武漢理工大學(xué)

本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告1、目的及意義（含國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀分析）隨著現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展，工業(yè)應(yīng)用對(duì)超細(xì)粉體技術(shù)與工藝提出了越來越高的要求，不僅要求粉體超細(xì)，而且粒徑分布要窄。在粉碎過程中，往往只有一部分粉體達(dá)到粒度要求，如不將已經(jīng)達(dá)到要求的產(chǎn)品及時(shí)分離出去，而與未達(dá)到粒度要求的產(chǎn)品一起再粉碎，則會(huì)造成能源浪費(fèi)和部分產(chǎn)品的過粉碎問題。此外，顆粒細(xì)化到一定程度后，出現(xiàn)粉碎與團(tuán)聚的現(xiàn)象，甚至因顆粒團(tuán)聚變大而使粉碎工藝惡化。因此，在超細(xì)粉體制備過程中必須對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行分級(jí)，一方面控制產(chǎn)品粒度處于所需的分布范圍，另一方面使混合物料中粒度已達(dá)到要求的產(chǎn)品及時(shí)分離出來，使粗顆粒返回再粉碎，以提高粉碎效率降低能耗。隨著所需粉體細(xì)度的提高和產(chǎn)量的增加，分級(jí)設(shè)備的技術(shù)要求也越來越高，粉體分級(jí)問題已成為制約粉體技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵，是各國粉體技術(shù)中最主要的操作單元之一。目前渦輪式氣流分級(jí)機(jī)是國內(nèi)礦物加工、建材（如水泥）、化工、糧食加工、食品、醫(yī)藥等行業(yè)干法粉體制備系統(tǒng)中最為重要的設(shè)備之一。分級(jí)機(jī)性能的好壞，不但決定著產(chǎn)品質(zhì)量，同時(shí)也明顯影響著系統(tǒng)能耗。當(dāng)前各行各業(yè)對(duì)粉料的要求越來越高，因而對(duì)分級(jí)設(shè)備提出了更高的要求，不僅要求節(jié)能和分級(jí)效率高，而且要求成品的顆粒級(jí)別滿足特定的要求?，F(xiàn)代高技術(shù)和新材料產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，要求超細(xì)粉體加工技術(shù)也要與時(shí)俱進(jìn)，不斷發(fā)展。近年來，國內(nèi)外關(guān)于微細(xì)粉體精密分級(jí)的應(yīng)用性研究迅速發(fā)展，開發(fā)了適合于各種粒徑的微細(xì)粉體的分級(jí)機(jī)。然而，我國的超細(xì)粉體分級(jí)技術(shù)面臨著巨大的挑戰(zhàn)，具體表現(xiàn)為：（1）起步晚、起點(diǎn)低，總體水平與先進(jìn)國家相比尚有一定的差距，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足工業(yè)生產(chǎn)的需求。（2）超細(xì)分級(jí)設(shè)備發(fā)展緩慢，制造工藝落后，精度不高，技術(shù)集成度較低，設(shè)備配套性能較差。（3）基礎(chǔ)理論研究較少，缺少全面系統(tǒng)的理論研究，設(shè)計(jì)力量不足，研發(fā)不夠，缺少創(chuàng)造性；實(shí)用新型專利多，發(fā)明專利少，具有獨(dú)立自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的超細(xì)分級(jí)機(jī)少之又少。（4）設(shè)備的檔次與品牌，尤其是自動(dòng)控制、機(jī)電一體化方面與國外差距過大，加工能力不強(qiáng)，設(shè)備陳舊，在國際市場上缺乏競爭力。（5）產(chǎn)品穩(wěn)定性差，設(shè)備缺乏國家標(biāo)準(zhǔn)，沒有行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。正是在這樣的技術(shù)背景下，國內(nèi)新的分級(jí)技術(shù)與設(shè)備層出不窮。就超細(xì)顆粒分級(jí)而言，通常有干法和濕法兩種分級(jí)方式。濕法分級(jí)因超細(xì)產(chǎn)物的脫水與干燥以及廢水處理等較難處理的問題，因而應(yīng)用較少。干法分級(jí)，目前大多采用氣力分級(jí)。干式氣力分級(jí)技術(shù)在目前占居著主導(dǎo)地位，就基本型式可概括為二類：一是內(nèi)部無回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)件，僅設(shè)置簡單慣性結(jié)構(gòu)件。氣流在慣性力場和較弱的離心力場中分離微粉。如旋風(fēng)式、慣性式、通過式、CPC式和GCFC式等，其結(jié)構(gòu)簡單,但選粉效率較低（35%—65%）。二是內(nèi)部設(shè)置回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)件，利用高速回轉(zhuǎn)體上的葉片、撒料盤等產(chǎn)生強(qiáng)大的離心力場對(duì)物料進(jìn)行離散和分選，如MS型、O-Sepa型、TSU型、Sepax型和ATP型等，結(jié)構(gòu)雖復(fù)雜，但分級(jí)效率高（65%—90%），分級(jí)粒徑易于調(diào)節(jié)。粉體機(jī)械及裝備的傳統(tǒng)的研發(fā)途徑基本上是在借助經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)的條件下通過幾何上的放大或縮小來實(shí)現(xiàn)設(shè)備規(guī)格（如產(chǎn)量等）上的變化，但隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，市場對(duì)產(chǎn)品規(guī)格的需求趨于多樣化，單憑經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品規(guī)格上的變化已遠(yuǎn)不能滿足市場的需求；另一方面，任何設(shè)備規(guī)格上的變化都必然導(dǎo)致系統(tǒng)發(fā)生或多或少的變化，系統(tǒng)的放大或縮小絕非是簡單的“幾何相似”，這時(shí)就要求研究人員對(duì)設(shè)備系統(tǒng)的內(nèi)在規(guī)律性有一個(gè)比較深的把握，從而更好的指導(dǎo)宏觀上的設(shè)計(jì)，并以仿真軟件校驗(yàn)新設(shè)計(jì)，進(jìn)一步修改滿足設(shè)計(jì)要求。本文就是掌握分級(jí)機(jī)工藝流程和工作原理的基礎(chǔ)上，在PRO/E系統(tǒng)中，深入分析?150型渦輪式氣流分級(jí)機(jī)的工作原理及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，建立其三維模型，并進(jìn)行虛擬裝配與零部件干涉檢測(cè)，優(yōu)化設(shè)備結(jié)構(gòu)，同時(shí)對(duì)分級(jí)機(jī)主軸進(jìn)行應(yīng)力分析，為提高分級(jí)機(jī)性能打下基礎(chǔ)，最后在3dsMax中完成分級(jí)機(jī)工作過程仿真。我們知道，計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)、虛擬制造技術(shù)以其高效率、低成本的優(yōu)勢(shì)已在航空航天、汽車、船舶等領(lǐng)域取得了累累碩果，但將虛擬制造、計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)和粉體機(jī)械及裝備設(shè)計(jì)相結(jié)合，在國內(nèi)還處在嘗試階段，建立在工程數(shù)據(jù)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)基礎(chǔ)上的數(shù)字化產(chǎn)品，不僅為學(xué)科的發(fā)展提供了新的研究手段，也是今后粉體機(jī)械及裝備數(shù)字化的發(fā)展方向。2、基本內(nèi)容和技術(shù)方案渦輪分級(jí)機(jī)虛擬設(shè)計(jì)與運(yùn)動(dòng)仿真研究：本次設(shè)計(jì)要求對(duì)一單輪分級(jí)機(jī)，其渦輪（分級(jí)輪）直徑為?150mm的分級(jí)機(jī)作相應(yīng)的三維建模，并在此基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的虛擬裝配，進(jìn)行主要零件的應(yīng)力分析；同時(shí)實(shí)現(xiàn)該裝置的工作過程虛擬仿真。設(shè)計(jì)的整個(gè)渦輪式氣流分級(jí)機(jī)主要由進(jìn)料系統(tǒng)、排料系統(tǒng)、動(dòng)力系統(tǒng)、主分級(jí)室和二次進(jìn)風(fēng)室組成。關(guān)鍵部件渦輪是一個(gè)特殊的轉(zhuǎn)子型驅(qū)動(dòng)器，轉(zhuǎn)子的外圓周上安裝一定數(shù)量的葉片。該分級(jí)機(jī)設(shè)置反沖氣套使進(jìn)入分級(jí)機(jī)的全部粉料均經(jīng)過分級(jí)葉片，主要工作參數(shù)渦輪轉(zhuǎn)速通過專設(shè)的變頻調(diào)速器進(jìn)行無級(jí)調(diào)節(jié)，空氣流量通過調(diào)整排風(fēng)門的開度而改變。渦輪式氣流分級(jí)機(jī)是根據(jù)物料顆粒大小不同，在旋轉(zhuǎn)氣流場里受到離心力大小也不同的原理進(jìn)行分級(jí)。