基于ProE动态循环污水光催化处理装置虚拟样机的设计

基于Pro/E的动态循环污水光催化处理装置虚拟样机的设计1桂伟（湖北工业大学商贸学院，湖北武汉，430079）摘要：动态循环污水光催化处理装置是一个用于污水动态循环处理的实验装置。本文以Pro/ENGINEER软件为平台，首先利用软件的参数化特征建模功能，完成了装置所有零件的三维建模，得到了直齿圆柱齿轮、输出轴、搅拌轴、电机、水泵、阀、箱体、轴承等零件的三维实体模型；其次，利用软件的虚拟装配功能完成了该装置的虚拟装配，得到了该装置的虚拟样机。关键词：动态循环；参数化；虚拟样机中图分类号：TH122文献标识码：ADesignofthevirtualprototypeofthedynamiccyclingsewagephotocatalytictreatmentdevicebasedonPro/EGUIWei（SchoolOfBusiness，HubeiUniversityOfTechnology，Wuhan，430079，China）Abstract:Thedynamicrecyclingsewagephotocatalyticreactorisanexperimentdevicefordynamicrecyclingsewage.WithPro/Engineersoftwareasadesignplatform,thispaperFirstcompletedthedynamiccircularsewagephotocatalyticprocessingequipmentofalltheparts3Dmodeling,obtainedthespurgears,outputshaft,stirringshaft,motors,pumps,valves,body,bearingcomponentsofthethree-dimensionalentitymodelwithsoftwareparametricfeaturemodelingfunctions;Secondly,completedthedeviceofvirtualassembly,gotthisvirtualprototypeofthedevicewiththevirtualassemblyfunction.Keywords：Dynamiccycling；Parametric；Virtualprototypeofthedevice1引言虚拟样机的设计制造技术是对机械系统传统设计技术的改造，它是一种利用计算机技术将机械系统设计的全过程实现数字化，在虚拟的条件下，对机械系统的装置进行三维建模设计、虚拟装配及运动仿真分析的新技术[1]。利用虚拟设计制造技术进行机械系统的设计与开发与机械系统传统的设计方法根本的区别在于机械系统设计的全部过程都是在计算机的虚拟环境下进行的，利用存储在计算机内部的数字化模型——虚拟样机来代替物理样机进行仿真分析可以减少传统设计方法中制造物理样机所需要的人力、物力、财力及时间，灵活快速解决研制过程中出现的各种问题，提高研制的质量，降低研制成本，缩短研制周期，达到全局优化设计和一次性研制成功的目的[2-5]。因此，虚拟样机设计技术在机械系统的研制开发过程中发挥了十分重要的作用。2动态循环污水光催化处理装置零件的三维建模2.1虚拟样机零件三维建模的基本步骤动态循环污水光催化处理装置的零件和选取的标准零件大大小小有几十个之多，主要包括直齿圆柱齿轮、输出轴、搅拌轴、电机、水泵、阀、箱体、轴承等，基于Pro/ENGINEER的零件三维建模的过程和方法与步骤都基本相同，主要有以下几个步骤：（1）分析零件的湖北省省级环保科技项目，项目编号：鄂财建发[2007]86号，项目名称：细菌矿化纳米针铁矿治理地下水污染研究作者简介：桂伟（1980－），男，湖北黄冈人，汉族，湖北工业大学商贸学院讲师、硕士。主要研究方向:机电一体化系统设计。二维图。（2）选择零件三维实体建模的主要方法。（3）根据不同的零件，草绘每个特征的二维图，然后进行拉伸（Extrude）、旋转（Revolve）、扫描以及混合等主要特征操作以完成零件主体的三维实体建模。（4）在零件主体模型上进行其它相关的辅助特征操作，使零件模型完整[6-7]。本文只对轴、齿轮类三维建模的特点及过程进行简单的阐述。2.2轴类零件的三维建模本装置设计的输出轴和搅拌轴的结构都较为简单，在Pro/E中可采用旋转特征建模。首先在草绘平面中草绘出旋转特征的二维图，再通过旋转生成轴的主体，然后在该轴上进行倒圆角、开键槽以及螺纹剪切等操作，生成的三维实体模型。