基于虚拟装配的相构设计VIP

基 于 虚 拟 装 配 的 相 构 设 计 口程俊峰 口沈精虎 青岛大学 机 电工程学院青岛2 6 6 0 7 1 摘要 研 究 了虚拟 装配技 术在光 纤擦拭器棘轮 机构设计 中的应用 详 细介绍 了一种基于 P r o E平台的 自顶 而下设 计 方法和产品的设计过程 实践表 明这种技术的应用提 高了设计效率 减 小了劳动 强度 关键词 虚拟装配 自顶而下参数化装配设计P r o E 中图分类号 T P 3 9 1 7 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 0 4 9 9 8 2 0 0 8 0 3 0 0 1 3 0 3 虚 拟 设 计 制 造 技 术 是 虚 拟 现 实 技 术 在 设 计 与 制 造 领 域 的重要 应 用 之一 自从 出现 以来 就 受 到各 国有 关 科 研 机 构 大 学 和 许 多 著 名 公 司 的 高 度 重 视 制 造 商 立 即将 虚 拟 样 机 技 术 引 入 各 自 的 产 品开 发 中 取 得 了 很 好 的 经 济 效 益 虚 拟 装 配 是 虚 拟 设 计 制 造 的 核 心 技 术 之 一 结 合 机 械 设 计 行 业 的 特 点 和 许 多 学 者 从 不 同 的 角 度 进 行 的 探 索 和 定 义 可 以 总 结 出 虚 拟 装 配 是 指 在 计 算 机 中 完 成机 械零 部件 的实体 造 型 进 行计算 机装 配 干涉分 析 等 多次协调 的设 计过 程 并通过 统一 的数 据管 理 实现 机械 三 维设 计 过 程与 零 部件 制 造 装 配过 程 的高度 统 一 虚 拟装 配 可 以分 为 以设 计 为 中心 的虚 拟装 配 以 过 程控 制 为 中心 的虚 拟 装配 以仿 真 为 中心 的虚拟 装 配 3 个 部 分 应 用 虚 拟 装 配 技 术 于 产 品 的 设 计 可 以 在 很 大 程 度上缩 短产 品研 发周期 降低成 本 提高产 品 质量及 实 现 产 品 数 据 的统 一 管 理 本 文 研 究 了 采 用 以 设 计 为 中 心 的虚 拟 装 配 技 术 完 成 光 纤 擦 拭 器 执 行 机 构 的 设 计 1 基于 P r o E平台的虚拟装配设计 P r o E作 为 主 流 三维 参 数 化 特 征设 计 系统 具 有 基 于特 征 全 参 数 全 相关 及单 一数 据 库等 特 点 并且 提 供 了专 门的组 件设 计 模 块 组 件设 计 模 块 中提供 了 多种并行 的 自顶 而下 的产 品开发 方法 比如 主控 件 骨 架 模 型 等 应 用 P r o E 的 数 据 共 享 操 控 版 合 并 切 除 和 继 承 等 分 析 工 具 组 件 关 系 式 和 组 件 模 块 的其 他 设 计 功 能 可 以 方 便 地 完 成 产 品 的 虚 拟 装 配 设 计 主 控 件 是 通 过 元 件 合 并 功 能 将 零 件 与 参 照 零 件 合 并起 来 再 由 P r o E的 全 相 关 性 实 现一 个 参 照 零 件控制 多个 零件 的 目的 主要用 于设 计过程 骨架模 型 可 以分 为标 准 骨架模 型 和运 动骨架 模型 两 种 类 型 主 要 由基 准 点 基 准 轴 基 准 坐 标 系 基 准 曲 收稿 日期 2 0 0 7 年 1 1 月 机械制造4 6 卷 第5 2 3 期 线 和 曲面组成 前者 作 用类 似于 主控件 骨 架模 型 中包 含 3 D实际约 