渦輪在筒體內(nèi)高速旋轉(zhuǎn)，形成一個(gè)寬度為H的分級(jí)區(qū)域，空氣從外部引入，在分級(jí)區(qū)中心有一個(gè)排風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的軸向抽吸力即空氣曳力，使筒體內(nèi)形成負(fù)壓，其中渦輪中心的負(fù)壓最低，待分級(jí)機(jī)的物料被負(fù)壓抽吸帶到渦輪外邊緣附近形成分級(jí)區(qū)，同時(shí)，由于渦輪作高速旋轉(zhuǎn)，使氣流成螺旋狀向渦輪中心運(yùn)動(dòng)。本設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容：1）掌握該超細(xì)粉體分級(jí)機(jī)應(yīng)用的工藝流程；2）掌握分級(jí)機(jī)的工作原理和結(jié)構(gòu)組成；3）熟悉建模軟件Pro/E，實(shí)現(xiàn)分級(jí)機(jī)的三維建模、虛擬裝配與零部件的干涉檢測(cè)，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行結(jié)構(gòu)改進(jìn)和主要零件的應(yīng)力分析；4）熟悉動(dòng)畫制作軟件3dsMax，實(shí)現(xiàn)分級(jí)機(jī)工作過程的運(yùn)動(dòng)仿真。本文的技術(shù)路線：選擇三維選擇三維建模與動(dòng)畫制作軟件分級(jí)機(jī)三維實(shí)體建模虛擬裝配與零部件干涉檢測(cè)分級(jí)機(jī)工作過程仿真結(jié)構(gòu)改進(jìn)與應(yīng)力分析研究工作原理與結(jié)構(gòu)分析3、進(jìn)度安排第1-5周：查閱設(shè)計(jì)相關(guān)資料，翻譯查閱的英文文獻(xiàn)，完成開題報(bào)告。第6-8周：了解渦輪式氣流分級(jí)機(jī)的結(jié)構(gòu)組成和工作原理，完成分級(jí)機(jī)零部件及總體的三維建模，并進(jìn)行整機(jī)的虛擬裝配與零部件的干涉檢測(cè)。第9-11周：運(yùn)用Pro/Mechanica對(duì)分級(jí)機(jī)主軸進(jìn)行應(yīng)力分析。第12周：運(yùn)用3dsMax軟件制作分級(jí)機(jī)工作過程仿真。第13-15周：撰寫畢業(yè)設(shè)計(jì)論文，做好答辯的準(zhǔn)備工作。第16周：畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯。4、指導(dǎo)教師意見在查閱了大量相關(guān)技術(shù)文獻(xiàn)資料的基礎(chǔ)上，完成了開題報(bào)告的撰寫。開題報(bào)告撰寫認(rèn)真、規(guī)范，內(nèi)容詳細(xì)，所述技術(shù)內(nèi)容清晰，技術(shù)路線可行，進(jìn)度安排合理，很好的完成了開題報(bào)告的撰寫任務(wù)，達(dá)到了預(yù)期的目標(biāo)。同意開題，并進(jìn)入論文研究階段工作!指導(dǎo)教師簽名：葉濤2012年3目錄摘要 1Abstract 21緒論 31.1分級(jí)的概述 31.1.1分級(jí)的定義 31.1.2分級(jí)的分類 31.1.3分級(jí)的作用 31.1.4分級(jí)的工藝流程 41.2超細(xì)分級(jí)設(shè)備的研究動(dòng)態(tài) 41.3渦輪式氣流分級(jí)機(jī)的概述 51.3.1結(jié)構(gòu)組成及特點(diǎn) 51.3.2工作過程 61.3.3工作原理 61.4論文選題的目的意義及主要工作 72分級(jí)機(jī)零件三維實(shí)體建模 92.1Pro/Engineer軟件概述 92.2零件的三維建模 102.2.1Pro/E三維零件建模的基本步驟 102.2.2軸類零件的三維建模 112.2.3大帶輪的三維建模 122.2.4箱體零件的三維建模 132.2.5渦輪底盤的三維建模 142.3本章小結(jié) 153分級(jí)機(jī)虛擬裝配、干涉檢測(cè)與結(jié)構(gòu)改進(jìn) 163.1分級(jí)機(jī)的虛擬裝配 163.1.1虛擬裝配的意義 163.1.2虛擬裝配的方法 163.1.3部件裝配 173.1.4總體裝配 183.2干涉檢測(cè)概述 183.3進(jìn)氣孔干涉檢測(cè)與結(jié)構(gòu)改進(jìn) 193.4渦輪與反沖氣套間隙干涉檢測(cè)與結(jié)構(gòu)改進(jìn) 203.5本章小結(jié) 224基于Pro/Mechanica的分級(jí)機(jī)主軸應(yīng)力分析 234.1Pro/Mechanica概述 234.2分級(jí)機(jī)主軸應(yīng)力分析 234.2.1應(yīng)力分析軟件選擇 234.2.2模型簡化 234.2.3材料的定義 244.2.4施加載荷及約束 244.2.5分析結(jié)果 254.3本章小結(jié) 265基于3dsMax的分級(jí)機(jī)工作過程仿真研究 275.13dsMax軟件概述 275.2分級(jí)機(jī)工作過程的仿真研究 275.2.1仿真軟件選擇 275.2.2仿真的意義 275.2.3實(shí)體模型的導(dǎo)入 275.2.4裝配與拆卸過程仿真 295.2.5工作過程仿真 295.3本章小結(jié) 316結(jié)論與展望 326.1結(jié)論 326.2展望 32參考文獻(xiàn) 33致謝 34摘要隨著技術(shù)的進(jìn)步和科技的發(fā)展，各工業(yè)領(lǐng)域?qū)Ψ哿系囊笤絹碓礁撸蚨鴮?duì)分級(jí)設(shè)備也提出了更高的要求，不僅要求節(jié)能和分級(jí)效率高，而且要求成品的顆粒級(jí)別滿足特定的要求。因此利用信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)與現(xiàn)代測(cè)試技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)的粉體機(jī)械及裝備進(jìn)行改造與革新，可以大大促進(jìn)粉體技術(shù)的研究和應(yīng)用開發(fā)水平的提高，同時(shí)也是粉體機(jī)械及裝備數(shù)字化的發(fā)展方向。近年來，國內(nèi)外關(guān)于微細(xì)粉體精密分級(jí)的應(yīng)用性研究迅速發(fā)展，開發(fā)了適合于各種粒徑的微細(xì)粉體的分級(jí)機(jī)。渦輪式氣流分級(jí)機(jī)作為一種特殊的流體分級(jí)機(jī)械，是“超微粉體材料”生產(chǎn)制造的主要工藝設(shè)備，在超微粉體加工和分級(jí)方面均有著極為重要的作用。為了改進(jìn)渦輪分級(jí)機(jī)的功能作用，進(jìn)行性能優(yōu)化升級(jí)設(shè)計(jì)，必須首先對(duì)該設(shè)備的結(jié)構(gòu)組成特征與工作機(jī)理進(jìn)行研究。結(jié)合分級(jí)輪?150mm型渦輪式氣流分級(jí)機(jī)的研究開發(fā)，本文致力于完成了如下相關(guān)研究分析工作：（1）在Pro/E中創(chuàng)建分級(jí)機(jī)的三維實(shí)體模型，直觀地分析其零部件及裝配體的結(jié)構(gòu)形式與裝配關(guān)系；（2）進(jìn)行分級(jí)機(jī)零部件的干涉檢測(cè)研究，發(fā)現(xiàn)二維圖設(shè)計(jì)存在的缺陷，對(duì)分級(jí)機(jī)各零件結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)；（3）使用Pro/Mechanica對(duì)三維實(shí)體模型進(jìn)行應(yīng)力分析，為今后的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)打下基礎(chǔ)；（4）采用運(yùn)動(dòng)仿真技術(shù)實(shí)現(xiàn)了平面二維圖紙難以表現(xiàn)的設(shè)備運(yùn)動(dòng)過程，這樣可以根據(jù)設(shè)備的運(yùn)動(dòng)仿真狀態(tài)所表現(xiàn)的問題對(duì)初始設(shè)計(jì)進(jìn)行時(shí)時(shí)修改，大大的縮短了設(shè)備的開發(fā)周期，降低研發(fā)成本，提高工作效率。