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牛设计说明书

******专科学校

毕业设计说明书

论文题目：

筛分机变速箱的建模与运动仿真

系部：

机械工程系

专业：

**********************

班级：

机****

学生姓名：

******

学号：

*******

指导教师：

**

20**年*月**日

摘要

筛分机变速箱是一种常用机械，本次设计以筛分机变速箱为例，来详细讲述Pro/E设计筛分机变速箱的全过程。

三维绘图Pro/E软件具有很强大的实体造型、虚拟产品装配仿真、工程图生成等功能。

本文主要讲述筛分机变速箱外形实体建模、筛分机变速箱的组件装配、筛分机变速箱组件的运动仿真。

设计综合运用了拉伸、旋转、阵列等实体建模的基本方法；通过各种装配约束条件把各部分零件有秩序的组合在一起，然后通过机构运动仿真和拆装动画，使筛分机变速箱更加形象的展现在我们眼前。

关键词：

筛分机变速箱；Pro/E；实体建模；装配；运动仿真

Abstract

Screentransmissionisakindofcommonmachinery,thedesignofscreentransmissionasanexample,todescribeindetailthePro/Edesignofthewholeprocessofsievingmachinegearbox.ThreedimensionaldrawingsoftwarePro/Ehasapowerfulsolidmodeling,virtualassemblysimulation,engineeringdrawingandotherfunctions.Thispaperismainlyaboutthesievingmachinegearboxshapemodeling,sievingmachinegearboxassembly,sievingmachinegearboxassemblymotionsimulation.Designtheintegrateduseofthebasicmethodofstretching,rotating,arraysolidmodeling;throughavarietyofassemblyconstraintsamongpartsinordertomixtogether,andthenthroughthemechanismmotionsimulationandassemblyanimation,thesievingmachinegearboxmoreimageoftheshowinfrontofus,weinthedesignprocessmodelingstudyscreenininadditiontolearning,modelingmethods,itismoreimportanttounderstandtheworkingprocessofsievingmachinegearbox.

Keywords:

Screentransmission；Pro/E；Entitymodeling；Assembling；Movementsimulation

摘要………………………………………………………………………….…..…...…..I

第1章绪论……………………………………………………….…..………………1

1.1筛分机的发展史现状……………….……………………………....………….…1

1.2本论文主要内容……………….…………………………………....………….…2

第2章筛分机变速箱零部件建模……………………………….…..………………3

2.1筛分机变速箱箱体建模…………………………………………………….………3

2.2筛分机变速箱轴的建模…………….…………………………………....………….…4

2.3筛分机变速箱齿轮的建模……….……………………………………....………….…5

第3章筛分机变速箱的装配…………………………………….…..………………8

3.1筛分机箱体与套筒装配………………………………………………….……….…8

3.2筛分机套轴，齿轮装配…......……….……………………………......………….…9

3.3配重块的装配.………….………..…….....………..………………....………….10

第4章筛分机变速箱的运动仿真……..….…………………………..……….…...11

4.1定义齿轮传动……………………………………………………..……………..11

4.2定义伺服电动机……………………….………………….………………...……..12

4.3运动分析…...…....…….……………….………………….………………...……..15

4.4动画回放…..……......………………….………………….………………...……..15

第5章筛分机变速箱的拆装动画…..….……………………………..……….…...19

总结……………………………….……………………..……………...…...………....22

致谢………………………….…………………..……..………………….……...23

参考文献…………………….…………………..……..……………………….……...24

第1章绪论

1.1 筛分机发展史现状

筛分机械广泛用于矿山，冶金，化工，建材工业，筑路行业及环卫行业中，用作物料的筛分，分级，洗涤，脱介，脱水之用。

筛分机在工业上正式应用，有上百年的历史，在这过程中，有手动筛发展成机械摇动筛，共振筛，振动筛等等，由于振动筛的结构简单性能稳定，维修方便等特点，目前获得了广泛的应用。

