張 爽

（中國中材裝備集團(tuán)有限公司，天津 300400）

基于Pro/E骨架模型的選粉機(jī)雙傳動軸系的系列化設(shè)計

張 爽

（中國中材裝備集團(tuán)有限公司，天津 300400）

Pro/E骨架模型的自上而下的設(shè)計方法符合產(chǎn)品的設(shè)計過程，容易實現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計的準(zhǔn)確性和產(chǎn)品的系列化設(shè)計。本文運用該方法，從選粉機(jī)雙傳動主軸系的結(jié)構(gòu)方案入手，進(jìn)行選粉機(jī)的雙傳動軸系的系列化設(shè)計。結(jié)果表明通過該設(shè)計方法，可以方便、實時地對雙傳動主軸系的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析和修改，同時保證了整個部件上各個零部件的設(shè)計和裝配的準(zhǔn)確性；通過對骨架模型參數(shù)的修改，能夠高效、準(zhǔn)確地實現(xiàn)雙傳動軸系的系列化設(shè)計，縮短設(shè)計研發(fā)周期。

Pro/E；骨架；自上而下；雙傳動軸系；系列化設(shè)計。

1、引言

Pro/E是在機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計中應(yīng)用較多的三維軟件之一，它在設(shè)計中提供了兩種設(shè)計方法：自下而上、自上而下。自下而上的設(shè)計方法是分別設(shè)計出單個零件，然后再進(jìn)行組裝，各個零件在組件中是相互依存的，當(dāng)總體設(shè)計或者單個零件發(fā)生變化時，只能逐個修改零件，制約了設(shè)計效率的提高。自上而下的設(shè)計方法是先進(jìn)行產(chǎn)品的總體結(jié)構(gòu)框架設(shè)計，再將這些信息傳遞到下層的零部件結(jié)構(gòu)中，這樣各個零部件可以并行設(shè)計，當(dāng)高層的設(shè)計結(jié)構(gòu)發(fā)生變化時，信息會自動傳遞到低層，使其也相應(yīng)的發(fā)生變化[1,2]。該方法和產(chǎn)品的設(shè)計過程是相同的，提高了產(chǎn)品設(shè)計的準(zhǔn)確性，容易實現(xiàn)產(chǎn)品的系列化設(shè)計。Pro/E軟件提供了多種自頂向下設(shè)計的工具，其中骨架模型具有直觀地展現(xiàn)零部件的位置、運動情況、支持參數(shù)化設(shè)計等優(yōu)點，被很多設(shè)計者所采納[3-5]。

選粉機(jī)自19世紀(jì)末由英國人發(fā)明出來后，在建材、電力等行業(yè)發(fā)揮出了重要的作用。目前選粉機(jī)已經(jīng)發(fā)展到了第三代，它主要由外殼、風(fēng)管、籠式轉(zhuǎn)子、傳動部分等組成，傳動部分主要由電動機(jī)、減速器和傳動軸系組成，其中傳動軸系負(fù)責(zé)籠式轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)運動，是選粉機(jī)各個部件中精度要求最高且設(shè)計耗費時間最多的部分，所以能夠在最短的時間內(nèi)實現(xiàn)產(chǎn)品系列化的設(shè)計方法是每個公司都在追求的目標(biāo)[6-8]。