關(guān)鍵詞：渦輪式氣流分級(jí)機(jī)；Pro/E；干涉檢測(cè)；應(yīng)力分析；運(yùn)動(dòng)仿真AbstractAstechnologyadvancesandsciencedevelops,therequirementsofvariousindustrialareasonthepowdersaregettinghigherandhigher,thus,theyputforwardhigherrequirementsfortheclassificationequipment,whichrequirenotonlyhighenergyefficiencyandclassificationefficiency,butalsothefinishedparticlesleveltomeetspecificrequirements.Therefore,theuseofinformationtechnology,computersimulationtechnologyandmoderntestingtechniquestotransformandinnovatethetraditionalpowdermachineryandequipment,cangreatlycontributetoraisingthelevelofpowdertechnologyresearchandapplicationdevelopment,meanwhilewhichisalsothedigitaldevelopmentdirectionofthepowdermachineryandequipment.Inrecentyears,domesticandinternationalresearchonthepreciseclassificationofthefinepowderisdevelopingrapidly,anddevelopedaclassifiersuitableforthefinepowderofavarietyofparticlesize.Asaspecialfluidclassificationmachinery,theturboairclassifier,isthemainprocessequipmentofultrafinepowdermanufacturing,whichplaysanextremelyimportantroleinthesuperfinepowderprocessingandclassification.Inordertoimprovethefunctionalroleoftheturboclassifierandproceeddesigningperformanceofoptimizationandupgrading,firstlywemustresearchthestructuralcharacteristicsandworkingmechanismofthedevice.Combinedwiththeresearchanddevelopmentofturboairclassifier,whoseclassificationwheelis?150mm,thisarticleiscommittedtocompletethefollowingresearchandanalysis:(1)Createthree-dimensionalsolidmodeloftheclassifierinPro/E,andintuitivelyanalysethestructureandassemblyrelationshipofthepartsandassembly;(2)Proceedresearchingtheinterferencedetectionofpartsoftheclassifierandfindthedefectsoftwo-dimensionaldrawingdesignandimprovethestructuralcomponentsoftheclassifier;(3)UsePro/Mechanicaonthestressanalysisofthree-dimensionalsolidmodel,whichlaythefoundationforfuturestructuraloptimizationdesign;

(4)Themotionsimulationtechnologyachievesthemotorprocessoftheequipmentwhichisdifficulttoperforminaflattwo-dimensionaldrawings,sowecanmodifytheinitialdesignfromtimetotimeaccordingtothemotionsimulationstateoftheproblemsperformedbytheequipment,andgreatlyshortenthedevelopmentcycle,reducedevelopmentcosts,andimproveworkefficiency.KeyWords:Turboairclassifier;Pro/E;Interferencedetection;Stressanalysis;Motionsimulation

1緒論1.1分級(jí)的概述1.1.1分級(jí)的定義分級(jí)技術(shù)是一門涉及機(jī)械、材料、化工以及流體力學(xué)等多學(xué)科的高新技術(shù)。廣義的分級(jí)是利用顆粒粒徑、密度、顏色、形狀、化學(xué)成分、磁性、放射性等特性的不同而把顆粒分為不同的幾個(gè)部分。在粉體中，分級(jí)是指根據(jù)生產(chǎn)工藝的需要，把粉碎產(chǎn)品按某種粒度大小或不同類型顆粒進(jìn)行分選的操作。按顆粒的大小而進(jìn)行的分級(jí)稱為粒度分級(jí)，而按顆粒的形狀進(jìn)行的分級(jí)則稱為形狀分級(jí)。由于形狀分級(jí)目前還處于實(shí)驗(yàn)室研究階段，沒有達(dá)到實(shí)用化的程度，因此，我們通常所提到的分級(jí)是指粒度分級(jí)。1.1.2分級(jí)的分類超細(xì)顆粒分級(jí)有兩種方式，一是干法分級(jí)，二是濕法分級(jí)。濕法分級(jí)因超細(xì)產(chǎn)物的脫水與干燥以及廢水處理等較難處理的問題，因而應(yīng)用較少。干法分級(jí)，目前大多采用氣力分級(jí)。采用干法氣力分級(jí)技術(shù)的設(shè)備可概括為二類：一是內(nèi)部無回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)件，僅設(shè)置簡單慣性結(jié)構(gòu)件。氣流在慣性力場和較弱的離心力場中分離微粉。如旋風(fēng)式、慣性式、通過式、CPC式和GCFC式等，其結(jié)構(gòu)簡單,但選粉效率較低（35%—65%）。二是內(nèi)部設(shè)置回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)件，利用高速回轉(zhuǎn)體上的葉片、撒料盤等產(chǎn)生強(qiáng)大的離心力場對(duì)物料進(jìn)行離散和分選，如MS型、O-Sepa型、TSU型、Sepax型和ATP型等，結(jié)構(gòu)雖復(fù)雜，但分級(jí)效率高（65%—90%），分級(jí)粒徑易于調(diào)節(jié)。1.1.3分級(jí)的作用在超細(xì)粉體制備過程中對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行分級(jí)，一方面控制產(chǎn)品粒度處于所需的分布范圍，另一方面使混合物料中粒度已達(dá)到要求的產(chǎn)品及時(shí)分離出來，使粗顆粒返回再粉碎，以提高粉碎效率降低能耗。隨著所需粉體細(xì)度的提高和產(chǎn)量的增加，分級(jí)設(shè)備的技術(shù)要求也越來越高，粉體分級(jí)問題已成為制約粉體技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵，是國內(nèi)外各國研究的熱門課題之一。1.1.4分級(jí)的工藝流程在生產(chǎn)中根據(jù)工藝和經(jīng)濟(jì)效果的要求，往往要求粉碎機(jī)生產(chǎn)的產(chǎn)品粒度分布在一定的范圍內(nèi)。然而實(shí)際上，粉碎機(jī)產(chǎn)出的產(chǎn)品的粒度分布要比所要求的粒度范圍更廣泛，且大多數(shù)難以滿足要求。這時(shí)就需要采用分級(jí)機(jī)將物料中合格的細(xì)粉分離出來，以提高粉碎效率降低能耗，同時(shí)也能保證產(chǎn)品的質(zhì)量。使粉碎產(chǎn)品控制在所要求的范圍內(nèi)的方法是將粉碎機(jī)和分級(jí)機(jī)組合起來使用，這種兩者組合的裝置稱為閉路系統(tǒng)，該系統(tǒng)將粉碎產(chǎn)品按大于和小于某一粒度分開，把細(xì)粒排出機(jī)外，以防止產(chǎn)品過粉碎，而成為合格產(chǎn)品，并將粗粒再返送入粉碎機(jī)，再次進(jìn)行粉碎。分級(jí)機(jī)是閉路粉碎系統(tǒng)的重要部分，當(dāng)采用一定的粉碎機(jī)以后，則與該機(jī)配合的分級(jí)機(jī)性能對(duì)粉碎效果有極大的影響。圖1-1是兩種常見的閉路系統(tǒng)。其中(a)為分級(jí)機(jī)后置的粉碎-分級(jí)系統(tǒng)，(b)為分級(jí)機(jī)前置的粉碎-分級(jí)系統(tǒng)。圖1-1分級(jí)的兩種工藝流程1.2超細(xì)分級(jí)設(shè)備的研究動(dòng)態(tài)現(xiàn)代高技術(shù)和新材料產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，要求超細(xì)粉體加工技術(shù)也要與時(shí)俱進(jìn)，不斷發(fā)展。近年來，國內(nèi)外關(guān)于微細(xì)粉體精密分級(jí)的應(yīng)用性研究迅速發(fā)展，開發(fā)了適合于各種粒徑的微細(xì)粉體的分級(jí)機(jī)。（1）研究開發(fā)新的強(qiáng)有力的分散裝置。目前，已經(jīng)可以應(yīng)用的有物理方法和化學(xué)方法?；瘜W(xué)方法中常用的是在前一級(jí)粉碎過程中升級(jí)前的物料中添加分散助劑，但這種方法會(huì)增加生產(chǎn)成本，而且分散劑可能會(huì)污染物料，故只在特殊情況下使用。物理方法中常用的是機(jī)械式或高速壓縮空氣式分散裝置，其中又以高速壓縮空氣式用得最多。另外，表面改性的化學(xué)法使顆粒分散是超細(xì)分散的另一個(gè)重要途徑。（2）分級(jí)流場的研究。分析渦輪式氣流分級(jí)機(jī)分級(jí)流場的流動(dòng)特性（主要是氣—固兩相流運(yùn)動(dòng)特性），弄清分級(jí)流場的影響因素，設(shè)計(jì)出合理的結(jié)構(gòu)形式，減少局部渦流的產(chǎn)生，使分級(jí)流場的流動(dòng)狀態(tài)盡可能均勻。（3）分級(jí)力場的設(shè)計(jì)及新的分級(jí)原理的探索。通過對(duì)粒子表面特性、界面狀態(tài)以及粒子在不同介質(zhì)和不同力場中的行為差異進(jìn)行研究，尋找新的原理、方法和途徑，設(shè)計(jì)穩(wěn)定、可調(diào)的力場，開發(fā)更加精細(xì)的新型超細(xì)分級(jí)機(jī)。