在特定计算公式的零件的建模,尤其适用于螺栓、螺母、齿轮和轴承等标准件,能够简化建模过程,提高设计效率;另外有利于CAD系统的开发或现有软件的二次开发。
参考文献
[1]王铁,赵富强.手动变速器建模实例教程[M].北京:机械工业出版社,2007.