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基于psd电子秤电路大学
2010届毕业(设计)论文
题目基于Pro/ENGINEER的齿轮泵虚拟装配与运动仿真
专业班级06级机制2班
学号2006500113
学生姓名李跃
指导教师刘青山
指导教师职称副教授
学院名称武汉工程大学
完成日期:
年月日
基于Pro/ENGINEER的齿轮泵虚拟装配与运动仿真
VirtualAssemblyandMotionSimulationoftheGearPumpBasedonPro/E
学生姓名李跃
指导教师刘青山
第二章齿轮泵建模
2.1齿轮泵骨架设计
2.2齿轮泵主体设计
2.3齿轮泵主体的设计
2.4齿轮泵右盖设计
2.5齿轮轴的设计
2.6其它零件的设计
第三章齿轮泵虚拟装配与干涉检测
3.1虚拟装配
3.1.1元件放置控制板
3.1.2装配约束类型
3.1.3装配连接类型
3.1.4零件装配与连接
3.2干涉检测
3.3生成爆炸图
第四章机构仿真及工作原理动画
4.1定义齿轮副
4.2添加伺服电动机
4.3运动分析
4.4结果回放及捕捉
4.5结果分析
第五章总结
致谢
参考文献
摘要
本文介绍了利用Pro/E软件,来完成齿轮油泵三维建模设计。
齿轮油泵设计主要从零件建模、装配设计、机构运动仿真、工作原理动画几个方面展开。
利用Po/Engineer进行了齿轮泵的虚松装配和动态仿真,并进行复杂运动学分析,利用这种方法能及早发现设计缺陷,降低产品开发成本,缩短设计周期,可以大大提高产品的设计开发效率。
关键词:
齿轮泵;虚拟装配;运动仿真
Abstract
ThisarticledescribeshowtousePro/Etocompletethedesignofthree-dimensionalmodelingofgearpumps.Thedesignofgearpumps,mainlybeganfrompartsmodeling,assemblydesign,simulationofbodymovement,theworkofseveralaspectsoftheprincipleofanimation.Establishedvirtualassemblymode1ofgearpumpsandachievedmotionsimulationandanalysisbasedonPro/Engineer.inthisway,thedesignercanfindthedisfigurementearlier,thecostofproductdevelopmentisreduced,andtheefficiencyofgearpumpsdesignadvancedgreatly.
Keywords:
gearpump;virtualassembly;motionsimulation
第一章绪论
1.1课题背景
本设计主要围绕齿轮泵设计这个实例展开。
液压泵作为一种重要的液压元件,其规格和型号比较繁多,传统的开发过程繁琐、效率低下、绘图量大,Pro/E作为一款高效快捷的CAD/CAM软件,克服了以上的不足之处,大大提高设计人员的开发速度,齿轮泵因结构简单、制造方便、质量轻和体积小等特点已获得广泛应用。
它是依靠密封空间在齿轮转动时容积的变化,实现机械能与工作油液输出压力能的转化,主要由端盖、泵体、传动齿轮轴、螺钉和垫片等零部件组成。
随着CAX(CAD/CAM/CAE)技术的发展,3D技术在齿轮采设计过程中发挥着越来越重要的作用。
本文将着重就Pro/E的实体建模、虚拟装配、机构仿真等功能进行齿轮油泵的设计。
齿轮油泵包含多个零部件,其设计巧妙运用Pro/E基于单一数据库这一特点并综合运用多种建模方法和设计方法。
