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基于ProE的牛头刨床变速箱的虚拟装配和运动仿真

基于 ProE 的牛头刨床变速箱的虚拟装配和运动仿真 摘要:利用 Pro/E 设计软件,建立牛头刨床变速箱各零件三维模 型,并对其进行虚拟装配和运动仿真,缩短了产品的开发周期,提高 了产品的设计效率,其设计方法可以借鉴到其他产品的的设计。 关键词:牛头刨床变速箱 Pro/Engineer 虚拟装配 运动仿真 1 牛头刨床变速箱的基本结构 牛头刨床变速箱是滑移齿轮变速机构, 通过排挡杠杆带动变速制 动轴上的叉子来实现变速。B665 牛头刨床变速箱的变速机构如图 1 所示,轴Ⅰ为输入轴,有电动机直接驱动。轴Ⅲ为输出轴,在轴Ⅰ上 安装齿数为 20(2019)-30(2021)-25(2022)的三联滑移齿轮,轴 Ⅲ上安装齿数为 30(2028)-48(2031)的双联滑移齿轮,与各固定 齿轮组成滑移齿轮变速机构。改变各滑移齿轮的位置,就可以改变该 轮系的传动比,满足变速要求。 2 变速箱虚拟装配的实现 2.1 零件的三维建模 牛头刨床变速箱的零件大概共有 180 多个, 其中很多的建模方式 大致相同,利用 Pro/E 的零件模块,通过必要的草绘,进行拉伸,旋 转,镜像,阵列等建模方式得到零件的三维模型。标准件可以到标准 件网站下载获得或者自己按照要求进行三维建模。 变速箱中有很多齿 轮, 以渐开线圆柱直齿轮为例说明齿轮建模。 已知齿轮模数 m=4mm, 齿数 z=35,齿轮厚 B=28mm。按照齿轮的孔和齿顶圆的直径的尺寸 绘制胚体;再通过草绘,绘制齿顶圆和齿根圆,并通过“曲线”→“从 方程”输入渐开线的方程,保存形成渐开线曲线;利用“镜像”生成另 外一条渐开线,把镜像得到的渐开线阵列;利用“拉伸”→“边创建图 元”,生成第一个齿槽;选择生成的齿槽,利用“阵列”设置数量和角 度生成齿轮。 2.2 牛头刨床变速箱零件的虚拟装配 虚拟装配就是把各个实体模型通过一定的约束关系组装成一个 个子组件,再将各个子组件组装起来形成一个完整组件的过程,在装 配过程中,设计人员可以及时发现和处理装配过程中的各种问题。在 Pro/E 中的“组件”模块可以将设计好的零件按照一定的装配关系放置 在一起形成组件,也可以在组件的模式下对单个零件进行修改编辑, 还可以以一定的约束关系来添加和设计新零件。 该模块提供了放置和 连接两种约束方法。放置包括:匹配、对齐、插入、坐标系、相切、 线上点、曲面上的点和曲面上的边;连接包括:刚性、销钉、滑动杆、 圆柱、平面、球、焊接、轴承、常规和 6D0F10 种类型,每一种类型 都有自己的约束方式。 根据牛头刨床变速箱的装配关系和工作原理, 对 3 根轴上的零部 件进行装配,得到虚拟变速箱装配体,如图 2。 2.3 间隙分析和干涉分析 间隙分析可以寻找到装配完成的牛头刨床间隙所在位置和间隙 值,从而判断出间隙是否符合设计要求。间隙分析可以运用到零件和 子组件的分析。 干涉分析主要是用来计算零件和零件或者组件和组件之间的体 积是否存在干涉现象以及干涉体积的多少。 通过静态干涉和动态干涉 的结合运用,来找出错误的地方并进行修改。 通过“分析”→“模型”→“全局干涉”,出现干涉对话框,通过对牛 头刨床变速箱进行干涉分析,结果如图 3,显然齿轮 2027 和键 0005 发生干涉,发现装配过程中齿轮键的位置和轴上键槽位置并不匹配, 通过修改排除干涉。 3 牛头刨床变速箱的运动仿真 牛头刨床变速箱的运动仿真,主要是齿轮之间的啮合运动。建立 3 根基准轴,确定其位置关系,安装以销钉方式连接的 3 根齿轮轴, 再以相同方式安装齿轮,在机构条件下定义运动齿轮副,如图 4。设 置伺服电动机,按照各部分运动关系为输入轴添加伺服电动机,设定 其速度,完成设置。对机构进行机构分析,进行运动仿真,为方便观 察可隐藏不运动部件。 4 结语 通过 Pro/E 完成牛头刨床变速箱的虚拟装配,可在牛头刨床变速 箱设计阶段直接检查各部分零件的装配情况, 并在设计过程中对零件 进行干涉检查,保证零件的可装配性和设计的准确性,与传统工艺设 计相比,大大缩短了产品的设计周期,降低了成本,提高了竞争力, 其设计方法可以借鉴到其他产品的的设计。 参考文献 [1] 朱振华,刘中.基于 Pro/E 的钢筋切断机的虚拟装配及运动 仿真[J].机械工程与自动化,2010,04:36-38. [2] 社,2007. [3] 李预斌.精通 Pro/ENGINEER 中文野火版-实例进阶篇.北京: 周四新 .Pro/E Wildfire 3.0 实例教程 . 北京 : 电子工业出版 中国青年出版社,2004.

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