proe的齒輪減速器可視化設(shè)計(jì)

2013-07-19 by:ProE/Croe培訓(xùn)中心來源:仿真在線

計(jì)算機(jī)可視化動(dòng)態(tài)模擬是近幾年發(fā)展起來的一門新型學(xué)科。針對(duì)某一研究項(xiàng)目,用戶根據(jù)某些初始條件和理論分析建立相關(guān)的數(shù)學(xué)模型,運(yùn)用計(jì)算機(jī)這一先進(jìn)工具編制相應(yīng)的軟件,模擬其真實(shí)的運(yùn)動(dòng)情況。通過模擬數(shù)據(jù)結(jié)果對(duì)照已有的真實(shí)試驗(yàn)測試結(jié)果,可以驗(yàn)證該動(dòng)態(tài)模擬基于的數(shù)學(xué)模型建立得是否正確;并且即而推廣到尚無真實(shí)試驗(yàn)結(jié)果的未知領(lǐng)域,通過動(dòng)態(tài)模擬得到所需的數(shù)據(jù)或結(jié)論。
    proe是美國參數(shù)化技術(shù)公司(PTC)開發(fā)的通用CAD軟件,該軟件集三維模型設(shè)計(jì)、加工、分析及繪圖功能于一體,有強(qiáng)大的二次開發(fā)能力和第三方軟件支持。proe以特征為設(shè)計(jì)單位,設(shè)計(jì)過程中,除了充分掌握設(shè)計(jì)思想外,還指導(dǎo)人了實(shí)際的制造思想。Pro/Toolkit是PTC為proe軟件提供的用戶化工具箱。該工具箱為用戶程序或軟件第三方程序提供了與proe的無縫連接。用戶程序或第三方程序是用C語言編寫的。Pro/Toolkit提供了1個(gè)C的函數(shù)厙,該函數(shù)庫能夠使用戶或第三方的應(yīng)用程序以一種可控制的,安全的方式訪問proe的數(shù)據(jù)庫和應(yīng)用。
    減速器是一種用途十分廣泛且比較典型的機(jī)械裝置,目前國內(nèi)雖然有了對(duì)減速器的齒輪和軸的可視化設(shè)計(jì),但是對(duì)于完整的減速器的可視化設(shè)計(jì)還處于空白,如果能將整體的設(shè)計(jì)完全實(shí)現(xiàn)參數(shù)化、可視化,那么可以縮短產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計(jì)時(shí)間和節(jié)約可觀的設(shè)計(jì)資金,具有重要的設(shè)計(jì)和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。
    1 齒輪減速器的可視化設(shè)計(jì)原理
    本設(shè)計(jì)基于proe便于交互及強(qiáng)大的二維、三維繪圖功能,采用Top-Down自頂向下設(shè)計(jì)思想,先確定總體思路、設(shè)計(jì)總體布局,然后設(shè)置零部件,最后完成一個(gè)完整的設(shè)計(jì)。利用
    Program模塊實(shí)現(xiàn)裝配中零部件的自動(dòng)裝配、自動(dòng)替換和零部件的自動(dòng)抑制等功能,包括軸的強(qiáng)度計(jì)算、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、工作圖繪制一體化。
    齒輪減速器的體積、重量及其承載能力主要取決于傳動(dòng)參數(shù)的選擇,設(shè)計(jì)問題一般是在給定傳動(dòng)比和輸入轉(zhuǎn)矩的情況下,確定各輪的齒數(shù),模數(shù)和齒寬等參數(shù)。在選擇設(shè)計(jì)參數(shù)時(shí)采用了很多設(shè)計(jì)方法,如優(yōu)化設(shè)計(jì)、模糊設(shè)計(jì)和可靠設(shè)計(jì)等。其中優(yōu)化設(shè)計(jì)采用proe自帶的模塊,利用有限元分析簡化模型,模擬真實(shí)環(huán)境中的工作狀況,對(duì)元件進(jìn)行應(yīng)力分析和變形計(jì)算,通過指定設(shè)計(jì)參數(shù),并借助優(yōu)化分析為模型尋求到最佳參數(shù)。當(dāng)基本的參數(shù)設(shè)計(jì)完成以后,出現(xiàn)一個(gè)完整的減速器特征模型,就開始進(jìn)入到可視化設(shè)計(jì)。
    減速器作為獨(dú)立的驅(qū)動(dòng)元部件,由于應(yīng)用范圍極廣,其產(chǎn)品必須按系列化進(jìn)行設(shè)計(jì),以便于制造和滿足不同行業(yè)的選用要求。針對(duì)其輸人功率和傳動(dòng)比的不同組合,可獲得相應(yīng)的__減速器系列。在以往的人工設(shè)計(jì)過程中,在圖紙上盡管能實(shí)現(xiàn)同一機(jī)座不同規(guī)格的部分系列表示,但其圖形受到極大限制。采用proe的Pro/Toolkit二次開發(fā)工具來實(shí)現(xiàn)這一過程,不僅能完善上述工作,使設(shè)計(jì)完全可視化,方便設(shè)計(jì)操作,而且使系列產(chǎn)品的技術(shù)數(shù)據(jù)庫,圖形庫的建立、查詢成為可能,使設(shè)計(jì)速度加快。
    以張家口煤礦機(jī)械廠自行研制設(shè)計(jì)生產(chǎn),用于刮板運(yùn)輸機(jī)的減速器為例。對(duì)于其可視化設(shè)計(jì)的主要設(shè)計(jì)方案是:通過對(duì)Pro/Toolkit開發(fā)工具包的研究和分析,提出基于三維模型的用戶定義參數(shù)、用戶定義特征和特征約束符號(hào)三種參數(shù)化設(shè)計(jì)方法,解決程序設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵技術(shù)。在vC++的集成開發(fā)環(huán)境,使用MFC進(jìn)行proe應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)和創(chuàng)建,實(shí)現(xiàn)交互界面的可視化設(shè)計(jì)。