（4）性能參數(shù)和系統(tǒng)操作參數(shù)的研究。通過對(duì)分級(jí)機(jī)本身特性參數(shù)的研究及分級(jí)系統(tǒng)（或粉碎—分級(jí)系統(tǒng)）操作參數(shù)的分析，設(shè)計(jì)合理規(guī)格的分級(jí)設(shè)備，優(yōu)化結(jié)構(gòu)參數(shù)和系統(tǒng)操作參數(shù)，使分級(jí)設(shè)備處于理想的工作狀態(tài)，即高效、節(jié)能、低耗。（5）針對(duì)超細(xì)分級(jí)過程中出現(xiàn)的其它問題相應(yīng)的措施研究。如針對(duì)超微粉體的爆炸危險(xiǎn)，開展惰性氣體作為分級(jí)介質(zhì)的研究；針對(duì)超微粉體的粒度測(cè)試，開發(fā)研究具有分散性能好、能實(shí)行標(biāo)準(zhǔn)化操作的測(cè)試裝置等。而渦輪式氣流分級(jí)機(jī)作為一種特殊的流體分級(jí)機(jī)械，目前是“超微粉體材料”生產(chǎn)制造的主要工藝設(shè)備，在超微粉體加工和分級(jí)方面均有著極為重要的作用。為了改進(jìn)渦輪分級(jí)機(jī)的功能作用，進(jìn)行性能優(yōu)化升級(jí)設(shè)計(jì)，必須首先對(duì)該設(shè)備的結(jié)構(gòu)組成特征與工作機(jī)理進(jìn)行研究。1.3渦輪式氣流分級(jí)機(jī)的概述1.3.1結(jié)構(gòu)組成及特點(diǎn)整個(gè)渦輪式氣流分級(jí)機(jī)主要由進(jìn)料系統(tǒng)、排料系統(tǒng)、動(dòng)力系統(tǒng)、主分級(jí)室等部分組成。其關(guān)鍵部件渦輪是一個(gè)特殊的轉(zhuǎn)子型驅(qū)動(dòng)器，轉(zhuǎn)子的外圓周上安裝一定數(shù)量的葉片。該分級(jí)機(jī)設(shè)置反沖氣套，使進(jìn)入分級(jí)機(jī)的全部粉料均經(jīng)過分級(jí)葉片，主要工作參數(shù)渦輪轉(zhuǎn)速通過專設(shè)的變頻調(diào)速器進(jìn)行無級(jí)調(diào)節(jié)，空氣流量通過調(diào)整排風(fēng)門的開度而改變。圖1-2是分級(jí)機(jī)主體部分的結(jié)構(gòu)圖示意圖，其中1——軸承；2——主軸；3——主軸皮帶輪；4——電機(jī)；5——電機(jī)皮帶輪；6——渦輪；7——筒體；8——反沖氣套。圖1-2渦輪式氣流分級(jí)機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖渦輪式氣流分級(jí)機(jī)采用渦輪高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生強(qiáng)大的離心力場來進(jìn)行有效分散和分級(jí)，為了達(dá)到轉(zhuǎn)子支承結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，提高運(yùn)轉(zhuǎn)壽命，滿足精細(xì)分級(jí)的基本要求，該分級(jí)機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上采取了以下的優(yōu)化措施:（1）電機(jī)通過皮帶輪帶動(dòng)支承在精密滾動(dòng)軸承上的主軸，其轉(zhuǎn)速可由變頻器調(diào)整；（2）渦輪以懸臂方式聯(lián)結(jié)在主軸的另一端，懸臂主軸支承結(jié)構(gòu)和渦輪質(zhì)量級(jí)配均通過動(dòng)力學(xué)參數(shù)優(yōu)化計(jì)算，從而獲得了較好的支承穩(wěn)定性，并保證軸系在允許的振動(dòng)烈度范圍內(nèi)；（3）為防止軸承中混入細(xì)小灰塵而磨損，對(duì)軸承采用氣封技術(shù)，以保證軸承壽命極限和安全運(yùn)轉(zhuǎn)；（4）渦輪與安裝在筒體上的反沖氣套間采用較小的間隙，通過一定的壓力的反吹氣體進(jìn)行氣封處理，有效防止了粗顆?；烊敕旨?jí)后的微粉中；（5）渦輪采用在徑向均勻布置72片葉片的鼠籠結(jié)構(gòu)和特殊的焊接技術(shù)，葉片每分鐘通過某點(diǎn)的次數(shù)可高達(dá)7200次，從而形成了強(qiáng)大而均勻的離心場；（6）筒體內(nèi)襯用聚氨脂膠粘，防止顆粒受鐵質(zhì)污染。1.3.2工作過程主分級(jí)室內(nèi)有一個(gè)可以任意調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的渦輪，渦輪由電機(jī)通過帶傳動(dòng)帶動(dòng)在主分級(jí)室內(nèi)作高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。物料由螺旋輸送機(jī)送進(jìn)渦輪式分級(jí)機(jī)的主分級(jí)室內(nèi)并獲得一定的初速度，進(jìn)入分級(jí)區(qū)后，即渦輪高速旋轉(zhuǎn)形成的強(qiáng)迫渦旋流場內(nèi)，顆粒受到風(fēng)的阻力和由于渦輪葉片旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的離心力作用，因顆粒的大小不同而所受的離心力不同，從而粒徑小，質(zhì)量輕的細(xì)小顆粒經(jīng)過渦輪葉片間隙，進(jìn)入輸出管道被分選出來，粒徑較大的顆粒被渦輪葉片甩向器壁進(jìn)入主分級(jí)室下面的二次進(jìn)風(fēng)室，在二次進(jìn)風(fēng)室中，粒徑較小的顆粒再次被吹回主分級(jí)室進(jìn)行分級(jí)，從而達(dá)到提高分級(jí)效率的目的。1.3.3工作原理渦輪式分級(jí)機(jī)是根據(jù)物料顆粒大小不同，在旋轉(zhuǎn)氣流場里受到離心力大小也不同的原理進(jìn)行分級(jí)。渦輪在筒體內(nèi)高速旋轉(zhuǎn)，形成一個(gè)寬度為H（如圖1-3所示）的分級(jí)區(qū)域，空氣從外部引入，在分級(jí)區(qū)中心有一個(gè)排風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的軸向抽吸力即空氣曳力，使筒體內(nèi)形成負(fù)壓，其中渦輪中心的負(fù)壓最低，待分級(jí)機(jī)的物料被負(fù)壓抽吸帶到渦輪外邊緣附近形成分級(jí)區(qū)，同時(shí)，由于渦輪作高速旋轉(zhuǎn)，使氣流成螺旋狀向渦輪中心運(yùn)動(dòng)。假設(shè)顆粒向渦輪中心運(yùn)動(dòng)的徑向速度為VR，由慣性離心力產(chǎn)生背向渦輪中心的速度VM，即沉降速度，VM因顆粒大小而不同。當(dāng)VR>VM時(shí)，顆粒將通過渦輪葉片從周邊外緣進(jìn)入渦輪中心，經(jīng)輸出管道被收塵器收集；當(dāng)VR<VM時(shí)，顆粒將被甩離渦輪；當(dāng)VR=VM時(shí)，顆粒在確定的半徑上處于平衡狀態(tài)，這是一種理想狀態(tài)，此種粒子的粒徑就是所謂的分級(jí)直徑。渦輪分級(jí)機(jī)分級(jí)直徑的大小與渦輪轉(zhuǎn)速、抽風(fēng)機(jī)風(fēng)量、風(fēng)壓及結(jié)構(gòu)參數(shù)有關(guān)，對(duì)于一個(gè)結(jié)構(gòu)尺寸確定的渦輪分級(jí)機(jī)，通過改變前三個(gè)參數(shù)到合適的程度，可得到理想的分級(jí)直徑。圖1-3分級(jí)原理示意圖1.4論文選題的目的意義及主要工作如上所述，目前渦輪式氣流分級(jí)機(jī)是國內(nèi)礦物加工、建材（如水泥）、化工、糧食加工、食品、醫(yī)藥等行業(yè)干法粉體制備系統(tǒng)中最為重要的設(shè)備之一。其分級(jí)機(jī)性能的好壞，不但決定著產(chǎn)品質(zhì)量，同時(shí)也明顯影響著系統(tǒng)能耗。粉體機(jī)械及裝備的傳統(tǒng)的研發(fā)途徑基本上是在借助經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)的條件下通過幾何上的放大或縮小來實(shí)現(xiàn)設(shè)備規(guī)格（如產(chǎn)量等）上的變化，但隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，市場對(duì)產(chǎn)品規(guī)格的需求趨于多樣化，單憑經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品規(guī)格上的變化已遠(yuǎn)不能滿足市場的需求；另一方面，任何設(shè)備規(guī)格上的變化都必然導(dǎo)致系統(tǒng)發(fā)生或多或少的變化，系統(tǒng)的放大或縮小絕非是簡單的“幾何相似”，這時(shí)就要求研究人員對(duì)設(shè)備系統(tǒng)的內(nèi)在規(guī)律性有一個(gè)比較深的把握，從而更好的指導(dǎo)宏觀上的設(shè)計(jì)，并以仿真軟件校驗(yàn)新設(shè)計(jì)，進(jìn)一步修改滿足設(shè)計(jì)要求。