proe的齒輪減速器可視化設計

2013-07-19 by:ProE/Croe軟件應用培訓中心來源:仿真在線

proe的齒輪減速器可視化設計

計算機可視化動態(tài)模擬是近幾年發(fā)展起來的一門新型學科。針對某一研究項目,用戶根據(jù)某些初始條件和理論分析建立相關的數(shù)學模型,運用計算機這一先進工具編制相應的軟件,模擬其真實的運動情況。通過模擬數(shù)據(jù)結果對照已有的真實試驗測試結果,可以驗證該動態(tài)模擬基于的數(shù)學模型建立得是否正確;并且即而推廣到尚無真實試驗結果的未知領域,通過動態(tài)模擬得到所需的數(shù)據(jù)或結論。

proe是美國參數(shù)化技術公司(PTC)開發(fā)的通用CAD軟件,該軟件集三維模型設計、加工、分析及繪圖功能于一體,有強大的二次開發(fā)能力和第三方軟件支持。proe以特征為設計單位,設計過程中,除了充分掌握設計思想外,還指導人了實際的制造思想。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C的函數(shù)厙,該函數(shù)庫能夠使用戶或第三方的應用程序以一種可控制的,安全的方式訪問proe的數(shù)據(jù)庫和應用。

減速器是一種用途十分廣泛且比較典型的機械裝置,目前國內雖然有了對減速器的齒輪和軸的可視化設計,但是對于完整的減速器的可視化設計還處于空白,如果能將整體的設計完全實現(xiàn)參數(shù)化、可視化,那么可以縮短產(chǎn)品的開發(fā)設計時間和節(jié)約可觀的設計資金,具有重要的設計和經(jīng)濟價值。

1 齒輪減速器的可視化設計原理

本設計基于proe便于交互及強大的二維、三維繪圖功能,采用Top-Down自頂向下設計思想,先確定總體思路、設計總體布局,然后設置零部件,最后完成一個完整的設計。利用

Program模塊實現(xiàn)裝配中零部件的自動裝配、自動替換和零部件的自動抑制等功能,包括軸的強度計算、結構設計、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參數(shù)的選擇,設計問題一般是在給定傳動比和輸入轉矩的情況下,確定各輪的齒數(shù),模數(shù)和齒寬等參數(shù)。在選擇設計參數(shù)時采用了很多設計方法,如優(yōu)化設計、模糊設計和可靠設計等。其中優(yōu)化設計采用proe自帶的模塊,利用有限元分析簡化模型,模擬真實環(huán)境中的工作狀況,對元件進行應力分析和變形計算,通過指定設計參數(shù),并借助優(yōu)化分析為模型尋求到最佳參數(shù)。當基本的參數(shù)設計完成以后,出現(xiàn)一個完整的減速器特征模型,就開始進入到可視化設計。

減速器作為獨立的驅動元部件,由于應用范圍極廣,其產(chǎn)品必須按系列化進行設計,以便于制造和滿足不同行業(yè)的選用要求。針對其輸人功率和傳動比的不同組合,可獲得相應的__減速器系列。在以往的人工設計過程中,在圖紙上盡管能實現(xiàn)同一機座不同規(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)工具來實現(xiàn)這一過程,不僅能完善上述工作,使設計完全可視化,方便設計操作,而且使系列產(chǎn)品的技術數(shù)據(jù)庫,圖形庫的建立、查詢成為可能,使設計速度加快。

以張家口煤礦機械廠自行研制設計生產(chǎn),用于刮板運輸機的減速器為例。對于其可視化設計的主要設計方案是:通過對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三種參數(shù)化設計方法,解決程序設計中的關鍵技術。在vC++的集成開發(fā)環(huán)境,使用MFC進行proe應用程序的設計和創(chuàng)建,實現(xiàn)交互界面的可視化設計。

2 齒輪減速器可視化設計的實現(xiàn)

第一步,利用UI對話框技術,在Pro/Toolkit應用程序中設計出風格與proe系統(tǒng)本身具有的對話框類似的人機交換界面。UI對話框的設計主要涉及兩個方面:一是按界面的布局編寫資源文件;二是針對UI對話框的功能編寫相應的控制程序。不足之處是用文本文件的形式定義對話框不能直觀的反映界面的布局,設計、修改和調試都比較困難,所以我們采用MFC(Microsoft Foundation Class)來設計對話框的編程技術。MFC是Visual c++程序的一個重要軟件資源,使用MFC可以充分利用Visual c++開發(fā)環(huán)境提供的先進技術工具,實現(xiàn)程序界面的可視化設計。創(chuàng)建對話框的一般步驟如下:

(1)應用程序向導AppWizard創(chuàng)建Pro/Toolkit應用程序基本框架。

(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)。因為需要通過proe的菜單項啟動對話框,在user_initializ()添加菜單定義和菜單動作函數(shù)設置。

(3)創(chuàng)建對話框。使用Developer Studio的對話框編輯器可以實現(xiàn)對話框的可視化設計。

(4)用ClassWizard創(chuàng)建對話框類,自動生成Cdialog派生類定義的頭文件和相應的實現(xiàn)文件。

(5)創(chuàng)建和顯示對話框,其程序代碼在菜單動作函數(shù)中設計。

(6)生成Pro/Toolkit應用程序。

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上,再利用proe的參數(shù)功能建立設計參數(shù).也就是進一步根據(jù)零件的設計要求建立一組可以完全控制-三互備用,大大提高了提升機電控系統(tǒng)的安全可靠性。

2.1 系統(tǒng)中動力制動組成原理

系統(tǒng)動力制動采用西門子6RA70來實現(xiàn),在動力制動投入時,其作為一個可調直流電源,受PIE控制產(chǎn)生制動電流。6RA70的輸入輸出端子可以自由定義和使用。根據(jù)異步電動機定子三相接入兩相直流電的方式不同,可以有五種動力制動連接方式,但是兩相直接接入方式接線最為簡單,應用最多。動力制動的雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)與常規(guī)的直流調速系統(tǒng)不同。速度給定信號由PLC根據(jù)行程計算得到,實際速度由編碼器脈沖運算得到。當實際速度大于給定速度時,速度調節(jié)器輸出正值,6RA70有直流輸出,起到了直流制動的目的;而實際速度小于給定速度時,速度調節(jié)器輸出為零,6RA70沒有直流輸出,異步電動機在慣性或位勢性負載作用下加速。

動力制動主要用于減速和動力制動下放重物的情況下。動力制動減速是根據(jù)計算的行程,在到達減速點以后,根據(jù)實際速度和給定速度偏差,來調節(jié)制動電流。動力制動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的轉子相互切割而產(chǎn)生制動力矩和負載力矩的不同關系來實現(xiàn)不同的運行狀況。為了保證系統(tǒng)運行的安全可靠,在運行時,同時投入液壓站閘的速度閉環(huán),即在實際速度比給定速度大時,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)調速系統(tǒng)結構。速度偏差經(jīng)PI調節(jié)得到電流給定,電流給定和實際電流比較,偏差經(jīng)PI調節(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,轉矩和電流都可以進行限幅。勵磁部分由勵磁電流閉環(huán)部分來獨立實現(xiàn)。

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