牛海俠(安徽三聯(lián)學(xué)院,安徽合肥 230601)

基于Pro/Engineer的牛頭刨床傳動機(jī)構(gòu)的運(yùn)動仿真分析*

牛海俠
(安徽三聯(lián)學(xué)院,安徽合肥 230601)

由于牛頭刨床傳動機(jī)構(gòu)是減速傳動,包含主動和從動齒輪,對裝配工藝和嚙合傳動有嚴(yán)格的要求。為了使學(xué)習(xí)者清晰了解牛頭刨床傳動機(jī)構(gòu)內(nèi)部結(jié)構(gòu)和模擬真實(shí)環(huán)境下的運(yùn)動狀態(tài),運(yùn)用Pro/Engineer的“機(jī)構(gòu)”模塊,將牛頭刨床傳動機(jī)構(gòu)的裝配過程和運(yùn)動狀態(tài)進(jìn)行仿真,使得整個(gè)裝配過程可視化,同時(shí)對其機(jī)構(gòu)的運(yùn)動進(jìn)行相關(guān)的方針分析,以幫助設(shè)計(jì)人員對潛在的問題進(jìn)行預(yù)測和預(yù)防,從而降低產(chǎn)品的開發(fā)周期和費(fèi)用。

Pro/E;牛頭刨床;傳動機(jī)構(gòu);運(yùn)動仿真

0 引 言

Pro/Engineer Wildfire 4.0是由美國PTC公司開發(fā)的三維CAD軟件,具有機(jī)械零件設(shè)計(jì)、裝配設(shè)計(jì)、工程圖制作、結(jié)構(gòu)分析、運(yùn)動仿真、工業(yè)造型設(shè)計(jì)和模具設(shè)計(jì)制造等功能。運(yùn)用Pro/Engineer軟件,設(shè)計(jì)人員可以在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)虛擬設(shè)計(jì)和分析,可以對潛在的問題進(jìn)行預(yù)測,分析檢驗(yàn)以及優(yōu)化設(shè)計(jì)方案等。

運(yùn)動仿真以動畫的方式直觀、形象地觀察機(jī)構(gòu)的運(yùn)動情況,能夠模擬真實(shí)的工作環(huán)境,可對三維模型進(jìn)行全方位的仿真分析,輔助產(chǎn)品設(shè)計(jì),迅速、直觀、簡便的獲得設(shè)計(jì)的工作過程信息[1]。以盡早發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)缺陷,提前進(jìn)行修改,從而減少產(chǎn)品開發(fā)的費(fèi)用,縮短設(shè)計(jì)周期,也避免了高昂的制造錯(cuò)誤。

1 牛頭刨床傳動機(jī)構(gòu)的虛擬裝配

虛擬裝配技術(shù)利用Pro/Engineer軟件的動畫功能,通過分析、預(yù)測產(chǎn)品模型,對產(chǎn)品進(jìn)行數(shù)據(jù)描述和可視化,做出與裝配有關(guān)的工程決策,而不需要實(shí)物產(chǎn)品模型作支持。虛擬裝配雖然被定義為一種技術(shù),實(shí)際上是許多技術(shù)的綜合利用,例如可視化技術(shù)、仿真技術(shù)、決策理論、裝配和制造過程的研究等[2]。

牛頭刨床是一種靠刀具的往復(fù)直線運(yùn)動及工作臺的間歇運(yùn)動來完成平面切削加工的機(jī)床。電動機(jī)經(jīng)過減速傳動裝置(皮帶和齒輪傳動)帶動執(zhí)行機(jī)構(gòu)(導(dǎo)桿結(jié)構(gòu)和凸輪機(jī)構(gòu))完成刨刀的往復(fù)運(yùn)動和間歇運(yùn)動。牛頭刨床傳動機(jī)構(gòu)主要由機(jī)座、導(dǎo)桿、曲柄、滑塊、推桿、主動齒輪、從動齒輪、銷釘?shù)攘慵M成。

運(yùn)用Pro/Engineer Wildfire 4.0軟件進(jìn)行虛擬裝配,首先要進(jìn)入裝配模塊,選擇“組件”進(jìn)入裝配環(huán)境,然后單擊“將元件添加到組件按鈕”,逐個(gè)將零件裝配完成。在牛頭刨床傳動機(jī)構(gòu)的裝配過程中,最重要的一點(diǎn)是每兩個(gè)相互運(yùn)動的零件(如曲柄與滑塊,齒輪與銷釘?shù)?的約束關(guān)系必須是“銷釘”,使通過該連接方式的機(jī)構(gòu)能夠繞軸旋轉(zhuǎn),旋轉(zhuǎn)自由度為1,除此之外,根據(jù)零件之間的位置關(guān)系再運(yùn)用“插入”、“匹配”、“對齊”等約束關(guān)系,實(shí)現(xiàn)運(yùn)動部件之間的連接。對于支架類零件(如基座和導(dǎo)軌)之間的裝配,零件之間無相互運(yùn)動,按照“插入”、“匹配”、“對齊”等約束關(guān)系直接裝配即可。

裝配過程主要是先將支架固定,再裝配導(dǎo)桿,在支架上通過“銷釘”連接方式裝配銷釘,再用“銷釘”連接方式裝配主、從動齒輪,滑塊、推桿、銷釘?shù)攘慵?。裝配完成后的牛頭刨床傳動機(jī)構(gòu)如圖1所示。

