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搅拌机三维建模及运动仿真

(2012-04-23 16:22:31)
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杂谈

  搅拌机在机械行业中发展最早、应用最广,研究也比较深入,其规格齐全,发展较快,在国内外的搅拌机械中得到了很好的实践机遇。新型搅拌机系换代产品,是化工和建材行业搅拌设备无可替代的产物,实现了正确的搅和拌,从而淘汰了其他搅拌设备。

  本文搅拌机的设计采用了Pro/ENGINEER的机械设计模块和功能仿真模块。通过虚拟建模和运动仿真对搅拌机进行设计和仿真,了解搅拌机的设计、制作及装配工艺技术要求,优化搅拌机的设计过程及其内容,有利于搅拌机行业的创新及发展。

  一、搅拌机主要零部件建模

根据搅拌机的要求和功用,进行各主要零部件的三维建模,如图1所示。

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  二、搅拌机传动部分设计及建模流程 传动部分如图2所示。

  1.提出要求

  设计搅拌机的预设工作时间小于10小时,电动机的功率为5.5kW,转速为1250r/min

  2.传动带的设计

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  经验算确定选择SPZ型窄V2根,小带轮直径为90mm,大带轮的直径为200mm

3.带及带轮的建模(2)

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 4.轴承的选择及建模

  在搅拌机中,丝杠上的轴承主要承受轴向载荷,故选

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  三、搅拌机的装配流程

  1.搅拌机的装配工艺确定

  (1)装配前的准备工作。

  1)熟悉产品的装配图样,熟悉产品工艺文件和产品质量验收标准等,分析产品结构,了解零件间的连接关系和装配技术要求。

  2)搅拌机装配的主要技术要求有:零件与零件必须正确安装在规定位置;②各轴线间的相互位置精度;③丝杠和螺母正确啮合;④回转灵活。

  (2)确定安装顺序。

  1)分别装配各零部件,在安装前确定安装顺序。

  2)其他零部件分别装配到规定位置。

  (3)装配工作。按照确定的安装顺序对搅拌机的各零部件进行装配。

  2.搅拌机实体装配步骤

  Pro/ENGINEER能作为高性能系统独立使用,又能与其他实体建模模块结合起来使用,并支持GBANSIISOJIS等标准。它包括:Pro/ASSEMBLY(实体装配)Pro/CABLING(电路设计)Pro/PIPING(弯管铺设)Pro/REPORT(应用数据图形显示)Pro/SCAN-TOOLS(物理模型数字化)Pro/SURFACE(曲面设计)Pro/WELDING(焊接设计)

  在此次设计中应用Pro/ASSEMBLY(实体装配)功能,对搅拌机进行虚拟装配。此次涉及的搅拌机零部件有:立柱、螺母支座、螺母套、螺母、丝杠、套、升降柱、51307轴承、中间轴承座、轴承压盖、上梁、轴承座、6310轴承、搅拌杆、搅拌叶、带轮、V带和电动机等。

  以立柱为装配参照,对螺母支座进行装配,如图4所示,底部用螺栓固定。

 

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  图4立柱与螺母支座的装配

  (1)螺旋传动部分的装配。螺旋传动是由丝杠和螺母

在转矩的作用下进行旋转运动,将螺母固定在螺母套上,螺母套与螺母支座又相对固定(5)

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  (a)螺母和丝杠(b)套、升降住和立柱的装配

  图5螺旋传动部分的装配

(2)套、升降柱的装配。首先是套与立柱过盈配合,升降柱穿过套,在竖直向能够顺利滑动(6)

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  图6螺母套、螺母和丝杠的装配

(3)51307轴承的装配。51307轴承通过过盈配合与丝杠和中间轴承座组装在一起,压盖起到轴承的轴向固定。然后再将中间轴承座固定在升降住上(7)

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  图751307轴承的装配

  (4)上梁的装配。上梁连接搅拌机的搅拌叶和升降柱,将带轮和带包括其中,在外形上美观,在安全生产上能够对操作人员起到保护的作用。它安装在升降柱上靠螺钉连接。

  (5)支架的安装。支架安装在升降柱上,起到支撑减速机和主轴伺服电动机的作用。装配时需要注意支架上两个有切口的面要顺着上梁安装,这样便于以后V带的安装。

  (6)主轴伺服电动机和减速机的安装。主轴伺服电动机与减速机连接,减速机通过联轴器与丝杠连接。

(7)6310轴承的装配。6310轴承同51307轴承相同,安装在轴承座上,压盖做轴向固定。上搅拌杆与6310轴承内圈过盈配合,搅拌杆能自由转动(8)

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  图86310轴承的装配

  (8)轴承座与上梁的装配。轴承座与上梁靠螺钉连接,竖直方向有垂直度要求。

  (9)传动电动机的安装。传动电动机是为搅拌叶旋转提供动力,它安装在上梁,并随上梁上升和下降。

  (10)大带轮的安装。大带轮通过键连接,安装在上搅拌杆上,要求大带轮与传动电动机的小带轮在同一平面内。

  (11)安装V带。

  (12)下搅拌杆和搅拌叶的装配。下搅拌杆与上搅拌杆通过螺钉连接,搅拌叶与下搅拌杆通过六角配合,再通过销钉固定。这样就在Pro/ENGINEER中完成了搅拌机的装配。

  四、搅拌机的运动仿真

  在搅拌机装配完成后,才能对其进行机构仿真,步骤如下。

  (1)打开机构仿真对话框,单击菜单栏应用程序按钮,选择机构,进入机构仿真环境。

(2)安装伺服电机。在机构仿真的工具栏中,单击按钮,弹出伺服电动机定义对话框,如图9所示,选择类型”→“从动图元”→“运动轴,在搅拌机的电动机上选择如图9右侧图所示的向上箭头,选中运动轴。再单击轮廓按钮弹出如图10所示对话框,单击规范栏中的下拉菜单,选中速度,在“A”后输入数字,然后单击确定

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  图9伺服电动机定义

(3)定义执行电动机。

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  图10执行电动机定义

单击弹出如图11所示对话框,选取与伺服电动机相同的轴做运动轴,在“A”中输入设定的数值。单击确定

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11机构分析定义

(4)机构分析。单击,弹出如图12所示对话框,在优先选项中的终止时间输入设定的数值,然后单击电动机,选择开始后单击运行,最终确定

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  图12机构分析定义

(5)捕捉动态图。点击(回放以前运行的分析),点击保存。再点击,将速度调到最大,单击播放”→“捕获”→“浏览,新建名称并保存,再次点击确定,捕获完毕后单击关闭。如图13所示。

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  图13动态图

  五、结语

  利用Pro/ENGINEER进行建模和运动仿真,能在短时间内找到满足客户目标的最佳设计方案,为搅拌机类产品设计提供完整的解决方案,提高产品设计效率和可靠性,降低设计成本,提高产品的市场竞争力。

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