新型導(dǎo)向嚙合式起動(dòng)機(jī)的參數(shù)化建模與虛擬裝配*

□ 張宗彩 □ 句 帥

1.朔州職業(yè)技術(shù)學(xué)院 山西朔州 036000

2.三通億達(dá)汽車電器有限責(zé)任公司 山西朔州 036000

目前，汽車內(nèi)燃機(jī)使用的起動(dòng)機(jī)多數(shù)為強(qiáng)制嚙合式起動(dòng)機(jī)，這種起動(dòng)機(jī)由于在設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)上的局限性導(dǎo)致強(qiáng)制嚙合式起動(dòng)機(jī)在啟動(dòng)內(nèi)燃機(jī)過(guò)程中存在諸多問(wèn)題和缺點(diǎn)，常常造成起動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)齒輪與內(nèi)燃機(jī)飛輪齒環(huán)嚙合時(shí)相互沖撞，造成輪齒的“銑齒”、“頂齒”現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)兩齒輪同時(shí)被“銑消”而報(bào)廢。這種現(xiàn)象在我國(guó)氣溫較低的北方地區(qū)尤為嚴(yán)重。估計(jì)全國(guó)每年報(bào)廢起動(dòng)機(jī)約100萬(wàn)臺(tái)，直接經(jīng)濟(jì)損失為10億元人民幣。筆者在分析強(qiáng)制嚙合式起動(dòng)機(jī)缺陷的基礎(chǔ)上，使用UG NX8.0軟件研究和開(kāi)發(fā)出一種穩(wěn)定性高、嚙合率好以及結(jié)構(gòu)緊湊、性能優(yōu)越、使用壽命長(zhǎng)的新型導(dǎo)向嚙合式汽車起動(dòng)機(jī)。

在機(jī)械設(shè)計(jì)軟件中，UG NX和Pro/E［1］都是當(dāng)今中小企業(yè)普遍采用的設(shè)計(jì)軟件，因UG NX的機(jī)械設(shè)計(jì)模塊提供了更加靈活多樣的建模方法，而且對(duì)參數(shù)化建模［2］的支撐也不弱，更特別之處在于NX CAM模塊為數(shù)控機(jī)床編程提供了更加完整的解決方案，可以實(shí)現(xiàn)與西門子數(shù)控機(jī)床的無(wú)縫結(jié)合，另外UG NX提供的這些解決方案可以全面地提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程的效率，削減企業(yè)生產(chǎn)成本，并最終縮短產(chǎn)品進(jìn)入市場(chǎng)的時(shí)間。所以，最終選擇UG NX8.0作為這種新型導(dǎo)向嚙合式汽車起動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)軟件。

1 建模過(guò)程

重新設(shè)計(jì)的新型導(dǎo)向嚙合式汽車起動(dòng)機(jī)共由40多個(gè)零件組成，每個(gè)零件都可以使用UG NX8.0提供的參數(shù)化建模方式完成建模。以端面棘輪零件為例（如圖1所示），不同型號(hào)起動(dòng)機(jī)使用的棘輪零件尺寸是不同的，在設(shè)計(jì)一個(gè)新型號(hào)的起動(dòng)機(jī)時(shí)，如果給端面棘輪零件重新依次建模，既費(fèi)時(shí)又費(fèi)力，利用UG NX8.0提供的表達(dá)式對(duì)話框（如圖2所示）和電子表格編輯功能（如圖3所示），可以輕松實(shí)現(xiàn)新的端面棘輪零件的建立，只要標(biāo)記好每個(gè)參數(shù)的含義，重新賦予新的數(shù)值就可以建立全新尺寸的端面棘輪零件。