本文運用Pro/E自頂向下的設(shè)計方法，運用骨架模型進(jìn)行選粉機(jī)雙傳動軸系的系列化設(shè)計。

2、選粉機(jī)雙傳動軸系的設(shè)計

2.1 選粉機(jī)雙傳動軸系的結(jié)構(gòu)方案

本文所設(shè)計的是第三代O-Sepa籠式選粉機(jī)的變異機(jī)型，將原來需要在設(shè)備外側(cè)配風(fēng)機(jī)的工藝布置形式改為將風(fēng)扇內(nèi)置于選粉機(jī)內(nèi)部，可使結(jié)構(gòu)緊湊，優(yōu)化工藝布置。選粉機(jī)的結(jié)構(gòu)如圖 1所示，籠式轉(zhuǎn)子的上方為風(fēng)扇葉片，籠式轉(zhuǎn)子與風(fēng)扇是同軸心，但是要求不同的速度，所以在設(shè)計中應(yīng)具有兩個傳動軸，一個為實心-負(fù)責(zé)籠型轉(zhuǎn)子的傳動，另一個為空心-負(fù)責(zé)風(fēng)扇的轉(zhuǎn)動，實心軸從空心軸中心通過，并與空心軸同軸心，雙傳動軸系的結(jié)構(gòu)方案如圖2所示。

2.2 骨架模型的設(shè)計

Pro/E骨架模型利用空間的基準(zhǔn)點、線、面等構(gòu)建出產(chǎn)品的空間而已，零部件的空間位置開頭和裝配關(guān)系，將這些信息傳遞到下一層的零部件中，實現(xiàn)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)更改。在運用過程中盡可能地使骨架中的所有信息與統(tǒng)一的基準(zhǔn)參照發(fā)生關(guān)聯(lián)，通過修改統(tǒng)一基準(zhǔn)的位置，可以快速地實現(xiàn)整個部件的結(jié)構(gòu)尺寸的修改。

圖1 選粉機(jī)的結(jié)構(gòu)形式

圖2 雙傳動軸系的結(jié)構(gòu)方案

（1）確立基準(zhǔn)并建立基準(zhǔn)面。軸承作為標(biāo)準(zhǔn)件，其大小和樣式是有標(biāo)準(zhǔn)遵循的，上下軸承的距離是整個傳動軸承系長度的重要參數(shù)。以TOP平面作為下部外圈軸承中心平面，以該平面為基準(zhǔn)分別建立上部外圈軸承中心平面和下部內(nèi)圈軸承中心平面，然后以上部外圈軸承中心平面為基準(zhǔn)建立上部內(nèi)圈軸承中心平面（圖3），并在Pro/E的“參數(shù)”對話框中設(shè)定相應(yīng)的參數(shù)（圖4），用“關(guān)系”對話框，用不同的參數(shù)控制基準(zhǔn)平面的距離。

圖3 創(chuàng)建基準(zhǔn)面

圖4 “參數(shù)”與“關(guān)系”對話框

（2）草繪輪廓。在雙傳動軸系的裝配體中創(chuàng)建頂層骨架模型，在FRONT平面內(nèi)以RIGHT平面為參照繪制中心線，草繪零部件的輪廓。根據(jù)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度以及結(jié)構(gòu)特點，輪廓在不同的草繪中完成，如圖5所示。

圖5 骨架模型中進(jìn)行草繪

（3）發(fā)布幾何，頂層骨架模型發(fā)布幾何，在部件或零件中通過復(fù)制幾何的形式獲得頂層的模型數(shù)據(jù)，以這些數(shù)據(jù)為參照實現(xiàn)部件或零件的三維建模并細(xì)化，完成的三維模型如圖6所示。

圖6 雙傳動軸系的三維模型

（3）工程圖繪制。Pro/E提供了強(qiáng)大的工程圖功能，可將三維模型生成二維工程圖，工程圖與模型之間是關(guān)聯(lián)的，三維模型改變時，工程圖會自動更新。雙傳動軸系的二維工程圖如圖7所示。