結(jié)合分級(jí)輪?150mm型渦輪式氣流分級(jí)機(jī)的研究開發(fā)，本文完成了如下相關(guān)研究分析工作：（1）在Pro/E中創(chuàng)建分級(jí)機(jī)的三維實(shí)體模型，直觀地分析其零部件及裝配體的結(jié)構(gòu)形式與裝配關(guān)系；（2）進(jìn)行分級(jí)機(jī)零部件的干涉檢測(cè)研究，發(fā)現(xiàn)二維圖設(shè)計(jì)存在的缺陷，對(duì)分級(jí)機(jī)各零件結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)；（3）使用Pro/Mechanica對(duì)三維實(shí)體模型進(jìn)行應(yīng)力分析，為今后的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)打下基礎(chǔ)；（4）采用運(yùn)動(dòng)仿真技術(shù)實(shí)現(xiàn)了平面二維圖紙難以表現(xiàn)的設(shè)備運(yùn)動(dòng)過程，這樣可以根據(jù)設(shè)備的運(yùn)動(dòng)仿真狀態(tài)所表現(xiàn)的問題對(duì)初始設(shè)計(jì)進(jìn)行時(shí)時(shí)修改，大大的縮短了設(shè)備的開發(fā)周期，降低研發(fā)成本，提高工作效率。本課題的技術(shù)路線：選擇三維選擇三維建模與動(dòng)畫制作軟件分級(jí)機(jī)三維實(shí)體建模虛擬裝配與零部件干涉檢測(cè)分級(jí)機(jī)工作過程仿真結(jié)構(gòu)改進(jìn)與應(yīng)力分析研究工作原理與結(jié)構(gòu)分析圖1-4本文工作的技術(shù)流程綜上所述，當(dāng)今一些優(yōu)先發(fā)展的科學(xué)領(lǐng)域，如材料科學(xué)、微電子學(xué)、環(huán)保和生命科學(xué)等，都與粉體機(jī)械及裝備密切相關(guān)。因而我們可以利用信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)與現(xiàn)代測(cè)試技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)的粉體機(jī)械及裝備進(jìn)行改造與革新，從而促進(jìn)粉體技術(shù)的研究和應(yīng)用開發(fā)水平的提高。計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)、虛擬制造技術(shù)以其高效率、低成本的優(yōu)勢(shì)已在航空航天、汽車、船舶等領(lǐng)域取得了累累碩果，但將虛擬制造、計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)和粉體機(jī)械及裝備設(shè)計(jì)相結(jié)合，在國內(nèi)還處在嘗試階段，建立在工程數(shù)據(jù)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)基礎(chǔ)上的數(shù)字化產(chǎn)品，不僅為學(xué)科的發(fā)展提供了新的研究手段，也是粉體機(jī)械及裝備數(shù)字化的發(fā)展方向。2分級(jí)機(jī)零件三維實(shí)體建模2.1Pro/Engineer軟件概述Pro/Engineer操作軟件是美國參數(shù)技術(shù)公司旗下的CAD/CAM/CAE一體化的三維軟件。Pro/Engineer軟件以參數(shù)化著稱，是參數(shù)化技術(shù)的最早應(yīng)用者，在目前的三維造型軟件領(lǐng)域中占有著重要地位，Pro/Engineer作為當(dāng)今世界機(jī)械CAD/CAE/CAM領(lǐng)域的新標(biāo)準(zhǔn)而得到業(yè)界的認(rèn)可和推廣,是現(xiàn)今主流的CAD/CAM/CAE軟件之一，特別是在國內(nèi)產(chǎn)品設(shè)計(jì)領(lǐng)域占據(jù)重要位置。Pro/E采用了模塊方式，可以分別進(jìn)行草圖繪制、零件制作、裝配設(shè)計(jì)、鈑金設(shè)計(jì)、加工處理等，保證用戶可以按照自己的需要進(jìn)行選擇使用。Pro/E的主要特性有以下幾點(diǎn)：（1）參數(shù)化設(shè)計(jì)，相對(duì)于產(chǎn)品而言，我們可以把它看成幾何模型，而無論多么復(fù)雜的幾何模型，都可以分解成有限數(shù)量的構(gòu)成特征，而每一種構(gòu)成特征，都可以用有限的參數(shù)完全約束，這就是參數(shù)化的基本概念。（2）基于特征建模Pro/E是基于特征的實(shí)體模型化系統(tǒng)，工程設(shè)計(jì)人員采用具有智能特性的基于特征的功能去生成模型，如腔、殼、倒角及圓角，您可以隨意勾畫草圖，輕易改變模型。這一功能特性給工程設(shè)計(jì)者提供了在設(shè)計(jì)上從未有過的簡易和靈活。（3）單一數(shù)據(jù)庫Pro/Engineer是建立在統(tǒng)一基層上的數(shù)據(jù)庫上，不象一些傳統(tǒng)的CAD/CAM系統(tǒng)建立在多個(gè)數(shù)據(jù)庫上。所謂單一數(shù)據(jù)庫，就是工程中的資料全部來自一個(gè)庫，使得每一個(gè)獨(dú)立用戶在為一件產(chǎn)品造型而工作，不管他是哪一個(gè)部門的。換言之，在整個(gè)設(shè)計(jì)過程的任何一處發(fā)生改動(dòng)，亦可以前后反應(yīng)在整個(gè)設(shè)計(jì)過程的相關(guān)環(huán)節(jié)上。這一優(yōu)點(diǎn)，使得設(shè)計(jì)更優(yōu)化，成品質(zhì)量更高，產(chǎn)品能更好地推向市場，價(jià)格也更便宜。本章用到Pro/E的兩個(gè)主要模塊：（1）Pro/Engineer是軟件包，并非模塊，它是該系統(tǒng)的基本部分，其中功能包括參數(shù)化功能定義、實(shí)體零件及組裝造型，三維上色實(shí)體或線框造型棚完整工程圖產(chǎn)生及不同視圖。Pro/Engineer是一個(gè)功能定義系統(tǒng)，即造型是通過各種不同的設(shè)計(jì)專用功能來實(shí)現(xiàn)，其中包括：筋、槽、倒角和抽空等，采用這種手段來建立形體，對(duì)于工程師來說是更自然，更直觀，無需采用復(fù)雜的幾何設(shè)計(jì)方式。這系統(tǒng)的參數(shù)比功能是采用符號(hào)式的賦予形體尺寸，不象其他系統(tǒng)是直接指定一些固定數(shù)值于形體，這樣工程師可任意建立形體上的尺寸和功能之間的關(guān)系，任何一個(gè)參數(shù)改變，其相關(guān)的特征也會(huì)自動(dòng)修正。這種功能使得修改更為方便和可令設(shè)計(jì)優(yōu)化更趨完美。Pro/Engineer還可輸出三維和二維圖形給予其他應(yīng)用軟件，諸如有限元分析及后置處理等，這都是通過標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)交換格式來實(shí)現(xiàn)，用戶更可配上Pro/Engineer軟件的其它模塊或自行利用C語言編程，以增強(qiáng)軟件的功能。Pro/Engineer功能如下：①特征驅(qū)動(dòng)（例如：凸臺(tái)、槽、倒角、腔、殼等）；②參數(shù)化（參數(shù)=尺寸、圖樣中的特征、載荷、邊界條件等）；③通過零件的特征值之間，載荷/邊界條件與特征參數(shù)之間的關(guān)系來進(jìn)行設(shè)計(jì)。④支持大型、復(fù)雜組合件的設(shè)計(jì)。⑤貫穿所有應(yīng)用的完全相關(guān)性。其它輔助模塊將進(jìn)一步提高擴(kuò)展Pro/Engineer的基本功能。（2）Pro/Assembly是一個(gè)參數(shù)化組裝管理系統(tǒng)，能提供用戶自定義手段去生成一組組裝系列及可自動(dòng)地更換零件。Pro/Assembly是Pro/Adssembly的一個(gè)擴(kuò)展選項(xiàng)模塊，只能在Pro/Engineer環(huán)境下運(yùn)行，它具有如下功能：①在組合件內(nèi)自動(dòng)零件替換；②規(guī)則排列的組合；③組裝模式下的零件生成；④Pro/Assembly里有一個(gè)Pro/Program模塊，它提供一個(gè)開發(fā)工具。使用戶能自行編寫參數(shù)化零件及組裝的自動(dòng)化程序，這種程序可使不是技術(shù)性用戶也可產(chǎn)生自定義設(shè)計(jì)，只需要輸入一些簡單的參數(shù)即可；⑤組件特征。2.2零件的三維建模2.2.1Pro/E三維零件建模的基本步驟根據(jù)已經(jīng)設(shè)計(jì)出的渦輪式氣流分級(jí)機(jī)的二維結(jié)構(gòu)，可以創(chuàng)建零件的三維實(shí)體模型。通常，在Pro/E中每個(gè)零件的三維實(shí)體建模的過程都大同小異，主要有以下幾個(gè)步驟：（1）對(duì)照零件的二維圖，運(yùn)用空間想象力在大腦形成零件的三維輪廓。（2）選擇零件三維實(shí)體建模的主要方法。（3）根據(jù)不同的零件，草繪每個(gè)特征的二維圖，然后進(jìn)行拉伸、旋轉(zhuǎn)、掃描以及混合等主要特征操作以完成零件主體的三維實(shí)體建模。（4）在零件主體模型上進(jìn)行其它相關(guān)的輔助特征操作，進(jìn)一步完善零件模型。（5）在零件模型上做最終修飾，然后保存。這里我們?cè)O(shè)計(jì)的零件和選取的標(biāo)準(zhǔn)零件數(shù)量較大，該分級(jí)機(jī)自行設(shè)計(jì)的非標(biāo)準(zhǔn)零件數(shù)為104個(gè)，部分主要零部件名稱見表2-1。由于零件三維建模的過程和方法都基本相同，因此本章只選擇了幾個(gè)典型的零件，對(duì)其三維建模的特點(diǎn)及過程進(jìn)行簡單的論述。表2-1分級(jí)機(jī)部分零部件名稱表部件名稱組成零件名稱渦輪環(huán)盤套環(huán)葉片（72片）底盤反沖氣套端蓋1端蓋2外套進(jìn)氣孔法蘭內(nèi)套箱體頂蓋法蘭1法蘭2側(cè)板1側(cè)板2側(cè)板3天方地圓其他主要零件名稱主軸大帶輪小帶輪大帶輪擋圈小帶輪擋圈大帶輪軸套支架套筒壓蓋氣封軸承蓋軸承端蓋軸承套2.2.2軸類零件的三維建模2.2.2．