张 爽

（中国中材装备集团有限公司，天津 300400）

基于Pro/E骨架模型的选粉机双传动轴系的系列化设计

张 爽

（中国中材装备集团有限公司，天津 300400）

Pro/E骨架模型的自上而下的设计方法符合产品的设计过程，容易实现产品设计的准确性和产品的系列化设计。本文运用该方法，从选粉机双传动主轴系的结构方案入手，进行选粉机的双传动轴系的系列化设计。结果表明通过该设计方法，可以方便、实时地对双传动主轴系的结构进行分析和修改，同时保证了整个部件上各个零部件的设计和装配的准确性；通过对骨架模型参数的修改，能够高效、准确地实现双传动轴系的系列化设计，缩短设计研发周期。

Pro/E；骨架；自上而下；双传动轴系；系列化设计。

1、引言

Pro/E是在机械产品设计中应用较多的三维软件之一，它在设计中提供了两种设计方法：自下而上、自上而下。自下而上的设计方法是分别设计出单个零件，然后再进行组装，各个零件在组件中是相互依存的，当总体设计或者单个零件发生变化时，只能逐个修改零件，制约了设计效率的提高。自上而下的设计方法是先进行产品的总体结构框架设计，再将这些信息传递到下层的零部件结构中，这样各个零部件可以并行设计，当高层的设计结构发生变化时，信息会自动传递到低层，使其也相应的发生变化[1,2]。该方法和产品的设计过程是相同的，提高了产品设计的准确性，容易实现产品的系列化设计。Pro/E软件提供了多种自顶向下设计的工具，其中骨架模型具有直观地展现零部件的位置、运动情况、支持参数化设计等优点，被很多设计者所采纳[3-5]。

选粉机自19世纪末由英国人发明出来后，在建材、电力等行业发挥出了重要的作用。目前选粉机已经发展到了第三代，它主要由外壳、风管、笼式转子、传动部分等组成，传动部分主要由电动机、减速器和传动轴系组成，其中传动轴系负责笼式转子的旋转运动，是选粉机各个部件中精度要求最高且设计耗费时间最多的部分，所以能够在最短的时间内实现产品系列化的设计方法是每个公司都在追求的目标[6-8]。

本文运用Pro/E自顶向下的设计方法，运用骨架模型进行选粉机双传动轴系的系列化设计。

2、选粉机双传动轴系的设计

2.1 选粉机双传动轴系的结构方案

本文所设计的是第三代O-Sepa笼式选粉机的变异机型，将原来需要在设备外侧配风机的工艺布置形式改为将风扇内置于选粉机内部，可使结构紧凑，优化工艺布置。选粉机的结构如图 1所示，笼式转子的上方为风扇叶片，笼式转子与风扇是同轴心，但是要求不同的速度，所以在设计中应具有两个传动轴，一个为实心-负责笼型转子的传动，另一个为空心-负责风扇的转动，实心轴从空心轴中心通过，并与空心轴同轴心，双传动轴系的结构方案如图2所示。

2.2 骨架模型的设计

Pro/E骨架模型利用空间的基准点、线、面等构建出产品的空间而已，零部件的空间位置开头和装配关系，将这些信息传递到下一层的零部件中，实现产品的结构更改。在运用过程中尽可能地使骨架中的所有信息与统一的基准参照发生关联，通过修改统一基准的位置，可以快速地实现整个部件的结构尺寸的修改。

图1 选粉机的结构形式

图2 双传动轴系的结构方案

（1）确立基准并建立基准面。轴承作为标准件，其大小和样式是有标准遵循的，上下轴承的距离是整个传动轴承系长度的重要参数。以TOP平面作为下部外圈轴承中心平面，以该平面为基准分别建立上部外圈轴承中心平面和下部内圈轴承中心平面，然后以上部外圈轴承中心平面为基准建立上部内圈轴承中心平面（图3），并在Pro/E的“参数”对话框中设定相应的参数（图4），用“关系”对话框，用不同的参数控制基准平面的距离。

图3 创建基准面

图4 “参数”与“关系”对话框

（2）草绘轮廓。在双传动轴系的装配体中创建顶层骨架模型，在FRONT平面内以RIGHT平面为参照绘制中心线，草绘零部件的轮廓。根据结构的复杂程度以及结构特点，轮廓在不同的草绘中完成，如图5所示。

图5 骨架模型中进行草绘

（3）发布几何，顶层骨架模型发布几何，在部件或零件中通过复制几何的形式获得顶层的模型数据，以这些数据为参照实现部件或零件的三维建模并细化，完成的三维模型如图6所示。