2 齒輪減速器可視化設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)
    第一步,利用UI對(duì)話框技術(shù),在Pro/Toolkit應(yīng)用程序中設(shè)計(jì)出風(fēng)格與proe系統(tǒng)本身具有的對(duì)話框類似的人機(jī)交換界面。UI對(duì)話框的設(shè)計(jì)主要涉及兩個(gè)方面:一是按界面的布局編寫資源文件;二是針對(duì)UI對(duì)話框的功能編寫相應(yīng)的控制程序。不足之處是用文本文件的形式定義對(duì)話框不能直觀的反映界面的布局,設(shè)計(jì)、修改和調(diào)試都比較困難,所以我們采用MFC(Microsoft Foundation Class)來設(shè)計(jì)對(duì)話框的編程技術(shù)。MFC是Visual c++程序的一個(gè)重要軟件資源,使用MFC可以充分利用Visual c++開發(fā)環(huán)境提供的先進(jìn)技術(shù)工具,實(shí)現(xiàn)程序界面的可視化設(shè)計(jì)。創(chuàng)建對(duì)話框的一般步驟如下:
    (1)應(yīng)用程序向?qū)ppWizard創(chuàng)建Pro/Toolkit應(yīng)用程序基本框架。
    (2)在由AppWizard創(chuàng)建的且與工程文件名同名的CPP文件中添加user_initializ()和user_terminate()函數(shù)。因?yàn)樾枰ㄟ^proe的菜單項(xiàng)啟動(dòng)對(duì)話框,在user_initializ()添加菜單定義和菜單動(dòng)作函數(shù)設(shè)置。
    (3)創(chuàng)建對(duì)話框。使用Developer Studio的對(duì)話框編輯器可以實(shí)現(xiàn)對(duì)話框的可視化設(shè)計(jì)。
    (4)用ClassWizard創(chuàng)建對(duì)話框類,自動(dòng)生成Cdialog派生類定義的頭文件和相應(yīng)的實(shí)現(xiàn)文件。
    (5)創(chuàng)建和顯示對(duì)話框,其程序代碼在菜單動(dòng)作函數(shù)中設(shè)計(jì)。
    (6)生成Pro/Toolkit應(yīng)用程序。
    第二步,用交互方式創(chuàng)建三維模型。在已創(chuàng)建的減速器零件三維模型基礎(chǔ)上,再利用proe的參數(shù)功能建立設(shè)計(jì)參數(shù).也就是進(jìn)一步根據(jù)零件的設(shè)計(jì)要求建立一組可以完全控制-三互備用,大大提高了提升機(jī)電控系統(tǒng)的安全可靠性。
    2.1 系統(tǒng)中動(dòng)力制動(dòng)組成原理
    系統(tǒng)動(dòng)力制動(dòng)采用西門子6RA70來實(shí)現(xiàn),在動(dòng)力制動(dòng)投入時(shí),其作為一個(gè)可調(diào)直流電源,受PIE控制產(chǎn)生制動(dòng)電流。6RA70的輸入輸出端子可以自由定義和使用。根據(jù)異步電動(dòng)機(jī)定子三相接入兩相直流電的方式不同,可以有五種動(dòng)力制動(dòng)連接方式,但是兩相直接接入方式接線最為簡單,應(yīng)用最多。動(dòng)力制動(dòng)的雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)與常規(guī)的直流調(diào)速系統(tǒng)不同。速度給定信號(hào)由PLC根據(jù)行程計(jì)算得到,實(shí)際速度由編碼器脈沖運(yùn)算得到。當(dāng)實(shí)際速度大于給定速度時(shí),速度調(diào)節(jié)器輸出正值,6RA70有直流輸出,起到了直流制動(dòng)的目的;而實(shí)際速度小于給定速度時(shí),速度調(diào)節(jié)器輸出為零,6RA70沒有直流輸出,異步電動(dòng)機(jī)在慣性或位勢性負(fù)載作用下加速。
    動(dòng)力制動(dòng)主要用于減速和動(dòng)力制動(dòng)下放重物的情況下。動(dòng)力制動(dòng)減速是根據(jù)計(jì)算的行程,在到達(dá)減速點(diǎn)以后,根據(jù)實(shí)際速度和給定速度偏差,來調(diào)節(jié)制動(dòng)電流。動(dòng)力制動(dòng)下放重物是利用重物下放過程中定子兩相通入的直流電與旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子相互切割而產(chǎn)生制動(dòng)力矩和負(fù)載力矩的不同關(guān)系來實(shí)現(xiàn)不同的運(yùn)行狀況。為了保證系統(tǒng)運(yùn)行的安全可靠,在運(yùn)行時(shí),同時(shí)投入液壓站閘的速度閉環(huán),即在實(shí)際速度比給定速度大時(shí),液壓部分也輔助參與到減速過程中來。6RA70軟件中采用速度和電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。速度偏差經(jīng)PI調(diào)節(jié)得到電流給定,電流給定和實(shí)際電流比較,偏差經(jīng)PI調(diào)節(jié)產(chǎn)生觸發(fā)控制角度,控制晶閘管輸出不同的直流電壓。另外,轉(zhuǎn)矩和電流都可以進(jìn)行限幅。勵(lì)磁部分由勵(lì)磁電流閉環(huán)部分來獨(dú)立實(shí)現(xiàn)。

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