基于CATIA耕整机螺旋形刀辊实体建模

明　哲，丁伟东

(吉林农业科技学院,吉林 吉林　132101)



基于CATIA耕整机螺旋形刀辊实体建模

明哲，丁伟东

(吉林农业科技学院,吉林 吉林132101)

摘要：利用CATIA V5软件在机械“实体建模”和“曲面造型”两方面方便快捷的特点，详细介绍了CATIA对耕整机螺旋形刀辊中各零件的建模及虚拟装配过程，直观地表达出螺旋形刀辊的外形和零件间的组装情况。另外，从三维模型可自动生成平面二维工程图，用于生产与加工，大大提高了耕整机的开发效率。

关键词：刀辊；CATIA；实体建模；虚拟装配；耕整机

0引言

耕整机在我国使用相当广泛，对农作物根茬粉碎还田起到重要且广泛的作用[1]。目前，国内外对灭茬、起垄耕整机的研究报道较多，但仍然保留了原来的、基本的工作原理及主要零部件的设计结构。这些机具中均包含灭茬和起垄两个装置，虽然可以同步完成灭茬起垄作业，但是动力消耗大；而依靠一个部件即可完成灭茬、起垄作业的耕整机的研究报道还没有。本产品突破原来耕整机的结构构思，将耕整机设计为装有直刀片螺旋形刀辊，工作中1道工序即可完成灭茬-旋耕-起垄3步作业。

传统的机械研发包括设计样机、制作样机、样机试验、样机改进等步骤。随着计算机软件技术的发展，将虚拟样机技术应用于农业机械设计中，可使生产周期长、成本高等问题得到显著改善[2]。CATIA系统是法国达索 (Dassault ) 飞机公司Dassault Systems工程部开发的产品，在CATIA的设计环境中，无论是实体还是曲面，均做到了真正的交互操作。在设计时，设计者不必考虑如何参数化设计目标，CATIA提供了变量驱动及后参数化能力，具有在整个产品周期内方便的修改能力，尤其是后期修改性[3]。利用CATIA软件能够成功建模机械零件，将各部零件组装为虚拟样机，并实现机械的内部基本传动和虚拟环境作业，从而减少研发成本，提高研发效率。

1螺旋形刀辊的设计

螺旋形刀辊主要由轴套(内六角)、螺旋板和刀片3部分组成，是机具的核心部分，也是该机具的创新之处。

1.1灭茬轮轴外套

灭茬轮轴外套采用45钢，热处理方式为调制处理，用锻造加工得到。灭茬轮轴外套与灭茬轮轴采用过渡配合，便于拆卸；轴套内六角用于轴套固定，因灭茬轮轴满足强度要求，故轴套不需再次校核。

1.2螺旋板

螺旋板弯曲角度为40°，左右螺旋刀架的相对位置为60°，左右螺旋刀架的个数为6个(左右各3个，均匀分布)，刀片为7个。螺旋板左右宽度为170mm。影响功率消耗主要因素是螺旋板的弯曲角度和左右螺旋刀架的个数，在此结构下，灭茬效果好、成垄方便且功率消耗最小。

1.3刀片

刀片的设计采用直刀片，将其安装在120°曲面螺旋板上，在保证刀架和刀片工作硬度和刚度情况下，由于刀片工作方向与其运动方向相同，因此受到地面阻力较小，可提高生产效率。刀片采用5mm的45钢板，每个刀片长130mm、宽50mm，距一短边15mm的板中心处打出直径13mm的通孔，在距这通孔50mm处再打出直径13mm的通孔。螺栓用GB /T 5782 2000M1230,螺母用GB/T41-2000M12 。

2螺旋型刀辊零件实体建模

2.1螺旋板实体建模

2.1.1建立平面和草绘

1)打开CATIA V5，进入“线框和曲面设计”命名“螺旋板”。

2)建立4个平面分别相对XY平面偏移85、85、42.5、42.5mm，把这4个平面分别命名为平面1到平面4；再相对建立的平面1偏移42.5mm的距离建立平面5，相对平面2偏移42.5mm建立平面6。

3)进入草绘界面绘制点，分别进入刚刚建立的6个平面以及平面XY绘制点。

2.1.2绘制样条曲线与扫掠

图1　样条曲线1定义　　　　　　 图2　样条曲线2定义

图3　样条曲线3定义　　　　　 图4　样条曲线4定义

图5　扫掠定义　　　　　　　　图6　完成后形体

2.1.3建立加强筋刀片安装孔及开槽

图7　旋转定义　　　　　　　　 图8　旋转槽定义

图9　加强筋和安装孔

图10　开槽定义　　　　　　　图11　螺旋板三维模型

2.2灭茬轮轴外套实体建模

2.2.1内六角圆柱体

1)打开CATIA V5，新建part文件。

图12　灭茬轮轴外套

2.2.2轴上小孔

2.3刀片实体建模

1)打开CATIA V5，新建part文件。

2)任选一个平面，如XZ平面，点击草图绘制(草图)，画出长为130mm、宽为50mm的长方形；再以50mm边的中点为基准，分别向里选15、65mm的点为圆心，画半径6.5mm的圆。

3)退出草图界面，选中空间中上面所画的圆，点击(凸台)，在出现的参数窗口中，长度输入5mm，点击确定，即得到一个刀片，如图13所示。

3零件装配实体建模

根据对CATIA的理解，装配在CATIA中即是对各零件之间的位置尺寸约束。在对零件的模拟装配中，为了操作的效率，可以不按照实际中的装配过程操作，可以超越空间的限制，因此CAITIA在装配模拟中效果好并且方便。

图13　刀片

3.1刀片与螺栓的装配

1)打开CATIA V5，新建product文件。

4)重复3)中的步骤方法，完成刀片与螺栓的配合，如图14所示。

图14　刀片螺栓配合

3.2刀片与螺旋板的装配

1)打开CATIA V5，新建product文件。

3)由于螺旋板为曲面，在实际装配中能够忽略曲面与平面的接触差距，但在CATIA中不能忽略。约束中点击相合约束，选取螺旋板上的螺栓孔和刀片上的螺栓，令中心线相合；复制或者重新插入刀片零件，用相同的方式对螺旋板上的所有刀片进行相合约束；点击全部更新。

图15　刀片螺旋板

3.3螺旋板与灭茬轮轴外套的装配

1)打开CATIA V5，新建product文件。

5)同样插入另一个螺旋板，设定约束条件，重复装入3对左右螺旋板，即完成螺旋型灭茬刀辊的模拟装配，如图16所示。

图16　螺旋形灭茬刀辊

4结论

利用CATIA对螺旋形刀辊进行实体建模，不仅能减少研发时间、提高效率，而且在装配中基本能反应刀辊的真实结构及尺寸参数，降低了研发成本。

参考文献：

[1]师江澜，刘建忠，吴发启.保护性耕作研究进展与评述[J]．干旱地区农业研究，2006，24(1)：205-212．

[2]贾长治.MD ADAMS虚拟样机从入门到精通[M] ．北京：北京机械工业出版社，2010.

[3]李苏红，潘志刚.CATIA V5实体造型与工程图设计[J].北京：科学出版社，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

文章编号：1003-188X(2016)05-0246-04

中图分类号：S222.4

文献标识码：A

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

基金项目：吉林省教育厅“十二五”科学技术研究资助项目(吉教科合字[2015]第369号)；吉林市科技创新发展计划项目(201424006)；吉林农业科技学院种子基金项目(吉农院合字[2014]第Z06号)；吉林省高等学校大学生创新创业训练计划项目(2014)

收稿日期：2015-04-21