▲圖1 棘輪

▲圖2 表達(dá)式對(duì)話框

▲圖3 電子表格編輯

▲圖4 四分之一剖視圖

▲圖5 渲染圖

另外，對(duì)于相互配合的零部件之間，UG NX8.0提供了“部件間引用”這個(gè)強(qiáng)大的功能來(lái)進(jìn)一步提高參數(shù)化建模速度。例如，與端面棘輪協(xié)同工作的行星輪長(zhǎng)方體型軸的寬度參數(shù)表達(dá)式，就可通過(guò)引用棘輪的方口型孔寬參數(shù)表達(dá)式尺寸值來(lái)生成，并且當(dāng)棘輪的方口型孔寬參數(shù)表達(dá)式尺寸值被更新時(shí)，引用它的行星輪長(zhǎng)方體型軸的寬度參數(shù)表達(dá)式值也會(huì)被自動(dòng)更新。

2 裝配過(guò)程

UG NX8.0的裝配模塊提供了3種零件裝配模式：①自底向上裝配，②自頂向下裝配，③混合裝配。在新型導(dǎo)向嚙合式汽車起動(dòng)機(jī)的各個(gè)零部件都已經(jīng)建立完成的基礎(chǔ)上，應(yīng)采用自底向上的裝配模式。先把驅(qū)動(dòng)電機(jī)組件部分子裝配體裝配好，并且讓其作為整個(gè)裝配結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)件，以絕對(duì)安裝方式固定在裝配空間中；其次裝配行星輪減速器系統(tǒng)，以相對(duì)安裝方式固定在驅(qū)動(dòng)電機(jī)組件上；最后把驅(qū)動(dòng)軸工作部分組件和繼電器組件子裝配體裝配到系統(tǒng)中，完成新型導(dǎo)向嚙合式汽車起動(dòng)機(jī)零部件的整體裝配。在裝配過(guò)程中，一旦發(fā)現(xiàn)相互配合的兩個(gè)或多個(gè)零部件之間有干涉或配合關(guān)系不合理，可立刻返回到三維零部件狀態(tài)進(jìn)行修改，修改后再返回到裝配體狀態(tài)［3］繼續(xù)裝配。 整體裝配模型完整地表達(dá)了新型起動(dòng)機(jī)產(chǎn)品的外觀造型信息，還清楚地描述了各個(gè)組成部件之間設(shè)計(jì)參數(shù)的繼承關(guān)系和相關(guān)位置約束關(guān)系，這樣就保證了產(chǎn)品設(shè)計(jì)參數(shù)的一致性，從而支持產(chǎn)品的并行設(shè)計(jì)，以適應(yīng)新的產(chǎn)品設(shè)計(jì)需求。裝配結(jié)果如圖（4）、（5）所示。

3 結(jié)論

本文首先提出了一種與傳統(tǒng)的強(qiáng)制嚙合式起動(dòng)機(jī)相比較，穩(wěn)定性更高、嚙合率更好、結(jié)構(gòu)更加緊湊、性能更加優(yōu)越、使用壽命更長(zhǎng)的新型導(dǎo)向嚙合式汽車起動(dòng)機(jī)，利用UG NX8.0軟件提供的強(qiáng)大參數(shù)化建模功能模塊和裝配模塊，完成這種新型起動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)和建模過(guò)程，為研究這種新型起動(dòng)機(jī)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)特性、振動(dòng)特性、溫度分布［4］以及機(jī)械仿真、有限元分析和零件數(shù)控加工等提供了三維模型基礎(chǔ)，這種設(shè)計(jì)方法為提高產(chǎn)品的設(shè)計(jì)效率和質(zhì)量提供了良好的保證。

［1］ 張宗彩，張平寬.基于OpenGL和Pro/E的軸向振動(dòng)鉆削仿真技術(shù)的研究［J］.機(jī)床與液壓，2009（3）：136-137.

［2］ 黃正勝，黃勤，疏劍.三環(huán)減速器內(nèi)齒環(huán)的參數(shù)化建模［J］.煤礦機(jī)械，2008（9）：55.

［3］ 李銳，汪小芳.基于UG的三缸活塞式空氣壓縮機(jī)的虛擬設(shè)計(jì)［J］.機(jī)械工程與自動(dòng)化，2008（10）：65-67.

［4］ 黃勤，黃正勝，曹爭(zhēng)光.三環(huán)減速器內(nèi)齒環(huán)的參數(shù)化虛擬裝配［J］.煤礦機(jī)械，2009（2）：193-194.