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  计算机辅助设计技术的相关论文篇二

  《精密车床主轴计算机辅助设计》

  摘要:将普通车床主轴运动机构视为由四个轴组成,每个轴视为分别装有齿轮和轴承等零件的一个子结构的装配体,利用Pro/E 分别建立各子结构的三维实体模型,通过对各子结构装配实现对整个车床主轴传动的三维建模,利用Pro/E 软件的Mechanism 模块对整个机构进行运动学分析和运动仿真。既保证了车床主轴传动的准确性,也大大提高了设计效率。利用该方法可以使得设计人员快速、直观的对普通车床主轴运动机构进行优化设计,降低机床的研发成本,提高机床的可靠性。

  关键词:普通车床;模块化设计;虚拟装配;仿真

  0 引言

  普通车床尽管已经是一个比较成熟的产品,但是随着科技的不断进步,降低产品成本,工程设计人员必须不断的对它的机械结构进行优化。随着信息技术和计算机软件的不断发展,仿真软件可以提前告知我们所设计的产品是否结构相对合理,尺寸是否存在干涉等。本设计就是基于Pro/E软件对车床的主轴部分进行计算机辅助设计,以达到我们预期的设计目标。

  1 三维实体建模的过程

  在Pro/E中,各个特征是有一定的父子关系的,一个三维实体模型就是由数量众多的特征以“搭积木”的方式组织起来的,设计者可以直接从模型树中选择特征修改,提高了设计效率,这些特征及其之间的父子关系均在模型树中统一显示。三维实体建模过程如下:

  ①在基础实体特征上添加键槽、轴孔、倒角、修剪等修饰特征;②使用拉伸、旋转、复制以及阵列等方法创建基础实体特征;③灵活选用标注和约束参照,绘制二维草绘设计图。

  2 关键零件的三维实体建模

  对齿轮的各个参数设计完成后,利用机械零件设计的基本知识,在建立好的齿顶圆基础上拉伸实体,然后草绘基圆弧线,使用“关系”参数驱动生成渐开线,在“可变剖面扫描”环境中,镜像后,切出齿槽部分生成单侧齿面,最后建立“关系”即可在输入齿轮主要参数的形式下生成不同齿数的齿轮,最后阵列前面所做操作,即可得到齿轮。

  2.1输入斜齿轮主要参数

  PRESSURE-ANGLE(压力角)

  BETA=HELIX-ANGLE(螺旋角)

  FACE_WIDTH NUMBER(齿轮宽)

  PRESSURE_ANGLE NUMBER (压力角)

  MODULE NUMBER(模数)

  TOOTH_NUMBER NUMBER (齿数)

  2.2 间接生成的主要参数部分

  DF=DAM_PITCH-1.157*MODU-LE(齿根圆直径)

  DA=DAM_PITCH+1*MODULE(齿顶圆直径)

  TOOTH_THICK_ON_PITCH =CIRCULAR_PITCH/2

  CIRCULAR_PITCH = PI*MODULE(齿距)

  DB=DAM_PITCH*COS(PRESSURE_ANGLE)(基圆直径)

  D=TOOTH_NUMBER*MODULE;(节圆直径)

  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 渐开线方程 笛卡尔坐标系渐开线方程:

  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 以关系驱动基准圆

  HA=(HAX+X)*MN(齿顶高)

  HF=(HAX+CX-X)*MN(齿根高)D=MN*Z/COS(BETA)

  DA=D+2*HA

  ALPHA_T=ATAN(TAN(ALPHA)/COS(BETA))(压力角)

  DB=D*COS(ALPHA_T)

  DF=D-2*HF

  3 主轴箱的运动模型装配

  机构运动分析模块是Pro/E中各个零件通过装配模块组装成一个完整的机构以后,设计师在Pro/E中直接启动该模块,根据设计意图定义机构中的连接,设置伺服电动机,然后运行该机构,观察机构的整体运动轨迹和各零件之间的相对运动,以检测机械的干涉情况。

  3.1 连接的设置

  连接的建立过程需要配合“约束”取限制主体的某些自由度,而常规的装配则限制了原组建所有的自由度。如图1所示。刚性:6个自由度被完全限制,受刚性连接的元件属于同一主体。

  3.2 齿轮连接设置

  齿轮装配是以轴的位置定位的,所以齿轮齿面的啮合面并不确定,故首先设置齿轮的啮合面,这里是利用间接连接,先使用“凸轮”连接,使两个齿面啮合后,再将“凸轮”连接删除,然后在传递转矩的两个齿轮间设置“齿轮”连接,同时输入节圆直径,这样齿轮的装配就完整了。

  4 定义伺服电动机

  伺服电动机可以为机构提供驱动。通过伺服电动机可以实现旋转及平移运动。在总装配中,把伺服电动机设置于与离合器连接接受电传动传递转矩的主动轴上,通过“轮廓选项卡”能够指定伺服电动机的位置、速度和加速度设置电动机参数。设置参数如图4、图5所示。

  5 运行机构

  点击“机构分析”按钮后,在这里可以设置运动分析时间,仿真运动播放速度,电动机选择等。

  在Pro/Mechanism中测量对模型各种运动参数进行测量,如不符合要求,则重新建立模型,再次进行仿真、分析,直至模型达到设计要求为止。

  由仿真、分析结果进行改进再仿真,直至达到设计要求,接着进行各部分功能细化,机床样机主轴最终定型。如图6所示。

  6 小结

  本文借助Pro/E的三维仿真技术,通过对数字化模型的分析提早发现产品的缺陷并加以修改,大大缩短了新产品设计的周期,达到了优化设计的目的。特性的仿真分析而不用投入大量的人力、财力,直接在数字化模型上进行各种运动及材料进行产品试制,有效节约了生产成本。总之,从建立模型、装配到仿真分析的全过程,应用仿真技术对简化机床主轴箱设计起到了事半功倍的效果,最终实现了对主轴箱样机的设计。

  参考文献:

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