基于ProE动态循环污水光催化处理装置虚拟样机的运动仿真

基于Pro/E的动态循环污水光催化处理装置虚拟样机的运动仿真湖北省省级环保科技项目，项目编号：鄂财建发200786号，项目名称：细菌矿化纳米针铁矿治理地下水污染研究作者简介：桂伟（1980），男，湖北黄冈人，汉族，湖北工业大学商贸学院讲师、硕士。主要研究方向:机电一体化系统设计。桂伟（湖北工业大学商贸学院，湖北武汉， 430079）摘要：动态循环污水光催化处理装置是一个用于污水动态循环处理的实验装置。本文利用Pro/E软件的运动仿真功能，对装置的虚拟样机进行了转速和加速度的运动仿真，得到了电动机在20r/min45r/min不同转速下的实验装置的输出轴、搅拌轴转速，并与理论计算的转速进行了比较，结果表明：该装置的结构及传动系统的设计符合设计的要求。关键词：动态循环；虚拟样机；运动仿真中图分类号：TH122 文献标识码：AMotion Simulation of the virtual prototype of the dynamic cycling sewage photocatalytic treatment device based on Pro/EGUI Wei（School Of Business，Hubei University Of Technology，Wuhan ，430079，China）Abstract: The dynamic recycling sewage photocatalytic reactor is an experiment device for dynamic recycling sewage. The speed and acceleration motion simulation of axes were done by using the motion simulation function of the software,and got motor 20r/min - to 45r/min different speed output shaft, stirring shaft speed, The result from the motion simulation showed that: the design of the device structure and drive system were in conformity with the design requirements.朗读显示对应的拉丁字符的拼字典Keywords：Dynamic cycling; Virtual prototype of the device; Motion simulation1引言在机构仿真分析技术没有出现之前，设计者必须根据设计的零件尺寸，制造出物理样机，然后将其放入实际的工作环境中进行检测，最后再根据结果来修正设计，这些工作无疑浪费了大量的时间、财力和人力。为提高工作效率，机构模拟仿真技术应运而生1-2。Pro/ENGINEER软件提供了机构仿真分析功能，其中的机构分析模块Mechanism，可以进行装配的运动学、动力学分析和仿真，使得原来在二维图上难以表达和设计的运动，变得非常直观和易于修改，并且能够大大简化机构的设计开发过程，缩短其开发周期，减少开发费用，同时提高产品质量3。2动态循环污水光催化处理装置虚拟样机运动仿真的目的动态循环污水光催化处理装置进行污水处理实验时，需果要检测搅拌轴旋转的速度对污水处理的速度及效率的影响程度。因此，必须明确在输出轴转速一定的情况下，搅拌轴的转速是不是按照设计的传动比变化的，所以本装置进行运动学仿真的目的就是在虚拟环境下检测搅拌轴的转速随输出轴的转速变化情况。本装置的电动机的输出轴转速在20r/min45 r/min，换算成Pro/E软件中用的转速单位：deg/sec，即为120 deg/sec270 deg/sec。输出轴到搅拌轴的传动比：，假设某一次实验采用的输出轴的转deg/sec，那么，第一根搅拌轴转速：，第二根搅拌轴转速：，第三根搅拌轴转速：。 以上三根搅拌轴的转速都是理论上计算出来的，本文后面的内容就是利用Pro/E的运动学仿真功能，给一个原动机的输出转速180 deg/sec，检测仿真结果中的搅拌轴的转速大小，最后与理论计算的转速进行比较，根据比较的结果来判断传动系统转速变化是否符合设计要求，进而对传动系统做出一定的修改。3虚拟样机运动仿真的步骤（1）创建零部件三维实体模型（2）组装机构并创建机构连接完成本装置的虚拟样机的装配后，在装置的传动零件之间添加相应的运动副。由于本装置中从输出轴到搅拌轴的传动是齿轮传动，因此在进行运动仿真时必须在大小齿轮之间添加齿轮副4。（3）创建驱动器通过驱动器功能给装置添加一定的运动动力，没有添加原动力的机构只承受重力作用，运动驱动器提供的动力既可以是恒定的（使机构产生恒定的速度或者加速度），也可以是符合特定函数关系的动力5-6（使机构产生按照一定规律变化的速度和加速度）。（4）对机构进行仿真分析通过仿真分析，可以获得需要的分析结果，其步骤如下：首先为输出轴、搅拌轴创建测量定义，然后单击“分析定义”图标，进行相关的设置后，检测装置的运动情况。打开测量结果对话框，可以查看一个输出轴及三个搅拌轴的转速测量的结果如图1所示，转速随时间变化情况如图2所示。 图1 测量结果对话框 图2 转速时间变化图利用转速仿真的同样的方法与步骤，对搅拌轴及输出轴在运动中的加速度的变化进行了仿真，其仿真的结果如图3所示。图3 加速度时间变化图从图1、图2中以及图3中可以看出，在Pro/E虚拟的运动仿真环境中，输出轴和搅拌轴的转速与理论上计算的转速相同，虚拟环境中的转速具有准确性。加速度变化平稳且都为零，说明齿轮的传动系统比较稳定。综上可以看出，虚拟样机中齿轮传动系统的速度以及加速度的变化与理论分析值吻合很好，传动系统的设计符合设计要求。4结束语引入Pro/E三维几何造型技术后，使设计结果显示在计算机屏幕上，但不能反映产品的动态特性，其运动行程、运动方式、运动过程是否发生干涉现象均无法考察，不能保证设计方案的正确性，因此在产品的虚拟设计中产品的运动仿真十分重要。 利用Pro/E进行动态循环污水光催化处理装置的虚拟样机的运动仿真，可以检测装置在传动系统设计中出现的一些问题，指导设计人员对本装置的传动系统进行改进设计，以达到降低研制成本，缩短研制周期，提高研制质量的目的。参考文献：1王胜枝.基于Pro/ENGINEER的数控车床主轴箱的虚拟设计及仿真D.云南昆明：昆明理工大学，2007.2李粤，张永波.虚拟样机技术的内涵及其在机械产品开发中的实现J.华南热带农业大学学报，2006，12（1）：65-68.3Wiens，G.J，“An overview of Virtual Manufacturing，”Virtual Manuracturing. Proceedings of the 2nd Aglie Manuracturing Conference.（AMC95），Albuquerque，New Mexieo，USA 1995，ERI Press：233-243.4Josef Adolfsson，Amos Ng，Petter Olofsgard，et al.Design and simulation of component-base manufaeturing maehine systemsJ.Mechatronics ，2002（12）：1239-1258.5张建瓴，可欣荣，陈树军,等.基于Pro/E的喷雾机械的虚拟样机设计J.现代制造工程，2005（10）：1-2.6李雷，黄恺，高奇.产品装配与机构仿真M.北京：化学工业出版社，2009：137-142.