虚拟装配技术是利用计算机工具,而不需产品或者支持过程的物理实现,通过分析、预建模、可视化等进行或者辅助进行装配,根据产品设计的形状特征和精度特性,真实地模拟产品三维装配过程。
Pro/E软件中的机构模块Mechanism,能够对设计进行模拟、仿真、校验,如运动仿真显示、运动干涉检验、运动轨迹、位移、速度和加速度计算等。
本文利用Pro/E进行了齿轮泵机构的虚拟装配和运动仿真,分析了装配中的干涉情况以及机构运动过程中的位移、速度和加速度情况,为齿轮泵的开发设计提供参考。
Pro/E系统是美国参数技术公司(ParametricTechnologyCorporation,简称PTC)的产品。
本软件采用单一数据库、参数化、基于特征、全相关的概念,改变了机械CAD/CAE/CAM的传统观念,这种全新的概念已成为当今世界机械CAD/CAE/CAM领域的新标准。
1.2齿轮泵概述
齿轮泵是依靠泵缸与啮合齿轮间所形成的工作容积变化和移动来输送液体或使之增压的回转泵。
由两个齿轮、泵体与前后盖组成两个封闭空间,当齿轮转动时,齿轮脱开侧的空间的体积从小变大,形成真空,将液体吸入,齿轮啮合侧的空间的体积从大变小,而将液体挤入管路中去。
吸入腔与排出腔是靠两个齿轮的啮合线来隔开的。
齿轮泵的排出口的压力完全取决于泵出处阻力的大小,如图1.1。
图1.1
外啮合双齿轮泵的结构。
一对相互啮合的齿轮和泵缸把吸入腔和排出腔隔开。
齿轮转动时,吸入腔侧轮齿相互脱开处的齿间容积逐渐增大,压力降低,液体在压差作用下进入齿间。
随着齿轮的转动,一个个齿间的液体被带至排出腔。
这时排出腔侧轮齿啮合处的齿间容积逐渐缩小,而将液体排出。
齿轮泵适用于输送不含固体颗粒、无腐蚀性、粘度范围较大的润滑性液体。
泵的流量可至300米3/时,压力可达3×107帕。
它通常用作液压泵和输送各类油品。
齿轮泵结构简单紧凑,制造容易,维护方便,有自吸能力,但流量、压力脉动较大且噪声大。
齿轮泵必须配带安全阀,以防止由于某种原因如排出管堵塞使泵的出口压力超过容许值而损坏泵或原动机。
1.2.1齿轮泵工作原理
齿轮泵的概念是很简单的,即它的最基本形式就是两个尺寸相同的齿轮在一个紧密配合的壳体内相互啮合旋转,这个壳体的内部类似“8”字形,两个齿轮装在里面,齿轮的外径及两侧与壳体紧密配合。
来自于挤出机的物料在吸入口进入两个齿轮中间,并充满这一空间,随着齿的旋转沿壳体运动,最后在两齿啮合时排出。
在术语上讲,齿轮泵也叫正排量装置,即像一个缸筒内的活塞,当一个齿进入另一个齿的流体空间时,液体就被机械性地挤排出来。
因为液体是不可压缩的,所以液体和齿就不能在同一时间占据同一空间,这样,液体就被排除了。
由于齿的不断啮合,这一现象就连续在发生,因而也就在泵的出口提供了一个连续排除量,泵每转一转,排出的量是一样的。
随着驱动轴的不间断地旋转,泵也就不间断地排出流体。
泵的流量直接与泵的转速有关。
实际上,在泵内有很少量的流体损失,这使泵的运行效率不能达到100%,因为这些流体被用来润滑轴承及齿轮两侧,而泵体也绝不可能无间隙配合,故不能使流体100%地从出口排出,所以少量的流体损失是必然的。
然而泵还是可以良好地运行,对大多数挤出物料来说,仍可以达到93%~98%的效率。
对于粘度或密度在工艺中有变化的流体,这种泵不会受到太多影响。
如果有一个阻尼器,比如在排出口侧放一个滤网或一个限制器,泵则会推动流体通过它们。
如果这个阻尼器在工作中变化,亦即如果滤网变脏、堵塞了,或限制器的背压升高了,则泵仍将保持恒定的流量,直至达到装置中最弱的部件的机械极限(通常装有一个扭矩限制器)。
对于一台泵的转速,实际上是有限制的,这主要取决于工艺流体,如果传送的是油类,泵则能以很高的速度转动,但当流体是一种高粘度的聚合物熔体时,这种限制就会大幅度降低。
