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牛设计说明书
******专科学校
毕业设计说明书
论文题目:
筛分机变速箱的建模与运动仿真
系部:
机械工程系
专业:
**********************
班级:
机****
学生姓名:
******
学号:
*******
指导教师:
**
20**年*月**日
摘要
筛分机变速箱是一种常用机械,本次设计以筛分机变速箱为例,来详细讲述Pro/E设计筛分机变速箱的全过程。
三维绘图Pro/E软件具有很强大的实体造型、虚拟产品装配仿真、工程图生成等功能。
本文主要讲述筛分机变速箱外形实体建模、筛分机变速箱的组件装配、筛分机变速箱组件的运动仿真。
设计综合运用了拉伸、旋转、阵列等实体建模的基本方法;通过各种装配约束条件把各部分零件有秩序的组合在一起,然后通过机构运动仿真和拆装动画,使筛分机变速箱更加形象的展现在我们眼前。
关键词:
筛分机变速箱;Pro/E;实体建模;装配;运动仿真
Abstract
Screentransmissionisakindofcommonmachinery,thedesignofscreentransmissionasanexample,todescribeindetailthePro/Edesignofthewholeprocessofsievingmachinegearbox.ThreedimensionaldrawingsoftwarePro/Ehasapowerfulsolidmodeling,virtualassemblysimulation,engineeringdrawingandotherfunctions.Thispaperismainlyaboutthesievingmachinegearboxshapemodeling,sievingmachinegearboxassembly,sievingmachinegearboxassemblymotionsimulation.Designtheintegrateduseofthebasicmethodofstretching,rotating,arraysolidmodeling;throughavarietyofassemblyconstraintsamongpartsinordertomixtogether,andthenthroughthemechanismmotionsimulationandassemblyanimation,thesievingmachinegearboxmoreimageoftheshowinfrontofus,weinthedesignprocessmodelingstudyscreenininadditiontolearning,modelingmethods,itismoreimportanttounderstandtheworkingprocessofsievingmachinegearbox.
Keywords:
Screentransmission;Pro/E;Entitymodeling;Assembling;Movementsimulation
摘要………………………………………………………………………….…..…...…..I
第1章绪论……………………………………………………….…..………………1
1.1筛分机的发展史现状……………….……………………………....………….…1
1.2本论文主要内容……………….…………………………………....………….…2
第2章筛分机变速箱零部件建模……………………………….…..………………3
2.1筛分机变速箱箱体建模…………………………………………………….………3
