王曉燕， 陳國(guó)定

(西北工業(yè)大學(xué) 機(jī)電學(xué)院，陜西 西安 710072)

隨著PRO/E軟件在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛.設(shè)計(jì)人員大量地采用PRO/E軟件來(lái)直觀地表達(dá)自己的設(shè)計(jì)思想，還能很方便地進(jìn)行三維實(shí)體模型機(jī)械動(dòng)力學(xué)和強(qiáng)度、剛度分析.因此PRO/E軟件是世界上使用最廣泛的CAD/CAM軟件之一.本文使用PRO/E軟件，對(duì)三螺桿泵進(jìn)行三維模型設(shè)計(jì)，為三螺桿泵的生產(chǎn)廠家提供必要的設(shè)計(jì)幫助.三螺桿泵已在國(guó)內(nèi)外的化工、石油、遠(yuǎn)洋等行業(yè)得到廣泛應(yīng)用.三螺桿泵具有運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、工作轉(zhuǎn)速高、自吸能力強(qiáng)、壓力脈動(dòng)極小、結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、使用壽命長(zhǎng)、效率高、噪聲低和維修方便等很多優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用越來(lái)越廣泛.

1 三螺桿泵主要零件三維模型的建立

1.1 三螺桿泵上螺桿零件三維模型的建立

在PRO/E的狀態(tài)下建立螺桿的三維模型，首先建立螺桿橫截面齒形曲線.在建立螺桿橫截面齒形曲線之前，首先輸入必要的參數(shù)，主動(dòng)螺桿根圓直徑d、從動(dòng)螺桿頂圓直徑d、螺桿的導(dǎo)程h.在PRO/E打開(kāi)后，在工具欄目下，打開(kāi)參數(shù)命令，增加參數(shù).使用建立空間曲線命令，通過(guò)方程建立螺桿橫截面齒形曲線.需要特別注意的是：用方程建立空間曲線時(shí)，采用直角坐標(biāo)系來(lái)建立方程.主螺桿的橫截面齒形曲線是多段，在完成一邊齒形后，通過(guò)鏡像命令復(fù)制，完成齒形曲線的創(chuàng)建，如圖1所示.在螺桿橫截面齒形曲線完成后，建立螺桿的螺旋曲線，有外螺旋曲線和內(nèi)螺旋曲線，如圖1所示.在兩條螺旋曲線完成后，開(kāi)始進(jìn)行可變截面掃描，在可變截面掃描時(shí)，參照軌跡線的主曲線選擇中心線，輔助線選擇內(nèi)外螺旋線，在選項(xiàng)內(nèi)選擇恒定截面掃描，這樣就能完成螺桿曲面實(shí)體部分掃描.其余部分使用拉伸等命令來(lái)完成，如圖1所示.

主動(dòng)螺桿的曲線方程：

主動(dòng)螺桿橫截面曲線方程，

X=(cost-0.475cos2t)d，Y=(sint-0.475sin2t)d， 0≤t≤56.004°.

螺旋線方程：

完成主動(dòng)螺桿曲線如圖1所示.

在主動(dòng)螺桿三維模型完成后.進(jìn)行從動(dòng)螺桿三維實(shí)體的創(chuàng)建.同樣，在PRO/E的狀態(tài)下建立螺桿的三維模型，首先建立螺桿橫截面齒形曲線.在建立螺桿橫截面齒形曲線之前，首先輸入必要的參數(shù).在PRO/E打開(kāi)后，在工具欄目下，打開(kāi)參數(shù)命令，增加參數(shù).使用建立空間曲線命令，通過(guò)方程建立螺桿橫截面齒形曲線.需要特別注意的是：用方程建立空間曲線時(shí)，采用直角坐標(biāo)系來(lái)建立方程.主螺桿的橫截面齒形曲線是多段，在完成一邊齒形后，通過(guò)鏡像命令復(fù)制，完成齒形曲線的創(chuàng)建，如圖2所示.在螺桿橫截面齒形曲線完成后，建立螺桿的螺旋曲線，有外螺旋曲線和內(nèi)螺旋曲線.如圖2所示.在兩條螺旋曲線完成后，開(kāi)始進(jìn)行可變截面掃描，在可變截面掃描時(shí)，參照軌跡線的主曲線選擇中心線，輔助線選擇內(nèi)外螺旋線，在選項(xiàng)內(nèi)選擇恒定截面掃描，這樣就能完成螺桿曲面實(shí)體部分掃描.其余部分使用拉伸等命令來(lái)完成，如圖2所示.

從桿曲線方程：

X=rd2cos(27.802 5),Y=rd2sin(27.802 5), 0.475≤r≤0.5.

螺旋線方程:

完成后的從桿螺三維模型圖，如圖2所示.

1.2 三螺桿泵上其他零件的三維模型的創(chuàng)建

創(chuàng)建三螺桿泵上其他零件的三維模型.使用基本的PRO/E命令，如拉伸、旋磚、倒角等命令創(chuàng)建三螺桿泵上其他的主要零件的三維模型.主要有泵體、襯套、密封蓋等57個(gè)零件.

1.2.1泵體的創(chuàng)建首先用旋轉(zhuǎn)命令創(chuàng)建泵體的圓筒部分.其次用旋轉(zhuǎn)命令創(chuàng)建相慣圓筒，使用拉伸切除內(nèi)孔.再使用旋轉(zhuǎn)命令創(chuàng)建其他結(jié)構(gòu)，共使用一百多條命令完成泵體的三維創(chuàng)建，如圖3所示.

