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基于NX的拖拉机最终传动参数化模板设计及应用

2017/12/25    来源:互联网    作者:王宜君  王斌      
关键字:NX  最终传动  参数化  变型设计  
轮式拖拉机底盘属于典型的系列化机械产品,其最终传动由参数化设计逐渐向模块化方向发展。为了适应市场多样化的客户需求,总结产品设计的一般规律,将最终传动设计流程性知识融合到NX设计平台中,设计出最终传动产品参数化变型设计模板。通过应用产品部件级设计模板,设计人员输人功能参数并修改结构设计主参数,便可自动更新获得产品的三维数字化模型,从而提高该系列产品设计效率、减轻工程师的重复劳动工作量,实现产品设计知识的重用。

    我国是一个农业大国,虽然农业人口众多,但是随着工业化的发展,农业的主要劳动力转向其他产业,同时老龄化问题也越来越严重,农业劳动力问题将日益凸现,拖拉机是我国农业生产中应用最广泛的农业机械,耕地、播种、施肥、收获等农业生产环节都离不开拖拉机,其在农业生产中占据着重要地位。拖拉机最终传动主要由半轴组件、驱动轴组件和壳体等零部件构成,是拖拉机的主传动系中必不可少的部分,其主要作用是增扭减速,在部分小型轮式拖拉机中,主要是为了提高后桥的离地间隙。由于最终传动在拖拉机正常行驶过程中受力较大,一般来说在空间布局上接近车轮,因此,其整个结构设计质量影响着拖拉机的安全性能。目前,轮式拖拉机产品越来越趋于系列化,尤其在小马力拖拉机的新产品设计过程中,开发人员需要大量重用已有的设计资料和成熟产品模型,才能满足市场化的产品更新需求,适应更多地区的发展现状。为了减轻设计人员重复性的劳动工作量,提升企业的产品更新效率和质量,本研究试图采用NX软件和二次开发技术结合的方法,设计开发出产品设计模板,以帮助企业快速设计出新产品。

    目前,知识工程领域里很多企业采用的是传统设计方法来完成已有产品的变形设计和局部设计,这些方法缺乏可变性和通用性。随着基于N X 的参数化设计方法的诞生,如设计变量驱动法、程序设计驱动法以及程序控制表达式驱动法等,很大程度上缩短了产品设计开发的周期,为企业节省设计成本。但是,针对具体产品的组件和部件参数化模板的设计开发应用较为缺乏,本研究为进一步给拖拉机生产制造企业产品的多样化设计提供方便,设计开发轮式拖拉机最终传动参数化设计模板。产品设计参数化模板的设计和应用有助于实现产品设计知识的沉淀、繁衍、传承和更新,可实现行业新产品开发的准确性和一致性。

1 产品模板总体设计

    所谓参数化设计,设计者在设计中可以便捷地修改零件三维模型,还可以方便地建立各尺寸与参数、参数与参数间的关系,这样模型便可以自动按照关系和参数值进行更新获得准确的外形,从而保证修改一致性,保证零件准确的相对关系。许多机械零部件都实现了零件级的参数化设计,但是对于大小相同、形状相似、结构相近的系列化组件、部件和产品来说,尚未实现参数化变形驱动。

    本研究以某企业的40-70A系列轮式拖拉机为研究对象,设计了最终传动产品模板,模板设计的总体功能在于设计人员在最终传动设计初期,通过输人产品功能参数和结构设计主参数,利用软件的内部融合,通过相互关联关系,自动生成所需产品的三维装配模型,从而完成最终传动产品的总体设计,最终提高拖拉机系列化产品设计效率、减轻设计工程师劳动强度,完成系列化、标准化的产品设计知识和三维模型的重用。