2.2筛分机变速箱轴的建模…………….…………………………………....………….…4
2.3筛分机变速箱齿轮的建模……….……………………………………....………….…5
第3章筛分机变速箱的装配…………………………………….…..………………8
3.1筛分机箱体与套筒装配………………………………………………….……….…8
3.2筛分机套轴,齿轮装配…......……….……………………………......………….…9
3.3配重块的装配.………….………..…….....………..………………....………….10
第4章筛分机变速箱的运动仿真……..….…………………………..……….…...11
4.1定义齿轮传动……………………………………………………..……………..11
4.2定义伺服电动机……………………….………………….………………...……..12
4.3运动分析…...…....…….……………….………………….………………...……..15
4.4动画回放…..……......………………….………………….………………...……..15
第5章筛分机变速箱的拆装动画…..….……………………………..……….…...19
总结……………………………….……………………..……………...…...………....22
致谢………………………….…………………..……..………………….……...23
参考文献…………………….…………………..……..……………………….……...24
第1章绪论
1.1 筛分机发展史现状
筛分机械广泛用于矿山,冶金,化工,建材工业,筑路行业及环卫行业中,用作物料的筛分,分级,洗涤,脱介,脱水之用。
筛分机在工业上正式应用,有上百年的历史,在这过程中,有手动筛发展成机械摇动筛,共振筛,振动筛等等,由于振动筛的结构简单性能稳定,维修方便等特点,目前获得了广泛的应用。
各国对筛分技术的研究很重视,最近几年,无论在筛分机的品种规格上,还是结构强度上,或技术性能上,都有很大的发展。
下面就其发展概况做下阐述。
矿山工业中,采用大型筛分机,在管理方面比较方便,对提高企业综合经济效益比较有利。
目前大型选矿厂,选煤厂采石场的建设项目日益增多,所谓大型分筛机,设计规范中没有对它的规格范围作规定。
近年来,国内外在筛分设备的研制上也有了很大发展,特别是对-13mm难筛煤炭的筛分设备上,国内外先后开发了十几种新型筛分设备。
国外方面,德国申克公司(SCHENCK)制造了处理能力达1200t/h,烧结矿温度高达1000oC的热矿振动筛,其宽度为4m,长度为7.3m,重量达50t.更换一台筛子只需4min.申克公司制的脱水筛的宽度达4.5m.德国筛子技术公司(SIEBTECHNIK)单轴振动筛的有效宽度最大为2400mm,长度为6000mm;而双轴振动筛的有效宽度最大为5500mm,长度达11000mm.最大振幅单轴振动筛为12mm,双轴振动筛为16mm:
物料的输送速度一般为0.3--0.4m/s,也有高于这种速度的。
日本和美国的大型圆振动筛,采用双偏轴激振,用同步皮带传动,应用情况比较好。
英国阿斯特朗姆研制的旋转概率筛,利用旋转离心透筛概率原理进行分级。
西德海因、莱罗公司于70年代研制的托维尔弛张筛,采用弹性筛面筛分,筛面的振动强度可达50g,外在水分7%~10%时,分级粒度为6mm,处理能力150t,筛分效率达80%,但筛面的开孔率较低,约30%,筛面材质问题目前没有很好解决。
我国也生产制造,但工业应用较少。
日本近机工业公司研制的立式圆筒筛是利用离心力、振动力和重力的综合作用进行筛分的筛分设备。
前苏联研制的螺旋分级筛也是专用于潮湿原煤的筛分,主要筛分+13mm物料,入料粒度上限可达300~400mm。