1軸類零件的特點(diǎn)軸類零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是：回轉(zhuǎn)體，主要結(jié)構(gòu)以其軸線對(duì)稱，各軸段直徑有一定差異，但是相臨軸段直徑相差不大，呈階梯狀；根據(jù)使用場合和功能的不同，軸上其他結(jié)構(gòu)要素有些以其軸線為對(duì)稱，有些則沒有對(duì)稱線、對(duì)稱面；當(dāng)傳遞扭矩時(shí)，軸類零件具有鍵槽或花鍵槽結(jié)構(gòu)；為定位方便，軸兩端具有中心孔結(jié)構(gòu)。2.2.2．2軸類零件建模基本方法首先創(chuàng)建主軸的毛坯模型,再確定各特征之間的正確關(guān)系,然后完成各特征的細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)。主軸結(jié)構(gòu)較為簡單，其二維圖如圖2-1所示?？刹捎美靹?chuàng)建軸的基礎(chǔ)特征,用旋轉(zhuǎn)方法創(chuàng)建軸的階梯,形成完整的階梯、鍵槽、倒角和圓角等特征，建立的主軸三維實(shí)體模型如圖2-2所示。圖2-1主軸的二維零件圖圖2-2主軸三維實(shí)體模型2.2.3大帶輪的三維建模大帶輪的截面較復(fù)雜，其二維零件圖如圖2-3所示。首先在平面草繪界面畫出大帶輪主體截面的二維圖，包括輪槽和輪轂，如圖2-4所示。圖2-3大帶輪二維主視圖然后利用旋轉(zhuǎn)方法生成帶輪主體，再用拉伸去除材料得到輪輻，鍵槽，最后進(jìn)行倒角、倒圓角等輔助特征，生成大帶輪的三維實(shí)體模型如圖2-3所示。圖2-4大帶輪三維實(shí)體模型2.2.4箱體零件的三維建模（1）頂蓋頂蓋的主體部分用拉伸和去除材料可以得到，兩個(gè)握把的創(chuàng)建則需要用到掃描特征，首先在草繪界面畫出吊環(huán)軌跡，接著在草繪圖中畫出吊環(huán)的截面圖，最終便能生成吊環(huán)實(shí)體，頂蓋的三維實(shí)體模型如圖2-5所示。圖2-5頂蓋三維實(shí)體模型（2）天方地圓天方地圓的創(chuàng)建方法與其他零件不大一樣，其二維零件圖如圖2-6所示。首要用拉伸特征生成一個(gè)圓柱體，然后利用一個(gè)與水平面成一定夾角的基準(zhǔn)面將圓柱體切除掉一角，再用鏡像方法切除剩下三處，最后運(yùn)用殼工具將實(shí)體掏空，得到天方地圓的三維實(shí)體模型如圖2-7所示。圖2-6天方地圓二維圖圖2-7天方地圓三維實(shí)體模型渦輪底盤的三維建模首先運(yùn)用旋轉(zhuǎn)方法創(chuàng)建底盤主體部分，然后利用拉伸去除材料得到鍵槽和一個(gè)葉片槽，使用陣列將72個(gè)葉片槽均勻分布在底盤上，最后添加倒角等輔助特征，渦輪底盤的二維零件圖與三維實(shí)體模型如圖2-8、2-9所示。圖2-8渦輪底盤二維零件圖圖2-9渦輪底盤三維實(shí)體模型2.3本章小結(jié)本章以Pro/E作為軟件平臺(tái)，完成了渦輪式氣流分級(jí)機(jī)非標(biāo)準(zhǔn)件（104個(gè)零件）的三維實(shí)體建模，詳細(xì)論述了主軸、帶輪、箱體、及渦輪底盤幾個(gè)具有代表性的零件的Pro/E建模方法與步驟，為后文分級(jí)機(jī)虛擬裝配、干涉檢測(cè)與結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)打下研究基礎(chǔ)。3分級(jí)機(jī)虛擬裝配、干涉檢測(cè)與結(jié)構(gòu)改進(jìn)3.1分級(jí)機(jī)的虛擬裝配3.1.1虛擬裝配的意義虛擬裝配是三維實(shí)體建模的重要組成部分，利用虛擬裝配，可以驗(yàn)證裝配設(shè)計(jì)和操作的正確與否，以便及早的發(fā)現(xiàn)裝配中的問題，對(duì)模型進(jìn)行修改，并通過可視化顯示裝配過程。虛擬裝配系統(tǒng)允許設(shè)計(jì)人員考慮可行的裝配序列，自動(dòng)生成裝配規(guī)劃，它包括數(shù)值計(jì)算、裝配工藝規(guī)劃、工作面布局、裝配操作所模擬等?，F(xiàn)在產(chǎn)品的制造正在向著自動(dòng)化、數(shù)字化的方向發(fā)展，虛擬裝配是產(chǎn)品數(shù)字化定義中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。虛擬裝配從模型重新定位、分析方面來講，它是一種零件模型按約束關(guān)系進(jìn)行重新定位的過程，是有效的分析產(chǎn)品設(shè)計(jì)合理性的一種手段；從產(chǎn)品裝配過程來說，它是根據(jù)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的形狀特性、精度特性，真實(shí)的模擬產(chǎn)品三維裝配過程，并允許用戶以交互方式控制產(chǎn)品的三維真實(shí)模擬裝配過程，以檢驗(yàn)產(chǎn)品的可裝配性。3.1.2虛擬裝配的方法分級(jí)機(jī)的虛擬裝配工作是將Pro/E的Assembly模塊的虛擬裝配機(jī)理與實(shí)際裝配經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合，沿2條主線進(jìn)行:（1）子裝配件的正確選定，將哪幾種零件組成一個(gè)子裝配體，既要體現(xiàn)此裝配體相對(duì)獨(dú)立的功能特點(diǎn)，又簡化和優(yōu)化分級(jí)機(jī)的整體裝配工作，即整機(jī)裝配不是幾十個(gè)的零件的直接組合，而是功能相對(duì)獨(dú)立、彼此又存在聯(lián)系的幾個(gè)子裝配體及零件的裝配；（2）合理的虛擬裝配次序。通過這2條虛擬裝配主線的融合，完成分級(jí)機(jī)各子部件裝配及整體裝配過程。在Pro/E中，虛擬裝配是通過定義參與裝配的各個(gè)實(shí)體模型之間的裝配約束來實(shí)現(xiàn)的，也就是在各實(shí)體模型之間建立起一定的連接關(guān)系，并對(duì)其相互之間的位置進(jìn)行約束，從而確定各個(gè)實(shí)體模型在空間中的相對(duì)位置。在Pro/E的Assembly模塊中，裝配的約束設(shè)置可分成兩大類。（1）無連接接口的約束無連接接口的約束主要用于一般的裝配中，使用這種裝配方法裝配上去的實(shí)體模型不具有自由度，實(shí)體模型之間不能做任何相對(duì)運(yùn)動(dòng)。（2）有連接接口的約束有連接接口的約束用于機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)，使用這種裝配方法裝配上去的實(shí)體模型具有一定的自由度，實(shí)體模型之間可以做一定的運(yùn)動(dòng)，為機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)仿真做好準(zhǔn)備。本文并未涉及Pro/E的運(yùn)動(dòng)仿真，而是將在Pro/E創(chuàng)建的三維實(shí)體模型導(dǎo)入3dsMax中進(jìn)行工作過程仿真，所以在組件裝配過程中采用的都是無連接接口的約束，以簡化裝配過程。3.1.3部件裝配渦輪、反沖氣套是渦輪式氣流分級(jí)機(jī)的主要部件，按照虛擬裝配方法首先需要完成這兩個(gè)主要部件的裝配。（1）渦輪新建組件文件（wolun.asm）。調(diào)入第一個(gè)零件環(huán)盤，采用缺省約束。套環(huán)與環(huán)盤的約束為中心軸對(duì)齊，面對(duì)齊。底盤與環(huán)盤的約束為中心軸對(duì)齊，面偏距匹配。裝配過程中必須保證環(huán)盤與底盤的72個(gè)槽對(duì)齊。由于葉片與環(huán)盤、底盤的聯(lián)接均采用膠粘接的方式，所以葉片與環(huán)盤、底盤的約束為固定。固定第一個(gè)葉片之后，使用陣列工具得到72個(gè)葉片，完成裝配。渦輪的組件裝配如圖3-1所示。圖3-1渦輪三維實(shí)體模型（2）反沖氣套反沖氣套與渦輪的裝配步驟大同小異。新建組件文件（fanchongqitao.asm），仍然是第一個(gè)零件采用缺省約束，其他零件之間的約束基本為軸與軸對(duì)齊、面與面對(duì)齊或匹配。反沖氣套的組件裝配圖如圖3-2所示。圖3-2反沖氣套三維實(shí)體模型3.1.4總體裝配渦輪式氣流分級(jí)機(jī)的總體裝配主要是主軸，大帶輪小帶輪，箱體和主要部件渦輪、反沖氣套之間的裝配。根據(jù)已有的二維結(jié)構(gòu)圖可以得到部件、零件之間的位置關(guān)系，如此能較快捷的完成分級(jí)機(jī)的總體裝配。為了便于總體裝配，可以先將幾個(gè)局部關(guān)聯(lián)的零件組裝成一個(gè)子裝配體（它們不是一個(gè)部件），如圖3-3所示為主軸及其關(guān)聯(lián)零件的組件。最后將所有部件，組件，剩余零件組裝到一起生成渦輪式氣流分級(jí)機(jī)的總體虛擬裝配圖，如圖2-10所示，其中所有標(biāo)準(zhǔn)零件均從Pro/E標(biāo)準(zhǔn)零件庫中調(diào)用。圖3-3主軸及其關(guān)聯(lián)零件三維實(shí)體模型圖3-4渦輪式氣流分級(jí)機(jī)總體虛擬裝配圖3.2干涉檢測(cè)概述通過建立產(chǎn)品數(shù)字化裝配模型，虛擬裝配技術(shù)在計(jì)算機(jī)上創(chuàng)建近乎實(shí)際的虛擬環(huán)境，可以用虛擬產(chǎn)品代替?zhèn)鹘y(tǒng)設(shè)計(jì)中的物理樣機(jī)，能夠方便的對(duì)產(chǎn)品的裝配過程進(jìn)行模擬與分析，預(yù)估產(chǎn)品的裝配性能，及早發(fā)現(xiàn)潛在的裝配沖突與缺陷，并將這些裝配信息反饋給設(shè)計(jì)人員。