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2009-06-10 12:52 |
齿轮减速器在Pro/E的可视化设计
计算机可视化动态模拟是近几年发展起来的一门新型学科。针对某一研究项目，用户根据某些初始条件和理论分析建立相关的数学模型，运用计算机这一先进工具编制相应的软件，模拟其真实的运动情况。通过模拟数据结果对照已有的真实试验测试结果，可以验证该动态模拟基于的数学模型建立得是否正确;并且即而推广到尚无真实试验结果的未知领域，通过动态模拟得到所需的数据或结论。 !@Sf>DM "
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Pro/E是美国参数化技术公司(PTC)开发的通用CAD软件，该软件集三维模型设计、加工、分析及绘图功能于一体，有强大的二次开发能力和第三方软件支持。Pro/E以特征为设计单位，设计过程中，除了充分掌握设计思想外，还指导人了实际的制造思想。Pro/Toolkit是PTC为Pro/E软件提供的用户化工具箱。该工具箱为用户程序或软件第三方程序提供了与Pro/E的无缝连接。用户程序或第三方程序是用C语言编写的。Pro/Toolkit提供了1个C的函数厍，该函数库能够使用户或第三方的应用程序以一种可控制的，安全的方式访问Pro/E的数据库和应用。 5uV"g5?w
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减速器是一种用途十分广泛且比较典型的机械装置，目前国内虽然有了对减速器的齿轮和轴的可视化设计，但是对于完整的减速器的可视化设计还处于空白，如果能将整体的设计完全实现参数化、可视化，那么可以缩短产品的开发设计时间和节约可观的设计资金，具有重要的设计和经济价值。 +B q}>
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1 齿轮减速器的可视化设计原理 jqGo-C~
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本设计基于Pro/E便于交互及强大的二维、三维绘图功能，采用Top-Down自顶向下设计思想，先确定总体思路、设计总体布局，然后设置零部件，最后完成一个完整的设计。利用 Program模块实现装配中零部件的自动装配、自动替换和零部件的自动抑制等功能，包括轴的强度计算、结构设计、工作图绘制一体化。 mrh p)yF
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齿轮减速器的体积、重量及其承载能力主要取决于传动参数的选择，设计问题一般是在给定传动比和输入转矩的情况下，确定各轮的齿数，模数和齿宽等参数。在选择设计参数时采用了很多设计方法，如优化设计、模糊设计和可靠设计等。其中优化设计采用Pro/E自带的模块，利用有限元分析简化模型，模拟真实环境中的工作状况，对元件进行应力分析和变形计算，通过指定设计参数，并借助优化分析为模型寻求到最佳参数。当基本的参数设计完成以后，出现一个完整的减速器特征模型，就开始进入到可视化设计。 ;Co[y=Z
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减速器作为独立的驱动元部件，由于应用范围极广，其产品必须按系列化进行设计，以便于制造和满足不同行业的选用要求。针对其输人功率和传动比的不同组合，可获得相应的__减速器系列。在以往的人工设计过程中，在图纸上尽管能实现同一机座不同规格的部分系列表示，但其图形受到极大限制。采用Pro/e的Pro/Toolkit二次开发工具来实现这一过程，不仅能完善上述工作，使设计完全可视化，方便设计操作，而且使系列产品的技术数据库，图形库的建立、查询成为可能，使设计速度加快。 o A;jy
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以张家口煤矿机械厂自行研制设计生产，用于刮板运输机的减速器为例。对于其可视化设计的主要设计方案是：通过对Pro/Toolkit开发工具包的研究和分析，提出基于三维模型的用户定义参数、用户定义特征和特征约束符号三种参数化设计方法，解决程序设计中的关键技术。在vC++的集成开发环境，使用MFC进行Pro/E应用程序的设计和创建，实现交互界面的可视化设计。 ^[seK)S=
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2 齿轮减速器可视化设计的实现 {|5$1v
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第一步，利用UI对话框技术，在Pro/Toolkit应用程序中设计出风格与Pro/E系统本身具有的对话框类似的人机交换界面。UI对话框的设计主要涉及两个方面：一是按界面的布局编写资源文件;二是针对UI对话框的功能编写相应的控制程序。不足之处是用文本文件的形式定义对话框不能直观的反映界面的布局，设计、修改和调试都比较困难，所以我们采用MFC(Microsoft Foundation Class)来设计对话框的编程技术。MFC是Visual c++程序的一个重要软件资源，使用MFC可以充分利用Visual c++开发环境提供的先进技术工具，实现程序界面的可视化设计。创建对话框的一般步骤如下： ;V"yMWjc
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(1)应用程序向导AppWizard创建Pro/Toolkit应用程序基本框架。 _.OMjUBZT
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(2)在由AppWizard创建的且与工程文件名同名的CPP文件中添加user_initializ()和user_terminate()函数。因为需要通过Pro/E的菜单项启动对话框，在user_initializ()添加菜单定义和菜单动作函数设置。 siRnH(^ J
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(3)创建对话框。使用Developer Studio的对话框编辑器可以实现对话框的可视化设计。 Ie2w0Cs28
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(4)用ClassWizard创建对话框类，自动生成Cdialog派生类定义的头文件和相应的实现文件。 11B{gUv.]
