陳帥江 顧鋒

摘 要：利用Pro/E設(shè)計(jì)軟件，建立牛頭刨床變速箱各零件三維模型，并對其進(jìn)行虛擬裝配和運(yùn)動(dòng)仿真，縮短了產(chǎn)品的開發(fā)周期，提高了產(chǎn)品的設(shè)計(jì)效率，其設(shè)計(jì)方法可以借鑒到其他產(chǎn)品的的設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：牛頭刨床變速箱Pro/Engineer虛擬裝配運(yùn)動(dòng)仿真

中圖分類號(hào)：TH12 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X(2012)06(b)-0056-01

1 牛頭刨床變速箱的基本結(jié)構(gòu)

牛頭刨床變速箱是滑移齒輪變速機(jī)構(gòu)，通過排擋杠桿帶動(dòng)變速制動(dòng)軸上的叉子來實(shí)現(xiàn)變速。B665牛頭刨床變速箱的變速機(jī)構(gòu)如圖1所示，軸Ⅰ為輸入軸，有電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)。軸Ⅲ為輸出軸，在軸Ⅰ上安裝齒數(shù)為20（2019）-30（2021）-25（2022）的三聯(lián)滑移齒輪，軸Ⅲ上安裝齒數(shù)為30（2028）-48（2031）的雙聯(lián)滑移齒輪，與各固定齒輪組成滑移齒輪變速機(jī)構(gòu)。改變各滑移齒輪的位置，就可以改變該輪系的傳動(dòng)比，滿足變速要求。

2變速箱虛擬裝配的實(shí)現(xiàn)

2.1 零件的三維建模

牛頭刨床變速箱的零件大概共有180多個(gè)，其中很多的建模方式大致相同，利用Pro/E的零件模塊，通過必要的草繪，進(jìn)行拉伸，旋轉(zhuǎn)，鏡像，陣列等建模方式得到零件的三維模型。標(biāo)準(zhǔn)件可以到標(biāo)準(zhǔn)件網(wǎng)站下載獲得或者自己按照要求進(jìn)行三維建模。變速箱中有很多齒輪，以漸開線圓柱直齒輪為例說明齒輪建模。已知齒輪模數(shù)m=4mm，齒數(shù)z=35，齒輪厚B=28mm。按照齒輪的孔和齒頂圓的直徑的尺寸繪制胚體；再通過草繪，繪制齒頂圓和齒根圓，并通過“曲線”→“從方程”輸入漸開線的方程，保存形成漸開線曲線；利用“鏡像”生成另外一條漸開線，把鏡像得到的漸開線陣列；利用“拉伸”→“邊創(chuàng)建圖元”，生成第一個(gè)齒槽；選擇生成的齒槽，利用“陣列”設(shè)置數(shù)量和角度生成齒輪。

2.2 牛頭刨床變速箱零件的虛擬裝配

虛擬裝配就是把各個(gè)實(shí)體模型通過一定的約束關(guān)系組裝成一個(gè)個(gè)子組件，再將各個(gè)子組件組裝起來形成一個(gè)完整組件的過程，在裝配過程中，設(shè)計(jì)人員可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理裝配過程中的各種問題。在Pro/E中的“組件”模塊可以將設(shè)計(jì)好的零件按照一定的裝配關(guān)系放置在一起形成組件，也可以在組件的模式下對單個(gè)零件進(jìn)行修改編輯，還可以以一定的約束關(guān)系來添加和設(shè)計(jì)新零件。該模塊提供了放置和連接兩種約束方法。放置包括：匹配、對齊、插入、坐標(biāo)系、相切、線上點(diǎn)、曲面上的點(diǎn)和曲面上的邊；連接包括：剛性、銷釘、滑動(dòng)桿、圓柱、平面、球、焊接、軸承、常規(guī)和6D0F10種類型，每一種類型都有自己的約束方式。

根據(jù)牛頭刨床變速箱的裝配關(guān)系和工作原理，對3根軸上的零部件進(jìn)行裝配，得到虛擬變速箱裝配體，如圖2。

2.3 間隙分析和干涉分析

間隙分析可以尋找到裝配完成的牛頭刨床間隙所在位置和間隙值，從而判斷出間隙是否符合設(shè)計(jì)要求。間隙分析可以運(yùn)用到零件和子組件的分析。

干涉分析主要是用來計(jì)算零件和零件或者組件和組件之間的體積是否存在干涉現(xiàn)象以及干涉體積的多少。通過靜態(tài)干涉和動(dòng)態(tài)干涉的結(jié)合運(yùn)用，來找出錯(cuò)誤的地方并進(jìn)行修改。

通過“分析”→“模型”→“全局干涉”，出現(xiàn)干涉對話框，通過對牛頭刨床變速箱進(jìn)行干涉分析，結(jié)果如圖3，顯然齒輪2027和鍵0005發(fā)生干涉，發(fā)現(xiàn)裝配過程中齒輪鍵的位置和軸上鍵槽位置并不匹配，通過修改排除干涉。

3 牛頭刨床變速箱的運(yùn)動(dòng)仿真

牛頭刨床變速箱的運(yùn)動(dòng)仿真，主要是齒輪之間的嚙合運(yùn)動(dòng)。建立3根基準(zhǔn)軸，確定其位置關(guān)系，安裝以銷釘方式連接的3根齒輪軸，再以相同方式安裝齒輪，在機(jī)構(gòu)條件下定義運(yùn)動(dòng)齒輪副，如圖4。設(shè)置伺服電動(dòng)機(jī)，按照各部分運(yùn)動(dòng)關(guān)系為輸入軸添加伺服電動(dòng)機(jī)，設(shè)定其速度，完成設(shè)置。對機(jī)構(gòu)進(jìn)行機(jī)構(gòu)分析，進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真，為方便觀察可隱藏不運(yùn)動(dòng)部件。

4 結(jié)語

通過Pro/E完成牛頭刨床變速箱的虛擬裝配，可在牛頭刨床變速箱設(shè)計(jì)階段直接檢查各部分零件的裝配情況，并在設(shè)計(jì)過程中對零件進(jìn)行干涉檢查，保證零件的可裝配性和設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性，與傳統(tǒng)工藝設(shè)計(jì)相比，大大縮短了產(chǎn)品的設(shè)計(jì)周期，降低了成本，提高了競爭力，其設(shè)計(jì)方法可以借鑒到其他產(chǎn)品的的設(shè)計(jì)。

參考文獻(xiàn)

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