图6 双传动轴系的三维模型

（3）工程图绘制。Pro/E提供了强大的工程图功能，可将三维模型生成二维工程图，工程图与模型之间是关联的，三维模型改变时，工程图会自动更新。双传动轴系的二维工程图如图7所示。

图7 双传动轴系装配图

此阶段通过合理的方法可提高工作效率。1、在顶层骨架模型中尽可能将双传动轴系的所有零部件的轮廓草绘出来，设计者仅仅调出顶层骨架模型就可以直观地看到整个部件的布局，各个零件的装配关系，统筹整个部件的装配设计及其更改；2、合理设定草绘顺序，基本原则是首先草绘已知零部件（如标准件）或作为定位参准的零部件的轮廓，再去绘制与其有装配关系的零部件的轮廓，本部件中先绘制上下部轴承及附属的零件的轮廓，以轴承的轮廓为参照去绘制轴、轴承底座、密封结构等的轮廓，当轴承的结构尺寸发生变化时，其它的轮廓也会跟着发生变化；3、合理施加几何约束，结构的尺寸尽可能地以建立的基准点、线、面为参照，对于旋转体尽可能地限制厚度，而不是分别标定内外圈的直径，本部件中轴承底座部件的几何约束如图8所示；4、并行设计，各个零部件通过“发布几何-复制几何”的形式继承了顶层骨架模型中的几何轮廓，各个零部件可由不同的设计者进行同步设计，最后由总设计者进行总体模型的调整，提高设计效率。

图8 顶层骨架模型中轴承底座的几何约束

3、系列化的实现

在上述骨架模型的建立过程中加入了参数化的控制方式，通过调整尺寸可以快速地调整整个传动轴的尺寸，以适应不同的场合。如通过改变轴承的尺寸，可快速地更换轴承，与轴承配合的部位也会因为轴承的尺寸变化而相应的做出调整，通过改变“BEARING_DISTANCE”参数的大小可以调整轴承的间距，而其它零部件因为尺寸关系的限制，或结构参数保持不变，或做相应的变长或变短，改变后各个零部件的装备关系完全不变；如图 5所示。当三维模型发生变更时，工程图也会发生相应的变化，能够快速地实现双传动轴系的系列化设计。

图5 改变合适的参数可快速实现结构尺寸的变化

4、结论

基于 Pro/E骨架模型的自顶向下的设计方法体现了产品设计的总体结构和设计方案，具有结构设计准确性高、易实现系列化设计等优点。将该方法用于选粉机双传动轴系的设计当中，在骨架模型中设置重要的参考并绘制整个部件的轮廓，通过修改设定的参数便可快速地实现双传动轴系的结构尺寸的改变，同时保持各个零部件的装配关系不变，用Pro/E绘制的工程图随着三维模型的变化而变化，大大提高了产品的设计效率，是实现选粉机双传动轴系的系列化设计的重要方法。

[1]齐从谦, 崔琼瑶. 基于参数化技术的 CAD创新设计方法研究[J]. 中国机械工程, 2003, 14 (8): 681-683.

[2]吴刚, 闫洪元, 朱庆波, et al. Pro/E骨架建模法在液压支架设计中的应用[J].机械工程与自动化, 2011, (1): 158-159,162.

[3]徐国斌. Pro/ENGINEER Wildfire在企业的实施与应用[M]. 北京: 机械工业出版社, 2003.

[4]高葛. 基于Pro/E骨架模型的阀体参数化设计[J]. 西安航空技术高等专科学校学报, 2011, 29 (3): 32-35.

[5]张建荣. 基于 Pro/E骨架模型的电动代步车设计[J]. 中国制造业信息化, 2007, 36 (13): 28-30,34.

[6]王仲春. 水泥工业粉磨工艺技术[M]. 北京: 中国建材工业出版社, 1998.

[7]陈杰来, 姜大志, 黄亿辉. O-Sepa选粉机转子结构对流场特性的影响[J]. 中国粉体技术, 2011, (6): 38-41.

[8]綦海军, 李双跃, 任朝富, et al. SMG生料选粉机的设计与实验研究[J]. 机械设计与制造, 2011, (8): 4-6.

The Series Design of Air Separator Biaxial Structure Based on Skeleton Model by Pro/E

Zhang Shuang
Sinoma Technology & Equipment Group, Tianjin, 300400

while designing machines, a top-down design method with skeleton model by Pro/E was reasonable with high accuracy and convenient series design. In view of that, this paper introduced the series design of air separator biaxial structure by using this method. The result showed that the biaxial structure could be easily analyzed and modified, at the same time, the accuracy of design and assembly diagram was guaranteed, the series design of biaxial structure was realized with high efficiency and accuracy, the design time was shortened.

Pro/E, skeleton, top-down, biaxial structure, series design

TQ172

B

1007-6344（2015）09-0017-02