基于Pro/Engineer的牛头刨床传动机构的运动仿真分析*

牛海侠(安徽三联学院,安徽合肥 230601)

基于Pro/Engineer的牛头刨床传动机构的运动仿真分析*

牛海侠
(安徽三联学院,安徽合肥 230601)

由于牛头刨床传动机构是减速传动,包含主动和从动齿轮,对装配工艺和啮合传动有严格的要求。为了使学习者清晰了解牛头刨床传动机构内部结构和模拟真实环境下的运动状态,运用Pro/Engineer的“机构”模块,将牛头刨床传动机构的装配过程和运动状态进行仿真,使得整个装配过程可视化,同时对其机构的运动进行相关的方针分析,以帮助设计人员对潜在的问题进行预测和预防,从而降低产品的开发周期和费用。

Pro/E;牛头刨床;传动机构;运动仿真

0 引 言

Pro/Engineer Wildfire 4.0是由美国PTC公司开发的三维CAD软件,具有机械零件设计、装配设计、工程图制作、结构分析、运动仿真、工业造型设计和模具设计制造等功能。运用Pro/Engineer软件,设计人员可以在计算机上实现虚拟设计和分析,可以对潜在的问题进行预测,分析检验以及优化设计方案等。

运动仿真以动画的方式直观、形象地观察机构的运动情况,能够模拟真实的工作环境,可对三维模型进行全方位的仿真分析,辅助产品设计,迅速、直观、简便的获得设计的工作过程信息[1]。以尽早发现设计缺陷,提前进行修改,从而减少产品开发的费用,缩短设计周期,也避免了高昂的制造错误。

1 牛头刨床传动机构的虚拟装配

虚拟装配技术利用Pro/Engineer软件的动画功能,通过分析、预测产品模型,对产品进行数据描述和可视化,做出与装配有关的工程决策,而不需要实物产品模型作支持。虚拟装配虽然被定义为一种技术,实际上是许多技术的综合利用,例如可视化技术、仿真技术、决策理论、装配和制造过程的研究等[2]。

牛头刨床是一种靠刀具的往复直线运动及工作台的间歇运动来完成平面切削加工的机床。电动机经过减速传动装置(皮带和齿轮传动)带动执行机构(导杆结构和凸轮机构)完成刨刀的往复运动和间歇运动。牛头刨床传动机构主要由机座、导杆、曲柄、滑块、推杆、主动齿轮、从动齿轮、销钉等零件组成。

运用Pro/Engineer Wildfire 4.0软件进行虚拟装配,首先要进入装配模块,选择“组件”进入装配环境,然后单击“将元件添加到组件按钮”,逐个将零件装配完成。在牛头刨床传动机构的装配过程中,最重要的一点是每两个相互运动的零件(如曲柄与滑块,齿轮与销钉等)的约束关系必须是“销钉”,使通过该连接方式的机构能够绕轴旋转,旋转自由度为1,除此之外,根据零件之间的位置关系再运用“插入”、“匹配”、“对齐”等约束关系,实现运动部件之间的连接。对于支架类零件(如基座和导轨)之间的装配,零件之间无相互运动,按照“插入”、“匹配”、“对齐”等约束关系直接装配即可。

装配过程主要是先将支架固定,再装配导杆,在支架上通过“销钉”连接方式装配销钉,再用“销钉”连接方式装配主、从动齿轮,滑块、推杆、销钉等零件。装配完成后的牛头刨床传动机构如图1所示。

图1 牛头刨床传动机构

2 牛头刨床传动机构的运动仿真分析

(1)进入机构分析模块,调整齿轮的位置 选取菜单命令【应用程序】/【机构】,进入运动仿真模块,检查元部件之间的连接并调整大小齿轮之间的位置,使大齿轮齿根和小齿轮齿顶对齐。

(2)设置齿轮连接 单击“齿轮连接”按钮,齿轮副的名称自动设为“GearPair1,选图2所示的连接为主动齿轮的运动轴,设置主动齿轮的节圆直径为40 mm。仿照前面步骤设置从动齿轮的运动轴,从动齿轮的节圆直径为100 mm。单击【确定】按钮,完成齿轮副的定义,如图3所示。

图2 设置主动轴

图3 设置从动轴

(3)设置伺服电机 在右工具箱上单“伺服电机”按钮,打开【伺服电动机定义】对话框,选取主动轴作为动力输入轴,进入【轮廓】选项卡,设置规范类型为【速度】,模为【常数】,值为“100”,即电动机以100°/s的速度等速转动。

(4)机构运动分析和仿真 在右工具箱上单击“机构分析”按钮,打开【分析定义】对话框。将机构分析的【名称】设为“Shaper_machine”。将类型选项设为【运动学】,以进行机构的运动分析。设置终止时间22 s。单击【运行】按钮机构开始运行,完成后单击【确定】按钮退出。

(5)机构分析及仿真的结果 在右工具箱上单击【回放】按钮,打开【回放】对话框,继续单击对话框中的【回放】按钮,打开【动画】对话框,然后单击【播放】按钮播放机构运动。单击【回放】对话框中的“将当前结果集存放到磁盘”按钮,保存当前结果。

3 结 论

利用Pro/Engineer野火版4.0对牛头刨床的传动系统进行仿真分析,首先是进入软件的的装配模块,利用【销钉】的连接方式将相互运动的零件进行连接,再用传统装配方法将其它部位装配,再到【应用程序】菜单下的【机构】模块,对机构的运动进行模拟与分析。

利用运动仿真的方式模拟牛头刨床传动机构的运动过程,使整个设计过程可视化。模拟结果非常直观,从而减少实际产品在样品试制过程中出现的诸多问题,同时又可让设计人员看到实际的设计效果,并利用Pro/Engineer的工程分析功能进行一些可行性分析来辨别设计的可行性及结构的合理性。

[1] 谭雪松.Pro/engineer中文版基础教程[M].北京:人民邮电出版社,2010.

[2] 韩玉龙.Pro/engineer wildfire组件设计与运动仿真专业教程[M].北京:清华大学出版社,2004.

[3] 杨利红.基于Pro/E的渐开线直齿锥齿轮的参数化设计[J].机械研究与应用,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

牛海侠(1979-),女,安徽合肥人,讲师,硕士,主要从事材料成型与控制工程方面的工作。