近年來，我們利用SolidWorks三維設(shè)計軟件建立的破碎機(jī)三維實體模型和運行仿真，可以將破碎機(jī)的每一個部件結(jié)構(gòu)，每一層裝配關(guān)系，各種運動軌跡都清晰，直觀地顯示出來，不僅在視覺上帶給設(shè)計人員更感性的認(rèn)識，其模型也可以為CAM,CAE,CAPP,PDM等后續(xù)工作所使用，而且由于SolidWorks三維設(shè)計軟件的參數(shù)化功能，又可以為今后的產(chǎn)品的改良改型提供了方便，可以說，利用計算機(jī)輔助三維設(shè)計破碎機(jī)達(dá)到了設(shè)計效率和質(zhì)量雙提高的目的。

    一 . 破碎機(jī)簡介

    隨著我國經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展，我國的鋼鐵工業(yè)和礦業(yè)得到了快速的發(fā)展，各種金屬，非金屬，化工礦物等物料的社會需求量和生產(chǎn)規(guī)模的日益擴(kuò)大，需要破碎的物料量迅速增加，因此，破碎機(jī)的需求也越來越大，各種規(guī)格破碎機(jī)的開發(fā)與發(fā)展，與建筑，高等級公路，橋梁，水壩和礦業(yè)的發(fā)展息息相關(guān)，它的使用范圍也越來越廣，常用的破碎機(jī)有：顎式破碎機(jī)，圓錐破碎機(jī)，錘式破碎機(jī)，反擊式破碎機(jī)，制砂機(jī)等。

    二．破碎機(jī)三維設(shè)計流程

    SolidWorks是基于特征的參數(shù)化三維實體建模系統(tǒng)，在開始設(shè)計之前考慮整體結(jié)構(gòu)，然后制定出良好的設(shè)計線路，有效地發(fā)揮系統(tǒng)的功能，縮短設(shè)計周期，提高設(shè)計效率。

    利用SolidWorks軟件設(shè)計有兩種方法：一種是自下而上(down-top)設(shè)計方法，這種方法比較傳統(tǒng)，即先設(shè)計好零件，然后將零件插入裝配體，根據(jù)設(shè)計要求配合零件，其優(yōu)點是零部件獨立設(shè)計，零部件之間的相互關(guān)系和重建行為比較簡單。另一種方法是自上而下（top-down）設(shè)計，設(shè)計從裝配體開始，在裝配體環(huán)境下進(jìn)行零部件設(shè)計，設(shè)計時使用一個零件的幾何體來幫助定義另一個零件，一個零件的形狀和尺寸發(fā)生變化時，與其相關(guān)的零部件也會隨之改變。這種方法只適用于結(jié)構(gòu)比較簡單的設(shè)備的設(shè)計，在由復(fù)雜零件組成的設(shè)備的設(shè)計中是不可能實現(xiàn)的。自下而上設(shè)計有利于不同的設(shè)計人員共同設(shè)計，修改與交流，從而提高設(shè)計效率。

    因此，破碎機(jī)的三維設(shè)計采用自下而上的設(shè)計方法，流程如圖I所示。

    三．破碎機(jī)三維建模和裝配

    以PE-1200*1500顎式破碎機(jī)（以下簡稱破碎機(jī)）為例，分析破碎機(jī)整體結(jié)構(gòu)，可知破碎機(jī)主要由機(jī)架，動顎部件，調(diào)整部件，傳動部件，拉緊部件，潤滑部件等裝配而成。

    根據(jù)設(shè)計要求對破碎機(jī)進(jìn)行三維建模和裝配。其中機(jī)架基本上都是由焊接的鋼板組成，而且特征繁多，造型比較復(fù)雜，使用SolidWorks建立三維模型時，如果直接將這些焊接件在零件環(huán)境下建立成單一的零件，其工作量太大，容易出錯，不便于修改，因此，先將簡單的鋼板建模，然后將焊接件裝配成裝配體形式，層次分明。

    1． 破碎機(jī)零件三維建模

    根據(jù)對PE1200*1500顎式破碎機(jī)零件模型在SolidWorks中進(jìn)行三維設(shè)計的心得，將破碎機(jī)零件三維建模的關(guān)鍵技術(shù)和技巧歸納如下：