2.3齿轮类零件的三维建模在创建参数化齿轮模型时，首先创建参数，然后创建组成齿轮的基本曲线，最后创建齿轮模型，通过在齿轮的各个参数间引入关系使齿轮模型具有参数化设计的特点。后续再进行齿廓型面特征、轮齿阵列特征、轴孔和键槽修饰特征后，即可完成齿轮的三维模型。3虚拟样机的装配3.1虚拟样机搅拌轴及输出轴的组件装配组件的装配是整机装配的基础，进行组件装配时，合理选取第一个装配零件尤为重要。通常情况下，第一个装配零件应满足如下两个条件：该零件是整个装配体模型中最为关键的零件；设计者在以后的设计中不会删除该零件。组件装配的一般步骤如下[8-9]：（1）根据零件的装配关系制定一个零件装配的排序；（2）建立一个装配体文件（.asm），进入零件装配模式；（3）调入第一个零件模型；（4）调入其他与装配体有关的零件模型或下一级子装配体（下一级组件）；（5）分析零件之间的装配关系，并建立零件之间的装配关系；（6）重复步骤（3）～（4），直到完成所有零件装配。输出轴上的大齿轮、键、轴端挡圈与输出轴之间没有相对的转动，因此按照Pro/E虚拟装配的方法与步骤在进行输出轴组件装配时可以采用无连接接口的约束。搅拌轴上的插槽框组件，小齿轮、键、轴承内圈、螺母及垫圈与搅拌轴之间没有相对的转动，因此在进行搅拌轴组件装配时也可以采用无连接接口的约束，尽管搅拌轴与轴套筒之间存在相对转动，但是在进行装配时可看成不相对转动，这样有利于简化装配。3.2虚拟样机主体的装配动态循环污水光催化处理装置虚拟样机的主体装配主要是输出轴组件、搅拌轴组件与箱体之间的装配。输出轴组件、搅拌轴组件与箱体之间的装配采用有连接接口的销钉约束，这样输出轴组件、搅拌轴组件与箱体之间有一定的自由度，组件与箱体之间可以做相对转动。虚拟样机的其它部分，为了便于整体装配，在不影响结构功能的条件下，可以先把几个局部零件组装成一个组件，然后再把这些组件组合在一起形成虚拟样机的主体结构。3.3虚拟样机整体的装配按照虚拟样机组件装配的方法与步骤，可以完成虚拟样机其它组件如水泵组件、空压机组件、调节阀组件等的装配。参照虚拟样机主体装配的一般方法与步骤，把虚拟样机的主体以及外围循环系统组件装配在一起，就完成了动态循环污水光催化处理装置虚拟样机整体的装配，如图1所示。图1虚拟样机整体装配图4结束语动态循环污水光催化处理装置的虚拟样机的设计，大大节省了物理样机试制时需要的资源。虚拟样机在装配时可以发现并解决大部分的装配问题，与此同时也可以改进产品的性能跳过了试制这个耗时的环节，这使得动态循环污水光催化处理装置实验样机的开发周期大大缩短，更加有利于产品的开发和研制，并且使得设计出来的产品是可装配的。参考文献：[1]S.C.Chen，N.T.Chen，K.S.HsuandK.E.Hsu.StudyofPolymerMeltFlowinSequentialInjectionMoldingProcess[J]，AICHEJournal,1996，42(6):1706-1717.[2]DongHK，KyungA.Moldingofhollowformationanditsdynamicsinliquidgas-assistedinjectionmoldingProcess.Korea-Australiarheologyjournal，2004，16:27-33[3]陈定方，罗亚波.虚拟设计[M].北京：机械工业出版社，2004：108-111.[4]JosefAdolfsson，AmosNg，PetterOlofsgard，etal.Designandsimulationofcomponent-basemanufaeturingmaehinesystems[J].Mechatronics，2002（12）：1239-1258.[5]谭雪松，甘露萍，张黎骅.Pro/ENGINEERWildfire中文版基础教程[M].北京：人民邮电出版社，2005：5-442.[6]张爱梅.基于机械产品开发的现代设计技术[J].机电产品开发与创新，2009，22(4)：35-36.[7]李粤，张永波．虚拟样机技术的内涵及其在机械产品开发中的实现[J].华南热带农业大学学报，2006，12（1）：65-68.[8]牛国栋，张士新．虚拟样机技术在农业机械产品开发中的应用[J].2008（1）：157-159.[9]薛东彬．基于Pro/Ewildfire2.0的路面切缝机虚拟样机与运动仿真[J].机械设计与制造，2007（10）：43-44.