運(yùn)用該技術(shù)不但有利于并行工程的開展，而且還可以大大縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品在市場中的競爭力。干涉檢測(cè)或碰撞檢測(cè)是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的支撐技術(shù)，其目的是檢測(cè)兩個(gè)對(duì)象間的碰撞和干涉，將干涉檢測(cè)或碰撞檢測(cè)應(yīng)用于虛擬裝配技術(shù)可以檢測(cè)裝配的零件與其他零件間的干涉情況，判斷兩個(gè)零件間的位置關(guān)系。虛擬裝配過程中的約束設(shè)置同樣可以發(fā)現(xiàn)零件結(jié)構(gòu)上的缺陷，因?yàn)榛ハ嚓P(guān)聯(lián)的零件，如果其中一個(gè)設(shè)計(jì)錯(cuò)誤，裝配時(shí)會(huì)造成約束無效的現(xiàn)象發(fā)生，以致無法完成裝配。在進(jìn)行渦輪氣流式分級(jí)機(jī)零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，可能由于某個(gè)零件尺寸設(shè)計(jì)的錯(cuò)誤，以至于在進(jìn)行組裝時(shí)零部件之間產(chǎn)生了一些干涉。在傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，出現(xiàn)這些干涉情況，只能夠在物理樣機(jī)裝配的過程中，才能檢測(cè)出來。但是，利用Pro/E虛擬裝配技術(shù)，設(shè)計(jì)者可以在虛擬環(huán)境中來檢測(cè)各零部件裝配之后的干涉情況，可以檢測(cè)哪些地方有干涉，分析什么原因?qū)е庐a(chǎn)生干涉，如何對(duì)樣機(jī)進(jìn)行修改來消除零部件裝配形成的干涉。干涉檢測(cè)包括靜態(tài)干涉檢測(cè)和動(dòng)態(tài)干涉檢測(cè)兩種，靜態(tài)干涉檢測(cè)是指在靜止的狀態(tài)下進(jìn)行的干涉檢測(cè)，主要用于零部件之間配合關(guān)系的檢測(cè)，其檢測(cè)的步驟如下：（1）在Pro/E打開所要檢測(cè)的組件。（2）單擊菜單欄中的【分析】，在其下拉菜單【模型】中選擇【全局干涉】。（3）在【全局干涉】設(shè)置好相應(yīng)選項(xiàng)后，單擊“計(jì)算當(dāng)前分析以供預(yù)覽”圖標(biāo)，即可對(duì)零部件進(jìn)行裝配干涉檢測(cè)。動(dòng)態(tài)干涉檢測(cè)是指在運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下進(jìn)行的干涉檢測(cè)，主要用于檢測(cè)有相互運(yùn)動(dòng)關(guān)系的零部件，在運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下產(chǎn)生的干涉情況，其檢測(cè)的方法與步驟這里我們不再論述。這里我們以進(jìn)氣孔、渦輪與反沖氣套的間隙量檢測(cè)為例，在Pro/E中按照零件靜態(tài)干涉檢測(cè)的方法與步驟，對(duì)組件的各零件之間的干涉進(jìn)行了檢測(cè)分析。3.3進(jìn)氣孔干涉檢測(cè)與結(jié)構(gòu)改進(jìn)通過對(duì)分級(jí)機(jī)裝配過程中的約束設(shè)置和裝配完成后的干涉檢測(cè)，可以發(fā)現(xiàn)其二維圖設(shè)計(jì)存在的缺陷，以便對(duì)分級(jí)機(jī)各零件結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)。進(jìn)氣孔是反沖氣套部件的其中一個(gè)小零件，需要焊接在外套側(cè)面。初始設(shè)計(jì)的進(jìn)氣孔圓柱底面是平面，而與之接觸的外套圓柱側(cè)面是曲面，兩者之間形成空隙，這樣在虛擬裝配過程中是無法正確設(shè)置約束條件的。不能完成虛擬裝配，在現(xiàn)實(shí)操作中同樣是不能進(jìn)行焊接的。因此對(duì)進(jìn)氣孔的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，將其底面設(shè)計(jì)為能與外套側(cè)面相吻合的曲面。進(jìn)氣孔結(jié)構(gòu)改進(jìn)的前后對(duì)比如圖3-5所示。（a）改進(jìn)前進(jìn)氣孔與外套間隙（b）改進(jìn)后圖3-5進(jìn)氣孔結(jié)構(gòu)改進(jìn)3.4渦輪與反沖氣套間隙干涉檢測(cè)與結(jié)構(gòu)改進(jìn)第一章我們已經(jīng)論述過，渦輪與安裝在筒體上的反沖氣套間采用較小的間隙，通過一定的壓力的反吹氣體進(jìn)行氣封處理，有效防止了粗顆?；烊敕旨?jí)后的微粉中。因此，渦輪與反沖氣套是渦輪式氣流分級(jí)機(jī)的兩個(gè)最主要部件，兩者之間的間隙影響到箱體側(cè)板的配合。在虛擬裝配過程中并沒有發(fā)現(xiàn)問題，然而裝配完成之后，對(duì)整個(gè)裝置進(jìn)行了全局干涉檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)側(cè)板之間的裝配產(chǎn)生了干涉，如圖3-6所示，其余均為螺栓與螺母之間裝飾螺紋特征的干涉，可以忽略不計(jì)。圖3-6全局干涉檢測(cè)結(jié)果在檢測(cè)出零部件產(chǎn)生干涉以后，必須檢查產(chǎn)生干涉的原因。首先需要檢查虛擬裝配的方法與步驟是否正確，在這里主要是檢查零部件在裝配時(shí)的定位基準(zhǔn)以及相互之間的約束關(guān)系是否正確；其次再檢查零部件的三維建模的尺寸是否正確；最后再檢查整個(gè)裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是否正確。分級(jí)機(jī)二維裝配圖設(shè)計(jì)的渦輪與反沖氣套間隙量設(shè)計(jì)為0.4mm，那么在Pro/E中表現(xiàn)則會(huì)表現(xiàn)出匹配約束的偏距，如圖3-圖3-7渦輪與反沖氣套的間隙量的調(diào)整對(duì)話框前后側(cè)板與左右側(cè)板產(chǎn)生干涉，具體表現(xiàn)為前后側(cè)板的距離小于左右側(cè)板的寬度，如圖3-8（a）所示，左右側(cè)板已經(jīng)嵌入前后側(cè)板之中，形成干涉現(xiàn)象。將圖3-7中渦輪與反沖氣套的間隙量調(diào)整為3mm后，前后側(cè)板的距離等于左右側(cè)板的寬度，如圖3-8（b）所示，這時(shí)，干涉現(xiàn)象已消失，箱體裝配正常。（a）改進(jìn)前（b）改進(jìn)后圖3-8箱體干涉俯視圖3.5本章小結(jié)本章在Pro/E軟件實(shí)現(xiàn)了渦輪式氣流分級(jí)機(jī)的總體虛擬裝配，在此基礎(chǔ)上，利用Pro/E軟件虛擬裝配過程中的約束設(shè)置和裝配完成后的全局干涉檢測(cè)，對(duì)進(jìn)氣孔、渦輪與反沖氣套等零部件進(jìn)行了結(jié)構(gòu)改進(jìn)，為應(yīng)力分析和工作過程仿真打下了研究基礎(chǔ)。4基于Pro/Mechanica的分級(jí)機(jī)主軸應(yīng)力分析4.1Pro/Mechanica概述Pro/Mechanica是Pro/E的一個(gè)集靜態(tài)、動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)分析于一體的有限元模塊，可以模擬真實(shí)環(huán)境給實(shí)體模型施加約束及載荷，計(jì)算實(shí)體模型的應(yīng)力、應(yīng)變、位移等參數(shù)，實(shí)現(xiàn)靜態(tài)、翹曲、振動(dòng)、頻率、疲勞等分析；通過制定設(shè)計(jì)參數(shù)，能夠在給出變化范圍內(nèi)進(jìn)行敏感度分析，并借助優(yōu)化分析為實(shí)體模型找到最佳參數(shù)。4.2分級(jí)機(jī)主軸應(yīng)力分析4.2.1應(yīng)力分析軟件選擇與其他應(yīng)力分析軟件相比，Pro/E可以完全實(shí)現(xiàn)三維建模和應(yīng)力分析的集成。大部分以應(yīng)力分析為主要功能的軟件的三維建模功能比較弱，就拿得到廣泛應(yīng)用的應(yīng)力分析功能強(qiáng)大的ANSYS來說，雖然ANSYS帶有自建模功能，但是這個(gè)建模功能非常有限，只能處理一些相對(duì)簡單的模型。因此對(duì)于復(fù)雜模型，這些應(yīng)力分析軟件通常需要從三維建模軟件導(dǎo)入IGES或STEP格式的文件，這樣帶來的問題是，實(shí)體模型文件在轉(zhuǎn)換成IGES或STEP格式的文件時(shí)會(huì)造成數(shù)據(jù)丟失，又要花費(fèi)大量時(shí)間與精力在三維模型的修補(bǔ)工作上。而使用Pro/Mechanica可以直接對(duì)Pro/E創(chuàng)建的三維實(shí)體模型進(jìn)行應(yīng)力分析，無需轉(zhuǎn)換格式，節(jié)約時(shí)間，提高工作效率。4.2.2模型簡化三維模型的結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)力分析的結(jié)果有重大影響。雖然分級(jí)機(jī)主軸是一個(gè)結(jié)構(gòu)相對(duì)簡單的零件，但是這并不表示其沒有簡化的地方。在應(yīng)力分析中主軸的倒角、倒圓角可以省略，這對(duì)應(yīng)力分析的精度影響并不大，卻能夠減少分析單元和節(jié)點(diǎn)，降低計(jì)算機(jī)內(nèi)存使用，從而節(jié)約軟件的求解時(shí)間。