圖1 牛頭刨床傳動機(jī)構(gòu)

2 牛頭刨床傳動機(jī)構(gòu)的運(yùn)動仿真分析

(1)進(jìn)入機(jī)構(gòu)分析模塊,調(diào)整齒輪的位置 選取菜單命令【應(yīng)用程序】/【機(jī)構(gòu)】,進(jìn)入運(yùn)動仿真模塊,檢查元部件之間的連接并調(diào)整大小齒輪之間的位置,使大齒輪齒根和小齒輪齒頂對齊。

(2)設(shè)置齒輪連接 單擊“齒輪連接”按鈕,齒輪副的名稱自動設(shè)為“GearPair1,選圖2所示的連接為主動齒輪的運(yùn)動軸,設(shè)置主動齒輪的節(jié)圓直徑為40 mm。仿照前面步驟設(shè)置從動齒輪的運(yùn)動軸,從動齒輪的節(jié)圓直徑為100 mm。單擊【確定】按鈕,完成齒輪副的定義,如圖3所示。

圖2 設(shè)置主動軸

圖3 設(shè)置從動軸

(3)設(shè)置伺服電機(jī) 在右工具箱上單“伺服電機(jī)”按鈕,打開【伺服電動機(jī)定義】對話框,選取主動軸作為動力輸入軸,進(jìn)入【輪廓】選項(xiàng)卡,設(shè)置規(guī)范類型為【速度】,模為【常數(shù)】,值為“100”,即電動機(jī)以100°/s的速度等速轉(zhuǎn)動。

(4)機(jī)構(gòu)運(yùn)動分析和仿真 在右工具箱上單擊“機(jī)構(gòu)分析”按鈕,打開【分析定義】對話框。將機(jī)構(gòu)分析的【名稱】設(shè)為“Shaper_machine”。將類型選項(xiàng)設(shè)為【運(yùn)動學(xué)】,以進(jìn)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動分析。設(shè)置終止時(shí)間22 s。單擊【運(yùn)行】按鈕機(jī)構(gòu)開始運(yùn)行,完成后單擊【確定】按鈕退出。

(5)機(jī)構(gòu)分析及仿真的結(jié)果 在右工具箱上單擊【回放】按鈕,打開【回放】對話框,繼續(xù)單擊對話框中的【回放】按鈕,打開【動畫】對話框,然后單擊【播放】按鈕播放機(jī)構(gòu)運(yùn)動。單擊【回放】對話框中的“將當(dāng)前結(jié)果集存放到磁盤”按鈕,保存當(dāng)前結(jié)果。

3 結(jié) 論

利用Pro/Engineer野火版4.0對牛頭刨床的傳動系統(tǒng)進(jìn)行仿真分析,首先是進(jìn)入軟件的的裝配模塊,利用【銷釘】的連接方式將相互運(yùn)動的零件進(jìn)行連接,再用傳統(tǒng)裝配方法將其它部位裝配,再到【應(yīng)用程序】菜單下的【機(jī)構(gòu)】模塊,對機(jī)構(gòu)的運(yùn)動進(jìn)行模擬與分析。

利用運(yùn)動仿真的方式模擬牛頭刨床傳動機(jī)構(gòu)的運(yùn)動過程,使整個(gè)設(shè)計(jì)過程可視化。模擬結(jié)果非常直觀,從而減少實(shí)際產(chǎn)品在樣品試制過程中出現(xiàn)的諸多問題,同時(shí)又可讓設(shè)計(jì)人員看到實(shí)際的設(shè)計(jì)效果,并利用Pro/Engineer的工程分析功能進(jìn)行一些可行性分析來辨別設(shè)計(jì)的可行性及結(jié)構(gòu)的合理性。

[1] 譚雪松.Pro/engineer中文版基礎(chǔ)教程[M].北京:人民郵電出版社,2010.

[2] 韓玉龍.Pro/engineer wildfire組件設(shè)計(jì)與運(yùn)動仿真專業(yè)教程[M].北京:清華大學(xué)出版社,2004.

[3] 楊利紅.基于Pro/E的漸開線直齒錐齒輪的參數(shù)化設(shè)計(jì)[J].機(jī)械研究與應(yīng)用,2014(1):176.

Kinematics Simulation Analysis of Shaper Transmission Mechanism Based on the Pro/Engineer

NIU Hai-xia
(Anhui Sanlian University,Hefei Anhui 230601,China)

Due to the shaper drive mechanism is reduction drive,including the active and driven gear,there are strict requirements to assembly process and meshing transmission.In this paper,in order to help learners clearly understand the internal structure of the shaper drive mechanism and the motion state under the simulated real-environment,the assembly process and motion state of the shaper transmission mechanism are simulated by using"agencies"module of the Pro/Engineer,so as to make the whole assembly process be visualized,at the same time,the relevant policy analysis on movement of the agency is also conducted to help the designers to predicting and preventing the potential problems,thus to reduce the development cycle and cost of the products.

Pro/Engineer;shaper;transmission mechanism;motion simulation

TK413

A

1007-4414(2015)05-0014-02

10.16576/j.cnki.1007-4414.2015.05.005

2015-07-24

牛海俠(1979-),女,安徽合肥人,講師,碩士,主要從事材料成型與控制工程方面的工作。