推动高粘流体进入吸入口一侧的两齿空间是非常重要的,如果这一空间没有填充满,则泵就不能排出准确的流量,所以PV值(压力×流速)也是另外一个限制因素,而且是一个工艺变量。
由于这些限制,齿轮泵制造商将提供一系列产品,即不同的规格及排量(每转一周所排出的量)。
这些泵将与具体的应用工艺相配合,以使系统能力及价格达到最优。
PEP-II泵的齿轮与轴共为一体,采用通体淬硬工艺,可获得更长的工作寿命。
“D”型轴承结合了强制润滑机理,使聚合物经轴承表面,并返回到泵的进口侧,以确保旋转轴的有效润滑。
这一特性减少了聚合物滞留并降解的可能性。
精密加工的泵体可使“D”型轴承与齿轮轴精确配合,确保齿轮轴不偏心,以防齿轮磨损。
Parkool密封结构与聚四氟唇型密封共同构成水冷密封。
这种密封实际上并不接触轴的表面,它的密封原理是将聚合物冷却到半熔融状态而形成自密封。
也可以采用Rheoseal密封,它在轴封内表上加工有反向螺旋槽,可使聚合物被反压回到进口。
为便于安装,制造商设计了一个环形螺栓安装面,以使与其它设备的法兰安装相配合,这使得筒形法兰的制造更容易。
PEP-II齿轮泵带有与泵的规格相匹配的加热元件,可供用户选配,这可保证快速加温和热量控制。
与泵体内加热方式不同,这些元件的损坏只限于一个板子上,与整个泵无关。
齿轮泵由一个独立的电机驱动,可有效地阻断上游的压力脉动及流量波动。
在齿轮泵出口处的压力脉动可以控制在1%以内。
在挤出生产线上采用一台齿轮泵,可以提高流量输出速度,减少物料在挤出机内的剪切及驻留时间,降低挤塑温度及压力脉动以提高生产率及产品质量。
1.3.1Pro/Engineer概述
Pro/ENGINEER软件包的产品开发环境在支持并行工作,它通过一系列完全相关的模块表述产品的外形、装配及其他功能。
PRO/E能够让多个部门同时致力于单一的产品模型。
包括对大型项目的装配体管理、功能仿真、制造、数据管理等。
其中PRO/EV2000I更增加了行为建模技术使其成为把梦想变为现实的杰出工具。
1985年,PTC公司成立于美国波士顿,开始参数化建模软件的研究。
1988年,V1.0的Pro/ENGINEER诞生了。
经过10余年的发展,Pro/Engineer已经成为三维建模软件的领头羊。
目前已经发布了Pro/Engineer2000i2。
PTC的系列软件包括了在工业设计和机械设计等方面的多项功能,还包括对大型装配体的管理、功能仿真、制造、产品数据管理等等。
Pro/ENGINEER还提供了目前所能达到的最全面、集成最紧密的产品开发环境。
Pro/E共有六大主模块:
1.工业设计(CAID)模块
工业设计模块主要用于对产品进行几何设计,以前,在零件未制造出时,是无法观看零件形状的,只能通过二维平面图进行想象。
现在,用3DS可以生成实体模型,但用3DS生成的模型在工程实际中是“中看不中用”。
用PRO/E生成的实体建模,不仅中看,而且相当管用。
事实上,PRO/E后阶段的各个工作数据的产生都要依赖于实体建模所生成的数据。
包括:
PRO/3DPAINT(3D建模)、PRO/ANIMATE(动画模拟)、PRO/DESIGNER(概念设计)、PRO/NETWORKANIMATOR(网络动画合成)、PRO/PERSPECTA-SKETCH(图片转三维模型)、PRO/PHOTORENDER(图片渲染)几个子模块。
2.机械设计(CAD)模块
机械设计模块是一个高效的三维机械设计工具,它可绘制任意复杂形状的零件。
在实际中存在大量形状不规则的物体表面,如图1中的摩托车轮轱,这些称为自由曲面。
随着人们生活水平的提高,对曲面产品的需求将会大大增加。
用PRO/E生成曲面仅需2步~3步*作。
PRO/E生成曲面的方法有:
拉伸、旋转、放样、扫掠、
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