基于CATIA的复式谷物清选机风扇转子的建模*

王 辉

（新疆工程学院，新疆乌鲁木齐 830011）

1 CATIA软件的特点

CATIA作为产品生命周期管理中的信息创建和分析的工具，能够完成产品外型设计、机械设计、设备与系统工程、管理数字样机、机械加工、分析和模拟等相关工作，广泛应用于机械制造、航空航天、船舶制造等领域，其提供的part dezine和aseemble line模块能非常快捷的完成产品的设计和装配[1]。

本文在对复式谷物清选机风扇转子结构分析得基础上，使用CATIA软件对风扇转子进行了建模和惯量分析，为复式谷物清选机的虚拟样机建立及相关分析设计打下了基础[2]。

2 风机转子零件的建模

复式谷物清选机风机转子从其机构上看主要由法兰盘、叶片、支杆、转轴等零件组成，相关零件不含复杂曲面，通过在草图的基础上，运用拉伸、旋转、阵列等方法就能较快的完成了风扇转子典型零件的建模，如图1复式谷物清选机典型零件。

图1 复式谷物清选机典型零件

3 装配

（1）轴、键的装配

复式谷物清选机风机转子的轴具有跨度大、结构简单的特点，在实际应用过程中一般常采用焊接轴的结构形式，从传动轴的实际特点出发，运用CATIA的回转和凹槽等建模方式，可以较为快捷的完成轴的建模，运用CA⁃TIA软件自带的机械标准零件库，调用keys库中所需的圆头键，设置相关约束后，就可以完成装配，如图2所示。

图2 键装配图

（2）法兰盘和轴的装配

法兰盘、键和轴的配合，重点是在键槽、键的面约束，以及法兰盘孔和轴的轴线的相合约束，值得注意的是在CATIA中相合约束不能简单的认为是同轴，其实还包含诸如：点面、点线、面面等重合要素[3]。

由于结构的特殊性，该法兰盘的孔是由两排孔组成，建模过程中先建立外圈的孔，最后建立内圈的孔，两次阵列的使用，在装配设计过程中，可以得到引用，方便支杆、螺栓、法兰盘的装配。如图3法兰装配图。

（3）加强杆与叶片的装配

风扇转子中的支杆，从力学模型看，其属于悬臂梁结构，工作过程中支杆和法兰连接处的螺栓受力较大，为减少受力，在叶片和叶片之间使用了加强杆将其进行连接，其作为连接各叶片的重要元件，可以增强整个结构的刚性，防止叶片在旋转时受力过大，同时减少支杆与法兰的连接受力。由于叶片和叶片之间的夹角为60度，但两块扇板与加强杆的连接孔并不在同一高度，所以支杆两个连接端的倾角是有差异的，在实际应用过程中，往往将连接孔的尺寸放大，使其具有一定的可调余量，在建模装配时要求根据结构尺寸，准确找对加强杆与叶片孔的安装位置，否则装配约束就不能建立，使装配失效。如图4加强杆的装配图。

图3 法兰装配图

图4 加强杆的装配图

（4）镜像的应用

风机转子就其结构来看，属于对称部件[4]，由此制定了如下的安装方案：先完成传动轴左边法兰、键、支杆、加强杆、螺栓、垫片等的装配后，使用CATIA中的建立子装配的方法，快捷的完成另一部的装配，最后安装叶片。依据该方案在完成一边的装配后，先在传动轴的中心位置建立一个平面，以该平面为对称平面，使用Assem⁃bly Symmetry Wizard，选择对称平面和要镜像的部件，在进行一些镜像后格式的设置后，就可以完成该项操作。完成结果如图5风机转子装配图。

图5 风机转子装配图

4 惯量分析

装配过程完成后，使用CATIA材料库，对装配部件施加相应材料应用，该风扇转子结构主要使用了IRON和STEEL两种材料，结构和材料都确定后，也就满足了惯量测定的条件，使用CA⁃TIA测量惯量分析工具，就可以完成已定材料和结构的轴转动惯量测定，如图6转动惯量分析。

5 小结

本文以复式谷物清选机的风扇转子为研究对象，运用CATIA软件对其典型零件进行了建模[5]，从其结构出发设计制定了相关的装配方案，运用改装方案完成了复式谷物清选机风扇转子的虚拟装配，同时运用CATIA软件的惯量测量，测定了改结构的轴惯量，该工作的完成为复式谷物清选机建立虚拟样机及后续相关分析工作打下了基础。

图6 转动惯量分析

［1］张玉香，孟凡文，梁海霞.采用Imageware与CATIA的三维曲面重建与数控仿真加工［J］.机电工程技术，2013（7）：114-117.

［2］巫尚荣，杨坚，梁兆新，等.联合收割机清粮机构的仿真优化研究［J］.农机化研究，2004（4）：21-24.

［3］叶有义，马振利，何德安.基于CATIA的装备数字样机应用研究［J］.计算机应用与软件，2009（3）：275-276，282.

［4］陈霓.新型风筛式清选装置设计研究［J］.农机化研究，2008（3）：113-115，118.

［5］甘忠，韩琦，曹蔚，等.基于CATIA的飞机展开壁板数字化模型的建立［J］.锻压技术，2006（6）：110-114.