proe的電梯虛擬設(shè)計方法

2013-07-25 by:廣州ProE/Creo培訓(xùn)中心來源:仿真在線

proe的電梯虛擬設(shè)計方法

0 引言

隨著改革開放的深人和中國加人世貿(mào)組織后市場的進(jìn)一步開放,國內(nèi)的電梯企業(yè)數(shù)量增多,我們將其分為合資企業(yè)和民族企業(yè)兩種類型。從權(quán)威機(jī)構(gòu)的統(tǒng)計資料中發(fā)現(xiàn),合資企業(yè)的產(chǎn)品占據(jù)了電梯市場80%的份額,而國內(nèi)的民族企業(yè)的市場占有率卻很低。仔細(xì)地回顧一下中國電梯企業(yè)走過的路程,我們?nèi)菀渍业絾栴}的答案。由于中國電梯工業(yè)是在合資的大背景下發(fā)展起來,自主研發(fā)能力和創(chuàng)新能力嚴(yán)重不足,因此,發(fā)展緩慢,規(guī)模較小,結(jié)果就是品牌競爭力很弱,失去了市場。因此,電梯設(shè)計方法的創(chuàng)新將是我國民族電梯企業(yè)尤其是中小企業(yè)借鑒先進(jìn)設(shè)計經(jīng)驗(yàn),追趕世界先進(jìn)電梯企業(yè),增強(qiáng)市場競爭力的必經(jīng)之路。

1 虛擬樣機(jī)技術(shù)

虛擬樣機(jī)技術(shù)是隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展而迅速發(fā)展起來的一項(xiàng)計算機(jī)輔助工程技術(shù),虛擬樣機(jī)技術(shù)融合了許多相關(guān)技術(shù),包括三維CAD建模技術(shù)、有限元分析技術(shù)、機(jī)電液控制技術(shù)、最優(yōu)化技術(shù)等相關(guān)技術(shù)。

電梯作為一特種設(shè)備,工作環(huán)境特殊,結(jié)構(gòu)復(fù)雜,安全性要求高,設(shè)計過程中運(yùn)動機(jī)構(gòu)的空間干涉問題歷來都是令機(jī)械設(shè)計工程師深感頭疼的事。按傳統(tǒng)設(shè)計模式,設(shè)計人員在一些細(xì)節(jié)問題上耗費(fèi)了很大精力,設(shè)計效率很低。而有些錯誤還是具有很強(qiáng)的隱蔽性,這都給中小企業(yè)的設(shè)計開發(fā)工作帶來了很大的難度,而將虛擬樣機(jī)技術(shù)運(yùn)用到電梯開發(fā)過程,在概念設(shè)計階段就可以對整個電梯系統(tǒng)進(jìn)行完整的分析,可以觀察并試驗(yàn)各組成部分的相互運(yùn)動情況,使用系統(tǒng)仿真軟件在各種虛擬環(huán)境中真實(shí)地模擬電梯各系統(tǒng)的運(yùn)動,又可以在計算機(jī)上進(jìn)行設(shè)計的優(yōu)化工作,方便地修改設(shè)計缺陷,仿真試驗(yàn)不同的設(shè)計方案,對整個系統(tǒng)進(jìn)行不斷的改進(jìn),不僅可以避免電梯傳統(tǒng)設(shè)計中存在的問題,更重要的是可以確保產(chǎn)品的質(zhì)量,為提高企業(yè)的市場競爭力提供了非常有力的保證。

2 proe在電梯虛擬設(shè)計中的應(yīng)用

針對電梯產(chǎn)品設(shè)計過程中的特點(diǎn),本文提出proe環(huán)境下電梯虛擬設(shè)計的方法,使整個設(shè)計過程在電腦虛擬環(huán)境中完成。

