基于CATIA耕整機螺旋形刀輥實體建模

明　哲，丁偉東

(吉林農業科技學院,吉林 吉林　132101)

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基于CATIA耕整機螺旋形刀輥實體建模

明哲，丁偉東

(吉林農業科技學院,吉林 吉林132101)

摘要：利用CATIA V5軟件在機械“實體建模”和“曲面造型”兩方面方便快捷的特點，詳細介紹了CATIA對耕整機螺旋形刀輥中各零件的建模及虛擬裝配過程，直觀地表達出螺旋形刀輥的外形和零件間的組裝情況。另外，從三維模型可自動生成平面二維工程圖，用于生產與加工，大大提高了耕整機的開發效率。

關鍵詞：刀輥；CATIA；實體建模；虛擬裝配；耕整機

0引言

耕整機在我國使用相當廣泛，對農作物根茬粉碎還田起到重要且廣泛的作用[1]。目前，國內外對滅茬、起壟耕整機的研究報道較多，但仍然保留了原來的、基本的工作原理及主要零部件的設計結構。這些機具中均包含滅茬和起壟兩個裝置，雖然可以同步完成滅茬起壟作業，但是動力消耗大；而依靠一個部件即可完成滅茬、起壟作業的耕整機的研究報道還沒有。本產品突破原來耕整機的結構構思，將耕整機設計為裝有直刀片螺旋形刀輥，工作中1道工序即可完成滅茬-旋耕-起壟3步作業。

傳統的機械研發包括設計樣機、制作樣機、樣機試驗、樣機改進等步驟。隨著計算機軟件技術的發展，將虛擬樣機技術應用于農業機械設計中，可使生產周期長、成本高等問題得到顯著改善[2]。CATIA系統是法國達索 (Dassault ) 飛機公司Dassault Systems工程部開發的產品，在CATIA的設計環境中，無論是實體還是曲面，均做到了真正的交互操作。在設計時，設計者不必考慮如何參數化設計目標，CATIA提供了變量驅動及后參數化能力，具有在整個產品周期內方便的修改能力，尤其是后期修改性[3]。利用CATIA軟件能夠成功建模機械零件，將各部零件組裝為虛擬樣機，并實現機械的內部基本傳動和虛擬環境作業，從而減少研發成本，提高研發效率。

1螺旋形刀輥的設計

螺旋形刀輥主要由軸套(內六角)、螺旋板和刀片3部分組成，是機具的核心部分，也是該機具的創新之處。

1.1滅茬輪軸外套

滅茬輪軸外套采用45鋼，熱處理方式為調制處理，用鍛造加工得到。滅茬輪軸外套與滅茬輪軸采用過渡配合，便于拆卸；軸套內六角用于軸套固定，因滅茬輪軸滿足強度要求，故軸套不需再次校核。

1.2螺旋板

螺旋板彎曲角度為40°，左右螺旋刀架的相對位置為60°，左右螺旋刀架的個數為6個(左右各3個，均勻分布)，刀片為7個。螺旋板左右寬度為170mm。影響功率消耗主要因素是螺旋板的彎曲角度和左右螺旋刀架的個數，在此結構下，滅茬效果好、成壟方便且功率消耗最小。

1.3刀片

刀片的設計采用直刀片，將其安裝在120°曲面螺旋板上，在保證刀架和刀片工作硬度和剛度情況下，由于刀片工作方向與其運動方向相同，因此受到地面阻力較小，可提高生產效率。刀片采用5mm的45鋼板，每個刀片長130mm、寬50mm，距一短邊15mm的板中心處打出直徑13mm的通孔，在距這通孔50mm處再打出直徑13mm的通孔。螺栓用GB /T 5782 2000M1230,螺母用GB/T41-2000M12 。

2螺旋型刀輥零件實體建模

2.1螺旋板實體建模

2.1.1建立平面和草繪

1)打開CATIA V5，進入“線框和曲面設計”命名“螺旋板”。

2)建立4個平面分別相對XY平面偏移85、85、42.5、42.5mm，把這4個平面分別命名為平面1到平面4；再相對建立的平面1偏移42.5mm的距離建立平面5，相對平面2偏移42.5mm建立平面6。

