明　哲，丁偉東

(吉林農(nóng)業(yè)科技學(xué)院,吉林 吉林　132101)

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基于CATIA耕整機(jī)螺旋形刀輥實(shí)體建模

明哲，丁偉東

(吉林農(nóng)業(yè)科技學(xué)院,吉林 吉林132101)

摘要：利用CATIA V5軟件在機(jī)械“實(shí)體建?！焙汀扒嬖煨汀眱煞矫娣奖憧旖莸奶攸c(diǎn)，詳細(xì)介紹了CATIA對(duì)耕整機(jī)螺旋形刀輥中各零件的建模及虛擬裝配過程，直觀地表達(dá)出螺旋形刀輥的外形和零件間的組裝情況。另外，從三維模型可自動(dòng)生成平面二維工程圖，用于生產(chǎn)與加工，大大提高了耕整機(jī)的開發(fā)效率。

關(guān)鍵詞：刀輥；CATIA；實(shí)體建模；虛擬裝配；耕整機(jī)

0引言

耕整機(jī)在我國(guó)使用相當(dāng)廣泛，對(duì)農(nóng)作物根茬粉碎還田起到重要且廣泛的作用[1]。目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)滅茬、起壟耕整機(jī)的研究報(bào)道較多，但仍然保留了原來的、基本的工作原理及主要零部件的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)。這些機(jī)具中均包含滅茬和起壟兩個(gè)裝置，雖然可以同步完成滅茬起壟作業(yè)，但是動(dòng)力消耗大；而依靠一個(gè)部件即可完成滅茬、起壟作業(yè)的耕整機(jī)的研究報(bào)道還沒有。本產(chǎn)品突破原來耕整機(jī)的結(jié)構(gòu)構(gòu)思，將耕整機(jī)設(shè)計(jì)為裝有直刀片螺旋形刀輥，工作中1道工序即可完成滅茬-旋耕-起壟3步作業(yè)。

傳統(tǒng)的機(jī)械研發(fā)包括設(shè)計(jì)樣機(jī)、制作樣機(jī)、樣機(jī)試驗(yàn)、樣機(jī)改進(jìn)等步驟。隨著計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)的發(fā)展，將虛擬樣機(jī)技術(shù)應(yīng)用于農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)中，可使生產(chǎn)周期長(zhǎng)、成本高等問題得到顯著改善[2]。CATIA系統(tǒng)是法國(guó)達(dá)索 (Dassault ) 飛機(jī)公司Dassault Systems工程部開發(fā)的產(chǎn)品，在CATIA的設(shè)計(jì)環(huán)境中，無論是實(shí)體還是曲面，均做到了真正的交互操作。在設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)者不必考慮如何參數(shù)化設(shè)計(jì)目標(biāo)，CATIA提供了變量驅(qū)動(dòng)及后參數(shù)化能力，具有在整個(gè)產(chǎn)品周期內(nèi)方便的修改能力，尤其是后期修改性[3]。利用CATIA軟件能夠成功建模機(jī)械零件，將各部零件組裝為虛擬樣機(jī)，并實(shí)現(xiàn)機(jī)械的內(nèi)部基本傳動(dòng)和虛擬環(huán)境作業(yè)，從而減少研發(fā)成本，提高研發(fā)效率。

1螺旋形刀輥的設(shè)計(jì)

螺旋形刀輥主要由軸套(內(nèi)六角)、螺旋板和刀片3部分組成，是機(jī)具的核心部分，也是該機(jī)具的創(chuàng)新之處。

1.1滅茬輪軸外套

滅茬輪軸外套采用45鋼，熱處理方式為調(diào)制處理，用鍛造加工得到。滅茬輪軸外套與滅茬輪軸采用過渡配合，便于拆卸；軸套內(nèi)六角用于軸套固定，因滅茬輪軸滿足強(qiáng)度要求，故軸套不需再次校核。

1.2螺旋板

螺旋板彎曲角度為40°，左右螺旋刀架的相對(duì)位置為60°，左右螺旋刀架的個(gè)數(shù)為6個(gè)(左右各3個(gè)，均勻分布)，刀片為7個(gè)。螺旋板左右寬度為170mm。影響功率消耗主要因素是螺旋板的彎曲角度和左右螺旋刀架的個(gè)數(shù)，在此結(jié)構(gòu)下，滅茬效果好、成壟方便且功率消耗最小。

1.3刀片

刀片的設(shè)計(jì)采用直刀片，將其安裝在120°曲面螺旋板上，在保證刀架和刀片工作硬度和剛度情況下，由于刀片工作方向與其運(yùn)動(dòng)方向相同，因此受到地面阻力較小，可提高生產(chǎn)效率。刀片采用5mm的45鋼板，每個(gè)刀片長(zhǎng)130mm、寬50mm，距一短邊15mm的板中心處打出直徑13mm的通孔，在距這通孔50mm處再打出直徑13mm的通孔。螺栓用GB /T 5782 2000M1230,螺母用GB/T41-2000M12 。

2螺旋型刀輥零件實(shí)體建模

2.1螺旋板實(shí)體建模

2.1.1建立平面和草繪

1)打開CATIA V5，進(jìn)入“線框和曲面設(shè)計(jì)”命名“螺旋板”。

2)建立4個(gè)平面分別相對(duì)XY平面偏移85、85、42.5、42.5mm，把這4個(gè)平面分別命名為平面1到平面4；再相對(duì)建立的平面1偏移42.5mm的距離建立平面5，相對(duì)平面2偏移42.5mm建立平面6。