各国对筛分技术的研究很重视，最近几年，无论在筛分机的品种规格上，还是结构强度上，或技术性能上，都有很大的发展。

下面就其发展概况做下阐述。

矿山工业中，采用大型筛分机，在管理方面比较方便，对提高企业综合经济效益比较有利。

目前大型选矿厂，选煤厂采石场的建设项目日益增多，所谓大型分筛机，设计规范中没有对它的规格范围作规定。

近年来,国内外在筛分设备的研制上也有了很大发展,特别是对-13mm难筛煤炭的筛分设备上,国内外先后开发了十几种新型筛分设备。

国外方面，德国申克公司（SCHENCK）制造了处理能力达1200t/h,烧结矿温度高达1000oC的热矿振动筛，其宽度为4m，长度为7.3m,重量达50t.更换一台筛子只需4min.申克公司制的脱水筛的宽度达4.5m.德国筛子技术公司（SIEBTECHNIK）单轴振动筛的有效宽度最大为2400mm,长度为6000mm;而双轴振动筛的有效宽度最大为5500mm,长度达11000mm.最大振幅单轴振动筛为12mm,双轴振动筛为16mm:

物料的输送速度一般为0.3--0.4m/s,也有高于这种速度的。

日本和美国的大型圆振动筛,采用双偏轴激振,用同步皮带传动,应用情况比较好。

英国阿斯特朗姆研制的旋转概率筛,利用旋转离心透筛概率原理进行分级。

西德海因、莱罗公司于70年代研制的托维尔弛张筛,采用弹性筛面筛分,筛面的振动强度可达50g,外在水分7%～10%时,分级粒度为6mm,处理能力150t,筛分效率达80%,但筛面的开孔率较低,约30%,筛面材质问题目前没有很好解决。

我国也生产制造,但工业应用较少。

日本近机工业公司研制的立式圆筒筛是利用离心力、振动力和重力的综合作用进行筛分的筛分设备。

前苏联研制的螺旋分级筛也是专用于潮湿原煤的筛分,主要筛分+13mm物料,入料粒度上限可达300～400mm。

法国布尔斯特莱因设计的等厚筛分机由于形状与香蕉相象,也叫香蕉筛,筛面第一段采用大倾角,使物料流速增大,料层等厚度筛分的一种筛分方法。

国内大型筛分机的研制及存在的问题从上世纪70年代开始,国内在大型筛分机的研制方面,做了大量工作,取得了很大成绩.中信重机在80年代引进了日本神户制钢的大型筛分机系列,其最大规格为27m2（2ZK3675，ZK3675）,这种筛分机实际上是一种轻型振动筛。

双层筛2ZK3675分级能力为500--2500t/h,重量只有27t;单层筛ZK3675脱水能力达500t/h。

从设计思路分析,其以美国LOWHEND振动筛的振动器为基础,参考了德国KHD公司的USK,USL型筛子的结构特点设计的。

目前国内在制造工艺和制造手段上尚存在一些问题。

我国研制XGS22400旋转概率筛,外在水分14%时,分级粒度6mm,限下率20%～25%,处理能力150t,由于筛分精度等问题在工业应用较少。

我国生产制造的15m2ZSD1894等厚筛,外在水分7%以下,分级粒度为6mm,处理能力160t,筛分效率达70%。

国内在大型筛分机方面还有一些创新,中国矿大机电设备制造有限公司的CWS3660超静定网梁激振的大型振动筛,面积为21.6m2,脱水脱介处理达100t/h,机重为19.5t,它通过多组振动器的组合,满足了大型振动筛的大激振力的要求,网梁包容体构成了大截面几何体的激振元,提高了筛体的稳定性和整体刚度.QSL30120强力筛,面积约30m2的低频大振幅振动筛,13mm煤炭分级,处理量达500t/h,机重26t,它成功地把大型振动筛参振质量化大为小,分段组合。

目前我国大型筛分机存在的问题:

（1）大型筛分机的结构强度仍是一个值得重视的问题。

我们希望筛子的寿命能达到3--5年,目前大都是1--2年;

（2）大型筛分机的另一个值得研究的问题是减轻机器的重量,确定筛面的合理长度,即大型筛分机的优化轻型结构;（3）提高大型筛分机的制造精度，从而提高大型筛分机的制造质量，延长大型筛分机的使用寿命。

由此可知筛分技术和筛分机械可能在我国掀起应用热潮。

1.2 本论文主要内容

筛分机是矿物加工工程的重要组成部分,在煤炭、冶金、化工、建材等部门广泛应用。

在选煤行业，筛分对煤炭进行粒度分级、脱水、脱泥和脱介。

就煤炭加工而言，筛分技术和分选技术处于同等重要的地位。

筛分工艺的技术水平的高低和筛分设备性能质量的优劣，直接关系到工艺效果的好坏和生产效率的高低。

而筛分机变速箱是筛分机的核心部件，因此如何使筛分机的的性能得到最佳，当然筛分机变速箱起至关重要的作用。

如何更好设计变速箱成为最关键问题。

根据筛分机变速箱的零件图纸进行分析，并采用三维建模软件Pro/E完成筛分机变速箱的建模、装配，并进行运动仿真分析。

第2章 筛分机变速箱的零部件建模

2.1 筛分机箱体主体及轴的建模

箱体零件大部分为规则体，这也大大降低了建模的难度，箱体躯干我是采用264*220*225进行建模，图1-1为建模完成后的主体模型，建模过程如下：

图1-1箱体躯干

1.打开Pro/E5.0新建零件实体，进入零件设计窗口，点击拉伸-放置-定义，任选一个平面进行草绘，进入草绘界面，选中矩形框，绘制一个264*220的矩形，点击左下角的√，退出草绘，设定拉伸长度为225，居中拉伸。

