【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 用戶能夠統(tǒng)一使用任何CAD系統(tǒng)生成的數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)多CAD設(shè)計(jì)的效率和價(jià)值。參與整個(gè)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)流程的每一個(gè)人，都能夠獲取并重用CREO產(chǎn)品設(shè)計(jì)應(yīng)用軟件所創(chuàng)建的重要信息。此外，CREO將提高原有系統(tǒng)數(shù)據(jù)的重用率，降低了技術(shù)鎖定所需的高昂轉(zhuǎn)換成本。 　 Any BOM Assembly (裝配) 　　為團(tuán)隊(duì)提供所需的能力和可擴(kuò)展性，以創(chuàng)建、驗(yàn)證和重用高度可配置產(chǎn)品的信息。利用BOM驅(qū)動(dòng)組件以及與PTC Windchill PLM軟件的緊密集成，用戶將開(kāi)啟并達(dá)到團(tuán)隊(duì)乃至企業(yè)前所未有過(guò)的效率和價(jià)值水平。. 絕緣子介紹圖3 絕緣子三維圖像圖2 實(shí)際絕緣子照片絕緣子是一種特殊結(jié)構(gòu)的絕緣控件，能夠在架空的輸電線路中起到重要的絕緣作用，早年絕緣子主要用于電線桿，慢慢拿發(fā)展于高型高壓連接塔的一端掛了很多的盤(pán)狀絕緣體，他是為了增加爬電距離，通常是由玻璃或是陶瓷制成，就叫絕緣子，絕緣子在架空輸電線路中其中兩個(gè)基本作用，即防止電流回地和支持作用。由于絕緣子材料多為玻璃或陶瓷表面光滑，因此機(jī)器人能否在具有一定角度的絕緣子上爬行，關(guān)鍵在于能否給予行走機(jī)構(gòu)足夠大的附著力。絕緣子按結(jié)構(gòu)分為柱式(支柱)、懸式絕緣子、針式絕緣子、碟型絕緣子等，設(shè)計(jì)要求中所提及的的絕緣子是XP210型具體尺寸如下（如圖8）圖4 絕緣子工程圖. 履帶力學(xué)理論履帶行走機(jī)構(gòu)在水平地面的直線運(yùn)動(dòng)，可以看成是車架相對(duì)于接地鏈軌的相對(duì)運(yùn)動(dòng)和接地履帶對(duì)地面的滑轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)(牽連運(yùn)動(dòng))合成的結(jié)果，即 車架與履帶之間的作用力被稱為內(nèi)部阻力，履帶對(duì)地面的作用力，稱為外部作用力，在這里我們只對(duì)外部作用力進(jìn)行討論。外部行駛阻力的影響因素包括：土壤的性質(zhì)與狀態(tài)、履帶材質(zhì)的性質(zhì)與狀態(tài)、履帶接地比壓且，而前者影響更大，對(duì)于經(jīng)常在越野條件下及松軟地面上行駛的工程機(jī)械而言，研究土壤受壓后車輛的附著力更具有意義，而我們的課題中，地面為陶瓷絕緣子，因此變形量極小，因此主要考慮的的是履帶的形變量產(chǎn)生的摩擦力。但對(duì)于履帶外形設(shè)計(jì)而言我們首先考慮的是增加接觸面積，其次理論附著力，因?yàn)樵龃蠼佑|面積的方法較為簡(jiǎn)單，而且可以較為明顯的改變履帶的接地比壓，而外齒形的設(shè)計(jì)較為細(xì)致繁瑣，則是討論的重點(diǎn)。理論附著力是指在容許滑轉(zhuǎn)率時(shí)，車輛能夠發(fā)揮的最大切線牽引力稱為理論附著力，或直接稱為附著力。對(duì)于輪式工程車輛，地面的附著能力取決于兩方面的因素：一是輪胎花紋所受土壤的剪切力。土壤的抗剪切能力越大，可以產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)力越大。二是胎面與地面之間在許多滑轉(zhuǎn)率條件下的滑動(dòng)摩擦系數(shù)?；瑒?dòng)摩擦系數(shù)越大，可以產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)力越大。履帶車輛主動(dòng)輪距通過(guò)履帶接地段作用在地面上，地面對(duì)履帶接地端產(chǎn)生切向反作用，其合力成為了履帶車輛的牽引力Ft，方向與車輛行駛方向一致。當(dāng)牽引力達(dá)到最大值時(shí)，成為附著力FΨ[25]，它是指履帶接地段與地面相互作用時(shí)，地面對(duì)履帶接地產(chǎn)生最大切向反作用力。在水平地面上履帶車輛的附著力可以表示為FΨ=ΨFg，式中：Ψ為履帶與地面相互作用時(shí)的附著系數(shù)，它與地面性質(zhì)以及車輛行動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)有關(guān)。 