基于 Proe的某種光纖連接器的夾持機構的設計

雷艇

摘 要：在光配線領域，傳統的光纖鏈路的頻繁切換是通過人工插拔光纖連接器實現的，因此對光纖的跳接引入自動化設備具有重大的現實意義。本文主要研究的是該自動化設備的末端執行機構，即光纖連接器的夾持機構，針對光纖連接器體積小，質量輕的特點，設計一種由步進電機驅動、螺母絲杠傳動、斜楔夾緊的機構，該機

構利用 Proe的零件設計、組件裝配等相對獨立的功能模塊三維建模。關鍵詞：光纖連接器；夾持機構；Proe；三維建模

1 前言

傳統的二維 AutoCAD設計思路 [1]，不僅繪圖工作量大，圖紙的設計修改工作也非常繁瑣， Proe是美國 PTC公司推出的一款集 CAD/CAM/CAE功能于一體的綜合性三維軟件 [2]，它是基于特征的全參數化軟件，創建的零件模型、裝配模型以及工程圖之間是全相關的，就是說零件和組件做的任何更改，在工程圖中都能夠反應出來，它的各個功能模塊相對獨立，能將設計的結構迅速轉化成具體的模型。

2 工作原理

光纖連接器可夾持部分的寬度為 8.94mm，高度為 7.32mm，長度為 9.5mm，設計的夾持機構的手指的寬度大于等于 8.94mm，兩根手指夾緊時的最小距離不大于 7.32mm，手指的長度根據夾緊力與力矩之間的關系計算。該夾持機構由絲杠、螺母、滑塊、上下斜楔、上下連桿、上下手指、上下手桿等組成，具體見圖 1。其工作原理分為 2個階段：

2.1 夾緊階段

步進電機正轉，通過聯軸器帶動絲杠正轉，螺母在絲杠的帶動下向左側移動，由于螺母與滑塊連接成為一個整體，滑塊也沿著導軌水平向左滑動，而滑塊上下兩側有 T字形凸臺正好鑲嵌在上斜楔和下斜楔的 T字形凹槽內，滑塊的左側滑動會拉近上下斜楔之間的豎直距離，從而帶動上下連桿、上下手指、上下手桿相向移動，即開始夾緊動作。

2.2 松開階段

步進電機反轉，通過聯軸器帶動絲杠反轉，螺母在絲杠的帶動下向右側移動，此時滑塊也沿著導軌水平向右滑動，滑塊兩側的 T字形凸臺對上下斜楔分別有一個向外側的擠出力，上下斜楔的距離被拉大，此時上下連桿、上下手指、上下手桿反向移動，即開始松開動作。

3 三維建模

該夾持機構的建模難點在于滑塊和上下斜楔 3個零件的建模，滑塊 +斜楔機構作為核心零部件，建模過程中要重點考慮滑塊建模的整體尺寸， T字形凸臺和 T字形凹槽的配合尺寸，滑塊的整體尺寸過大，會導致整個夾持機構的體積變大；滑塊的整體尺寸偏小，會出現滑塊移動到極限位置后，手指還未夾緊光纖連接器的情況。 T字形凸臺和 T字形凹槽要采用間隙配合，并且其接觸面一定要保證光滑，表面粗糙度為 1.6及以下，若接觸面配合過緊，表面粗糙度過大，則滑塊很有可能推不動斜楔，手指也就無法完成夾緊和松開動作。滑塊三維建模的一般步驟為：

（1）拉伸基礎特征，即拉伸梯形平臺，基礎特征是零件的輪廓，是添加其他特征的基礎，該梯形平臺可以采用混合特征的方法生成，也可以采用先拉伸一個長方體，然后拉伸切除 2個斜面，（ 2）打過孔，絲杠要穿透滑塊，該過孔也可以理解為絲杠的避讓孔，孔徑要大于絲杠的直徑，（ 3）創建 T字形凸臺的基準平面，該基準平面要與步驟（ 1）創建的斜面垂直，（ 4）在基準平面上草繪 T字形，用拉伸命令將 T字形拉出實體，再拉伸切除多余的 T字形材料，（ 5）拉伸切除 T字形凹槽，滑塊的凹槽要在導軌滑動，因而要保證間隙配合，（ 6）新建上斜楔和下斜楔模型，二者實質上是一個模型，具體步驟不再贅述，（ 7）新建一個組件模型，將 1個滑塊和 2個斜楔裝配在組件里，輸出組件的工程圖，其裝配圖如圖 4所示。

傳動機構之所以選擇螺母絲杠，是因為其能將電機的旋轉運動轉化為直線運動，且螺母絲杠傳動平穩、精度高、摩擦阻力小、傳動效率高。螺母絲杠已經成為標準件，供應商已將不同型號不同尺寸的螺母絲杠建立標準化模型，我們可以直接調用。在這里我們選用直徑為 12mm的絲杠。

連桿的作用是將斜楔的動力傳遞到手桿，手指是起限位和加強手桿強度的作用。連桿、手指和手桿由于 3個零件通過螺栓連接，因此我們可以采用在組件中創建零件模型的建模方法：（ 1）新建一個組件模型，單擊組件模式下創建元件按鈕，在元件創建對話框中類型選擇零件，子類型選擇實體，給該零件命名為 prt001，（2）在模型樹中右擊 prt001，選擇激活，此時組件模型的工作環境進入了零件模型的工作環境，（ 3）利用拉伸特征生成連桿，（ 4）繼續單擊組件模式下創建元件按鈕，重復上面的步驟可以生成手指和手桿。這種建模方法的好處是后一個零件在建模時可以直接把前一個零件的特征作為參照圖元。

4 總結

該夾持機構結構緊湊、運行平穩，且由步進電機驅動能控制夾緊精度， Proe對零件的三維建模能充分發揮對零件的結構設計，裝配圖有助于我們理解夾持機構的工作原理，且 Proe各功能模塊獨立，模型與工程圖全相關，能迅速將我們的設計思路轉化成實際的模型。該夾持機構的設計為光配線自動化設備的研發起到鋪墊作用，也對其他類似結構具有借鑒意義。

參考文獻：

[1]于國躍，丁勇 .Proe在耙吸挖泥船吊架設計分析中的應用 [J].船舶：2014年 04期 .

[2]詹友剛 .Proe野火版 5.0機械設計教程 [M]. 北京：機械工業出版社，2010.7.