主軸簡化前后對(duì)比如圖4-1所示。（a）簡化前（b）簡化后圖4-1主軸的簡化4.2.3材料的定義對(duì)主軸進(jìn)行應(yīng)力分析，需要對(duì)主軸材料的彈性模量、泊松比和密度進(jìn)行定義。主軸材料及其參數(shù)如表4-1所示。表4-1定義主軸材料參數(shù)材料參數(shù)45鋼彈性模量（GPa）210泊松比0.3密度（g/cm3）7.854.2.4施加載荷及約束主軸受到的載荷：將渦輪和小帶輪看成實(shí)心圓柱體，兩者的重力分別為G1=100N,G2=25N帶傳動(dòng)作用在軸上的壓力FQ=921.7N通過鍵傳動(dòng)作用在軸上的轉(zhuǎn)矩T=50424Nmm主軸受到的約束是一對(duì)球軸承的安裝位置。如圖4-2所示為主軸施加載荷及約束后的狀態(tài)。圖4-2主軸載荷及約束4.2.5分析結(jié)果在完成以上工作后，便可以開始進(jìn)行應(yīng)力分析了，本章只介紹靜態(tài)分析。軟件分析得出的結(jié)果以云形圖的方式表現(xiàn)。（1）應(yīng)力云形圖如圖4-3所示，主軸應(yīng)力主要集中在鍵槽，臺(tái)階這兩個(gè)部分，而最大應(yīng)力位于軸承約束位置處的下一級(jí)臺(tái)階，最大應(yīng)力達(dá)到了4.802×102N/mm2，查閱有關(guān)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，普通優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼45號(hào)鋼的許用應(yīng)力，經(jīng)調(diào)質(zhì)處理其及遠(yuǎn)大于我們是這里所分析的最大應(yīng)力值，因此應(yīng)力分析結(jié)果符合設(shè)計(jì)要求。主軸應(yīng)力變形如圖4-4所示，我們看到的應(yīng)力變形是軟件為了清楚顯示結(jié)果而把變形量放大了。圖4-3主軸應(yīng)力云形圖圖4-4主軸應(yīng)力變形圖（2）位移云形圖如圖4-5所示，主軸位移大小主要表現(xiàn)在與軸承約束的距離上，距離軸承約束的位置越遠(yuǎn)，位移越大。最大位移達(dá)到了1.8125×10-1mm（允許的最大變形量為0.5mm），根據(jù)零件和機(jī)構(gòu)精度要求不同，我們可以依據(jù)此數(shù)值初步判斷零件結(jié)構(gòu)的合理性，并進(jìn)行修正。主軸位移變形如圖4-6圖4-5主軸位移云形圖圖4-6主軸位移變形圖4.3本章小結(jié)本章主要介紹利用Pro/E中的應(yīng)力分析模塊Pro/Mechanica，對(duì)分級(jí)機(jī)的主軸進(jìn)行應(yīng)力分析，包括Pro/Mechanica與ANSYS的對(duì)比選擇，主軸結(jié)構(gòu)簡化帶來的便利，主軸材料的參數(shù)設(shè)定，主軸載荷與約束的設(shè)置，最后對(duì)主軸的應(yīng)力云形圖和位移云形圖的分析來說明應(yīng)力分析的結(jié)果。Pro/Mechanica的應(yīng)力分析功能雖然不如一些專業(yè)分析軟件強(qiáng)大，但是其操作簡單、上手快、處理效率高，為使用高級(jí)應(yīng)力分析軟件分析復(fù)雜模型結(jié)構(gòu)打好基礎(chǔ)。5基于3dsMax的分級(jí)機(jī)工作過程仿真研究5.13dsMax軟件概述3DStudioMax，常簡稱為3dsMax或MAX，是Autodesk公司開發(fā)的基于PC系統(tǒng)的三維動(dòng)畫渲染和制作軟件，在應(yīng)用范圍方面，廣泛應(yīng)用于廣告、影視、工業(yè)設(shè)計(jì)、建筑設(shè)計(jì)、多媒體制作、游戲、輔助教學(xué)以及工程可視化等領(lǐng)域。3dsMax有以下幾個(gè)特點(diǎn)：1．功能強(qiáng)大，擴(kuò)展性好。建模功能強(qiáng)大，在角色動(dòng)畫方面具備很強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，另外豐富的插件也是其一大亮點(diǎn)。2．操作簡單，容易上手。與強(qiáng)大的功能相比，3dsMax可以說是最容易上手的3D軟件。3．和其它相關(guān)軟件配合流暢。4．做出來的效果非常的逼真。5.2分級(jí)機(jī)工作過程的仿真研究5.2.1仿真軟件選擇Pro/E作為三維建模軟件，本身就自帶機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)仿真功能，但是考慮到3dsMax是專業(yè)的動(dòng)畫制作軟件，在渲染功能上比Pro/E強(qiáng)大許多，運(yùn)動(dòng)仿真效果更加接近現(xiàn)實(shí)，并且分級(jí)機(jī)的工作過程涉及粉體運(yùn)動(dòng)，3dsMax中的粒子系統(tǒng)可以很完整的表現(xiàn)粉體的運(yùn)動(dòng)過程。作為動(dòng)畫制作軟件，3dsMax同樣擁有建模功能，但是只能處理一些簡單的模型，制作復(fù)雜模型的運(yùn)動(dòng)仿真則需要從三維建模軟件中導(dǎo)入實(shí)體模型。Pro/E與3dsMax的過渡性很好，Pro/E建立的實(shí)體模型的格式轉(zhuǎn)換和導(dǎo)入3dsMax的過程中并不會(huì)產(chǎn)生數(shù)據(jù)丟失，這樣省去了修補(bǔ)模型的時(shí)間。所以選擇3dsMax作為仿真軟件。5.2.2仿真的意義在傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員根據(jù)零部件尺寸數(shù)據(jù)，加工出物理樣機(jī)，將其投放到現(xiàn)實(shí)工作環(huán)境中運(yùn)行，以檢測(cè)其設(shè)計(jì)上的缺陷和不足，再對(duì)初始設(shè)計(jì)進(jìn)行結(jié)構(gòu)改進(jìn)，這樣必須消耗大量的時(shí)間、金錢和人力。自從出現(xiàn)運(yùn)動(dòng)仿真技術(shù)以后，原本平面二維圖紙難以表現(xiàn)的設(shè)備運(yùn)動(dòng)過程，在計(jì)算機(jī)上可以很直觀的模擬仿真，并且能夠根據(jù)設(shè)備的運(yùn)動(dòng)仿真狀態(tài)所表現(xiàn)的問題對(duì)初始設(shè)計(jì)進(jìn)行時(shí)時(shí)修改，大大的縮短了設(shè)備的開發(fā)周期，降低研發(fā)成本，提高工作效率。5.2.3實(shí)體模型的導(dǎo)入3dsMax能夠?qū)氲膶?shí)體模型文件格式有很多，我選擇的是導(dǎo)出導(dǎo)入過程相對(duì)簡單的obj格式。操作步驟如下：打開分級(jí)機(jī)的三維實(shí)體裝配圖，保存文件副本，在彈出的對(duì)話框中將保存格式設(shè)置為obj，確定之后彈出導(dǎo)出設(shè)置的對(duì)話框如圖5-1所示，在“要導(dǎo)出的組”一欄中添加裝配圖的所有零件，并且選擇一個(gè)基準(zhǔn)面來定義uv-變換。在“偏差控制”一欄設(shè)置弦高，這一參數(shù)控制的是導(dǎo)出實(shí)體的網(wǎng)格大小，弦高值越小，網(wǎng)格越小，實(shí)體曲面越平滑，因此為了得到最真實(shí)的運(yùn)動(dòng)仿真效果，將弦高值設(shè)為最小。確定之后得到自動(dòng)劃分三角網(wǎng)格的三維實(shí)體模型如圖5-2所示，這就是obj格式的實(shí)體模型。最后打開3dsMax，選擇導(dǎo)入命令，打開obj格式的文件即可完成實(shí)體模型的導(dǎo)入。圖5-1導(dǎo)出設(shè)置對(duì)話框圖5-2obj格式的實(shí)體模型5.2.4裝配與拆卸過程仿真Pro/E的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)仿真系統(tǒng)并不能做設(shè)備裝配與拆卸過程仿真，這是Pro/E不足的地方，而3dsMax卻可以。裝配與拆卸過程都與設(shè)備爆炸圖有關(guān)，兩者是一對(duì)互逆過程，所以只要能做出設(shè)備爆炸圖，裝配與拆卸過程仿真就可以輕松完成。分級(jí)機(jī)爆炸圖如圖5-3所示。圖5-3分級(jí)機(jī)爆炸圖裝配與拆卸過程仿真基本是零件的位移運(yùn)動(dòng)，在時(shí)間軸上設(shè)置每一個(gè)零件的運(yùn)動(dòng)開始和結(jié)束的兩個(gè)位置，3dsMax就能自動(dòng)生成零件的運(yùn)動(dòng)軌跡，生成每一個(gè)零件的運(yùn)動(dòng)軌跡以后，合成所有零件的運(yùn)動(dòng)就得到分級(jí)機(jī)的裝配與拆卸過程仿真。最后通過生成預(yù)覽選項(xiàng)，輸出分級(jí)機(jī)的裝配與拆卸過程仿真的avi格式視頻文件。5.2.5工作過程仿真根據(jù)“1.3.2工作過程”可知，分級(jí)機(jī)的工作過程涉及的運(yùn)動(dòng)有：電機(jī)軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，大帶輪、小帶輪的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，皮帶的運(yùn)動(dòng)，主軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，渦輪的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)工作過程仿真最困難的地方在于運(yùn)用粒子系統(tǒng)表現(xiàn)粗粉和細(xì)粉的運(yùn)動(dòng)。