履帶車輛行駛地面性質(zhì)參數(shù)只能夠通過(guò)實(shí)驗(yàn)的方法測(cè)定, 測(cè)定不同的地面性質(zhì)參數(shù)需要采用不同的實(shí)驗(yàn)方法, 各種實(shí)驗(yàn)方法不能夠通用。傳統(tǒng)的測(cè)定方法需要?jiǎng)佑枚嗯_(tái)履帶車輛進(jìn)行聯(lián)合實(shí)驗(yàn)才能夠完成, 測(cè)定的設(shè)備比較復(fù)雜, 實(shí)驗(yàn)難度大。對(duì)于轉(zhuǎn)向阻力系數(shù)μ, 傳統(tǒng)的測(cè)定方法只能測(cè)出履帶車輛制動(dòng)轉(zhuǎn)向時(shí)的最大轉(zhuǎn)向阻力系數(shù)μm ax , 而不能測(cè)出車輛以任意半徑轉(zhuǎn)向時(shí)的 , 具有很大的局限性。設(shè)計(jì)附著性能是指地面抗滑轉(zhuǎn)的能力。是對(duì)地面而言。車輛行駛時(shí)，在驅(qū)動(dòng)力矩的作用下，履帶與土壤接觸的各個(gè)微小部分都會(huì)產(chǎn)生土的反作用力，這些反力的水平分力就形成了車輛前進(jìn)的切線牽引力。當(dāng)車輛在硬質(zhì)路面上行駛時(shí)，切線牽引力主要由行走機(jī)構(gòu)和路面之間的摩擦而產(chǎn)生。當(dāng)車輛在軟路面上行駛時(shí)，履刺嵌入土中，切線牽引力主要由土的剪切反力產(chǎn)生。 . 、三維模型創(chuàng)建原理圖6 鏈條Pro/e設(shè)計(jì)圖聚氨酯絕緣子爬行通用齒履帶與以往的鐵質(zhì)履帶不同，是一條連續(xù)的帶子,因此在設(shè)計(jì)中有兩種設(shè)計(jì)方案，一種采用單個(gè)模塊化設(shè)計(jì)，一種是在一條完整的帶狀體上進(jìn)行雕刻，第一種方案的設(shè)計(jì)思路是先繪制出單個(gè)結(jié)構(gòu)單元，然后通過(guò)陣列，或是組件模式組裝成完整的圖像，但這個(gè)方式如果采用零件模式時(shí)受制于計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力，陣列單元不能超過(guò)25個(gè)，如果采用組件模式類似于鏈條（如圖2），則每個(gè)模塊的連接不能很好的進(jìn)行定義,對(duì)履帶的設(shè)計(jì)精度造成很大的影響。因此我們采用了第二個(gè)方案，利用Pro/ E 軟件做出三維模型并使三維模型與程序控制相結(jié)合,即在已創(chuàng)建的條形實(shí)體的基礎(chǔ)上進(jìn)一步根據(jù)履帶內(nèi)外齒的設(shè)計(jì)要求首先建立統(tǒng)一的結(jié)構(gòu)，再建立一組完整的可以完全控制三維模型形狀和大小的設(shè)計(jì)參數(shù)。 再通過(guò)陣列等手段，完成整段的設(shè)計(jì)，模型產(chǎn)生的整個(gè)過(guò)程都會(huì)被Pro/ E 系統(tǒng)中的一個(gè)宏文件記錄下來(lái),利用能控制并能修改宏文件的“工具”程序來(lái)完成參數(shù)的檢索、修改和根據(jù)新的參數(shù)值生成新的三維三通管模型及實(shí)現(xiàn)其展開(kāi)。這種方法是在已有的三維模型的基礎(chǔ)上,通過(guò)修改設(shè)計(jì)參數(shù)派生出新的三維模型。Pro/E是美國(guó)P T C 公司(Parametric Technology Corporation，參數(shù)技術(shù)公司)開(kāi)發(fā)的三維設(shè)計(jì)系統(tǒng)，它以單一數(shù)據(jù)庫(kù)、參數(shù)化、基于特征、全相關(guān)性以及工程數(shù)據(jù)再利用等優(yōu)點(diǎn)改變了傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)的觀念，為工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)提供了完整的解決方案，成為當(dāng)今世界機(jī)械CAD 領(lǐng)域的新標(biāo)準(zhǔn)，廣泛應(yīng)用于造型設(shè)計(jì)、機(jī)械設(shè)計(jì)、模具設(shè)計(jì)、加工制造及關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)管理等各個(gè)領(lǐng)域[1]。