王 輝

（新疆工程學(xué)院，新疆烏魯木齊 830011）

1 CATIA軟件的特點(diǎn)

CATIA作為產(chǎn)品生命周期管理中的信息創(chuàng)建和分析的工具，能夠完成產(chǎn)品外型設(shè)計(jì)、機(jī)械設(shè)計(jì)、設(shè)備與系統(tǒng)工程、管理數(shù)字樣機(jī)、機(jī)械加工、分析和模擬等相關(guān)工作，廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、航空航天、船舶制造等領(lǐng)域，其提供的part dezine和aseemble line模塊能非?？旖莸耐瓿僧a(chǎn)品的設(shè)計(jì)和裝配[1]。

本文在對復(fù)式谷物清選機(jī)風(fēng)扇轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)分析得基礎(chǔ)上，使用CATIA軟件對風(fēng)扇轉(zhuǎn)子進(jìn)行了建模和慣量分析，為復(fù)式谷物清選機(jī)的虛擬樣機(jī)建立及相關(guān)分析設(shè)計(jì)打下了基礎(chǔ)[2]。

2 風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子零件的建模

復(fù)式谷物清選機(jī)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子從其機(jī)構(gòu)上看主要由法蘭盤、葉片、支桿、轉(zhuǎn)軸等零件組成，相關(guān)零件不含復(fù)雜曲面，通過在草圖的基礎(chǔ)上，運(yùn)用拉伸、旋轉(zhuǎn)、陣列等方法就能較快的完成了風(fēng)扇轉(zhuǎn)子典型零件的建模，如圖1復(fù)式谷物清選機(jī)典型零件。

圖1 復(fù)式谷物清選機(jī)典型零件

3 裝配

（1）軸、鍵的裝配

復(fù)式谷物清選機(jī)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子的軸具有跨度大、結(jié)構(gòu)簡單的特點(diǎn)，在實(shí)際應(yīng)用過程中一般常采用焊接軸的結(jié)構(gòu)形式，從傳動(dòng)軸的實(shí)際特點(diǎn)出發(fā)，運(yùn)用CATIA的回轉(zhuǎn)和凹槽等建模方式，可以較為快捷的完成軸的建模，運(yùn)用CA?TIA軟件自帶的機(jī)械標(biāo)準(zhǔn)零件庫，調(diào)用keys庫中所需的圓頭鍵，設(shè)置相關(guān)約束后，就可以完成裝配，如圖2所示。

圖2 鍵裝配圖

（2）法蘭盤和軸的裝配

法蘭盤、鍵和軸的配合，重點(diǎn)是在鍵槽、鍵的面約束，以及法蘭盤孔和軸的軸線的相合約束，值得注意的是在CATIA中相合約束不能簡單的認(rèn)為是同軸，其實(shí)還包含諸如：點(diǎn)面、點(diǎn)線、面面等重合要素[3]。

由于結(jié)構(gòu)的特殊性，該法蘭盤的孔是由兩排孔組成，建模過程中先建立外圈的孔，最后建立內(nèi)圈的孔，兩次陣列的使用，在裝配設(shè)計(jì)過程中，可以得到引用，方便支桿、螺栓、法蘭盤的裝配。如圖3法蘭裝配圖。

（3）加強(qiáng)桿與葉片的裝配

風(fēng)扇轉(zhuǎn)子中的支桿，從力學(xué)模型看，其屬于懸臂梁結(jié)構(gòu)，工作過程中支桿和法蘭連接處的螺栓受力較大，為減少受力，在葉片和葉片之間使用了加強(qiáng)桿將其進(jìn)行連接，其作為連接各葉片的重要元件，可以增強(qiáng)整個(gè)結(jié)構(gòu)的剛性，防止葉片在旋轉(zhuǎn)時(shí)受力過大，同時(shí)減少支桿與法蘭的連接受力。由于葉片和葉片之間的夾角為60度，但兩塊扇板與加強(qiáng)桿的連接孔并不在同一高度，所以支桿兩個(gè)連接端的傾角是有差異的，在實(shí)際應(yīng)用過程中，往往將連接孔的尺寸放大，使其具有一定的可調(diào)余量，在建模裝配時(shí)要求根據(jù)結(jié)構(gòu)尺寸，準(zhǔn)確找對加強(qiáng)桿與葉片孔的安裝位置，否則裝配約束就不能建立，使裝配失效。如圖4加強(qiáng)桿的裝配圖。

圖3 法蘭裝配圖

圖4 加強(qiáng)桿的裝配圖

（4）鏡像的應(yīng)用

風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子就其結(jié)構(gòu)來看，屬于對稱部件[4]，由此制定了如下的安裝方案：先完成傳動(dòng)軸左邊法蘭、鍵、支桿、加強(qiáng)桿、螺栓、墊片等的裝配后，使用CATIA中的建立子裝配的方法，快捷的完成另一部的裝配，最后安裝葉片。依據(jù)該方案在完成一邊的裝配后，先在傳動(dòng)軸的中心位置建立一個(gè)平面，以該平面為對稱平面，使用Assem?bly Symmetry Wizard，選擇對稱平面和要鏡像的部件，在進(jìn)行一些鏡像后格式的設(shè)置后，就可以完成該項(xiàng)操作。完成結(jié)果如圖5風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子裝配圖。

圖5 風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子裝配圖

4 慣量分析

裝配過程完成后，使用CATIA材料庫，對裝配部件施加相應(yīng)材料應(yīng)用，該風(fēng)扇轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)主要使用了IRON和STEEL兩種材料，結(jié)構(gòu)和材料都確定后，也就滿足了慣量測定的條件，使用CA?TIA測量慣量分析工具，就可以完成已定材料和結(jié)構(gòu)的軸轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測定，如圖6轉(zhuǎn)動(dòng)慣量分析。

5 小結(jié)

本文以復(fù)式谷物清選機(jī)的風(fēng)扇轉(zhuǎn)子為研究對象，運(yùn)用CATIA軟件對其典型零件進(jìn)行了建模[5]，從其結(jié)構(gòu)出發(fā)設(shè)計(jì)制定了相關(guān)的裝配方案，運(yùn)用改裝方案完成了復(fù)式谷物清選機(jī)風(fēng)扇轉(zhuǎn)子的虛擬裝配，同時(shí)運(yùn)用CATIA軟件的慣量測量，測定了改結(jié)構(gòu)的軸慣量，該工作的完成為復(fù)式谷物清選機(jī)建立虛擬樣機(jī)及后續(xù)相關(guān)分析工作打下了基礎(chǔ)。

圖6 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量分析

［1］張玉香，孟凡文，梁海霞.采用Imageware與CATIA的三維曲面重建與數(shù)控仿真加工［J］.機(jī)電工程技術(shù)，2013（7）：114-117.

［2］巫尚榮，楊堅(jiān)，梁兆新，等.聯(lián)合收割機(jī)清糧機(jī)構(gòu)的仿真優(yōu)化研究［J］.農(nóng)機(jī)化研究，2004（4）：21-24.

［3］葉有義，馬振利，何德安.基于CATIA的裝備數(shù)字樣機(jī)應(yīng)用研究［J］.計(jì)算機(jī)應(yīng)用與軟件，2009（3）：275-276，282.

［4］陳霓.新型風(fēng)篩式清選裝置設(shè)計(jì)研究［J］.農(nóng)機(jī)化研究，2008（3）：113-115，118.

［5］甘忠，韓琦，曹蔚，等.基于CATIA的飛機(jī)展開壁板數(shù)字化模型的建立［J］.鍛壓技術(shù)，2006（6）：110-114.