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三维手拉葫芦CAD应用开发研究

文章出处:未知责任编辑:dshrine人气:发表时间:2017-06-29 08:58【
手拉葫芦/环链电动葫芦产品CAD系统的研究开发,您了解吗?

摘 要:手拉葫芦/环链电动葫芦产品CAD系统的研究开发在国内属于空白领域。文章提出了CAD系统的开发原则和总体框架结构设计形式,论述了CAD系统的方案设计、分析计算、三维零部件造型和模拟装配干涉校验等各个功能模块的内容.基于以上内容完成了CAD系统的开发。 CAD系统在行业的应用中取得了较好的技术经济效益。

关键词:手拉葫芦; 环链电动葫芦

手拉倒链/电动环链葫芦属于小型机电产品,在欧、美发达国家,生产公司的设计与制造技术在以计算机技术的依托下,比传统方式有了较大的发展变革,从设计到制造已实现了CAD/CAM一体化。如德国的Mannes-mann Dematic股份有限公司,生产“ DEMAG”牌起重工具和设备;STAHL公司,生产各种类型的环链电动葫芦电动。这几家在国际起重工具行业是较有名气的公司,其技术特点是产品的设计制造周期短、成本低及质量高。对有特殊要求的用户,能根据用户要求,快速优质地设计出单件小批量特殊用途的产品,所有这一切都是和计算机辅助设计、制造技术的应用及不断发展完善分不开的。

据调查,国内此类行业的计算机辅助设计制造水平较国际上是相对落后的,在CAD/CAM技术方面起步较晚,多数生产厂,设计制造技术沿用着传统的经验设计模式,少数条件好的企业已能在利用AutoCAD计算机绘图上有所进展,已经处于“甩图板”的阶段。因此,以计算机技术应用下的产品设计技术与制造技术的发展势在必行。

1    手拉葫芦/环链电动葫芦CAD系统的总体设计原则

从CAD技术的含义来看,CAD系统应能使使用者和计算机有机地交互结合,针对要解决的问题,构成一个组合形式。在这种形式下,使用者能充分发挥自己的专业知识及创造性思维,优化解决工程设计问题。

手拉葫芦/环链电动葫芦CAD系统建立的构想是:面向起重葫芦对象进行产品的系列化和局部零部件的变形设计、零部件的三维和二维设计以及模具设计等。在计算机硬件及CAD系统软件的支持下,发挥技术人员的专业技能及创造性,缩短设计周期,加快产品的产出节奏,以提高产品质量,降低成本,赢得市场。

在以上构想基础上,根据与专业技术人员的交流研究, 手拉葫芦/环链电动葫芦CAD系统的开发过程中,具体遵循以下几个原则:

(1)    实用性原则

紧密结合专业厂的实际产品和生产实际,即能为企业今后的技术进步打下高起点的基础,又能使应用厂家能便利地应用,改革以往技术工作模式。

(2)    先进性原则

CAD系统的建立应尽量以行业内技术领先的思想作指导,不仅要从“甩图板”的角度改变技术设计工作模式,而且应从技术设计工作的形式和内容上变革。

(3)    便利性原则 

从各种典型的应用广泛的软件开发及发展趋势来看,软件系统的建立应便利于使用者的应用。使应用人员不致于因计算机应用的技术技巧问题而造成技术设计工作受到阻碍。

(4)    可持续发展原则

手拉葫芦/环链电动葫芦CAD系统的建立,在专业技术的内容上不仅能继承保留应用厂家
原有的技术成分和信息,而且又能在原有技术基础上对产品进行技术变革发展,这种继承式的发展能充分发挥企业原有产品的技术优势。

2    CAD系统的总体框架结构

2.1    总体框架结构

构造CAD系统的总体框架结构应基于两个出发点:① CAD系统中应尽可能完整地包含专业技术设计工作的各方面内容及功能需求。②构造的总体软件系统结构尽量合理并符合总体设计原则。

2.2    主控模块应用流程

CAD系统由主控程序控制,在windows操作系统下,用运行方式或桌面快捷方式在系统界面背景下激活主菜单。在主菜单状态下,用户可以进行各个菜单选择操作。

CAD系统的使用流程根据工程设计人员工作目的而定,可以按照常规的工程设计流程模式进
行。比如,现有系列产品的常规设计,其流程形式为:系统设计→方案设计→常规设计→选择吨位系列→选择设计对象←→参数化设计或分析计算→形成目标文件→用文件管理功能目标存档→返回主菜单。

也可以进行现有系列基础上的类比设计,其流程形式为:系统设计→方案设计→变形设计→选择设计目标→选择设计内容→目标文件存档→返回主菜单。

除按常规设计模式流程外,由于CAD系统的建立是各功能模块组成的模块化构造形式,因而用户也可便利地进行有关局部问题的分析处理。

3    CAD系统的主、子菜单

CAD系统的浮动主菜单中包括:

(1)    产品设计

(2)    产品设计共分三级子菜单,其一级下拉菜单的项目内容有:方案设计、造型设计、零
部件设计和手拉零部件的装配。

(2)分析计算

可以进行基本的设计计算。

(3)    模具设计 包含有以下子菜单项:工件信息、工艺方案、排样优化、工艺计算和结构设计等,模具零件库下包含落料、冲孔、拉伸模及切槽模具零件库。包含有直壁回转件、非直壁回转件、盆型件及少数不规则形状件。以上内容构成CAD系统的模具设计子框架。

(4)零件总览 此菜单中包含手拉葫芦线性结构零件库和环链电动葫芦树状结构零件库。
(5)模拟装配 在建立了零件库及参数化零件实体模型库的基础上,利用CAD系统可以进行零部件的装配。

另外,在帮助模块中建立了关于手拉葫芦/环链电动葫芦CAD系统以及各个功能模块的在线帮助,为用户简明介绍软件的功能及使用方法。

4    CAD系统中主要模块的功能

4.1    方案设计模块

方案设计模块中,包含基于方案设计的常规设计和变形设计子模块,这2个子模块功能构成了方案设计的主体功能。

常规设计子模块中包含有手拉葫芦的8个吨位系列产品的性能参数和一些主要零件的参数化图库。用户可以通过对话框进行信息浏览或数据更新。

常规设计子模块的功能即体现了CAD系统对原有设计技术的继承,也为新系列产品设计或变形设计打下基础。

变形设计子模块是方案设计的主要模块。用户可以利用该子模块的人机交互对话框,选择适当的吨位系列,对某个吨位系列的零部件进行选择,进行有关的分析计算和总体结构设计,并进行与之相关的零件结构的参数化更新设计,以此展开新系列产品的设计工作。

4.2    分析计算模块

分析计算模块基本内容的确立,是建立在国内行业成员厂和有关研究所统一确立的HS型系列产品基础上的,HS系列的手拉葫芦传动原理简单,自重轻、体积也较小,性能指标相对先进。
手拉葫芦/环链电动葫芦CAD系统中常规设计中的8个吨位系列以及参数化零件图库都是以HS型为基本型号系列的。故分析计算模块也是针对此种系列型号而建立的。

分析计算模块中的分析计算主要有以下内容:

(1)    传动系统计算 根据HS型手拉葫芦的基本结构形式,可以在分析计算中选择各传动环传动副的效率,如齿轮副、轴承副等。利用传动效率分析计算模块,可以计算手链轮效率、一级和二级齿轮传动效率、起重链轮效率和机体总效率。

在起重链和手拉链的设计计算模块中,列出了起重链和手拉链的规格及性能表列。根据列表数据及手拉葫芦/环链电动葫芦的起重量、下钩及链条质量和所用链行数,计算起重链的最大荷载。

对链轮的设计计算,根据所选圆钢直径、链的节距和链轮环槽数计算链轮的节圆直径和边心距理论计算值。

齿轮传动设计计算是工程设计计算上经常涉及的内容,涉及的传动种类形式及计算内容和要素很多。在手拉葫芦/环链电动葫芦CAD系统中建立了外啮合、内啮合直齿和斜齿轮传动的几何计算、校核计算及以接触疲劳强度和弯曲疲劳强度为主的设计计算模块。

(2)机体受力分析计算功能模块 进行机体各传动轴扭矩的计算,是根据手链拉力、手链轮的设计直径和起重链轮直径,计算手链轮轴、五齿长轴和起重链轮轴的扭矩,并进行最大载荷验算。

另外利用此模块可以对机体各传动轴承在一定载荷下的各支撑轴承的支反力计算,包括手链轮轴、四齿短轴和起重链轮轴的计算。详细计算内容略。

(3)主要零件设计分析计算

根据起重量大小和吊钩的有关结构尺寸,计算吊钩主要截面上的应力情况,可以用来进行校核计算或设计计算。

在吊链装置设计中主要是根据起重量,计算负荷和吊销的直径及所选用吊链板的钢板厚度来计算吊销孔挤压应力,据此进行结构设计和材料选择。

吊挂装置是下吊钩联接装置的关键零部件,其设计计算主要是计算起重量和吊挂装置的结构尺寸、计算载面断面系数、最大弯曲应力、侧板轴孔的比压及轴颈的剪应力。

其它还有起重链轮、链轮花键、棘轮机构及下钩架强度验算等内容。

4.3    造型设计模块

三维实体造型技术是计算机图形处理技术中的一个重要领域,近几年来,计算机三维实体造型技术有了飞速发展,从一些基于二维的“准三维”已发展成包含三维几何空间信息的真三维实体造型形式。