圖7 雙傳動軸系裝配圖

此階段通過合理的方法可提高工作效率。1、在頂層骨架模型中盡可能將雙傳動軸系的所有零部件的輪廓草繪出來，設(shè)計者僅僅調(diào)出頂層骨架模型就可以直觀地看到整個部件的布局，各個零件的裝配關(guān)系，統(tǒng)籌整個部件的裝配設(shè)計及其更改；2、合理設(shè)定草繪順序，基本原則是首先草繪已知零部件（如標(biāo)準(zhǔn)件）或作為定位參準(zhǔn)的零部件的輪廓，再去繪制與其有裝配關(guān)系的零部件的輪廓，本部件中先繪制上下部軸承及附屬的零件的輪廓，以軸承的輪廓為參照去繪制軸、軸承底座、密封結(jié)構(gòu)等的輪廓，當(dāng)軸承的結(jié)構(gòu)尺寸發(fā)生變化時，其它的輪廓也會跟著發(fā)生變化；3、合理施加幾何約束，結(jié)構(gòu)的尺寸盡可能地以建立的基準(zhǔn)點、線、面為參照，對于旋轉(zhuǎn)體盡可能地限制厚度，而不是分別標(biāo)定內(nèi)外圈的直徑，本部件中軸承底座部件的幾何約束如圖8所示；4、并行設(shè)計，各個零部件通過“發(fā)布幾何-復(fù)制幾何”的形式繼承了頂層骨架模型中的幾何輪廓，各個零部件可由不同的設(shè)計者進(jìn)行同步設(shè)計，最后由總設(shè)計者進(jìn)行總體模型的調(diào)整，提高設(shè)計效率。

圖8 頂層骨架模型中軸承底座的幾何約束

3、系列化的實現(xiàn)

在上述骨架模型的建立過程中加入了參數(shù)化的控制方式，通過調(diào)整尺寸可以快速地調(diào)整整個傳動軸的尺寸，以適應(yīng)不同的場合。如通過改變軸承的尺寸，可快速地更換軸承，與軸承配合的部位也會因為軸承的尺寸變化而相應(yīng)的做出調(diào)整，通過改變“BEARING_DISTANCE”參數(shù)的大小可以調(diào)整軸承的間距，而其它零部件因為尺寸關(guān)系的限制，或結(jié)構(gòu)參數(shù)保持不變，或做相應(yīng)的變長或變短，改變后各個零部件的裝備關(guān)系完全不變；如圖 5所示。當(dāng)三維模型發(fā)生變更時，工程圖也會發(fā)生相應(yīng)的變化，能夠快速地實現(xiàn)雙傳動軸系的系列化設(shè)計。

圖5 改變合適的參數(shù)可快速實現(xiàn)結(jié)構(gòu)尺寸的變化

4、結(jié)論

基于 Pro/E骨架模型的自頂向下的設(shè)計方法體現(xiàn)了產(chǎn)品設(shè)計的總體結(jié)構(gòu)和設(shè)計方案，具有結(jié)構(gòu)設(shè)計準(zhǔn)確性高、易實現(xiàn)系列化設(shè)計等優(yōu)點。將該方法用于選粉機(jī)雙傳動軸系的設(shè)計當(dāng)中，在骨架模型中設(shè)置重要的參考并繪制整個部件的輪廓，通過修改設(shè)定的參數(shù)便可快速地實現(xiàn)雙傳動軸系的結(jié)構(gòu)尺寸的改變，同時保持各個零部件的裝配關(guān)系不變，用Pro/E繪制的工程圖隨著三維模型的變化而變化，大大提高了產(chǎn)品的設(shè)計效率，是實現(xiàn)選粉機(jī)雙傳動軸系的系列化設(shè)計的重要方法。

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The Series Design of Air Separator Biaxial Structure Based on Skeleton Model by Pro/E

Zhang Shuang
Sinoma Technology & Equipment Group, Tianjin, 300400

while designing machines, a top-down design method with skeleton model by Pro/E was reasonable with high accuracy and convenient series design. In view of that, this paper introduced the series design of air separator biaxial structure by using this method. The result showed that the biaxial structure could be easily analyzed and modified, at the same time, the accuracy of design and assembly diagram was guaranteed, the series design of biaxial structure was realized with high efficiency and accuracy, the design time was shortened.

Pro/E, skeleton, top-down, biaxial structure, series design

TQ172

B

1007-6344（2015）09-0017-02