法国布尔斯特莱因设计的等厚筛分机由于形状与香蕉相象,也叫香蕉筛,筛面第一段采用大倾角,使物料流速增大,料层等厚度筛分的一种筛分方法。
国内大型筛分机的研制及存在的问题从上世纪70年代开始,国内在大型筛分机的研制方面,做了大量工作,取得了很大成绩.中信重机在80年代引进了日本神户制钢的大型筛分机系列,其最大规格为27m2(2ZK3675,ZK3675),这种筛分机实际上是一种轻型振动筛。
双层筛2ZK3675分级能力为500--2500t/h,重量只有27t;单层筛ZK3675脱水能力达500t/h。
从设计思路分析,其以美国LOWHEND振动筛的振动器为基础,参考了德国KHD公司的USK,USL型筛子的结构特点设计的。
目前国内在制造工艺和制造手段上尚存在一些问题。
我国研制XGS22400旋转概率筛,外在水分14%时,分级粒度6mm,限下率20%~25%,处理能力150t,由于筛分精度等问题在工业应用较少。
我国生产制造的15m2ZSD1894等厚筛,外在水分7%以下,分级粒度为6mm,处理能力160t,筛分效率达70%。
国内在大型筛分机方面还有一些创新,中国矿大机电设备制造有限公司的CWS3660超静定网梁激振的大型振动筛,面积为21.6m2,脱水脱介处理达100t/h,机重为19.5t,它通过多组振动器的组合,满足了大型振动筛的大激振力的要求,网梁包容体构成了大截面几何体的激振元,提高了筛体的稳定性和整体刚度.QSL30120强力筛,面积约30m2的低频大振幅振动筛,13mm煤炭分级,处理量达500t/h,机重26t,它成功地把大型振动筛参振质量化大为小,分段组合。
目前我国大型筛分机存在的问题:
(1)大型筛分机的结构强度仍是一个值得重视的问题。
我们希望筛子的寿命能达到3--5年,目前大都是1--2年;
(2)大型筛分机的另一个值得研究的问题是减轻机器的重量,确定筛面的合理长度,即大型筛分机的优化轻型结构;(3)提高大型筛分机的制造精度,从而提高大型筛分机的制造质量,延长大型筛分机的使用寿命。
由此可知筛分技术和筛分机械可能在我国掀起应用热潮。
1.2 本论文主要内容
筛分机是矿物加工工程的重要组成部分,在煤炭、冶金、化工、建材等部门广泛应用。
在选煤行业,筛分对煤炭进行粒度分级、脱水、脱泥和脱介。
就煤炭加工而言,筛分技术和分选技术处于同等重要的地位。
筛分工艺的技术水平的高低和筛分设备性能质量的优劣,直接关系到工艺效果的好坏和生产效率的高低。
而筛分机变速箱是筛分机的核心部件,因此如何使筛分机的的性能得到最佳,当然筛分机变速箱起至关重要的作用。
如何更好设计变速箱成为最关键问题。
根据筛分机变速箱的零件图纸进行分析,并采用三维建模软件Pro/E完成筛分机变速箱的建模、装配,并进行运动仿真分析。
第2章 筛分机变速箱的零部件建模
2.1 筛分机箱体主体及轴的建模
箱体零件大部分为规则体,这也大大降低了建模的难度,箱体躯干我是采用264*220*225进行建模,图1-1为建模完成后的主体模型,建模过程如下:
图1-1箱体躯干
1.打开Pro/E5.0新建零件实体,进入零件设计窗口,点击拉伸-放置-定义,任选一个平面进行草绘,进入草绘界面,选中矩形框,绘制一个264*220的矩形,点击左下角的√,退出草绘,设定拉伸长度为225,居中拉伸。
点击确定,得到一个264*220*225的六面体。
2.对六面体进行拉伸,去除材料,去除如图1-1中的黄色区域,再选中左平面,进行拉伸,去除材料,经过多次拉伸,去除材料,绘制好后简易箱体。
3.点击拉伸-放置-定义选中第二步拉伸后的平面,点击圆心绘制圆,绘制两个直径60,69的圆,圆心距下底线90,距中心线50。
完成草绘单击√,退出草绘界面。
设置拉伸距离为穿过下一面组后,即可完成轴孔。