1.2.2襯套的創(chuàng)建襯套創(chuàng)建比較簡(jiǎn)單，使用拉伸命令拉伸襯套主體，繼續(xù)使用拉伸命令拉伸固定部位.多次使用拉伸、倒圓角等各種命令，最后完成襯套的創(chuàng)建，如圖4所示.

1.2.3密封蓋的創(chuàng)建密封蓋的創(chuàng)建時(shí)第一步使用旋轉(zhuǎn)命令，第二步使用拉伸命令來(lái)完成，第三步、第四步同樣使用拉伸命令來(lái)完成，第五步完成陣列密封蓋上的螺釘孔，最后反復(fù)使用拉伸、倒圓角、陣列、可變截面掃描等命令完成密封蓋的創(chuàng)建，如圖5所示.

以此類(lèi)推，用同樣的方法完成三螺桿泵其他所有零件的創(chuàng)建.完成單個(gè)零件的三維模型后進(jìn)行三螺桿泵的組裝.

1.2.4安全閥的創(chuàng)建安全閥是螺桿泵中一個(gè)比較重要的部件，它控制泵內(nèi)最高壓力.安全閥的三維實(shí)體造型并不復(fù)雜.首先是安全閥閥芯的創(chuàng)建，使用旋轉(zhuǎn)命令創(chuàng)建閥芯的主閥部分.然后用拉伸命令創(chuàng)建導(dǎo)流部分，進(jìn)一步使用拉伸命令導(dǎo)向部分.再反復(fù)使用拉伸、倒圓角等各種命令完成安全閥的創(chuàng)建，如圖6所示.

安全閥內(nèi)彈簧的創(chuàng)建，使用螺旋掃描命令來(lái)完成彈簧的創(chuàng)建，特別要注意的是屬性?xún)?nèi)采用可變節(jié)距掃描，因?yàn)閺椈蓛啥耸遣⒕o的，螺距有變化，兩端螺距小中間螺距大，兩端有支撐的作用，如圖6所示.

1.3 三螺桿泵的實(shí)體組裝

在螺桿泵所有零件三維實(shí)體創(chuàng)建完成后，進(jìn)行螺桿泵的組裝.首先將泵體剛性固定，其次裝襯套等其他零部件.裝襯套零件時(shí)注意要將襯套中心線與泵體主中心線對(duì)齊，襯套也是剛性地裝入泵體之中.注意襯套一定要裝配到位而且角度正確.否則三螺桿泵不能正確運(yùn)行.再裝后軸承座，主螺桿后軸承，兩個(gè)從螺桿后軸承，主螺桿，從螺桿.需要特別注意的是，在安裝螺桿時(shí)，應(yīng)采用銷(xiāo)釘連接的形式接入，為后面運(yùn)動(dòng)仿真做準(zhǔn)備.在安裝螺桿泵溢流閥時(shí)，閥芯也以銷(xiāo)釘連接形式接入，為三螺桿泵的運(yùn)動(dòng)仿真做準(zhǔn)備.完成三根螺桿的裝配后，再裝配三螺桿泵上的其他零件，完成裝配后的三螺桿泵，如圖7所示.后面的是隱藏了泵體、襯套、密封蓋等零件后，露出來(lái)的螺桿裝配關(guān)系.為后面觀察螺桿干涉現(xiàn)象做準(zhǔn)備.

2 三螺桿泵的運(yùn)動(dòng)干涉檢查

在螺桿泵的安裝完成后，進(jìn)行螺桿泵的運(yùn)動(dòng)干涉檢查，PRO/E軟件從創(chuàng)建實(shí)體的形式轉(zhuǎn)入應(yīng)用程序機(jī)構(gòu)的狀態(tài)，同時(shí)隱藏泵體和襯套零件.使三根螺桿可見(jiàn)，做機(jī)構(gòu)仿真運(yùn)動(dòng)時(shí)，便于觀察三根螺桿的干涉狀態(tài).設(shè)置齒輪連接，將主螺桿(凸桿)設(shè)置為齒輪1，將從動(dòng)螺桿(凹桿)設(shè)置為齒輪2，設(shè)置兩次齒輪連接，如圖8所示，設(shè)置電機(jī).設(shè)置完成后進(jìn)行機(jī)構(gòu)仿真運(yùn)動(dòng)，機(jī)構(gòu)分析，干涉檢查.第一次干涉檢查有嚴(yán)重干涉紋理,如圖8所示.然后調(diào)整從螺桿安裝角度，進(jìn)行第二次機(jī)構(gòu)分析，第二次干涉檢查，仍然有少量干涉紋理.最后一次調(diào)整從螺桿的安裝角度，直至干涉紋理消失.如圖9所示為螺桿泵干涉紋路圖.

3 結(jié)論

在新的機(jī)械產(chǎn)品研究開(kāi)發(fā)的過(guò)程中，使用軟件來(lái)完成產(chǎn)品設(shè)計(jì)和新產(chǎn)品的仿制、機(jī)構(gòu)分析、運(yùn)動(dòng)干涉檢查，可以節(jié)約新的機(jī)械設(shè)備的研究開(kāi)發(fā)成本，節(jié)約新機(jī)械設(shè)備的研究開(kāi)發(fā)時(shí)間，為機(jī)械設(shè)計(jì)工程師提供方便.

(王曉燕兼任九江職業(yè)大學(xué)副教授)