基于Pro/E的牛頭刨床變速箱的虛擬裝配和運動仿真

陳帥江 顧鋒

摘 要：利用Pro/E設計軟件，建立牛頭刨床變速箱各零件三維模型，并對其進行虛擬裝配和運動仿真，縮短了產品的開發周期，提高了產品的設計效率，其設計方法可以借鑒到其他產品的的設計。

關鍵詞：牛頭刨床變速箱Pro/Engineer虛擬裝配運動仿真

中圖分類號：TH12 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X(2012)06(b)-0056-01

1 牛頭刨床變速箱的基本結構

牛頭刨床變速箱是滑移齒輪變速機構，通過排擋杠桿帶動變速制動軸上的叉子來實現變速。B665牛頭刨床變速箱的變速機構如圖1所示，軸Ⅰ為輸入軸，有電動機直接驅動。軸Ⅲ為輸出軸，在軸Ⅰ上安裝齒數為20（2019）-30（2021）-25（2022）的三聯滑移齒輪，軸Ⅲ上安裝齒數為30（2028）-48（2031）的雙聯滑移齒輪，與各固定齒輪組成滑移齒輪變速機構。改變各滑移齒輪的位置，就可以改變該輪系的傳動比，滿足變速要求。

2變速箱虛擬裝配的實現

2.1 零件的三維建模

牛頭刨床變速箱的零件大概共有180多個，其中很多的建模方式大致相同，利用Pro/E的零件模塊，通過必要的草繪，進行拉伸，旋轉，鏡像，陣列等建模方式得到零件的三維模型。標準件可以到標準件網站下載獲得或者自己按照要求進行三維建模。變速箱中有很多齒輪，以漸開線圓柱直齒輪為例說明齒輪建模。已知齒輪模數m=4mm，齒數z=35，齒輪厚B=28mm。按照齒輪的孔和齒頂圓的直徑的尺寸繪制胚體；再通過草繪，繪制齒頂圓和齒根圓，并通過“曲線”→“從方程”輸入漸開線的方程，保存形成漸開線曲線；利用“鏡像”生成另外一條漸開線，把鏡像得到的漸開線陣列；利用“拉伸”→“邊創建圖元”，生成第一個齒槽；選擇生成的齒槽，利用“陣列”設置數量和角度生成齒輪。

2.2 牛頭刨床變速箱零件的虛擬裝配

虛擬裝配就是把各個實體模型通過一定的約束關系組裝成一個個子組件，再將各個子組件組裝起來形成一個完整組件的過程，在裝配過程中，設計人員可以及時發現和處理裝配過程中的各種問題。在Pro/E中的“組件”模塊可以將設計好的零件按照一定的裝配關系放置在一起形成組件，也可以在組件的模式下對單個零件進行修改編輯，還可以以一定的約束關系來添加和設計新零件。該模塊提供了放置和連接兩種約束方法。放置包括：匹配、對齊、插入、坐標系、相切、線上點、曲面上的點和曲面上的邊；連接包括：剛性、銷釘、滑動桿、圓柱、平面、球、焊接、軸承、常規和6D0F10種類型，每一種類型都有自己的約束方式。

根據牛頭刨床變速箱的裝配關系和工作原理，對3根軸上的零部件進行裝配，得到虛擬變速箱裝配體，如圖2。

2.3 間隙分析和干涉分析

間隙分析可以尋找到裝配完成的牛頭刨床間隙所在位置和間隙值，從而判斷出間隙是否符合設計要求。間隙分析可以運用到零件和子組件的分析。

干涉分析主要是用來計算零件和零件或者組件和組件之間的體積是否存在干涉現象以及干涉體積的多少。通過靜態干涉和動態干涉的結合運用，來找出錯誤的地方并進行修改。

通過“分析”→“模型”→“全局干涉”，出現干涉對話框，通過對牛頭刨床變速箱進行干涉分析，結果如圖3，顯然齒輪2027和鍵0005發生干涉，發現裝配過程中齒輪鍵的位置和軸上鍵槽位置并不匹配，通過修改排除干涉。

3 牛頭刨床變速箱的運動仿真

牛頭刨床變速箱的運動仿真，主要是齒輪之間的嚙合運動。建立3根基準軸，確定其位置關系，安裝以銷釘方式連接的3根齒輪軸，再以相同方式安裝齒輪，在機構條件下定義運動齒輪副，如圖4。設置伺服電動機，按照各部分運動關系為輸入軸添加伺服電動機，設定其速度，完成設置。對機構進行機構分析，進行運動仿真，為方便觀察可隱藏不運動部件。

4 結語

通過Pro/E完成牛頭刨床變速箱的虛擬裝配，可在牛頭刨床變速箱設計階段直接檢查各部分零件的裝配情況，并在設計過程中對零件進行干涉檢查，保證零件的可裝配性和設計的準確性，與傳統工藝設計相比，大大縮短了產品的設計周期，降低了成本，提高了競爭力，其設計方法可以借鑒到其他產品的的設計。

參考文獻

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