束 其 尺 寸 和位置 的几 何信 息将 被合 并到 一 些 元 件 中 使 各 元 件 共 享 信 息 实 现 骨 架 控 制 多 个 零 件 后 者 主 要 用 于 控 制 装 配 过 程 控 制 运 动 组 件 的 组 合 状 态 主 控 件 和 标 准 骨 架 模 型 设 计 方 法 的 特 点 叙 述 如 下 1 主 控 件 的 设 计 方 法 主 要 用 于 设 计 过 程 一 般 为 箱 体 和外 壳类 产 品 标 准骨 架 模 型 主要 用 于运 动 组件 的设 计 2 产 品研 制 是 多部 门 协 同工 作 的过 程 主 控件 或 标准 骨架 模型 提供 了一 个面 向设计 群体 的装 配设 计环 境 使 得设 计 群 体 中 的每个 成 员 的设 计 从 产 品设 计 的 开 始 就 被 有 效 地 控 制 在 最 终 产 品 可 装 配 的 范 围 之 内 3 更 改 设 计 方 便 设 计 过 程 中 或 设 计 完 成 后 如 果 对模 型局 部不 满 意 可 以通 过 修 改主 控 件或 标 准骨 架 模型 模 型再生来 使相 关 的零件 随 之得 到修改 不 需要 对具 体 的零 件 进行 逐 一 的修 改 并 且 保 证其 相互 配 合 的 关 系 大 量 减 少 修 改 设 计 的 工 作 量 4 在 装 配 设 计 过 程 中 应 用 分 析 工 具 可 以及 时 检 查 是 否存 在 设 计尺 寸 干涉 为将 来 实 际装 配 的顺 利进 行 建 立 了可 靠保 证 从 静 态 角度 保证 了设 计尺 寸 的正 确 性 5 主 控 件 设 计 方 法 的 重 点 在 于 主 控 件 的设 计 以 及 如 何利 用 主控 件 分解 出相 关 的零 部 件 骨 架模 型设 计 方 法 的 重 点 在 于 如 何 参 照 骨 架 模 型 和 已 经 设 计 完 成 的 零 件 设 计 相 关 的零 部 件 2 光纤擦拭器执行机构的设计 光 纤 擦 拭 器 执 行 机 构 的 主 要 零 部 件 主要 有 主 动 棘 轮 从 动棘轮 上 下 外壳 机 架 棘爪 和定 位零件 等 和 辅 助 零 件 组 成 产 品 中 各 零 件 的 装 配 关 系 紧 密 根 据 零 部 件 的特 点 本 文 将 采 用 主 控 件 与 骨 架 模 型 相 结 合 的 形 式 在 P ro E平 台 上 设 计 各 零 部 件 的形 状 与 结 构 机 构 采 用 P r o E提 供 的 自顶 向 下 t o p d o w n 的 设 2 0 08 3 囤 维普资讯 计方 法 首 先依 据光 纤 擦拭 器 的 总体 规划 来 确定 执行 机构 布 局 在这 里 表 现 为 主 控 件 的设 计 为 了便 于 设 计 在 这 里骨 架模 型 与 主控 件 合并 在一 个零 件 中 主 控件包 含机构 的顶层 设计 信息 如零 部件 的装配关 系 设 计参 数 及其 约束 关 系 和空 间位 置需 求等 主控件 应 具有 产 品 的基 本 特征 和形状 但它 并不 一 定 和产 品 的 外 形 一 致 可 以 是 一 个 似 是 而 非 的 产 品 2 1主 控 件 的 设 计 1 首 先 建 立 装 配 文 件 Ex e c u t e r d e s i g n a s m 在 新 建 对话 框 中选 择 组 件 和 设计 选 项 取 消使 用 缺 省 模 板 在 新 文 件 选 项 对 话 框 中 选 取 设 计 模 板 M mns a s m d e s i