基于CATIA的復式谷物清選機風扇轉子的建模*

王 輝

（新疆工程學院，新疆烏魯木齊 830011）

1 CATIA軟件的特點

CATIA作為產品生命周期管理中的信息創建和分析的工具，能夠完成產品外型設計、機械設計、設備與系統工程、管理數字樣機、機械加工、分析和模擬等相關工作，廣泛應用于機械制造、航空航天、船舶制造等領域，其提供的part dezine和aseemble line模塊能非常快捷的完成產品的設計和裝配[1]。

本文在對復式谷物清選機風扇轉子結構分析得基礎上，使用CATIA軟件對風扇轉子進行了建模和慣量分析，為復式谷物清選機的虛擬樣機建立及相關分析設計打下了基礎[2]。

2 風機轉子零件的建模

復式谷物清選機風機轉子從其機構上看主要由法蘭盤、葉片、支桿、轉軸等零件組成，相關零件不含復雜曲面，通過在草圖的基礎上，運用拉伸、旋轉、陣列等方法就能較快的完成了風扇轉子典型零件的建模，如圖1復式谷物清選機典型零件。

圖1 復式谷物清選機典型零件

3 裝配

（1）軸、鍵的裝配

復式谷物清選機風機轉子的軸具有跨度大、結構簡單的特點，在實際應用過程中一般常采用焊接軸的結構形式，從傳動軸的實際特點出發，運用CATIA的回轉和凹槽等建模方式，可以較為快捷的完成軸的建模，運用CA?TIA軟件自帶的機械標準零件庫，調用keys庫中所需的圓頭鍵，設置相關約束后，就可以完成裝配，如圖2所示。

圖2 鍵裝配圖

（2）法蘭盤和軸的裝配

法蘭盤、鍵和軸的配合，重點是在鍵槽、鍵的面約束，以及法蘭盤孔和軸的軸線的相合約束，值得注意的是在CATIA中相合約束不能簡單的認為是同軸，其實還包含諸如：點面、點線、面面等重合要素[3]。

由于結構的特殊性，該法蘭盤的孔是由兩排孔組成，建模過程中先建立外圈的孔，最后建立內圈的孔，兩次陣列的使用，在裝配設計過程中，可以得到引用，方便支桿、螺栓、法蘭盤的裝配。如圖3法蘭裝配圖。

（3）加強桿與葉片的裝配

風扇轉子中的支桿，從力學模型看，其屬于懸臂梁結構，工作過程中支桿和法蘭連接處的螺栓受力較大，為減少受力，在葉片和葉片之間使用了加強桿將其進行連接，其作為連接各葉片的重要元件，可以增強整個結構的剛性，防止葉片在旋轉時受力過大，同時減少支桿與法蘭的連接受力。由于葉片和葉片之間的夾角為60度，但兩塊扇板與加強桿的連接孔并不在同一高度，所以支桿兩個連接端的傾角是有差異的，在實際應用過程中，往往將連接孔的尺寸放大，使其具有一定的可調余量，在建模裝配時要求根據結構尺寸，準確找對加強桿與葉片孔的安裝位置，否則裝配約束就不能建立，使裝配失效。如圖4加強桿的裝配圖。

圖3 法蘭裝配圖

圖4 加強桿的裝配圖

（4）鏡像的應用

風機轉子就其結構來看，屬于對稱部件[4]，由此制定了如下的安裝方案：先完成傳動軸左邊法蘭、鍵、支桿、加強桿、螺栓、墊片等的裝配后，使用CATIA中的建立子裝配的方法，快捷的完成另一部的裝配，最后安裝葉片。依據該方案在完成一邊的裝配后，先在傳動軸的中心位置建立一個平面，以該平面為對稱平面，使用Assem?bly Symmetry Wizard，選擇對稱平面和要鏡像的部件，在進行一些鏡像后格式的設置后，就可以完成該項操作。完成結果如圖5風機轉子裝配圖。

圖5 風機轉子裝配圖

4 慣量分析

裝配過程完成后，使用CATIA材料庫，對裝配部件施加相應材料應用，該風扇轉子結構主要使用了IRON和STEEL兩種材料，結構和材料都確定后，也就滿足了慣量測定的條件，使用CA?TIA測量慣量分析工具，就可以完成已定材料和結構的軸轉動慣量測定，如圖6轉動慣量分析。

5 小結

本文以復式谷物清選機的風扇轉子為研究對象，運用CATIA軟件對其典型零件進行了建模[5]，從其結構出發設計制定了相關的裝配方案，運用改裝方案完成了復式谷物清選機風扇轉子的虛擬裝配，同時運用CATIA軟件的慣量測量，測定了改結構的軸慣量，該工作的完成為復式谷物清選機建立虛擬樣機及后續相關分析工作打下了基礎。

圖6 轉動慣量分析

［1］張玉香，孟凡文，梁海霞.采用Imageware與CATIA的三維曲面重建與數控仿真加工［J］.機電工程技術，2013（7）：114-117.

［2］巫尚榮，楊堅，梁兆新，等.聯合收割機清糧機構的仿真優化研究［J］.農機化研究，2004（4）：21-24.

［3］葉有義，馬振利，何德安.基于CATIA的裝備數字樣機應用研究［J］.計算機應用與軟件，2009（3）：275-276，282.

［4］陳霓.新型風篩式清選裝置設計研究［J］.農機化研究，2008（3）：113-115，118.

［5］甘忠，韓琦，曹蔚，等.基于CATIA的飛機展開壁板數字化模型的建立［J］.鍛壓技術，2006（6）：110-114.