引言
随着我国牧草种植范围的不断扩大,引发了我国农机市场对牧草机械的火爆需求,尤其是对水平旋转式搂草机的需求极其强劲。但是由于我国对水平旋转式搂草机的研究起步较晚,自主研发的品牌还比较少,所以国内使用的水平旋转式搂草机主要依赖进口。曲面轨迹控制导向槽是水平旋转式搂草机的关键零件,对曲面轨迹控制导向槽进行研究和设计,是解决搂草机整机研发这一难题最有效的途径。但曲面轨迹控制导向槽结构复杂,不易于获得复杂的曲面数据。针对此问题,本文采用逆向设计的方法对曲面轨迹控制导向槽进行三维模型重建,不仅缩短产品开发周期,还降低了生产和研发成本。
1 搂集装置的关键部件和搂集原理
转子齿轮箱是搂集装置的关键部件,结构如图1所示。搂集原理如下:动力由拖拉机输出后经过减速装置传递到转子齿轮箱的小锥齿轮轴2。由于大锥齿轮1与转盘5连接,转盘5又与搂齿臂3连接,所以动力由小齿轮轴传递到搂齿臂上。最终搂齿臂沿着曲面轨迹控制导向槽旋转,完成搂草放草的动作。由此可见曲面轨迹控制导向槽的T作质量是影响草条整齐蓬松程度、翻晒均匀性、疏松度、漏搂率和花叶损失率的关键因素。
2 点云的采集和预处理
本课题选择采用Handyscan 3D手持式自定位三维扫描仪(X、Y、Z)的分辨率为0.05mm,精度为40μm)进行数据采集。采集完成后,将点云导人CATIA软件中。为了完成点云坐标对齐,需要重新建立新的坐标系,该坐标系以搂草机作业时曲面轨迹控制导向槽的装配位置为基点,将上轴端面设为XY平面,中心轴即为Z轴。然后利用CATIA提供的弦高差方法过滤点云,最后通过建立网格面、平顺网格面、修补网格面等步骤完成对点云的预处理,得到的模型如图2所示。
3 曲面轨迹控制导向槽模型重建
模型重建是逆向工程设计的关键环节。本文需要逆向设计的曲面轨迹控制导向槽是一个对称件,在设计时,可以先完成其对称的一半,然后使用对称功能关于对称面将其对称,最后使用合并功能将两部分曲面合并,完成整个设计过程。
图1 转子齿轮箱结构图
图2 经过点云处理得到的网格模型
分析整个零件表面的曲面走势特征,并对零件进行区域划分:此模型由三个与滚针啮合的主要曲面(图2中用字母1、2、3表示)和与这三个主要曲面相邻的六个次要曲面(图2中,用字母4、5、6和7、8、9表示)以及其余曲面(图2中,未用字母表示的曲面)组成。
曲面构建的一般过程是:先提取轮廓线,然后将轮廓线离散,通过离散后的点建立新的曲线,再利用这些曲线完成各个曲面的重建,最后进行拼接完成整个模型的重建。
图3 对表面进行数字划分