gn 单击 确 定 按 钮进入 装配环境 2 进 入装配 环境 后 在装配模 式下 创建新 的零 件 单击 插入 菜单 选取元件 创建命令或者单击藏按 钮 出现 元 件 创建 对话 框 在 设置 对话 框 中选 择 零 件 和 实 体 选 项 并 输 入 文件 名 E x e c u t e r ma s t e r 单 击 确定 按钮 后 进 入创 建选 项 对 话框 选 取 定位 缺 省 基 准 和 对 齐 坐 标 轴 坐 标 系 单 击 确定 按 钮 后 选 择 装 配 文 件 坐 标 系 这 样 在 装 配 环 境 中 创 建 了 主 控 件 零 件 激活零 件后 在装 配环境 中对 零件 的设计 方法 与普 通零 件 的设计 方 法几乎 相 同 主 控 件 如 图 1 所 示 左 图 为 骨 架 模 型 右 图 为 在 骨 架 模 型 基 础 上 设 计 的主 控 件 弱 蚪 一 目 j 黼 鼷 图1 强 璧 主控件 雾 模型 鼍 甏 il髯 骥 器器 甏 罄 翠 一 设 计主控 件时 应用 了参 数化 设计 除 了建 立主控 件尺 寸 间 的关 系 外 还 为 主控 件尺 寸 与装 配 文件 的参 数建立关 系 n l 壳壁 厚 套 筒壁 厚 和定 位销 与孔直 径 等 尺寸 各零 件 是 同样 的 他们 可 以使 用 同 一 个参 数 在 装配环 境 中创 建关 系式 与在零 件 中创 建关 系式 的操 作方 法 和规 则基 本 相 同 所不 同的是 在零 件 关 系 式 中引用 装配 体 或者 其 他零 件 中的尺 寸或 参数 时 需 要 在 被 引 用 的 参 数 或 者 尺 寸 后 边 输 入 和 I D r D 是 指被 引用 零部 件 的进 程 标 识 I D标 识 号 可 以通 过 在 关 系式 对 话框 中单 击 显 示 菜单 选 择 进 程 I D 命 令 进 行 查 询 2 2零 部 件 的 设 计 零部 件根 据 零件 的装 配顺 序 依次 设 计 其创 建 过 程 与 主控件 的创 建 过程 相 同 在 零部 件 的设 计 过程 中 可 以隐藏不 需要 的零件 以免 影 响视 觉 2 0 0 5 3 首 先 设计 下 壳体 下 壳 体 包括 定 位 销 定 位柱 孔 止 动棘 爪等 这些 可 以直 接 以骨架 模型 为 参照创 建 如 图2 所 示 左 图 为 以骨架 模 型为 参 照 的外 壳 草绘 图形 草 绘 图 中 的尺 寸是 由装 配 环 境 中 的参 数驱 动 的 右 图 为设计完 成 的模型 上 壳体 的设计 方 法 与下 壳体 基 本 相 同 不 同的是 上 壳 体 的部 分特 征可 以用下 壳 体 为参 照 进行 设 计 比 如 其 定 位销 的 拉 伸 高 度 是 以上 壳体 的 底 面 为 参 照 设 计 如 图3 所 示 主 动 棘 轮 和 从 动 棘 轮 主 要 是 以 上 下 壳 体 和骨架 模型 为参照 配 合 装 配模 型下 的 参 数 和 关 系 式 进 行 设 计 如 图 4 所 示 上 图 为 主 动 轮零件 的 主体 部 分 图 中尺寸 由参 照 装 配 体 参 数 和装 配 间 隙参 数 等通过 关 系式 控制 下 图 为 主 动 轮 和 从 动 轮 隐 藏 了其 他 零 件 的 设 计 结 果 疆麓鞠 蹦龋强 阁 脚 圈 圈 圈 鬻 羹 i 黧 l 虱3 巴 费 i 锚 曩 l秘 礴 g l 黼 霪 骤 圜疆 图4 主 从动棘轮 机构 设 计完 成 的 同时 装 配也 完 成 了 若 需要 进行 质量 相关 