2.1 創(chuàng)建零件的三維實(shí)體模型

電梯設(shè)計一般流程:根據(jù)產(chǎn)品需求確定總體方案,然后進(jìn)行零件設(shè)計,最后裝配,檢查組件之間的干涉情況,再次修改前期設(shè)計,直到設(shè)計滿足要求。在proe中任何復(fù)雜的機(jī)械零件,都可以看成是一些簡單的特征經(jīng)過相互的疊加組合而成。零件的建模過程,實(shí)際上就是許多簡單特征的相互組合的過程。電梯中的零件有:軸、帶輪、軸承、端蓋、箱體,梁,鈑金件等。要根據(jù)它們的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),選擇不同的建模方法。生成一個零件的方法也有多種。在實(shí)際設(shè)計時,要考慮到設(shè)計變量的設(shè)定合理性及修改方便等方面因素選定合理的建模方法。

建模過程:①繪制二維草繪設(shè)計圖,靈活選用標(biāo)注和約束參照;②使用拉伸、旋轉(zhuǎn)、掃描混合、復(fù)制以及陣列等方法創(chuàng)建基礎(chǔ)實(shí)體特征;③在基礎(chǔ)實(shí)體特征上添加軸孔、鍵槽、倒角等修飾特征。

上述草圖繪制最關(guān)鍵,關(guān)系到生成模型的正確性,草圖繪制通常遵循:一是以Sketch指令繪制所需草圖;二是以Dimension指令標(biāo)示所要的尺寸,或是使用幾何條件幫助定義草圖的幾何參數(shù);三是Regenerate。這是必經(jīng)的計算過程,proe會以你所標(biāo)示與定義的幾何條件判斷草圖的幾何參數(shù)是否完全定義妥當(dāng),而不管是否有成功的定義,皆可以用SAVE指令加以存儲;四是若有需要還可以加人Relation(數(shù)學(xué)關(guān)系式),以便定義相互關(guān)聯(lián)尺寸之間的函數(shù)關(guān)系;或用Modify指令修改草圖的尺寸;以Modify修正的尺寸會以白色顯示,這時候一定要以Regenerate指令對草圖重生成,才可以看到更新后的形狀。

圖1所示為轎架下梁草繪截面,按照設(shè)計要求進(jìn)行了尺寸標(biāo)注,添加了各種約束,如左右對稱,倒角半徑相等。使用拉伸命令即可完成實(shí)體建模。有些復(fù)雜的零件需要多個特征組合,那就要有多次草繪。

按照上述的建模方式建立所有零件的實(shí)體模型后,設(shè)計的合理性如何進(jìn)行檢驗(yàn)的問題成為下一步要考慮的問題。和傳統(tǒng)設(shè)計中的樣機(jī)試制不同,我們采用虛擬裝配,建立虛擬樣機(jī)進(jìn)行零部件干涉等設(shè)計檢驗(yàn)和計算零件質(zhì)量、體積、慣性矩等特性分析。

2.2 建立電梯的三維裝配模型

轎架轎廂是電梯重要部分,是乘客的主要承載裝置,轎架和轎廂的設(shè)計十分重要。下面以轎架為例,簡要介紹proe環(huán)境下裝配過程:①在菜單欄中執(zhí)行File--New命令。在彈出的New對話框中選擇Type欄中的Assembly單選框和Sub-type欄中的Design單選框,并在Name輸人框中填寫文件名jiaojiazhuangpei,最后單擊OK按鈕確認(rèn),即可開始零件裝配;②調(diào)人下梁零件。執(zhí)行菜單管理器中的Component--Assembly命令,在Open對話框中選取前面創(chuàng)建的轎架下梁,單擊Open按鈕,調(diào)入裝配窗口。添加第二個下梁,并進(jìn)行定位。調(diào)入操作方法和上步相同。在Component Placement對話框中的Constraint Type欄下選取Mate項(xiàng)。分別選取兩個零件頂面平面,偏距值220。再新建兩個Align約束,分別選取兩零件的端面和和側(cè)面作為定位面,偏距為0,添加三個約束后顯示完全約束,完成如圖2;③調(diào)入轎架立柱。選取下梁和立柱上對應(yīng)的孔建立兩個Align約束,選立柱的側(cè)面和下梁的頂面建立mate約束,同樣的方法添加另一個立柱,完成本步驟如圖3所示;④添加轎架上梁;⑤至此轎架基本組件已經(jīng)裝配完成,還有轎廂托架沒有裝配,因?yàn)檗I廂托架由很多小零件組裝而成,如果把這些零件直接進(jìn)行裝配,顯然不很方便,我們先把它們裝配成托架部件,作為一個組件裝配到轎架上,裝配完成如圖5所示;⑥將托架裝配到轎架裝配體上。分別選擇托架組件上的兩個孔和下梁上相應(yīng)的兩個孔建立Align約束,然后選擇托架底面和下梁與其接觸的表面建立Mate約束,只需要三個約束就將托架在轎架的位置完全確定,如圖6所示。這種裝配方法所需的定位約束數(shù)量減少了,工作量也減輕。在裝配模型的建立過程中,這種裝配思想用的很多,具有實(shí)用價值。