4.点击拉伸-放置-定义,以第三步的圆孔为参照,绘制160*50的矩形,距离上边线30,完成草绘,然后去除材料,设置拉伸深度为400。
图1-2箱体图1-3轴
5.继续去除材料,点击拉伸-放置-定义,以正方体的面为草绘平面,以左边为参照,绘制直径为13的圆形,圆心距离长边5,距离中心线70。
完成退出草绘,去除材料,拉伸深度为400。
6.旋转-放置-定义,图1-3右上角灰色区域,进入草绘界面,以两中心线为参照,绘制圆轴基本轮廓。
绘制好草绘图后,点击√退出。
旋转360。
完成旋转定义。
7.拉伸,以上面为草绘平面,绘制键槽,点击选项,设置向下拉值为3.5,完成拉伸定义。
此时完成轴的绘制。
图1-4套筒图1-5右半轴
8.旋转-放置-定义,进入草绘界面,以两中心线为参照,绘制套筒基本轮廓。
绘制好草绘图后,点击√退出。
旋转360。
完成旋转定义。
9.如图1-4所示,以左边平面为草绘平面,绘制圆孔,绘制好草绘图后,点对号退出,完成孔定义。
10.然后点击镜像命令,再选中中心基准面,将左边的圆孔镜像到右边。
然后点击镜像命令,退出即可。
2.2筛分机变速箱齿轮的建模
下面是齿轮的具体建模过程:
1.点击新建,选择零件实体建模,进入零件建模窗口,点击拉伸,进入草绘界面,绘制如图1-6所示的草绘,绘制好之后退出,设定拉伸深度为10。
图1-6草绘齿轮主体轮廓
2.点击拉伸命令,以第一步拉伸实体的上表面为草绘平面,画第一齿,之后,退出,设置拉伸高度为10。
3.点击阵列命令,以第一步拉伸实体为基础,选择轴,然后以中心轴来定义阵列中心,阵列数为100,完成阵列定义。
图1-7阵列轮齿图1-8齿轮
4.图1-8是齿轮完成之后的效果图。
下面是对过轮轴进行建模。
1.新建-零件-实体,新建一个实体,命名自己认识就行了,点击旋转命令,设置-定义,任选一个基准面,草绘图和草绘尺寸如图1-9所示。
完成草绘后点击√退出。
旋转360。
完成旋转定义。
图1-9草绘过轮轴轮廓
2.选下底面为草绘面,绘制轮齿,轮齿绘制完成后,进行拉伸操作,拉伸长度为10,完成拉伸定义。
3.对步骤2所拉伸的实体进行阵列,以轴进行阵列中心,选中步骤1中的旋转轴,阵列个数为30个,然后完成,退出阵列定义。
对后面齿轮的建模,与上述步骤都是一样的,所以只要建一次模就可以了,这里就不再详细描述了。
到此,部分建模就完成了,图1-10是变速箱的爆炸图。
图1-10变速箱爆炸图
第3章 筛分机变速箱的装配
3.1 筛分机变速箱箱体和套筒的装配
1.点击新建-组件,进入装配界面,点击右下角的装配命令,选择箱体单击标中键,导入到proe装配界面,用户定义为缺省,状态显示为完全约束,点击鼠标中键确定,完成定义。
2.点击装配,导入轴套的装配体,点击放置命令,选择轴套A1轴与变速箱A2轴,约束类型选择对齐,偏移选择重合。
图2-1箱体与套筒装配
3.点击新建约束,选择轴套Front面与装配right面,约束类型选择对齐,偏移选择重合。
此时,约束状态会显示完全约束,套筒的装配就完成了。
4.点击装配,选中文件夹中的左半轴打开左半轴,用户约束为销钉约束选中左半轴中的中心轴与轴承2的中心轴对齐约束,然后用左半轴的轴肩侧面与轴承2的侧面进行配对约束,右半轴的约束形式与左半轴的约束类型几乎完全一致,装配好组合体如下图2-2示,
图2-2套筒与左右半轴装配图2-3箱体与轴装配
5.点击装配命令,点击选中轴零件,点击确定,界面跳转到装配窗口,点中在小窗口显示元件,将另一个窗口关闭,此时界面中只有小窗口黄色零件,而主窗口里没有显示。
选中如图中的轴的中心轴线与轴承的轴线进行约束,约束类型为轴对齐,然后然后将轴的曲面与轴承的曲面进行约束,约束类型为对齐,然后约束状态为完全约束,完成确定。
如图2-3。
6.点击装配命令,点击选中轴套零件,点击确定,界面跳转到装配窗口,点中在小窗口显示元件,将另一个窗口关闭,此时界面中只有小窗口黄色零件,而主窗口里没有显示。