3)進入草繪界面繪制點，分別進入剛剛建立的6個平面以及平面XY繪制點。

2.1.2繪制樣條曲線與掃掠

圖1　樣條曲線1定義　　　　　　 圖2　樣條曲線2定義

圖3　樣條曲線3定義　　　　　 圖4　樣條曲線4定義

圖5　掃掠定義　　　　　　　　圖6　完成后形體

2.1.3建立加強筋刀片安裝孔及開槽

圖7　旋轉定義　　　　　　　　 圖8　旋轉槽定義

圖9　加強筋和安裝孔

圖10　開槽定義　　　　　　　圖11　螺旋板三維模型

2.2滅茬輪軸外套實體建模

2.2.1內六角圓柱體

1)打開CATIA V5，新建part文件。

圖12　滅茬輪軸外套

2.2.2軸上小孔

2.3刀片實體建模

1)打開CATIA V5，新建part文件。

2)任選一個平面，如XZ平面，點擊草圖繪制(草圖)，畫出長為130mm、寬為50mm的長方形；再以50mm邊的中點為基準，分別向里選15、65mm的點為圓心，畫半徑6.5mm的圓。

3)退出草圖界面，選中空間中上面所畫的圓，點擊(凸臺)，在出現的參數窗口中，長度輸入5mm，點擊確定，即得到一個刀片，如圖13所示。

3零件裝配實體建模

根據對CATIA的理解，裝配在CATIA中即是對各零件之間的位置尺寸約束。在對零件的模擬裝配中，為了操作的效率，可以不按照實際中的裝配過程操作，可以超越空間的限制，因此CAITIA在裝配模擬中效果好并且方便。

圖13　刀片

3.1刀片與螺栓的裝配

1)打開CATIA V5，新建product文件。

4)重復3)中的步驟方法，完成刀片與螺栓的配合，如圖14所示。

圖14　刀片螺栓配合

3.2刀片與螺旋板的裝配

1)打開CATIA V5，新建product文件。

3)由于螺旋板為曲面，在實際裝配中能夠忽略曲面與平面的接觸差距，但在CATIA中不能忽略。約束中點擊相合約束，選取螺旋板上的螺栓孔和刀片上的螺栓，令中心線相合；復制或者重新插入刀片零件，用相同的方式對螺旋板上的所有刀片進行相合約束；點擊全部更新。

圖15　刀片螺旋板

3.3螺旋板與滅茬輪軸外套的裝配

1)打開CATIA V5，新建product文件。

5)同樣插入另一個螺旋板，設定約束條件，重復裝入3對左右螺旋板，即完成螺旋型滅茬刀輥的模擬裝配，如圖16所示。

圖16　螺旋形滅茬刀輥

4結論

利用CATIA對螺旋形刀輥進行實體建模，不僅能減少研發時間、提高效率，而且在裝配中基本能反應刀輥的真實結構及尺寸參數，降低了研發成本。

參考文獻：

[1]師江瀾，劉建忠，吳發啟.保護性耕作研究進展與評述[J]．干旱地區農業研究，2006，24(1)：205-212．

[2]賈長治.MD ADAMS虛擬樣機從入門到精通[M] ．北京：北京機械工業出版社，2010.

[3]李蘇紅，潘志剛.CATIA V5實體造型與工程圖設計[J].北京：科學出版社，2012.

Based on CATIA Tillage Machine Spiral Knife Roller Entity Modeling

Ming Zhe，Ding Weidong

(Jilin Agricultural Science and Technology University，Jilin 132101,China)

Abstract：In this paper, by using CATIA V5 software in mechanical entity modeling and surface modeling the characteristics of both convenient and quick, CATIA is introduced in the spiral knife roller modeling and virtual assembly process of the parts. Visually express the shape of spiral knife roller and parts assembly on to the next. In addition, from the 3 d model can automatically generate a two-dimensional engineering drawing, used in the production and processing, greatly improves the development efficiency of tillage machine.

Key words：knife roller；CATIA；entity modeling；virtual assembly; tillage machine

文章編號：1003-188X(2016)05-0246-04

中圖分類號：S222.4

文獻標識碼：A

作者簡介：明哲(1972-)，男，吉林吉林人，副教授，博士研究生，(E-mail)jlnkjxgc@126.com。

基金項目：吉林省教育廳“十二五”科學技術研究資助項目(吉教科合字[2015]第369號)；吉林市科技創新發展計劃項目(201424006)；吉林農業科技學院種子基金項目(吉農院合字[2014]第Z06號)；吉林省高等學校大學生創新創業訓練計劃項目(2014)

收稿日期：2015-04-21