3)進(jìn)入草繪界面繪制點(diǎn)，分別進(jìn)入剛剛建立的6個(gè)平面以及平面XY繪制點(diǎn)。

2.1.2繪制樣條曲線與掃掠

圖1　樣條曲線1定義　　　　　　 圖2　樣條曲線2定義

圖3　樣條曲線3定義　　　　　 圖4　樣條曲線4定義

圖5　掃掠定義　　　　　　　　圖6　完成后形體

2.1.3建立加強(qiáng)筋刀片安裝孔及開槽

圖7　旋轉(zhuǎn)定義　　　　　　　　 圖8　旋轉(zhuǎn)槽定義

圖9　加強(qiáng)筋和安裝孔

圖10　開槽定義　　　　　　　圖11　螺旋板三維模型

2.2滅茬輪軸外套實(shí)體建模

2.2.1內(nèi)六角圓柱體

1)打開CATIA V5，新建part文件。

圖12　滅茬輪軸外套

2.2.2軸上小孔

2.3刀片實(shí)體建模

1)打開CATIA V5，新建part文件。

2)任選一個(gè)平面，如XZ平面，點(diǎn)擊草圖繪制(草圖)，畫出長(zhǎng)為130mm、寬為50mm的長(zhǎng)方形；再以50mm邊的中點(diǎn)為基準(zhǔn)，分別向里選15、65mm的點(diǎn)為圓心，畫半徑6.5mm的圓。

3)退出草圖界面，選中空間中上面所畫的圓，點(diǎn)擊(凸臺(tái))，在出現(xiàn)的參數(shù)窗口中，長(zhǎng)度輸入5mm，點(diǎn)擊確定，即得到一個(gè)刀片，如圖13所示。

3零件裝配實(shí)體建模

根據(jù)對(duì)CATIA的理解，裝配在CATIA中即是對(duì)各零件之間的位置尺寸約束。在對(duì)零件的模擬裝配中，為了操作的效率，可以不按照實(shí)際中的裝配過程操作，可以超越空間的限制，因此CAITIA在裝配模擬中效果好并且方便。

圖13　刀片

3.1刀片與螺栓的裝配

1)打開CATIA V5，新建product文件。

4)重復(fù)3)中的步驟方法，完成刀片與螺栓的配合，如圖14所示。

圖14　刀片螺栓配合

3.2刀片與螺旋板的裝配

1)打開CATIA V5，新建product文件。

3)由于螺旋板為曲面，在實(shí)際裝配中能夠忽略曲面與平面的接觸差距，但在CATIA中不能忽略。約束中點(diǎn)擊相合約束，選取螺旋板上的螺栓孔和刀片上的螺栓，令中心線相合；復(fù)制或者重新插入刀片零件，用相同的方式對(duì)螺旋板上的所有刀片進(jìn)行相合約束；點(diǎn)擊全部更新。

圖15　刀片螺旋板

3.3螺旋板與滅茬輪軸外套的裝配

1)打開CATIA V5，新建product文件。

5)同樣插入另一個(gè)螺旋板，設(shè)定約束條件，重復(fù)裝入3對(duì)左右螺旋板，即完成螺旋型滅茬刀輥的模擬裝配，如圖16所示。

圖16　螺旋形滅茬刀輥

4結(jié)論

利用CATIA對(duì)螺旋形刀輥進(jìn)行實(shí)體建模，不僅能減少研發(fā)時(shí)間、提高效率，而且在裝配中基本能反應(yīng)刀輥的真實(shí)結(jié)構(gòu)及尺寸參數(shù)，降低了研發(fā)成本。

參考文獻(xiàn)：

[1]師江瀾，劉建忠，吳發(fā)啟.保護(hù)性耕作研究進(jìn)展與評(píng)述[J]．干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究，2006，24(1)：205-212．

[2]賈長(zhǎng)治.MD ADAMS虛擬樣機(jī)從入門到精通[M] ．北京：北京機(jī)械工業(yè)出版社，2010.

[3]李蘇紅，潘志剛.CATIA V5實(shí)體造型與工程圖設(shè)計(jì)[J].北京：科學(xué)出版社，2012.

Based on CATIA Tillage Machine Spiral Knife Roller Entity Modeling

Ming Zhe，Ding Weidong

(Jilin Agricultural Science and Technology University，Jilin 132101,China)

Abstract：In this paper, by using CATIA V5 software in mechanical entity modeling and surface modeling the characteristics of both convenient and quick, CATIA is introduced in the spiral knife roller modeling and virtual assembly process of the parts. Visually express the shape of spiral knife roller and parts assembly on to the next. In addition, from the 3 d model can automatically generate a two-dimensional engineering drawing, used in the production and processing, greatly improves the development efficiency of tillage machine.

Key words：knife roller；CATIA；entity modeling；virtual assembly; tillage machine

文章編號(hào)：1003-188X(2016)05-0246-04

中圖分類號(hào)：S222.4

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

作者簡(jiǎn)介：明哲(1972-)，男，吉林吉林人，副教授，博士研究生，(E-mail)jlnkjxgc@126.com。

基金項(xiàng)目：吉林省教育廳“十二五”科學(xué)技術(shù)研究資助項(xiàng)目(吉教科合字[2015]第369號(hào))；吉林市科技創(chuàng)新發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目(201424006)；吉林農(nóng)業(yè)科技學(xué)院種子基金項(xiàng)目(吉農(nóng)院合字[2014]第Z06號(hào))；吉林省高等學(xué)校大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目(2014)

收稿日期：2015-04-21