基于CATIA的復式谷物清選機風扇轉(zhuǎn)子的建模*

王 輝

（新疆工程學院，新疆烏魯木齊 830011）

1 CATIA軟件的特點

CATIA作為產(chǎn)品生命周期管理中的信息創(chuàng)建和分析的工具，能夠完成產(chǎn)品外型設計、機械設計、設備與系統(tǒng)工程、管理數(shù)字樣機、機械加工、分析和模擬等相關工作，廣泛應用于機械制造、航空航天、船舶制造等領域，其提供的part dezine和aseemble line模塊能非常快捷的完成產(chǎn)品的設計和裝配[1]。

本文在對復式谷物清選機風扇轉(zhuǎn)子結構分析得基礎上，使用CATIA軟件對風扇轉(zhuǎn)子進行了建模和慣量分析，為復式谷物清選機的虛擬樣機建立及相關分析設計打下了基礎[2]。

2 風機轉(zhuǎn)子零件的建模

復式谷物清選機風機轉(zhuǎn)子從其機構上看主要由法蘭盤、葉片、支桿、轉(zhuǎn)軸等零件組成，相關零件不含復雜曲面，通過在草圖的基礎上，運用拉伸、旋轉(zhuǎn)、陣列等方法就能較快的完成了風扇轉(zhuǎn)子典型零件的建模，如圖1復式谷物清選機典型零件。

圖1 復式谷物清選機典型零件

3 裝配

（1）軸、鍵的裝配

復式谷物清選機風機轉(zhuǎn)子的軸具有跨度大、結構簡單的特點，在實際應用過程中一般常采用焊接軸的結構形式，從傳動軸的實際特點出發(fā)，運用CATIA的回轉(zhuǎn)和凹槽等建模方式，可以較為快捷的完成軸的建模，運用CA?TIA軟件自帶的機械標準零件庫，調(diào)用keys庫中所需的圓頭鍵，設置相關約束后，就可以完成裝配，如圖2所示。

圖2 鍵裝配圖

（2）法蘭盤和軸的裝配

法蘭盤、鍵和軸的配合，重點是在鍵槽、鍵的面約束，以及法蘭盤孔和軸的軸線的相合約束，值得注意的是在CATIA中相合約束不能簡單的認為是同軸，其實還包含諸如：點面、點線、面面等重合要素[3]。

由于結構的特殊性，該法蘭盤的孔是由兩排孔組成，建模過程中先建立外圈的孔，最后建立內(nèi)圈的孔，兩次陣列的使用，在裝配設計過程中，可以得到引用，方便支桿、螺栓、法蘭盤的裝配。如圖3法蘭裝配圖。

（3）加強桿與葉片的裝配

風扇轉(zhuǎn)子中的支桿，從力學模型看，其屬于懸臂梁結構，工作過程中支桿和法蘭連接處的螺栓受力較大，為減少受力，在葉片和葉片之間使用了加強桿將其進行連接，其作為連接各葉片的重要元件，可以增強整個結構的剛性，防止葉片在旋轉(zhuǎn)時受力過大，同時減少支桿與法蘭的連接受力。由于葉片和葉片之間的夾角為60度，但兩塊扇板與加強桿的連接孔并不在同一高度，所以支桿兩個連接端的傾角是有差異的，在實際應用過程中，往往將連接孔的尺寸放大，使其具有一定的可調(diào)余量，在建模裝配時要求根據(jù)結構尺寸，準確找對加強桿與葉片孔的安裝位置，否則裝配約束就不能建立，使裝配失效。如圖4加強桿的裝配圖。

圖3 法蘭裝配圖

圖4 加強桿的裝配圖

（4）鏡像的應用

風機轉(zhuǎn)子就其結構來看，屬于對稱部件[4]，由此制定了如下的安裝方案：先完成傳動軸左邊法蘭、鍵、支桿、加強桿、螺栓、墊片等的裝配后，使用CATIA中的建立子裝配的方法，快捷的完成另一部的裝配，最后安裝葉片。依據(jù)該方案在完成一邊的裝配后，先在傳動軸的中心位置建立一個平面，以該平面為對稱平面，使用Assem?bly Symmetry Wizard，選擇對稱平面和要鏡像的部件，在進行一些鏡像后格式的設置后，就可以完成該項操作。完成結果如圖5風機轉(zhuǎn)子裝配圖。

圖5 風機轉(zhuǎn)子裝配圖

4 慣量分析

裝配過程完成后，使用CATIA材料庫，對裝配部件施加相應材料應用，該風扇轉(zhuǎn)子結構主要使用了IRON和STEEL兩種材料，結構和材料都確定后，也就滿足了慣量測定的條件，使用CA?TIA測量慣量分析工具，就可以完成已定材料和結構的軸轉(zhuǎn)動慣量測定，如圖6轉(zhuǎn)動慣量分析。

5 小結

本文以復式谷物清選機的風扇轉(zhuǎn)子為研究對象，運用CATIA軟件對其典型零件進行了建模[5]，從其結構出發(fā)設計制定了相關的裝配方案，運用改裝方案完成了復式谷物清選機風扇轉(zhuǎn)子的虛擬裝配，同時運用CATIA軟件的慣量測量，測定了改結構的軸慣量，該工作的完成為復式谷物清選機建立虛擬樣機及后續(xù)相關分析工作打下了基礎。

圖6 轉(zhuǎn)動慣量分析

［1］張玉香，孟凡文，梁海霞.采用Imageware與CATIA的三維曲面重建與數(shù)控仿真加工［J］.機電工程技術，2013（7）：114-117.

［2］巫尚榮，楊堅，梁兆新，等.聯(lián)合收割機清糧機構的仿真優(yōu)化研究［J］.農(nóng)機化研究，2004（4）：21-24.

［3］葉有義，馬振利，何德安.基于CATIA的裝備數(shù)字樣機應用研究［J］.計算機應用與軟件，2009（3）：275-276，282.

［4］陳霓.新型風篩式清選裝置設計研究［J］.農(nóng)機化研究，2008（3）：113-115，118.

［5］甘忠，韓琦，曹蔚，等.基于CATIA的飛機展開壁板數(shù)字化模型的建立［J］.鍛壓技術，2006（6）：110-114.