基于Pro/E的牛头刨床变速箱的虚拟装配和运动仿真

陈帅江 顾锋

摘 要：利用Pro/E设计软件，建立牛头刨床变速箱各零件三维模型，并对其进行虚拟装配和运动仿真，缩短了产品的开发周期，提高了产品的设计效率，其设计方法可以借鉴到其他产品的的设计。

关键词：牛头刨床变速箱Pro/Engineer虚拟装配运动仿真

中图分类号：TH12 文献标识码：A 文章编号：1674-098X(2012)06(b)-0056-01

1 牛头刨床变速箱的基本结构

牛头刨床变速箱是滑移齿轮变速机构，通过排挡杠杆带动变速制动轴上的叉子来实现变速。B665牛头刨床变速箱的变速机构如图1所示，轴Ⅰ为输入轴，有电动机直接驱动。轴Ⅲ为输出轴，在轴Ⅰ上安装齿数为20（2019）-30（2021）-25（2022）的三联滑移齿轮，轴Ⅲ上安装齿数为30（2028）-48（2031）的双联滑移齿轮，与各固定齿轮组成滑移齿轮变速机构。改变各滑移齿轮的位置，就可以改变该轮系的传动比，满足变速要求。

2变速箱虚拟装配的实现

2.1 零件的三维建模

牛头刨床变速箱的零件大概共有180多个，其中很多的建模方式大致相同，利用Pro/E的零件模塊，通过必要的草绘，进行拉伸，旋转，镜像，阵列等建模方式得到零件的三维模型。标准件可以到标准件网站下载获得或者自己按照要求进行三维建模。变速箱中有很多齿轮，以渐开线圆柱直齿轮为例说明齿轮建模。已知齿轮模数m=4mm，齿数z=35，齿轮厚B=28mm。按照齿轮的孔和齿顶圆的直径的尺寸绘制胚体；再通过草绘，绘制齿顶圆和齿根圆，并通过“曲线”→“从方程”输入渐开线的方程，保存形成渐开线曲线；利用“镜像”生成另外一条渐开线，把镜像得到的渐开线阵列；利用“拉伸”→“边创建图元”，生成第一个齿槽；选择生成的齿槽，利用“阵列”设置数量和角度生成齿轮。

2.2 牛头刨床变速箱零件的虚拟装配

虚拟装配就是把各个实体模型通过一定的约束关系组装成一个个子组件，再将各个子组件组装起来形成一个完整组件的过程，在装配过程中，设计人员可以及时发现和处理装配过程中的各种问题。在Pro/E中的“组件”模块可以将设计好的零件按照一定的装配关系放置在一起形成组件，也可以在组件的模式下对单个零件进行修改编辑，还可以以一定的约束关系来添加和设计新零件。该模块提供了放置和连接两种约束方法。放置包括：匹配、对齐、插入、坐标系、相切、线上点、曲面上的点和曲面上的边；连接包括：刚性、销钉、滑动杆、圆柱、平面、球、焊接、轴承、常规和6D0F10种类型，每一种类型都有自己的约束方式。

根据牛头刨床变速箱的装配关系和工作原理，对3根轴上的零部件进行装配，得到虚拟变速箱装配体，如图2。

2.3 间隙分析和干涉分析

间隙分析可以寻找到装配完成的牛头刨床间隙所在位置和间隙值，从而判断出间隙是否符合设计要求。间隙分析可以运用到零件和子组件的分析。

干涉分析主要是用来计算零件和零件或者组件和组件之间的体积是否存在干涉现象以及干涉体积的多少。通过静态干涉和动态干涉的结合运用，来找出错误的地方并进行修改。

通过“分析”→“模型”→“全局干涉”，出现干涉对话框，通过对牛头刨床变速箱进行干涉分析，结果如图3，显然齿轮2027和键0005发生干涉，发现装配过程中齿轮键的位置和轴上键槽位置并不匹配，通过修改排除干涉。

3 牛头刨床变速箱的运动仿真

牛头刨床变速箱的运动仿真，主要是齿轮之间的啮合运动。建立3根基准轴，确定其位置关系，安装以销钉方式连接的3根齿轮轴，再以相同方式安装齿轮，在机构条件下定义运动齿轮副，如图4。设置伺服电动机，按照各部分运动关系为输入轴添加伺服电动机，设定其速度，完成设置。对机构进行机构分析，进行运动仿真，为方便观察可隐藏不运动部件。

4 结语

通过Pro/E完成牛头刨床变速箱的虚拟装配，可在牛头刨床变速箱设计阶段直接检查各部分零件的装配情况，并在设计过程中对零件进行干涉检查，保证零件的可装配性和设计的准确性，与传统工艺设计相比，大大缩短了产品的设计周期，降低了成本，提高了竞争力，其设计方法可以借鉴到其他产品的的设计。

参考文献

[1] 朱振华，刘中.基于Pro/E的钢筋切断机的虚拟装配及运动仿真[J].机械工程与自动化，2010，04:36-38.

[2] 周四新.Pro/E Wildfire 3.0实例教程.北京:电子工业出版社,2007.

[3] 李预斌.精通Pro/ENGINEER中文野火版-实例进阶篇.北京:中国青年出版社,2004.