計算機(jī)輔助設(shè)計技術(shù)的相關(guān)論文(2)
計算機(jī)輔助設(shè)計技術(shù)的相關(guān)論文
計算機(jī)輔助設(shè)計技術(shù)的相關(guān)論文篇二
《精密車床主軸計算機(jī)輔助設(shè)計》
摘要：將普通車床主軸運動機(jī)構(gòu)視為由四個軸組成，每個軸視為分別裝有齒輪和軸承等零件的一個子結(jié)構(gòu)的裝配體，利用Pro/E 分別建立各子結(jié)構(gòu)的三維實體模型，通過對各子結(jié)構(gòu)裝配實現(xiàn)對整個車床主軸傳動的三維建模，利用Pro/E 軟件的Mechanism 模塊對整個機(jī)構(gòu)進(jìn)行運動學(xué)分析和運動仿真。既保證了車床主軸傳動的準(zhǔn)確性，也大大提高了設(shè)計效率。利用該方法可以使得設(shè)計人員快速、直觀的對普通車床主軸運動機(jī)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，降低機(jī)床的研發(fā)成本，提高機(jī)床的可靠性。
關(guān)鍵詞：普通車床;模塊化設(shè)計;虛擬裝配;仿真
0 引言
普通車床盡管已經(jīng)是一個比較成熟的產(chǎn)品，但是隨著科技的不斷進(jìn)步，降低產(chǎn)品成本，工程設(shè)計人員必須不斷的對它的機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。隨著信息技術(shù)和計算機(jī)軟件的不斷發(fā)展，仿真軟件可以提前告知我們所設(shè)計的產(chǎn)品是否結(jié)構(gòu)相對合理，尺寸是否存在干涉等。本設(shè)計就是基于Pro/E軟件對車床的主軸部分進(jìn)行計算機(jī)輔助設(shè)計，以達(dá)到我們預(yù)期的設(shè)計目標(biāo)。
1 三維實體建模的過程
在Pro/E中，各個特征是有一定的父子關(guān)系的，一個三維實體模型就是由數(shù)量眾多的特征以“搭積木”的方式組織起來的，設(shè)計者可以直接從模型樹中選擇特征修改，提高了設(shè)計效率，這些特征及其之間的父子關(guān)系均在模型樹中統(tǒng)一顯示。三維實體建模過程如下：
①在基礎(chǔ)實體特征上添加鍵槽、軸孔、倒角、修剪等修飾特征;②使用拉伸、旋轉(zhuǎn)、復(fù)制以及陣列等方法創(chuàng)建基礎(chǔ)實體特征;③靈活選用標(biāo)注和約束參照，繪制二維草繪設(shè)計圖。
2 關(guān)鍵零件的三維實體建模
對齒輪的各個參數(shù)設(shè)計完成后，利用機(jī)械零件設(shè)計的基本知識，在建立好的齒頂圓基礎(chǔ)上拉伸實體，然后草繪基圓弧線，使用“關(guān)系”參數(shù)驅(qū)動生成漸開線，在“可變剖面掃描”環(huán)境中，鏡像后，切出齒槽部分生成單側(cè)齒面，最后建立“關(guān)系”即可在輸入齒輪主要參數(shù)的形式下生成不同齒數(shù)的齒輪，最后陣列前面所做操作，即可得到齒輪。
2.1輸入斜齒輪主要參數(shù)
PRESSURE-ANGLE(壓力角)
BETA=HELIX-ANGLE(螺旋角)
FACE_WIDTH NUMBER(齒輪寬)
PRESSURE_ANGLE NUMBER (壓力角)
MODULE NUMBER(模數(shù))
TOOTH_NUMBER NUMBER (齒數(shù))
2.2 間接生成的主要參數(shù)部分
DF=DAM_PITCH-1.157*MODU-LE(齒根圓直徑)
DA=DAM_PITCH+1*MODULE(齒頂圓直徑)
TOOTH_THICK_ON_PITCH =CIRCULAR_PITCH/2
CIRCULAR_PITCH = PI*MODULE(齒距)
DB=DAM_PITCH*COS(PRESSURE_ANGLE)(基圓直徑)
D=TOOTH_NUMBER*MODULE;(節(jié)圓直徑)
ANG_TOOTH_SPACE=360/TOOTH_NUMBER-
ANG_TOOTH_TH
ANG_TOOTH_THICK=TOOTH_THICK_ON_BASE/
