多功能翻轉機架的功能重構與創成設計＊

李建心

（濰坊學院，山東 濰坊 261061）

多功能拆裝用翻轉機架技術和功能方面的提升改進在國內還沒有明顯的進步。它應該在發動機的展示、拆裝、維修等方面實現功能上的統一，并且在人機工程方面應該更趨合理化；基于這些因素，進行詳細的傳動系統及結構外形計算和三維創成設計，巧妙設計出了多功能拆裝用翻轉機架。它具有的優點是：承載部分帶動發動機可以在整周內自由轉動，而且在任何位置可以實現多點自鎖，底座上的萬向轉輪可以實現多功能拆裝用翻轉機架的靈活運動和在不同場合使用它的需求。機架體設計采用上下箱體裝配重構式，而不是通常的焊接式的箱體，以便于傳動系統的離散重構，從而把用兩端承載軸的傳統性設計進行了創成優化。

1 創成設計

1.1 傳動件創成設計

在概念設計階段考慮到多功能拆裝用翻轉機架在其工作過程當中，要實現大減速比的要求，功能滿足手動和電動操作要求。手輪在轉動時承載部分帶動安裝在上面的發動機的轉速要明顯的減少，即要有較大的傳動比。手輪的工作平面與承載部分的工作平面不在同一個平面上，并且要求承載部分能在整周范圍內轉動，而且可以在任何點上能實現自鎖。權衡比較了所有的機電傳動方案，譬如齒輪傳動、凸輪傳動和鏈輪傳動等，最后選擇了多功能拆裝用翻轉機架的蝸桿蝸輪傳動方案，該傳動方案占據空間小、結構緊湊和大傳動比，兩者嚙合處的當量摩擦角度同蝸桿螺旋線的升角度相比較，蝸輪只可做從動件、蝸桿只可是主動件，反之而不能。下面闡述關鍵傳動件蝸輪及蝸桿的三維創成設計過程。

繪制蝸輪的四個基本圓：新建文件將類型設置為實體→取消使用缺省模板復選框→定義草繪環境后草繪蝸輪的基本圓曲線。

繪制蝸輪的漸開線：在曲線選項對話框中點選笛卡爾坐標系→在彈出的對話框里添加漸開線的參數方程→繪制的蝸輪的漸開線。

繪制蝸輪的掃描軌跡及投影線：通過旋轉命令→在旋轉操縱區中定義草繪環境后繪制蝸輪的掃描軌跡（如圖1所示）→選擇編輯菜單中的投影命令→選取基準平面和參照平面繪制蝸輪投影線（如圖2 所示）。

創建蝸輪的實體及蝸輪的輪齒：采用拉伸命令→定義草繪環境后繪制蝸輪草圖→創建蝸輪實體→再通過變截面掃描繪制蝸輪的輪齒→將輪齒陣列后進行相應的修整。

創建蝸輪的鍵槽及配合的軸：根據鍵的尺寸創建鍵后完成蝸輪的創建→依據蝸輪的尺寸參數創建與其相配合的軸（如圖3所示）。

創建蝸桿的難點是螺旋部分：定義草繪環境選取基準平面和參照平面→繪制草圖后完成蝸桿軸的創建→通過螺旋掃描中的伸出項命令定義好草繪環境→繪制草圖設置螺距后在創建的實體上創建鍵槽即完成蝸桿的創建（如圖4所示）。

圖1 繪制掃描軌跡

圖2 繪制蝸輪投影線

圖3 蝸輪數模

圖4 蝸桿數模

1.2 結構件創成設計

翻轉機架箱體蓋的創建：定義草繪環境并選取基準平面與參照平面，繪制翻轉機架基體的草圖后通過拉伸等命令創建翻轉機架的基體；在所創建的翻轉機架箱蓋的基體上，參照軸承孔及其螺栓孔的尺寸參量，定義草繪環境后并選取草繪平面，繪制軸承孔和螺栓孔的草圖并完成軸承孔和螺栓孔的創建；在所創建的箱體蓋頂部，如前面操作的方法創建方形透視窗孔，完成后進行倒角操作即完成箱體蓋的創成設計如圖5所示。

圖5 箱蓋數模

圖6 繪制蝸輪投影線

圖7 蝸輪數模

在構建全部零件的基礎上開始翻轉機架的總裝。

定義裝配環境后新建文件并選擇整體按鈕，將子類型選為設計并取消使用缺省模板復選框，在裝配操作界面中的工程特征用戶界面里單擊將元件添加到組件按鈕，打開名稱是XIAXIANGTI.PRT 的下箱體零件數模，在裝配定義區中把約束的形式定為坐標系，再把繪圖界面中兩坐標系進行重合。

裝配蝸輪蝸桿傳動機構是通過將元件添加到組件的命令，打開已創建的蝸桿蝸輪及配合軸承的零件數模，在安裝定義區中的約束的形式里點選匹配，然后單擊安裝定義區上的放置區中的新建約束按鈕和對齊、插入等約束完成小裝配如圖6所示。

裝配箱體箱蓋及承載結構是通過將元件添加到組件命令，打開已創建的箱蓋及承載部分的零件數模，通過匹配、對齊等約束完成裝配。裝配底座操作手輪是通過將元件添加到組件命令，打開已創建的底座及手輪的零件后通過匹配、對齊等約束完成組裝，再將所有的緊固件螺栓螺母裝配上。將所有已經創建的零件數模組裝完成后即完成多功能拆裝用翻轉機架的總體裝配如圖7所示。

2 功能重構設計

為了滿足不同應用場合的汽車手動、自動變速器和汽油、柴油發動機的拆卸、安裝與測繪展示，所以把手動及自動翻轉機架設計為一系列的A、B、C、D 等四種類型的功能結構，根據需要實現多種功能的重構，重構實體類型如圖8所示。

圖8 功能重構設計的四種類型

3 多態優算分析

因為多功能拆裝用翻轉機架工作在靜態、動態、模態等狀態下，受溫度場、重力場等的耦合作用，需要對集中載荷、沖擊載荷、非周期振動載荷的響應做有限元分析，依據優算設計參量重構功能優化方案。譬如上箱蓋的有限元靜態分析：導入Pro／e數模如圖9所示、網格劃分效果圖如圖10所示、X-direction位移圖如圖11所示、總應變強度圖如圖12所示。

圖9 導入Pro／e數模

圖10 網格劃分效果圖

圖11 X-direction位移圖

圖12 總應變強度圖

4 結束語

多功能拆裝用翻轉機架作為車輛專業創新實驗中必不可少的裝備，基于大型集成化三維設計軟件的建模平臺，采用模塊化創成設計理念，完成了多功能拆裝用翻轉機架的數模總裝。不僅保留了傳統的移動和固定式拆裝翻用轉機架所具有的結構特點，而且把翻轉機架設計成整周內任意點可轉動自鎖，功能重構擴大了其在不同場合應用范圍，優算分析提高了使用可靠性和效率，更加簡約精益化的設 計必然是汽車部件發動機拆裝翻轉機架的發展趨勢，對其結構創成設計和多態分析是汽車技術創新思維模式的有益探索。

［1］凌桂龍，李戰芬.ANSYS14.0從入門到精通［M］.北京：清華大學出版社，2013：91-98.

［2］紀名剛，濮良貴.機械設計［M］.8版.北京：高等教育出版社，2006：162-169.