经过研究比较,在手拉葫芦/环链电动葫芦CAD系统的支撑软件平台中选择的是MDT和Solidworkru软件,效果好,价格性能比也较好。选择主流应用软件,为今后的CAD/CAM技术综合运用打下了基础。

对手拉葫芦零件进行三维实体造型,可以分为现有常规零件造型和新增零件造型。常规零件指HS系列化产品中可变型设计的一些零件。新增零件有的是根据用户的特殊要求而增加的零件,有的是今后产品发展变化而派生的新结构件。

进行常规零件设计,可以利用造型设计功能模块中零件库已建立的实体模型,按工程设计人员的设计进行参数化驱动,形成零件的实际三维结构形式。对新增零件,首先要基于原有的零件库的扩充,在CAD系统的管理下,在MDT平台上进行三维实体模型的构型设计,再以此为基础进行造型设计。

4.4    模拟装配模块

工程设计的最终目的是将设计人员设计构想的具有各种功能的零部件制造出来,装配成具有总体功能的最终产品。

在以往没有计算机辅助三维绘图和设计的情况下,工程技术人员在分析计算的基础上以二维图的形式来描述预期的三维结构。无论采用先设计零部件再构成总体的自下而上的设计方式,还是采用先总

体设计再拆分设计的自上而下的设计方式都有较多的局限性。比如,在没有生产出实际产品时,无论零部件还是整机的实际三维形式无法直观分析,各零部件之间的关联关系是否正确合理也很难全面地判断,整机装配的工艺性是否合理也是模糊的。

手拉葫芦/环链电动葫芦CAD系统的应用目的是辅助工程技术人员完成设计工作。 CAD系统的构造形式是面向装配的流程模式,在采用真三维零件设计的基础上,利用软件平台的装配功能,实施与将来实际产品装配本质过程相同的CAD装配过程[5],在这一过程中,首先可以检测各种零件的三维设计是否正确,各个零部件的工艺性是否合理,零部件间的联结关系是否合理,直接预览将来产品的总装结构形式。

4.5    模具设计模块

模具设计是手拉葫芦产品零部件生产中必不可少的内容。在手拉葫芦/环链电动葫芦CAD系统中的模具设计模块中,建立了冲裁模模块和零件库、拉伸模模块和零件库。

冲裁模是对金属板材进行冲压加工以获得零件的工具。在冲压过程中,冲模的凸模和凹模直接接触被加工的材料并相对作用,使其产生塑性变形或分离,从而获得一定形状和尺寸的零件。
冲模按其变形特点可分为冲裁、拉伸和弯曲3大类。根据手拉葫芦的结构特点,建立了冲裁模模块和拉伸模模块,利用以上模块可以进行模具零部件的图形设计、工艺方案确定、装配图的建立以及模拟装配等工作。具体对冲裁模来讲,可以对所有落料和冲孔类零件进行模具的设计计算;拉伸模可以对直壁回转件、盆形件及不规则形状件进行模具的设计计算。

模具设计模块中具有以下子功能:

(1)    工件的工艺分析功能 

以工件的几何构形数据信息为基础,对工件进行工艺性判断,从而选择合理的工艺方案,并进行工艺分析计算,为模具结构设计提供依据。

(2)    模具的零部件结构设计及装配功能

根据工件的结构形式,可以进行模具零部件的结构设计和强度校核,并进行模拟装配。这与葫芦零件的设计与装配类似。

4.6    二维图纸设计模块

二维图纸的设计是目前工程上常用的工作方式。在小型起重工具CAD的软件平台中,选择了有三维图形处理功能的软件,并且可以将三维图转化为二维图,对二维图进行编辑处理,从而形成零件的产品图纸。

在进行二维图设计时,主要是依照原来的工程设计习惯,对各视图进行尺寸公差的标注、形位公差的标注、表面粗糙度的标注以及标题栏和明细表的填写。图纸设计模块中的具体功能有:

①    幅的选择;②尺寸标注;③粗糙度标注;④技术条件确定;⑤标题栏和明细表的自动生成填充。

5    结束语

基于三维的手拉葫芦/环链电动葫芦CAD系统的研究开发是产学研结合的成果,其中基于三维的产品设计技术在国内行业领域属于领先水平。CAD系统经过铜陵矿机厂应用表明,可以使产品设计周期大幅缩短,设计质量明显提高,取得了很好的技术经济效益。

关于手拉葫芦/环链电动葫芦产品CAD系统的研究开发,就大致介绍到这里,谢谢。