采煤机截割部传动系统的虚拟设计.pdf

第3 3 卷第0 2 期 2 0 1 2 年0 2 月 煤矿机械 C o MM i n eM a c h i n e r y V o l3 3 N 0 0 2 F e b2 0 1 2 采煤机截割部传动系统的虚拟设计4 橱德星 山东科技大学。山东青岛2 6 6 5 9 0 摘要研究了在S O l i d W o r k s 平台上进行采煤机截割部传动系统虚拟设计的方法。以 S o l i d W o r k s M o t i o n 模块为基础．对截割部传动系统进行三雏模型的数字化设计，完成虚拟装配，实 现了截割部传动系统的建模、参数设计和仿真分析的自动化，提高了整体设计效率。 关键词截割部；S o l i d W o r k s ；传动系统；虚拟设计 中圈分类号T H l 3 2文献标志码A 文章编号1 0 0 3 0 7 9 4 2 0 1 2 0 2 0 0 1 1 0 2 V i r t u a lD e s i g no fG e a rD r i v eS y s t e mf o rS h e a r e r ’SC u t t i n gA r m Y A N GW - x i n g S h a n d o n gU n i v e r s i t yo fS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y ，Q i n g d a o2 6 6 5 9 0 ，C h i n a A I 劬r a e t T h em e t h o dv i r t u a ld e s i g no ft h eg e a rd r i v es y s t e mf o rs h e a t e r ’sc n m n ga mo nt h e S 0 1 i d W o r k sb a s e dO i lS o l i d W o r k sm o t i o nm o d l e 。i td e s i g n st h eg e a rd r i v es y s t e mf o rs h e a r e ro f3 D m o d e l ，c o m p l e t e sa v i r t u a la s s e m b l y ，t h eg e a rd r i v es y s t e mf o rs h e a r e ro fm o d e l i n g ，a n ds i m u l a t i o na n d a n a l y s i so ft h ed e s i g np a r a m e t e r se s J lb er e a l i z e da u t o m a t i c a l l y ．I m p r o v e dt h eo v e r a l ld e s i g ne f f i c i e n c y ． K e yw o r d s c u t t i n ga r m ；S O l i d W o r k s ；g e a rd r i v es y s t e m ；v i r t u a ld e s i g n 0 引盲 一个虚拟设计系统具备3 个功能3 D 用户界 面选择参数；数据表达与双向数据传输。 S o l i d W o r k s 具有完整的三维产品设计解决方案．提 供产品开发所需的设计、验证、数据管理和交流工 具。通过A P I 接口，可以实现S o l i d W o r k s 与有限元 软件C o s m o s W o r k s 、高级渲染软件P h o t o W o r k s 、运动 分析软件C o s m o s M o t i o n 、数控编程软件C A M W o r k s 、 产品数据管理软件P D M w o r k s 等子系统集成。因此 在煤矿机械行业以S O l i d W o r k s 作为虚拟设计平台． 进行设计可以缩短产品的更新换代周期．既节省了 时间又节约了费用。本文基于S O l i d w o r k s 实现采煤 机截割部传动系统的虚拟设计。 1 齿轮的参数化设计 S o l i d W o r k s 不像U G 和P r e ／E 那样可以直接输 入曲线方程画出曲线．其不具备此种功能．因此在编 制程序时不能直接写入渐开线方程。在S O l i d w o r k S 中齿廓的生成方式有2 种①画出单个轮齿曲线，对 此曲线进行拉伸操作形成单个齿。然后对这个单齿 进行圆周阵列生成整个齿廓模型；②基于齿廓和齿 槽曲线是一致的．先画出单个齿槽曲线，对此曲线 进行拉伸切除生成单个齿槽．然后对这个齿槽进行 圆周阵列．也可以生成整个齿廓模型。在本文中采 用的是利用第2 种方法的第3 方插件G e a r T r a x 齿 轮产生器。 G e a r T r a x 的操作方法是每一个选项卡负责一种 齿轮类型。当在每一个选项卡中，输入尺寸参数后， 就可以在S o l i d W o r k s 的英文界面环境下实现齿轮 山东科技大学“群星计崩”资助项目 q x l 0 2 1 0 9 的参数化设计。 