点击确定，得到一个264*220*225的六面体。

2.对六面体进行拉伸，去除材料，去除如图1-1中的黄色区域，再选中左平面，进行拉伸，去除材料，经过多次拉伸，去除材料，绘制好后简易箱体。

3.点击拉伸-放置-定义选中第二步拉伸后的平面，点击圆心绘制圆，绘制两个直径60,69的圆，圆心距下底线90，距中心线50。

完成草绘单击√，退出草绘界面。

设置拉伸距离为穿过下一面组后，即可完成轴孔。

4.点击拉伸-放置-定义，以第三步的圆孔为参照，绘制160*50的矩形，距离上边线30，完成草绘，然后去除材料，设置拉伸深度为400。

图1-2箱体图1-3轴

5.继续去除材料，点击拉伸-放置-定义，以正方体的面为草绘平面，以左边为参照，绘制直径为13的圆形，圆心距离长边5，距离中心线70。

完成退出草绘，去除材料，拉伸深度为400。

6.旋转-放置-定义，图1-3右上角灰色区域，进入草绘界面，以两中心线为参照，绘制圆轴基本轮廓。

绘制好草绘图后，点击√退出。

旋转360。

完成旋转定义。

7.拉伸，以上面为草绘平面，绘制键槽，点击选项，设置向下拉值为3.5，完成拉伸定义。

此时完成轴的绘制。

图1-4套筒图1-5右半轴

8.旋转-放置-定义，进入草绘界面，以两中心线为参照，绘制套筒基本轮廓。

绘制好草绘图后，点击√退出。

旋转360。

完成旋转定义。

9.如图1-4所示，以左边平面为草绘平面，绘制圆孔，绘制好草绘图后，点对号退出，完成孔定义。

10.然后点击镜像命令，再选中中心基准面，将左边的圆孔镜像到右边。

然后点击镜像命令，退出即可。

2.2筛分机变速箱齿轮的建模

下面是齿轮的具体建模过程：

1.点击新建，选择零件实体建模，进入零件建模窗口，点击拉伸，进入草绘界面，绘制如图1-6所示的草绘，绘制好之后退出，设定拉伸深度为10。

图1-6草绘齿轮主体轮廓

2.点击拉伸命令，以第一步拉伸实体的上表面为草绘平面，画第一齿，之后，退出，设置拉伸高度为10。

3.点击阵列命令，以第一步拉伸实体为基础，选择轴，然后以中心轴来定义阵列中心，阵列数为100，完成阵列定义。

图1-7阵列轮齿图1-8齿轮

4.图1-8是齿轮完成之后的效果图。

下面是对过轮轴进行建模。

1.新建-零件-实体，新建一个实体，命名自己认识就行了，点击旋转命令，设置-定义，任选一个基准面，草绘图和草绘尺寸如图1-9所示。

完成草绘后点击√退出。

旋转360。

完成旋转定义。

图1-9草绘过轮轴轮廓

2.选下底面为草绘面，绘制轮齿，轮齿绘制完成后，进行拉伸操作，拉伸长度为10，完成拉伸定义。

3.对步骤2所拉伸的实体进行阵列，以轴进行阵列中心，选中步骤1中的旋转轴，阵列个数为30个，然后完成，退出阵列定义。

对后面齿轮的建模，与上述步骤都是一样的，所以只要建一次模就可以了，这里就不再详细描述了。

到此，部分建模就完成了，图1-10是变速箱的爆炸图。

图1-10变速箱爆炸图

第3章 筛分机变速箱的装配

3.1  筛分机变速箱箱体和套筒的装配

1.点击新建-组件，进入装配界面，点击右下角的装配命令，选择箱体单击标中键，导入到proe装配界面，用户定义为缺省，状态显示为完全约束，点击鼠标中键确定，完成定义。

2.点击装配，导入轴套的装配体，点击放置命令，选择轴套A1轴与变速箱A2轴，约束类型选择对齐，偏移选择重合。

图2-1箱体与套筒装配

3.点击新建约束，选择轴套Front面与装配right面，约束类型选择对齐，偏移选择重合。

此时，约束状态会显示完全约束，套筒的装配就完成了。

4.点击装配，选中文件夹中的左半轴打开左半轴，用户约束为销钉约束选中左半轴中的中心轴与轴承2的中心轴对齐约束，然后用左半轴的轴肩侧面与轴承2的侧面进行配对约束，右半轴的约束形式与左半轴的约束类型几乎完全一致，装配好组合体如下图2-2示，

图2-2套筒与左右半轴装配图2-3箱体与轴装配

5.点击装配命令，点击选中轴零件，点击确定，界面跳转到装配窗口，点中在小窗口显示元件，将另一个窗口关闭，此时界面中只有小窗口黄色零件，而主窗口里没有显示。

选中如图中的轴的中心轴线与轴承的轴线进行约束，约束类型为轴对齐，然后然后将轴的曲面与轴承的曲面进行约束，约束类型为对齐，然后约束状态为完全约束，完成确定。

如图2-3。

6.点击装配命令，点击选中轴套零件，点击确定，界面跳转到装配窗口，点中在小窗口显示元件，将另一个窗口关闭，此时界面中只有小窗口黄色零件，而主窗口里没有显示。

选中如图中的轴套中心轴线与右半轴的轴线进行约束，约束类型为对齐，然后然后将键套的基准平面与右半轴的基准平面对齐约束类型对齐，无偏移类型，状态显示为完全约束，完成确定，如图所示2-4。

7.点击装配命令，点击选中齿轮零件点击鼠标中键确定，界面跳转到装配窗口，点中在小窗口显示元件，将另一个窗口关闭，此时界面中只有小窗口有显示齿轮零件，而主窗口里没有显示。

选中如图2-5所示的两个红色基准面齿轮轴线与轴的中心轴线进行约束，约束类型为对齐，然后选择齿轮的侧面与轴的轴肩曲面进行配对，至状态为完全约束，点击确定如图2-5。

