本文介紹了懸臂式掘進機后支撐的ProE虛擬裝配設計相關內容。

　　虛擬裝配的主要目的是根據產品結構圖和裝配順序實施對裝配結構的分析和評價。在虛擬裝配階段可對設計提出修改建議，進行零件結構的優化，以便于加工及裝配，減少加工和裝配的時間。對提高產品設計質量，縮短產品設計周期，降低產品設計成本有重要的意義。

　　1 基于Pro/E自頂向下的設計方法

　　Top-down設計是自頂向下設計的簡稱，其含義是先確定總體思路、設計總體布局，然后設計零件和子組件，從而完成一個完整的設計。自頂向下設計從一個系統的角度，計劃所有的設計過程，建立整個系統或設計與組件和次組件系統之間的關系。在Pro/E中用戶獲得設計意圖的自頂向下設計方法有：

　　(1)布局(Layout)-定義設計產品最主要的參數和尺寸及其相互之間的關系。

　　(2)骨架(Skeleton)-定義設計產品最主要的空間位置是對layouts定義思路的3D細化。

　　(3)Pacl擴定義設計產品的組成結構，將零部件粗略定位在裝配中。

　　(4)Publish Geometry-提取設計產品的重要原則和設計數據，將其傳遞到整個產品設計中。

　　(5)復制幾何實體(Copy Geometry)-提取和接受設計產品的重要數據。

　　(6)關系(Relations)-設定各尺寸、各參數間的關系。

　　2 后支撐的功能與結構分析

　　掘進機屬長臂類的機器，較長的截割臂在截割作業時，產生很大的截割力，此時行走履帶所受的外力比正常行走時將顯著增加，改變了正常行走時履帶與地面合理接地比壓的分布狀態，形成整機的不穩定，甚至產生劇烈振動和傾翻。而后支撐的后部撐壓在地面上，可以增加機器的接地長度，以防止和緩解履帶的接地比壓偏移，進而增加整機的穩定性。主要由支架、支撐腿、支架與二運部連接架、二運部回轉臺、銷軸和襯套等組成。

　　3 利用top-down設計后支撐

　　(1)草圖設計

　　草圖即布局，是Pro/Engineer所提供的一個單獨模塊，其作用是可以通過簡單的線條和符號來描繪產品的大概輪廓，布局的核心就是定義產品的主要參數和主要尺寸。而它在整個裝配中的作用就體現在：通過聲明(Declare)建立各個零部件之間的關系，從而實現各個零部件之間自動裝配的目的，有利于設計過程中對整個產品的控制。圖l給出了利用Pro/E軟件對后支撐做出的總成布局圖，即頂級布局模型houzhichengbuju.lay。

　　圖1中設置的尺寸是全局關鍵幾何參數，其具體說明見表1。

圖1 后支撐總體布局圖

　　1 支架;2 支承腿;3 連接架;4 二運連接銷;5 二運回轉臺;6 銷軸

表1 后支撐關鍵幾何參數

　　(2)建立骨架模型

　　對于一個產品來說，骨架就是產品裝配的構架，產品的裝配應該按照骨架模型裝配。有了骨架，產品的結構、大小和尺寸就由骨架確定了，此時在骨架上裝上各個零部件，裝配也就完成了。可以把骨架文件理解為3D化的布局Layout文件，它同樣是一個設計思路和參考標準，骨架是一些立體化的、有位置、有尺寸的點、線、面，這些點、線、面就像布局中的平面軸線一樣為裝配提供依據和基準。在產品的自頂向下設計中，主設計首先完成布局的設計，通過點線面包含了產品的主要形狀、位置等信息，然后把整個項目分給多個子項目，隨同骨架模型一同分給不同的小組和個人，子項目再以骨架為參考，骨架改變后，子項目自動改變。如圖2所示，為后支撐的骨架模型。

圖2 后支撐骨架模型

　　(3)連接設計信息

　　連接設計信息是自頂向下設計的關鍵點，通過布局或骨架的方式，把設計信息傳遞到各個零部件中，以達到對裝配件控制的目的。在自頂向下設計中，可以通過布局和骨架向各個零部件傳遞設計信息。

　　通過布局向零部件中分配信息，需要在零部件中聲明，把零部件的各種信息聲明到布局中去，所聲明的參數必須與布局中的參數一致。當作完聲明之后，在打開零部件的參數窗口中，就會發現參數窗口中多了布局中的參數值。

　　骨架的信息傳遞就是映射幾何特征，即(Geometry的傳遞，它是通過Publish Geometry和Copy GeometrY實現的。通過復制點、曲面和表面幾何和特征作為參考基準，再建立新的幾何特征。通過復制過來的這些點、曲面和表面作為參照，從而保證建立的零件具有復制元件的幾何特征。Geometry傳遞的是比較具體的形狀和數據，如點的位置、曲線和曲面的形狀等，這些形狀和數據主要用于零件特征的建立。圖為后支撐的總成模型。

圖3 掘進機后支撐總成模型

　　4 基于總成模型的干涉檢測

　　產品裝配設計的干涉檢測目標是：提高裝配效率和裝配質量，降低裝配成本。其具體目標為在功能確定的條件下，產品零部件數量盡量少，易于裝卸，具有最優的零部件定位方案和最少的裝配調整操作。進行干涉檢測主要是對裝配關系進行檢測，在Pro/E中，全局干涉檢測的操作步驟為：分析一模型分析一全局干涉。進而觀察計算結果，若存在干涉，則需要回頭修改布局或骨架以求最終的無干涉。本論文中的總成模型經全局干涉檢測后，并無干涉存在，證明各個零件在各方向上相對距離合理，滿足虛擬裝配的要求。

　　5 結語

　　綜上所述，基于Top-Down思想的參數化設計方法的優點是很明顯的，由于整個設計過程是從頂層開始的，從一開始就控制著產品的整體設計目標和性能狀況。結合各方面因素，不斷調整設計方案，實現設計優化，如在方案設計階段就可以對產品骨架模型進行運動分析，對關鍵零件進行剛度、強度校核。隨著設計層次的逐漸下行，頂層的參數逐步得到印證，結構不斷細化，并根據需要加以調整，從而保證了設計結果的準確性，同時縮短了設計周期。這種設計方法對于規模越大、產品結構越復雜的企業，效果就越明顯。

　　參考文獻：

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