选中如图中的轴套中心轴线与右半轴的轴线进行约束,约束类型为对齐,然后然后将键套的基准平面与右半轴的基准平面对齐约束类型对齐,无偏移类型,状态显示为完全约束,完成确定,如图所示2-4。
7.点击装配命令,点击选中齿轮零件点击鼠标中键确定,界面跳转到装配窗口,点中在小窗口显示元件,将另一个窗口关闭,此时界面中只有小窗口有显示齿轮零件,而主窗口里没有显示。
选中如图2-5所示的两个红色基准面齿轮轴线与轴的中心轴线进行约束,约束类型为对齐,然后选择齿轮的侧面与轴的轴肩曲面进行配对,至状态为完全约束,点击确定如图2-5。
图2-4键套与轴装配图2-5齿轮与轴装配
3.3筛分机变速箱配重块的装配
下面是将配重块安装到总装配体上:
打开总装配体,点击装配,用鼠标选中配重块然后打开,把配重块的孔轴线与与飞轮上的孔轴线进行约束,约束类型为对齐,然后将飞轮的外侧面与配重块的侧面进行约束,约束类型为配对,点选确定,然后完成配重块的定义。
如图2-6至此,变速箱的装配体完成。
图2-7是变速箱的总装配图。
图2-6配重块装配图2-7总体装配图
第4章筛分机变速箱的运动仿真
4.1 定义齿轮传动
首先打开筛分机变速箱的总装配体模型,点击菜单栏上的应用程序命令,选中机构,进入机构界面。
选中如图3-1中的右击选择隐藏,然后点击右边工具栏中的齿轮命令,按住ctrl不放,鼠标点选2个齿轮,完成齿轮传动命令。
另外一边的齿轮传动定义步骤一样,然后点选中右击取消隐藏。
齿轮传动定义完成了。
在定义齿轮前,需先定义含有旋转轴的机构连接(如销钉)。
定义齿轮时,只需选定由机构连接定义出来的与齿轮本体相关的那个旋转轴即可,系统自动将产生这根轴的两个主体设定为“齿轮”(或“小齿轮”、“齿条”)和“托架”,“托架”一般就是用来安装齿轮的主体,它一般是静止的,如果系统选反了,可用“反向”按钮将齿轮与托架主体交换。
“齿轮2”或“齿条”所用轴的旋转方向是可以变更的,点定义窗口里“齿轮2”轴右侧的反向按钮就可以,点中后画面会出现一个很粗的箭头指示此轴旋转的正向。
速比定义:
在“齿轮副定义”窗口的“齿轮1”、“齿轮2”、“小齿轮”页面里,都有一个输入节圆直径的地方,可以在定义齿轮时将齿轮的实际节圆直径输入到这里。
在“属性”页面里,“齿轮比”(“齿条比”)有两种选择,一是“节圆直径”,一是“用户定义的”。
选择“节圆直径”时,D1、D2由系统自动根据前两个页面里的数值计算出来,不可改动。
选择“用户定义的”时,D1、D2需要输入,此情况下,齿轮速度比由此处输入的D1、D2确定,前两个页面里输入的节圆直径不起作用。
速度比为节圆直径比的倒数,即:
齿轮1速度/齿轮2速度=齿轮2节圆直径/齿轮1节圆直径=D2/D1。
齿条比为齿轮转一周时齿条平移的距离,齿条比选择“节圆直径”时,其数值由系统根据小齿轮的节圆数值计算出来,不可改动,选择“用户定义的”时,其数值需要输入,此情况下,小齿轮定义页面里输入的节圆直径不起作用。
图标位置:
定义齿轮后,每一个齿轮都有一个图标,以显示这里定义了一个齿轮,一条虚线把两个图标的中心连起来。
默认情况下,齿轮图标在所选连接轴的零点,图标位置也可自定义,点选一个点,图标将平移到那个点所在平面上。
图标的位置只是一视觉效果,不会对分析产生影响。
图3-1进入Pro/E“机构”界面图3-2添加齿轮副
4.2 定义伺服电机
1.伺服电动机可规定机构以特定方式运动。
伺服电动机引起在两个主体之间、单个自由度内的特定类型的运动。
伺服电动机将位置、速度或加速度指定为时间的函数,并可控制平移或旋转运动。
通过指定伺服电动机函数,如常数或线性函数,可以定义运动的轮廓。
可从多个预定义的函数中选取,也可输入自己的函数。