的分析 则需 要重 新建 立装 配文 件 依 次装 配 所 有零 件 形成新 的装 配体 这样 做 主要 是 因为主控件 模 型 影 响 其 分 析 由 于 P r o E提 供 的是 单 一 数 据 库 主 控件仍 然 能控制新 装 配体 修改 主控 件 再生 后新建 装 配 模 型 内 的零 部 件 随 之 改 变 显 示 所 有零 件 光 纤擦 拭 器 执 行机 构 的零件 和装 配 的初 步设 计就 完 成 了 如 图5 所 示 左 图为 着 色后 的 装 配 图 右 图 为 爆 炸 图 机械制造4 6 卷 第5 2 3 期 维普资讯 基于 A N S Y S的粉碎机转子系统动力特性研究 口张超 z 口于光辉 口崔亚辉 1 西安航 空职业技术学院西安7 1 0 0 8 9 2 西安理工大学 机械与精密仪器工程学院西安7 1 0 0 4 8 摘要 通过 简化转子 风扇和 带轮 在 A N S Y S中建立了粉碎机转子 系统的 实体模型 采用 S O L I D 9 2 单元进行 网格划 分 得 出了转子 系统 的固有频 率 进一步通过改变弹性 支承 的刚度获得 了转子 系统 固有频率随轴承刚度的变化规律 可供 粉碎机设计时参考 关键词 机械设计及理论 粉碎机转子轴承刚度 固有频率 中图分类号 T H 1 3 3 1 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 0 4 9 9 8 2 0 0 8 0 3 0 0 1 5 0 3 机械 冲击 式超 细粉 碎机是 国 内非金 属矿 业使 用较 多 的 超 细 粉 碎 设 备 但 迄 今 为 止 理 论 研 究 的 结 果 只 能 作 为大体上 的参 考 因而 给产 品改 型带 来 巨大 困难 转 子 系 统 的 动 力 学 特 性 是 粉 碎 机 设 计 中 的 关 键 部 分 尤 其 对 系统 的临 界 转 速必 须 有 正确 的估计 计 算 机运 算 能 力 的 飞 速 发 展 推 动 了 仿 真 技 术 的 迅 速 提 高 而 越 来 越 精 确 的仿 真 技 术 在 为设 计 提 供 可 靠 数 据 的 同 时 又 节 约 了 大 量 成 本 本 文 利 用 有 限 元 分 析 软 件 ANS YS对 粉 碎 机 转 子 进 行 分 析 研 究 轴 承 刚 度 和 固 有 频 率 之 问 的 关 系并作 出分 析 为 整机设 计 提供一 些参 考数 据 1 超细粉碎机转子 系统仿真 1 1 转 子 系统 的 等 效 简化 转 子 系 统 图 1 的 主 轴 虽 然 简 单 但 是 安 装 在 上 面 的4 组 转子 风 扇 和带 轮 使 其受 力 分 析变 得 很复 杂 如 直 接导入 ANS YS计算 量将 会很 大 同 时为 了突 出各个 收稿 日期 2 0 0 7 年 l O q 参 数 对 系 统 动 力 特 性 的 影 响 在 仿 真 前 对 转 子 风 扇 和 带 轮 简 化 简 化 的 过 程 需 考 虑 转 子 质 量m 极 转 动 惯 量 直 径 转动惯 量 可 以暂 时 忽 略粉 碎理 论 从 而使 整 机 设 计 模 块 化 简 化 原 则 1 将 调 心 轴 承 等 效 为 4 个 正 交 的 弹 性 支 撑 联 接 点 位 置 在 轴 线 上 在 P r o E 的 装 配 环 境 中 通 过 其 提 供 的分 析 2 1 2 具 可 以对 零 部 件 进 行 的 干 涉 配 合 间 隙 等 方 面 检 查 这 些 工 作 可 以 保 证 在 设