搅拌机三维建模及运动仿真

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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V带2根,小带轮直径为90mm,大带轮的直径为200mm。
3.带及带轮的建模(图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:①零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GB、ANSI、ISO和JIS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)和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(图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(图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(图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(图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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图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。