图2-4键套与轴装配图2-5齿轮与轴装配

3.3筛分机变速箱配重块的装配

下面是将配重块安装到总装配体上：

打开总装配体，点击装配，用鼠标选中配重块然后打开，把配重块的孔轴线与与飞轮上的孔轴线进行约束，约束类型为对齐，然后将飞轮的外侧面与配重块的侧面进行约束，约束类型为配对，点选确定，然后完成配重块的定义。

如图2-6至此，变速箱的装配体完成。

图2-7是变速箱的总装配图。

图2-6配重块装配图2-7总体装配图

第4章筛分机变速箱的运动仿真

4.1  定义齿轮传动

首先打开筛分机变速箱的总装配体模型，点击菜单栏上的应用程序命令，选中机构，进入机构界面。

选中如图3-1中的右击选择隐藏，然后点击右边工具栏中的齿轮命令，按住ctrl不放，鼠标点选2个齿轮，完成齿轮传动命令。

另外一边的齿轮传动定义步骤一样，然后点选中右击取消隐藏。

齿轮传动定义完成了。

在定义齿轮前，需先定义含有旋转轴的机构连接（如销钉）。

定义齿轮时，只需选定由机构连接定义出来的与齿轮本体相关的那个旋转轴即可，系统自动将产生这根轴的两个主体设定为“齿轮”（或“小齿轮”、“齿条”）和“托架”，“托架”一般就是用来安装齿轮的主体，它一般是静止的，如果系统选反了，可用“反向”按钮将齿轮与托架主体交换。

“齿轮2”或“齿条”所用轴的旋转方向是可以变更的，点定义窗口里“齿轮2”轴右侧的反向按钮就可以，点中后画面会出现一个很粗的箭头指示此轴旋转的正向。

速比定义：

在“齿轮副定义”窗口的“齿轮1”、“齿轮2”、“小齿轮”页面里，都有一个输入节圆直径的地方，可以在定义齿轮时将齿轮的实际节圆直径输入到这里。

在“属性”页面里，“齿轮比”（“齿条比”）有两种选择，一是“节圆直径”，一是“用户定义的”。

选择“节圆直径”时，D1、D2由系统自动根据前两个页面里的数值计算出来，不可改动。

选择“用户定义的”时，D1、D2需要输入，此情况下，齿轮速度比由此处输入的D1、D2确定，前两个页面里输入的节圆直径不起作用。

速度比为节圆直径比的倒数，即：

齿轮1速度/齿轮2速度=齿轮2节圆直径/齿轮1节圆直径=D2/D1。

齿条比为齿轮转一周时齿条平移的距离，齿条比选择“节圆直径”时，其数值由系统根据小齿轮的节圆数值计算出来，不可改动，选择“用户定义的”时，其数值需要输入，此情况下，小齿轮定义页面里输入的节圆直径不起作用。

