基于 Creo2.0 液壓升降平臺的自頂向下設計

（青島大學 機電工程學院，青島 266071）

0 引言

液壓升降臺是一種升降性能好，結構緊湊，適用范圍廣的貨物升降機構，可用于集裝生產線高度差設備之間的貨物運送，物料運輸，零件裝配時部件的舉升，大型機庫的上料、下料、倉儲裝卸等場所，常與叉車等車輛配套使用[1]。傳統的設計方法是自底向上（bottomup），其設計理念是先進行零件設計，然后將設計好的零件進行裝配，如果在裝配過程中存在問題，就要對零件的尺寸和裝配順序進行不斷的修改。這種設計方法存在諸多問題[2]：1）先設計零件，無法傳遞設計思路；2）零件彼此不存在數據關聯，單個零件的修改無法引起其他零件的同步更新；3）零件尺寸、位置發生變化時，需要重新編輯約束關系，重新裝配，工作量大且繁瑣，設計周期長。因此，本文通過分析液壓升降平臺的極限位置、承載重量、尺寸規格等運用top-down（自頂向下）的設計方法通過layout（布局）、relation（關系）、skeleton（骨架模型）對液壓升降平臺進行結構設計，達到參數變化液壓升降平臺結構即可改變的目的，體現了設計者的設計思路，提高了設計質量和設計效率。

1 基于Creo2.0的自頂向下的設計方法與實現

自頂向下的設計方法是一種從整體布局到各零部件設計的裝配設計方法[3]，能夠將設計數據從記事本向裝配結構傳遞，再遞給零件。零件之間也能進行數據傳遞，保證裝配結構整體的數據關聯性[4]。通過改變骨架模型或主控件的參數可以實現整體機構尺寸的變化。自頂向下設計根據液壓升降平臺的待設計機構簡圖，在機構具體結構設計之前可以進行整個機構的運動仿真，分析機構的功能、機構在運動過程中的極限位置等，從而進行優化，最終完成整體機構的設計。此方法符合液壓升降平臺的設計規劃，而且更能體現液壓升降平臺參數化和快速高效的設計理念。

2 液壓升降平臺的原理分析

剪叉式液壓升降平臺主要由機架、剪叉臂、液壓系統、作業平臺共同構成。結構形式多樣化，有單剪式和多剪式。液壓缸的布置形式多樣，有直立固定式、水平固定式、傾斜雙鉸接式。液壓缸通過驅動起升裝置達到升降的目的[5]。

單剪式液壓缸傾斜放置的液壓升降平臺是最常見的結構，活塞桿的受力比較均衡，在實際應用中也比較廣泛。其結構簡圖如圖1所示，AB為升降平臺、CD為機架，兩根剪叉臂EH和FG，長度相等，鉸接于兩支撐桿的中點J，支撐桿兩端的H點和F點 分別與機架和升降平臺鉸接。另一端E點和G點分別與升降臺、機架上的滾輪鉸接，以實現滾輪在軌道上滾動。液壓缸的底部與支撐桿FG上的I點鉸接，液壓缸的活塞桿與支撐桿EH上的K點鉸接。

3 自頂向下的設計過程

3.1 Layout液壓升降平臺機構草圖

由以上分析和計算初步定出液壓升降平臺的零件布置、基本尺寸、運動方案等。首先進行草圖布局。在記事本中大致草繪出液壓升降平臺的基本結構與相對位置，進行尺寸標注、建立關系式、創建表參數，如圖2所示。

圖1 單剪式液壓升降平臺結構簡圖

圖2 液壓升降平臺布局圖

3.2 液壓升降平臺運動骨架模型的構建與仿真分析

骨架模型是根據裝配內的上下關系創建的特殊零件模型，作為第一個元件放置在裝配體中，在默認參考基準面前。控制著裝配結構和尺寸，零件的構建參考骨架模型，以骨架模型作為設計準則。骨架模型還可以通過聲明與記事本建立關聯，實現記事本控制骨架、骨架決定裝配和零件的數據傳遞關系[6]。運動骨架用來控制裝配中實體之間的運動。創建實際的裝配體前，可以在運動骨架中進行運動仿真，進行干涉檢驗，檢測機構的基本結構和運動是否達到要求。

建立液壓升降平臺機構的組件（*.asm），在組件模型下草繪運動骨架，也可利用草繪的機構簡圖創建液壓升降平臺的骨架，聲明記事本與骨架模型關聯，目的是將記事本的參數傳遞到骨架模型，根據運動方式定義骨架模型各個相連主體間的連接方式。（液壓升降平臺運動骨架模型與模型樹如圖3所示）。這樣就可以進行機構運動分析，如通過建立運動分析得到液壓升降平臺的起升角隨滾輪水平位移曲線（如圖4所示），此曲線為后續液壓系統的設計及平臺工作的安全性及穩定性提供了依據，可以根據校核結果進行動態編輯修改。

構建骨架模型的優點如下：1）集中提供設計數據；2）零部件位置自動變更；3）減少不必要的父子關系；4）可以任意確定零部件的裝配順序；5）改變參考控制。

圖3 液壓升降平臺運動骨架模型與模型樹圖

圖4 起升角隨滾輪水平位移曲線

3.3 設計信息的傳遞與實體依附

自頂向下設計的關鍵是進行設計信息及數據的傳遞，而信息的傳遞主要通過數據共享和骨架模型進行。數據共享通過內部共享、外部共享、幾何共享的方式構建實體，通過發布實體曲面、曲線鏈，以基準點、基準軸、基準面作為參考[7]，再利用復制幾何構建零件特征。骨架模型通過與記事本聲明關聯來獲取參數數據。

骨架模型在已創建骨架的基礎上還可建立子骨架主體，利用子骨架主體創建零件實體，將各個零件的數據信息傳遞到相關零件，從而起到相互關聯的作用。本文零件實體依附是在運動骨架的基礎上，通過骨架主體創建實體零件，利用已關聯的數據進行構建，需注意的是連接處的類型應根據運動規律確定，一旦相對運動達不到要求，應及時調整骨架模型，通過修改骨架模型實現對整個產品的控制[8]。例如滾輪在水平底座上的移動，在草繪骨架模型時應在滾輪下加一條短線才能滿足機構運動要求。

骨架主體創建好后，可以通過數據共享的方式拆分零件，采用發布幾何，再復制幾何的方式使拆分后的零件可以自動裝配，同時利于創建單個零件的工程圖。以底座、下支座為例，在創建骨架實體時兩者為一體，將該實體中與下支座相關聯的曲面發布幾何，如果不確定具體的曲面，可以將整個實體曲面發布幾何，新建的底座、下支座分別通過復制幾何得到，底座與下支座拆分圖及自動裝配如圖5所示。基本模型構建好后，根據產品需求修改參數。液壓升降平臺的裝配體如圖6所示。

圖5 底座與支座拆分圖及自動裝配圖

圖6 液壓升降平的裝配體圖

4 結束語

自頂向下的設計方法中，利用布局、數據關聯、構建運動骨架、依附實體，在運動機構的設計中發揮著至關重要的作用。設計的過程是從頂層開始，考慮整體設計目標和性能，根據零部件的運動尺寸和參數關系建立運動骨架，運動骨架構建完成后可以進行機構的運動分析，方便得到機構中任意位置的運動學規律[8]。如果出現干涉就可以調整結構參數，進行優化。實現從概念到零件設計的協同。使每個零件符合整體設計理念，有利于產品的及時更改。基于自頂向下的設計方法能夠快速實現設計結構的變更，保證結構的合理性，提高了設計的準確性與精度，縮短了產品的設計周期。