1 . 1 产品功能参数

    产品的设计过程实际上就是不断验证和修改一个流程,中间的每个设计环节都是相互关联的,当某个环节中发现了设计问题,便可根据流程反馈至上一级,进行修改。根据一般的产品设计流程,在产品设计初期,也就是概念设计阶段,需要定义产品的功能,为后续的产品结构设计、工艺设计、装配设计等做好铺垫。拖拉机中最终传动的功能在于减速和提高扭矩,将动力输送给两侧的驱动轮,其主要有2 种结构形式,分别是外啮合圆柱齿轮和行星齿轮传动。根据轮式拖拉机的整个动力传递路线可知,发动机输出的动力经过主离合器传送至变速箱,再传递至中央传动,再经过转向离合器输送到最终传动,最终带动驱动轮转动。最终传动连接着中央传动和驱动齿轮,因此,最终提取的功能参数如表1所示。

    表1 功能参数

    1

1 . 2 产品结构设计主参数

    从产品设计的角度去考虑,产品的最底层是基本的几何体,产品结构设计的实质就是基本体在设计工程师设定的约束下,逐层建立起零件、组件、部件、乃至最终的产品。从“ 1. 1”节可知,提取的是最终传动的功能参数,也就是最终传动产品的全局主参数,为了下一*步更好地完成和实现产品的参数化模板设计,需要细化产品结构,根据上下级元素间的关联关系和几何约束,最终确定最终传动的部件级产品结构主参数如表2所示。

    表2 产品结构设计主参数

    2

1 . 3 设计与应用约束

    产品控制结构包含的要素众多,主要包含产品的结构驱动参数(功能参数)、各类基准(坐标系、面、轴线、点)、几何线。在设计最终传动产品时,需要确定其控制结构,通过分析可知根据不同马力要求,最终传动的尺寸和型号也会发生相应变化,通过研究最终产品的主体结构可以确定:将驱动轴的轴线位置设置为y 轴作为产品的中心轴线,在轴线附近自定义一个轴线作为周向的定位基准,将最终传动安装面确定为轴向的定位基准,且保持最终传动安装面和后桥面之间的距离不变,具体布置如图1所示。

    9

2 基于NX的拖拉机最终传动模板设计

2. 1 模板设计流程

    (1)依据产品工作原理、工作要求确定动力输出变形需求的功能参数;(2)分析确定产品设计结构主参数,然后结合功能参数生成其他结构参数;(3)在最终传动设计界面输入功能参数和结构参数,检查其他结构参数是否合理;(4)生成部件装配模型;(5)编辑零件模型、标准件等模型;(6)通过装配二维图主参数尺寸来校验模型变更的正确性。

2 .2 产品结构树

2 . 2 . 1 根据传动路线分析零件关系最终传动的输入部分

    为后桥差速器,输出为后轮毂,中间由半轴经行星轮、行星架传递至驱动轴,齿圈起支撑作用,固定在壳体上,构成了传动的关键路径,其他零件安装在其上,完成最终传动的结构功能。因此,得到最终传动的传动路线如图2所示,图中注明了主要零件的安装位置和关联关系等。

2 . 2 . 2 划分产品结构树

    依据零件在产品传动路线中的功能,将最终传动分为3个组件,半轴组件、驱动轴组件和壳体。根据上述分析,将关键路径上的零件作为次组件级,其他零件作为零件级,形成4 级树状的最终传动产品结构树,如图3所示。

    3

2 . 3 WAVE技术的应用

    WAVE技术的主要功能是实现机械产品中各个构成子部件之间关联性设计,也就是说可以利用已有零部件的设计参数或者几何特征来间接地设计出与之相关联的零部件。三维参数化设计的研究基本上都是。对于一般产品来说,往往只要做到简单的参数化驱动便可完成驱动,但是对于较为复杂的大型机械产品来说,其设计过程中不太好实现上级参数更改的传递,借助WAVE技术,可以通过建立产品的结构化布局,将产品的功能信息传递到零件级,最终完成产品级的全相关设计。

责任编辑:张纯子
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