图标位置：

定义齿轮后，每一个齿轮都有一个图标，以显示这里定义了一个齿轮，一条虚线把两个图标的中心连起来。

默认情况下，齿轮图标在所选连接轴的零点，图标位置也可自定义，点选一个点，图标将平移到那个点所在平面上。

图标的位置只是一视觉效果，不会对分析产生影响。

图3-1进入Pro/E“机构”界面图3-2添加齿轮副

4.2  定义伺服电机

1.伺服电动机可规定机构以特定方式运动。

伺服电动机引起在两个主体之间、单个自由度内的特定类型的运动。

伺服电动机将位置、速度或加速度指定为时间的函数，并可控制平移或旋转运动。

通过指定伺服电动机函数，如常数或线性函数，可以定义运动的轮廓。

可从多个预定义的函数中选取，也可输入自己的函数。

可在一个图元上定义任意多个伺服电动机。

如果为非连续的伺服电动机轮廓选取或定义了位置或速度函数，在进行运动或动态分析时这个伺服电动机将被忽略。

但是，可在重复组件分析中使用非连续伺服电动机轮廓。

当用图形表示非连续伺服电动机时，系统将显示信息指示非连续的点。

伺服电动机分为两种，一种是连接轴伺服电机，用于定义某一旋转轴的旋转运动，一种是几何伺服电机，用于创建复杂的运动，如螺旋运动。

连接轴伺服电机只需要选定一个事先由机构连接（如销钉）所定义的旋转轴，并设定方向即可，连接轴伺服电机可用于运动分析。

几何伺服电机需要选取从动件上的一个点/平面，并选取另一个主体上的一个点/平面作为运动的参照，并需确定运动的方向及种类，几何伺服电机不能用于运动分析。

连接轴伺服电机选取一根旋转轴，并指定方向。

电机轮廓也即是从动件的运动规律，对于平移运动，它是长度（单位：

mm）对时间的函数，对于旋转，它是角度（单位：

度）对时间的函数。

点最下方的“图形”按钮，将会以图形的方式显示出电机的轮廓，其横轴就是时间，其纵轴，就是位置或速度或加速度。

“模”定义的就是图形的形状，“规范”里定义的就是“模”所定义的图形的纵轴所代表的意义。

模有九种：

常数、斜坡、余弦、SCCA、摆线、抛物线、多项式、表、用户定义的。

规范有三种：

位置、速度、加速度。

其中模里的SCCA这一种，只能用于描述加速度（即对应的“规范”只能是加速度）。

“规范”为位置时，无需自己定义初始位置，为速度时，需定义“初始角”，为加速度时，需定义“初始角”和“初始角速度”，默认位置为当前屏幕上的位置。

点“规范”下的那个按钮，可进入“连接轴设置”窗口，对当前电机所用的连接轴进行设置。

伺服电动机定义窗口：

图3-4定义伺服电动机

由于采用齿轮传动定义伺服电机，所以只要在左右两边的齿轮各定义一个伺服电机就可以了，鼠标点击右边工具栏的伺服电机命令，弹出如图3-4所示的窗口，点选后边的传动轴，点击轮廓，范围选择速度，初始角不变，模设为常数，在A旁填写90，点击右下角的确定退出，另一边的伺服电机定义与此相同，速度都为90。

另一边的伺服电机定义完成后伺服电机的定义部分就完成了。

2.电动机速度的定义-模

电动机的模用来描述电动机的轮廓，定义模时，需选定模函数并输入函数的系数值。

对于伺机服电动机，函数中的X为时间，对于执行电动机，函数中的X为时间或选取的测量参数。

模函数一共有九种：

常数、斜坡、余弦、SCCA、摆线、抛物线、多项式、表、用户定义的。

下面先说说常数、斜坡、余弦、摆线、抛物线、多项式这六种。

常数，函数为q=A，A为一常数。

此用于需要恒定轮廓时。

斜坡，即线性，函数为q=A+B*X，A为一常数，B为斜率。

用于轮廓随时间做线性变化时。

余弦，函数为q=A*cos（360*X/T+B）+C，A为幅值，B为相位，C为偏移量。

用于轮廓呈余弦规律变化时。

摆线，函数为q=L*X/T-L*sin（2*pi*X/T）/2*pi，L为总高度，T为周期。

用于模拟凸轮轮廓输出。

抛物线，函数为q=A*X+（1/2）*B*X^2，A为线性系数，B为二次项系数。

用于模拟电动机的轨迹。

多项式，函数为q=A+B*X+C*X^2+D*X^3，A为常数，B为线性系数，C为二次项系数，D为三次项系数。

用于模拟一般的电动机轨迹。

电动机的模:

SCCA

此函数只能用于加速度伺服电机，不能用于执行电机。

它用来模拟凸轮轮廓输出。

它称做“正弦-常数-余弦-加速度”运动，缩写为SCCA。

它一共有五个参数：

A=渐增加速度归一化时间部分

B=恒定加速度归一化时间部分

C=递减加速度的归一化时间部分

H=幅值

T=周期

其中A+B+C=1，用户必须提供A和B