DAM _BASE*360/(2*PI)
TOOTH_THICK_ON_BASE=DAM_BASE*(TOOTHE_ THICK_ON_PITCH/(DAM_PITCH)+INV_PHI)
INV_PHI=TAN(PRESSURE_ANGLE)-PRESSURE_
ANGLE*2*PI/360
2.3 漸開線方程 笛卡爾坐標(biāo)系漸開線方程：
R=DB/2
THETA=T*45
X=R*COS(THETA)+R*SIN(THETA)*THETA*PI/180
Y=R*SIN(THETA)-R*COS(THETA)*THETA*PI/180
Z=0
2.4 以關(guān)系驅(qū)動基準(zhǔn)圓
HA=(HAX+X)*MN(齒頂高)
HF=(HAX+CX-X)*MN(齒根高)D=MN*Z/COS(BETA)
DA=D+2*HA
ALPHA_T=ATAN(TAN(ALPHA)/COS(BETA))(壓力角)
DB=D*COS(ALPHA_T)
DF=D-2*HF
3 主軸箱的運動模型裝配
機(jī)構(gòu)運動分析模塊是Pro/E中各個零件通過裝配模塊組裝成一個完整的機(jī)構(gòu)以后，設(shè)計師在Pro/E中直接啟動該模塊，根據(jù)設(shè)計意圖定義機(jī)構(gòu)中的連接，設(shè)置伺服電動機(jī)，然后運行該機(jī)構(gòu)，觀察機(jī)構(gòu)的整體運動軌跡和各零件之間的相對運動，以檢測機(jī)械的干涉情況。
3.1 連接的設(shè)置
連接的建立過程需要配合“約束”取限制主體的某些自由度，而常規(guī)的裝配則限制了原組建所有的自由度。如圖1所示。剛性：6個自由度被完全限制，受剛性連接的元件屬于同一主體。
3.2 齒輪連接設(shè)置
齒輪裝配是以軸的位置定位的，所以齒輪齒面的嚙合面并不確定，故首先設(shè)置齒輪的嚙合面，這里是利用間接連接，先使用“凸輪”連接，使兩個齒面嚙合后，再將“凸輪”連接刪除，然后在傳遞轉(zhuǎn)矩的兩個齒輪間設(shè)置“齒輪”連接，同時輸入節(jié)圓直徑，這樣齒輪的裝配就完整了。
4 定義伺服電動機(jī)
伺服電動機(jī)可以為機(jī)構(gòu)提供驅(qū)動。通過伺服電動機(jī)可以實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)及平移運動。在總裝配中，把伺服電動機(jī)設(shè)置于與離合器連接接受電傳動傳遞轉(zhuǎn)矩的主動軸上，通過“輪廓選項卡”能夠指定伺服電動機(jī)的位置、速度和加速度設(shè)置電動機(jī)參數(shù)。設(shè)置參數(shù)如圖4、圖5所示。
5 運行機(jī)構(gòu)
點擊“機(jī)構(gòu)分析”按鈕后，在這里可以設(shè)置運動分析時間，仿真運動播放速度，電動機(jī)選擇等。
在Pro/Mechanism中測量對模型各種運動參數(shù)進(jìn)行測量，如不符合要求，則重新建立模型，再次進(jìn)行仿真、分析，直至模型達(dá)到設(shè)計要求為止。
由仿真、分析結(jié)果進(jìn)行改進(jìn)再仿真，直至達(dá)到設(shè)計要求，接著進(jìn)行各部分功能細(xì)化，機(jī)床樣機(jī)主軸最終定型。如圖6所示。
6 小結(jié)
本文借助Pro/E的三維仿真技術(shù)，通過對數(shù)字化模型的分析提早發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品的缺陷并加以修改，大大縮短了新產(chǎn)品設(shè)計的周期，達(dá)到了優(yōu)化設(shè)計的目的。特性的仿真分析而不用投入大量的人力、財力，直接在數(shù)字化模型上進(jìn)行各種運動及材料進(jìn)行產(chǎn)品試制，有效節(jié)約了生產(chǎn)成本?？傊瑥慕⒛Ｐ?、裝配到仿真分析的全過程，應(yīng)用仿真技術(shù)對簡化機(jī)床主軸箱設(shè)計起到了事半功倍的效果，最終實現(xiàn)了對主軸箱樣機(jī)的設(shè)計。
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