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(5)创建和显示对话框，其程序代码在菜单动作函数中设计。 #U$ YZ#B
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(6)生成Pro/Toolkit应用程序。 $
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第二步，用交互方式创建三维模型。在已创建的减速器零件三维模型基础上，再利用Pro/E的参数功能建立设计参数.也就是进一步根据零件的设计要求建立一组可以完全控制-三互备用，大大提高了提升机电控系统的安全可靠性。 b
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3 系统中动力制动组成原理 z^ P * :
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系统动力制动采用西门子6RA70来实现，在动力制动投入时，其作为一个可调直流电源，受PIE控制产生制动电流。6RA70的输入输出端子可以自由定义和使用。根据异步电动机定子三相接入两相直流电的方式不同，可以有五种动力制动连接方式，但是两相直接接入方式接线最为简单，应用最多。动力制动的双闭环直流调速系统与常规的直流调速系统不同。速度给定信号由PLC根据行程计算得到，实际速度由编码器脉冲运算得到。当实际速度大于给定速度时，速度调节器输出正值，6RA70有直流输出，起到了直流制动的目的;而实际速度小于给定速度时，速度调节器输出为零，6RA70没有直流输出，异步电动机在惯性或位势性负载作用下加速。 ycrh 5*g
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动力制动主要用于减速和动力制动下放重物的情况下。动力制动减速是根据计算的行程，在到达减速点以后，根据实际速度和给定速度偏差，来调节制动电流。动力制动下放重物是利用重物下放过程中定子两相通入的直流电与旋转的转子相互切割而产生制动力矩和负载力矩的不同关系来实现不同的运行状况。为了保证系统运行的安全可靠，在运行时，同时投入液压站闸的速度闭环，即在实际速度比给定速度大时，液压部分也辅助参与到减速过程中来。6RA70软件中采用速度和电流双闭环调速系统结构。速度偏差经PI调节得到电流给定，电流给定和实际电流比较，偏差经PI调节产生触发控制角度，控制晶闸管输出不同的直流电压。另外，转矩和电流都可以进行限幅。励磁部分由励磁电流闭环部分来独立实现。 *X=@yB*aK
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4 结语 IYfV~+P
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对原系统采用PLC全数字改造与采用变频器改造或直流全数字改造相比较，具有投资小、改造周期短和简便易行的特点。采用变频器改造需要用中压变频器，而高压变频器价格昂贵，或者可以采用"高一低一高"方案，这种方案复杂，成本也不低。采用直流调速系统，虽然调速性能不错，但是需要更换电机，这就增加了投资成本，而且改造时间加长，还会影响正常的生产。 k+WO &g*|
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系统设计具有通用性，对TKD-A系统改造设计具有参考价值，系统的突出优点如下：基于双PIE结构的提升机TKD-A调速系统设计功能完善，运行安全可靠;采用全数字直流调速器实现动力制动以后，结合PLC可以实现双闭环控制，减速段以准s曲线来运行，减速平稳;显示屏上显示了罐笼位置、速度(给定速度、实际速度、包络线速度)、系统状态等，便于操作。
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