可在一个图元上定义任意多个伺服电动机。
如果为非连续的伺服电动机轮廓选取或定义了位置或速度函数,在进行运动或动态分析时这个伺服电动机将被忽略。
但是,可在重复组件分析中使用非连续伺服电动机轮廓。
当用图形表示非连续伺服电动机时,系统将显示信息指示非连续的点。
伺服电动机分为两种,一种是连接轴伺服电机,用于定义某一旋转轴的旋转运动,一种是几何伺服电机,用于创建复杂的运动,如螺旋运动。
连接轴伺服电机只需要选定一个事先由机构连接(如销钉)所定义的旋转轴,并设定方向即可,连接轴伺服电机可用于运动分析。
几何伺服电机需要选取从动件上的一个点/平面,并选取另一个主体上的一个点/平面作为运动的参照,并需确定运动的方向及种类,几何伺服电机不能用于运动分析。
连接轴伺服电机选取一根旋转轴,并指定方向。
电机轮廓也即是从动件的运动规律,对于平移运动,它是长度(单位:
mm)对时间的函数,对于旋转,它是角度(单位:
度)对时间的函数。
点最下方的“图形”按钮,将会以图形的方式显示出电机的轮廓,其横轴就是时间,其纵轴,就是位置或速度或加速度。
“模”定义的就是图形的形状,“规范”里定义的就是“模”所定义的图形的纵轴所代表的意义。
模有九种:
常数、斜坡、余弦、SCCA、摆线、抛物线、多项式、表、用户定义的。
规范有三种:
位置、速度、加速度。
其中模里的SCCA这一种,只能用于描述加速度(即对应的“规范”只能是加速度)。
“规范”为位置时,无需自己定义初始位置,为速度时,需定义“初始角”,为加速度时,需定义“初始角”和“初始角速度”,默认位置为当前屏幕上的位置。
点“规范”下的那个按钮,可进入“连接轴设置”窗口,对当前电机所用的连接轴进行设置。
伺服电动机定义窗口:
图3-4定义伺服电动机
由于采用齿轮传动定义伺服电机,所以只要在左右两边的齿轮各定义一个伺服电机就可以了,鼠标点击右边工具栏的伺服电机命令,弹出如图3-4所示的窗口,点选后边的传动轴,点击轮廓,范围选择速度,初始角不变,模设为常数,在A旁填写90,点击右下角的确定退出,另一边的伺服电机定义与此相同,速度都为90。
另一边的伺服电机定义完成后伺服电机的定义部分就完成了。
2.电动机速度的定义-模
电动机的模用来描述电动机的轮廓,定义模时,需选定模函数并输入函数的系数值。
对于伺机服电动机,函数中的X为时间,对于执行电动机,函数中的X为时间或选取的测量参数。
模函数一共有九种:
常数、斜坡、余弦、SCCA、摆线、抛物线、多项式、表、用户定义的。
下面先说说常数、斜坡、余弦、摆线、抛物线、多项式这六种。
常数,函数为q=A,A为一常数。
此用于需要恒定轮廓时。
斜坡,即线性,函数为q=A+B*X,A为一常数,B为斜率。
用于轮廓随时间做线性变化时。
余弦,函数为q=A*cos(360*X/T+B)+C,A为幅值,B为相位,C为偏移量。
用于轮廓呈余弦规律变化时。
摆线,函数为q=L*X/T-L*sin(2*pi*X/T)/2*pi,L为总高度,T为周期。
用于模拟凸轮轮廓输出。
抛物线,函数为q=A*X+(1/2)*B*X^2,A为线性系数,B为二次项系数。
用于模拟电动机的轨迹。
多项式,函数为q=A+B*X+C*X^2+D*X^3,A为常数,B为线性系数,C为二次项系数,D为三次项系数。
用于模拟一般的电动机轨迹。
电动机的模:
SCCA
此函数只能用于加速度伺服电机,不能用于执行电机。
它用来模拟凸轮轮廓输出。
它称做“正弦-常数-余弦-加速度”运动,缩写为SCCA。
它一共有五个参数:
A=渐增加速度归一化时间部分
B=恒定加速度归一化时间部分
C=递减加速度的归一化时间部分
H=幅值
T=周期
其中A+B+C=1,用户必须提供A和B
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