G e a r T r a x 插件只能生成三维模型的基本形状和 轮齿的阵列。齿轮的其他构造特征．例如轴孔、键槽 等需要依据具体的设计要求手动在S o l i d W o r k s 中 修改添加。 2 齿轮的虚拟装配 虚拟装配基本功能是定义零件之间的相对位 置约束关系．进行零件之间的干涉检查．发现零部 件设计上的不合理结构部分．以在设计阶段改进设 计。虚拟装配有助于对产品零部件进行虚拟分析和 虚拟设计。 2 ．1 确定齿轮初始位置 分别打开2 个齿轮零件．在各自零件环境下或 装配环境的编辑零件状态下，新建一个草图，该草 图用于齿轮在装配体下的定位。辅助草图包含一个 圆和一条辅助中心线．圆以齿轮分度圆为半径。其 中辅助中心线分别通过齿槽对称线和齿对称线。 返回到装配体环境．将草图设置为可见。辅助 草图直线用于确定齿轮初始位置。即定位。单击装 配工具栏中的【配合】按钮，选择辅助中心线，然后 再选择共线的配合．如图1 所示。 图1 设置重台配合 此时齿轮定位属于完全定义．不能转动。为了 万方数据 y 吐3 3N o ．0 2采煤机截割部传动系统的虚拟设计杨德星第3 3 卷第0 2 期 使用M o t i o n 工具进行仿真．需要将用于定位的配合 关系压缩，释放轴向上转动的自由度。 注意此时不能再用鼠标转动齿轮．否则会破坏 其初始位置，造成干涉。 2 ．2 添加齿轮配合 通过机械配合中的齿轮配合．添加齿轮配合以 严格保证齿轮转动时的啮合．各齿轮在转动的过程 中不发生干涉．如图2 所示。 圈2 齿轮配合 装配过程中可以采用子装配体．如行星轮机 构。默认情况下。子装配体为刚性。在父装配体中。 子装配体的零部件不相对于彼此移动。为了便于后 续仿真分析，要将子装配体设置为柔性。这样，在父 装配体中的子装配体的各个零部件才可以移动。装 配完成的截割部传动系统如图3 所示． ～。 圈3 截翻部传动系统 2 ．3 动态分解 装配体的动态分解是基于爆炸视图来完成的． 是体现虚拟样机的一个优化过程。通过动态分解可 以直观地、形象地分析各个零部件之间的相互关 系。注意动态分解过程尽量要符合实际的装配顺 序。 通过“运动算例”的动画向导方便地制作出虚 拟样机的爆炸动画和解除爆炸动画．并将动画保存 为．A V I 文件，实现动态分解，如图4 所示。 国4 截毹部的动态分解 3 运动分析 M o t i o n 插件是S o l i d W o r k s 的运动仿真模块。可 以对装配体进行完整的运动学和动力学仿真．得到 系统中各零部件的运动情况，并以动画、图形、表格 等多种形式输出结果。 3 ．1 添加马达 M o t i o n 插件不在S o l i d W o r k s 的工作界面上．需 要通过“插件”菜单．和“运动类型”列表框中选中 “M o t i o n 分析叶r 开“M o t i o n 管理器”来执行。 在M o t i o n 工具栏上．选择“马达”．给截割部传动 系统的齿轮一添加“等速。14 7 0 d n d n 88 2 0 d e 蜘 ”的 旋转马达。 3 ．2 结果分析 通过仿真计算后．选择M o t i o nM a n a g e r 工具栏 的“图解”，可以得到齿轮和连接套的转动角速度。 具体数值如图5 所示。 8 2 0 - s } 8 2 0 ．0 I - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 一 8 l ”} “9 B 矗五五蠢矗式蔫j i 栽m 时间／s a 齿轮 时间 b 连接套 圈5 齿轮和连接套的转动角速度 从数值分析可以看出．连接套角速度数值为 1 8 8d e 幽约为3 1r ／r a i n ，符合滚筒的转速低速化的 趋势。通过滚筒的转速低速化可以降低截割速度． 减少滚筒截割产生的细煤和粉尘。增大块煤率。 4 结语 利用S o l i d W o r k s 软件实现采煤机截割部传动 系统的虚拟设计。在一定程度上反映了采煤机截割 部传动系统的真实工作情况。这可以帮助设计工程 师提高机械设计工作的效率．又能为煤矿机械企业 节约设计成本，提高煤矿机械产品的竞争力。 参考文越 [ 1 ] 陈定方．罗亚渡．虚拟设计[ M ] ．北京机械工业出版社撇． [ 2 ] 脖海燕．李宝华，扬震．基于 o l i d W o r k s 行星齿轮机构的运动分 析及仿真[ J ] ．煤矿机械, 2 0 1 1 ，3 2 3 2 2 5 2 2 7 ． [ 3 】张融，王伟。张秀梅．基于 o l i d W o s 的行星齿轮机构实体建模与 虚拟装配[ J ] ．机械制造与自动化, 2 0 1 0 ’3 9 6 1 1 l - 1 1 3 ． [ 4 ] 郭卫，周娟利．基于 o l i d W o s 齿轮机棚的运动分析与仿真[ J ] ． 煤矿机械2 0 0 9 , 3 0 3 1 7 7 - 1 7 8 ． 作者筒介杨荐星 1 9 7 0 - ，河北涿鹿人。副教授．主要从事工程图 学和C A D 的教学与研究．电子信箱s d u s t y d I 回1 6 3 ．c o m ． 责任簟辑王海英收稿日期2 0 1 1 - 1 0 _ 3 1 1 2 一 万方数据