    （1） 零件的三維建模一般先創(chuàng)建基體，然后在基體上建立其余的特征，基于這點，先將所有的零件分類，破碎機(jī)零件主要分為，板類零件，筒類零件和其他類。其中機(jī)架中的焊接鋼板，顎板都是由板類零件組成；動顎部件中則有很多筒類零件，大部分情況下，板類零件的基體采用拉伸特征創(chuàng)建，筒類零件的基體采用旋轉(zhuǎn)或拉伸特征創(chuàng)建。當(dāng)然，這不是千篇一律的，結(jié)合具體情況，零件的基體也可以使用掃描，放樣等特征來創(chuàng)建。例如，彈簧，圓鋼是使用掃描特征來創(chuàng)建基體的，零件基體的創(chuàng)建對于整個事件的模型有著決定性的作用，它決定著其他特征的建立順序，直接影響設(shè)計效率和質(zhì)量以及后續(xù)工作中對零件的修改，創(chuàng)建好的零件基本可以使建模和后續(xù)工作事半功倍。

    （2） SolidWorks是以草圖為基礎(chǔ)，基于特征的三維設(shè)計軟件，所以草圖的質(zhì)量決定著零件模型的質(zhì)量。草圖包括幾何圖形和尺寸，幾何約束等信息。破碎機(jī)零件的草圖不僅幾何圖形完全正確，而且使用合理的尺寸和幾何約束將草圖完全定義，并保持設(shè)計意圖。

    （3） 破碎機(jī)的整體結(jié)構(gòu)基本是對稱的，所以，合理解決對稱的特征和零件，可以提高設(shè)計效率，節(jié)省時間，并且對于破碎機(jī)整體的裝配和分析也有著至關(guān)重要的作用。結(jié)構(gòu)對稱的零件可以直接創(chuàng)建對稱的草圖實現(xiàn)，也可以創(chuàng)建一半模型，再利用鏡向特征實現(xiàn)。如果是兩個關(guān)于某基準(zhǔn)面對稱的零件，則只需先創(chuàng)建一個零件，然后選擇對稱的基準(zhǔn)面，選擇"插入"->"鏡向零件"即可得到對稱的零件。而且，這樣創(chuàng)建的對稱零件和源零件有著關(guān)系參考關(guān)系，修改源零件時，對稱零件會隨之改變。

    總之，在破碎機(jī)零件的三維建模過程中，不但要確保正確無誤，更重要的是要體現(xiàn)設(shè)計意圖。

    2． 破碎機(jī)的部件和總體裝配

    建立好零件的三維模型，就開始進(jìn)行部件和總裝的設(shè)計，由于破碎機(jī)零件繁多，一般都是由幾百甚至上千個零件構(gòu)成，所以在裝配破碎機(jī)之前，先分析清楚破碎機(jī)的層次結(jié)構(gòu)，零部件的約束，自由度和相對運動關(guān)系，作出總體的規(guī)劃，以便可以作出一個高效的總裝配體。在裝配時零件之間可以添加重合，同軸心，平行，垂直，平行距離，角度，限制配合等配合來滿足要求。不同的組合可以達(dá)到相同的效果，這就需要注意，配合實質(zhì)上是給零件之間添加約束來滿足一定機(jī)構(gòu)需要，所以，添加的配合也需要滿足設(shè)計意圖，而且配合要合理，合理的配合決定著裝配體的設(shè)計效率和質(zhì)量。

    （1） 焊接件作為部件處理：破碎機(jī)的機(jī)架，調(diào)整部件，傳動部件都是由焊接鋼板組成，建模時，將焊接件作為部件，可以提高設(shè)計效率，便于修改。將建立好的零件三維模型，在SolidWorks裝配體環(huán)境下進(jìn)行裝配。其中焊縫可以使用SolidWorks中命令："插入"->"裝配體特征"->"焊縫"來實現(xiàn)，快捷方便，而且與裝配體有關(guān)聯(lián)參考關(guān)系。

    （2） 動顎部件的裝配：PE1200*1500顎式破碎機(jī)的動顎部件是一個偏心結(jié)構(gòu)，一定要將軸承座設(shè)置為"固定"，而不是把偏心軸設(shè)置為"固定"，這樣才符合機(jī)構(gòu)的要求。轉(zhuǎn)子上有很多的標(biāo)準(zhǔn)件，其中螺釘，螺母的裝配一定要合理地運用陣列命令來減少操作的重復(fù)性和模型的數(shù)據(jù)量。

