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基于CATIA曲面轨迹控制导向槽的逆向设计和试验

2017/1/6    来源:互联网    作者:李妥  张童  刘志刚  易栓  裴承慧      
关键字:CATIA  逆向设计  曲面轨迹控制导向槽  
本文针对水平旋转式搂草机曲面轨迹控制导向槽造型进行了逆向研究:首先分析了曲面轨迹控制导向槽的结构,然后对曲面轨迹控制导向槽进行数据采集,再对获得的点云进行处理,最后对三维实体模型重构。通过田间试验表明水平旋转式搂草机的漏搂率为2.2%,满足国家标准的规定,说明设计的曲面轨迹控制导向槽符合实际工作的需要。

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1 转子齿轮箱结构图

图2 经过点云处理得到的网格模型

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

图3  对表面进行数字划分

责任编辑:马倩
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