所以，采用Pro/E 是企業(yè)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)信息化和自動(dòng)化的最佳途徑之一。產(chǎn)品是企業(yè)的核心，而零件是三維CAD 系統(tǒng)的核心，利用三維CAD 進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)都是從零件的設(shè)計(jì)開(kāi)始的。因此產(chǎn)品設(shè)計(jì)就是零件基于特征的參數(shù)化設(shè)計(jì)過(guò)程，這樣就大大提高了設(shè)計(jì)的效率。本文的重點(diǎn)是研究在Pro/E 環(huán)境下的履帶的齒形結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。[聚氨酯履帶設(shè)計(jì)與制圖及計(jì)算機(jī)仿真模擬,其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)難點(diǎn)如下:，同時(shí)需要確定齒槽面積與單位面積的比值。，因?yàn)樵谠O(shè)計(jì)過(guò)程中，有的履帶的一端不能完整的表達(dá)一個(gè)齒形，因此在設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)該注意。，截取合理的界面用以標(biāo)注尺寸以及標(biāo)注方法，成為能夠更加合理的表達(dá)齒形的重要方法。，但是，能夠合理的約束行走機(jī)構(gòu)在絕緣子上行走，同時(shí)得出模擬仿真結(jié)果成為一個(gè)技術(shù)難點(diǎn)。第2章. 履帶結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)的擬定設(shè)計(jì)過(guò)程大致如下，首先繪制根據(jù)單元數(shù)、單元長(zhǎng)度和擬定的設(shè)定長(zhǎng)度相結(jié)合，計(jì)算出原始帶狀實(shí)體的長(zhǎng)度，然后是履帶的最大上下高度。然后對(duì)齒形進(jìn)行相近的討論，選定較好的的形狀和尺寸面積。先對(duì)內(nèi)齒進(jìn)行刻畫(huà)，然后對(duì)外齒長(zhǎng)軸方向的圓弧進(jìn)行切削，再對(duì)楔形結(jié)構(gòu)繼續(xù)切削，再根據(jù)投影面積分析凹槽的面積，并對(duì)槽底進(jìn)行改進(jìn)，完成后對(duì)選取合適的角度、比例和視角，將三維圖像二維化，生成合適的CAD圖形，同時(shí)標(biāo)注好必要的尺寸，最后再利用AUTOdeskCAD軟件對(duì)尺寸的標(biāo)注進(jìn)行修改，完成后得到平面工程圖。這樣基本完成履帶的三維和二維的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì). 設(shè)計(jì)要求 絕緣子檢測(cè)機(jī)器人在500kV的超高壓輸電線路水平雙聯(lián)絕緣子串上行走，具有自動(dòng)檢測(cè)絕緣子的功能。同步帶及同步帶輪要具有如下功能和技術(shù)指標(biāo)：同步帶具有優(yōu)良的絕緣性能，耐擊穿電壓等級(jí)應(yīng)不低于100kV；爬坡角度不低于20度；溫度范圍零下150C至零上300C；使用壽命應(yīng)大于一年；單根同步帶重量不大于500克，同步帶輪的重量不大于85克；同步帶顏色為黑色；同步帶節(jié)距長(zhǎng)毫米；同步帶寬度95毫米；. 履帶結(jié)構(gòu)輪齒式橡膠履帶CRT的結(jié)構(gòu)是在兩翅帶寬方向由膠層包裹，芯金的長(zhǎng)度即為履帶的節(jié)線長(zhǎng)度，兩個(gè)相鄰齒間留有驅(qū)動(dòng)輪齒孔以便于驅(qū)動(dòng)輪的插入。驅(qū)動(dòng)鏈輪通過(guò)推動(dòng)新建中間的連接部分帶動(dòng)橡膠履帶運(yùn)行。；履帶內(nèi)輪廓面在正常運(yùn)行時(shí)與驅(qū)動(dòng)鏈輪輪緣外廓面在正常運(yùn)行時(shí)與驅(qū)動(dòng)鏈輪互作用，而鋼質(zhì)履帶驅(qū)動(dòng)鏈輪并未留出與橡膠帶相接觸的外廓面，因此，可交換的橡膠履帶并不能有效的利用輪廓面之間的摩擦力轉(zhuǎn)遞扭矩。. 原始設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)討論在本次設(shè)計(jì)過(guò)程中，我們的依據(jù)的是上屆留下來(lái)的相關(guān)的設(shè)計(jì)，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行重大的改進(jìn)，因此首先感謝上屆學(xué)長(zhǎng)留下的相關(guān)技術(shù)資料。