    （3） 破碎機(jī)的總裝：將設(shè)計好的破碎機(jī)零件和部件（在總裝中成為子裝配體）裝配。SolidWorks總裝中的子裝配體有固定和靈活兩種狀態(tài)。在破碎機(jī)總裝中，機(jī)架，轉(zhuǎn)子，顎板，電機(jī)等都是子裝配體。其中顎板，機(jī)架子裝配體內(nèi)部沒有相對運動，則狀態(tài)設(shè)置為固定，而轉(zhuǎn)子和電機(jī)子裝配體內(nèi)部有相對運動，則狀態(tài)設(shè)置為靈活。

    圖2~圖9是使用SolidWorks建立的破碎機(jī)零部件和總裝的三維模型效果圖：

    四．破碎機(jī)參數(shù)化設(shè)計，強(qiáng)度剛度校核，干涉檢查和運動仿真

    使用SolidWorks建立三維破碎機(jī)總裝配體，不僅具有直觀性，而且設(shè)計人員可以對其進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計，強(qiáng)度剛度校核，干涉檢查和運動仿真，以檢驗設(shè)計的正確性，合理性。

    1． 參數(shù)化設(shè)計

    在設(shè)計好的破碎機(jī)的基礎(chǔ)上，設(shè)計人員可能隨時需要對其進(jìn)行改良和改型，這就需要進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計來實現(xiàn)產(chǎn)品的系列化，從而避免了設(shè)計的重復(fù)性。由于使用SolidWorks建立的三維模型和裝配體，草圖是變量化的，草圖尺寸，特征尺寸和裝配尺寸都是參數(shù)化驅(qū)動的，實現(xiàn)參數(shù)化非常方便，在SolidWorks環(huán)境下對破碎機(jī)實現(xiàn)參數(shù)化設(shè)計有以下方法：

    ● 直接修改尺寸，壓縮或添加特征，然后另存為新的零件或裝配體.

    ● SolidWorks提供了非常方便工具："插入"->"系列零件系列表"，從而生成零件或裝配體的不同配置

    ● SolidWorks提供了良好的API，設(shè)計人員可以進(jìn)行二次開發(fā)，實現(xiàn)破碎機(jī)的參數(shù)化

    2． 強(qiáng)度剛度校核

    使用SolidWorks建立的破碎機(jī)三維模型可以設(shè)置材質(zhì)，具有一定的物理屬性，可以校核破碎機(jī)零件和裝配體的強(qiáng)度和剛度。SolidWorks中的插件SimulationWorks可以對破碎機(jī)的零部件進(jìn)行靜態(tài)，動態(tài)的有限元應(yīng)力分析，一般步驟為：設(shè)置材質(zhì)->添加約束->加載荷->劃分單元格->運行，可以方便地得到應(yīng)力，變形，安全系數(shù)等數(shù)據(jù)與圖片，數(shù)據(jù)非常準(zhǔn)確，并且可以保存成動畫或網(wǎng)頁的形式。

    3. 干涉碰撞檢查

    SolidWorks提供對裝配體進(jìn)行靜態(tài)干涉檢查和動態(tài)碰撞檢查，以保證任意兩個零件在空間上不得有相互重疊，并且可以動態(tài)模擬破碎機(jī)中運動零件的運動效果（如轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動情況），形象逼真，而且可以便于從中發(fā)現(xiàn)問題及時修改。

    4．運動仿真

    破碎機(jī)機(jī)構(gòu)運動仿真是通過在已有破碎機(jī)三維模型上定義零部件間的運動自由度和參數(shù)來實現(xiàn)的，并采用動畫方式創(chuàng)建，利用SolidWorks中SimulationMotion插件可以看到實時的運動軌跡；Animator插件將設(shè)置好路徑的運動仿真錄制avi格式的動畫，便于設(shè)計人員之間的交流。

    五．結(jié)語

    本文提出了破碎機(jī)三維設(shè)計的一般思路，建模，裝配，分析等都是在SolidWorks中實現(xiàn)的，實踐證明是有效可行的。而且，破碎機(jī)的三維模型還可以為CAM，CAPP，PDM等提供良好可靠的數(shù)據(jù)

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