同樣的方式建立轎廂的裝配模型,然后將轎廂作為元件裝到轎架上,同時添加其他零件到裝配模型中,如導(dǎo)軌和導(dǎo)靴等,依據(jù)總裝配模型,進(jìn)行元件之間的干涉檢驗(yàn),以及設(shè)計的合理性檢驗(yàn)和設(shè)計修改。

2.3 生成電梯零件的工程圖

經(jīng)過檢驗(yàn)和修改之后,三維模型可以導(dǎo)人數(shù)控機(jī)床,直接進(jìn)行加工,但是本課題研究對象是國內(nèi)中小電梯企業(yè),這些企業(yè)一般不具備這樣的工藝水平,所以將三維模型轉(zhuǎn)化成二維工程圖還是很有實(shí)際意義。proe工程圖配置和模板制定是一項(xiàng)基礎(chǔ)工作,只有做好了,才能充分地發(fā)揮proe的優(yōu)勢提高工作效率。

工程圖創(chuàng)建過程:①通過新建一個工程圖文件,進(jìn)人工程圖模塊環(huán)境。輸人文件名稱,選擇默認(rèn)模型、根據(jù)需要調(diào)用保存的設(shè)置文件;②創(chuàng)建視圖,添加主視圖;添加主視圖的投影圖;如有必要,需添加詳視圖、輔助視圖等;利用視圖移動命令,調(diào)整視圖的位置;設(shè)置視圖的顯示模式,如視圖中的不可見的孔,可進(jìn)行消隱或用虛線顯示;③尺寸標(biāo)注,顯示模型尺寸,將多余的尺寸拭除;添加必要的草繪尺寸。添加尺寸公差;創(chuàng)建基準(zhǔn),進(jìn)行幾何公差標(biāo)注;標(biāo)注表面粗糙度等。

二維工程圖是由不同類型的視圖和截面組成的,視圖的布局與選型非常重要,往往需要工程技術(shù)人員有良好的繪圖基礎(chǔ)和經(jīng)驗(yàn)技巧。視圖創(chuàng)建完成后,為了改善視圖的質(zhì)量或顯示效果等,需要對視圖進(jìn)行編輯和修改,這部分工作從某種意義上說比創(chuàng)建視圖更重要。其中包括改變視圖位置、改變視圖屬性和繪圖顯示等操作。

工程圖生成之后,再由專門的圖紙審查人員進(jìn)行校核,發(fā)現(xiàn)設(shè)計上問題及時反饋給設(shè)計人員,返回零件模型中修改,將模型重生成之后,工程圖就同步更新,相比傳統(tǒng)的設(shè)計方法效率提高很多。檢查無誤的圖紙通過打印設(shè)備打印之后就可以用于實(shí)際生產(chǎn)了。至此電梯在proe環(huán)境下的虛擬設(shè)計基本完成。

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