首先對(duì)上屆的相關(guān)設(shè)計(jì)方案；利用CreoElements進(jìn)行繪制。首先是方案一：圖7 方案一視圖 這種設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)較為傳統(tǒng)，普通的橡膠履帶一般采用這種設(shè)計(jì)方法，通過(guò)具體的試驗(yàn)這種設(shè)計(jì)方案，機(jī)器人攀爬角度只有五度。而向下運(yùn)動(dòng)時(shí)發(fā)生了空轉(zhuǎn)，不能自行向下移動(dòng)。圖8 方案二視圖 該種履帶不能很好的完成爬行任務(wù)的原因在于：雖然設(shè)計(jì)了相應(yīng)的行走方向的弧度，使得履帶表面能與絕緣子很好結(jié)合，但它在與絕緣子咬合的同時(shí)主要由抗剪切力提供移動(dòng)的切線牽引力，而絕緣子表面較為光滑，不利于直形齒履帶與絕緣子剪切作用，特別是在向下行走時(shí)，重心變化時(shí)，后部履帶與絕緣子的部分作用點(diǎn)分離，因此在向下運(yùn)動(dòng)時(shí)不能正常的向下行進(jìn)。 其次是方案二該設(shè)計(jì)方案，屬于專用齒形,根據(jù)XP210型絕緣子的尺寸設(shè)計(jì)，因此對(duì)其他尺寸絕緣子攀爬能力明顯降低，設(shè)計(jì)的初衷主要在于增加履帶齒塊與絕緣子盤(pán)作用面積，繼而提高履帶的爬行能力，這樣設(shè)計(jì)的確可以增強(qiáng)攀爬能力。然而在工作實(shí)際中，由于絕緣子盤(pán)行結(jié)構(gòu)并不是完全并列平行，因此爬行過(guò)程中會(huì)造成機(jī)器人觀察視野的不穩(wěn)定，與此同時(shí)，由于外齒塊較大，容易在彎折處發(fā)生應(yīng)力斷裂和導(dǎo)引輪無(wú)法正常咬合的現(xiàn)象，而在視圖中可以發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)角處的外齒塊由于彎折的出現(xiàn)使得形變量很大，因此該設(shè)計(jì)是不成功的，而且在后面的設(shè)計(jì)中，應(yīng)該避免設(shè)計(jì)較大的齒塊。最后是方案三：圖9 方案三視圖 方案三采用的設(shè)計(jì)思路是大小齒相互結(jié)合，大齒之間的距離與XP210型絕緣子凹槽相互配合，保證在爬行過(guò)程中能夠與絕緣子凸齒產(chǎn)生相應(yīng)的剪切力和抗剪切力用以提高攀爬能力，同時(shí)小齒能夠/產(chǎn)生相應(yīng)的附著力。但是設(shè)計(jì)缺陷依然很明顯，小齒的附著性質(zhì)可能由于大齒的作用而被架空，而大齒的剪切力也不一定能夠與絕緣子盤(pán)很好的進(jìn)行契合造成空轉(zhuǎn)的情況，容、易影響機(jī)器人的觀察。 綜上所述，直形外齒和較大的齒塊不能滿足設(shè)計(jì)要求，因此選擇更好的外齒齒形是絕緣子爬行機(jī)器人履帶的設(shè)計(jì)關(guān)鍵。圖8 XP210絕緣子圖8 XP210絕緣子. 履帶結(jié)構(gòu)的繪制過(guò)程基本構(gòu)想繪制過(guò)程如下如圖11：圖10 履帶設(shè)計(jì)框架圖11 履帶主體繪制步驟. 履帶主體模型構(gòu)建履帶的主體是帶狀實(shí)體，因此選用拉伸實(shí)體，通過(guò)查詢相關(guān)資料，因此設(shè)計(jì)履帶長(zhǎng)度1050mm，以下為設(shè)計(jì)過(guò)程：打開(kāi)軟件，點(diǎn)擊“新建空白文件”如圖11，然后進(jìn)入選擇零件，缺省模板，在進(jìn)入新建文件夾選型選擇mmnspartsolid如圖12,然后點(diǎn)擊確定進(jìn)入視圖模式。圖11圖12進(jìn)入后，由于我們繪制的是履帶主體部分，因此選擇長(zhǎng)條狀的實(shí)體，所以選擇拉伸選擇選擇實(shí)體操作，然后拉伸長(zhǎng)度為設(shè)計(jì)要求的95mm如圖13： 圖13 操作界面圖14 實(shí)體草繪 點(diǎn)擊放置選擇FROUNT平面為草繪平面，進(jìn)入草繪模式，我們將TOP平面作為節(jié)距所在的平面，，堅(jiān)硬地面橡膠履帶厚度為15mm20mm，所以我們?cè)诳紤]到減輕；履帶質(zhì)量的基礎(chǔ)上選擇了最薄的尺寸。 繪制完畢檢查是否有多余的點(diǎn)和斷口，否則無(wú)法生成實(shí)體。然后點(diǎn)擊確定確認(rèn)拉伸尺寸后點(diǎn)擊完成后得到拉伸體。圖15 條形實(shí)體結(jié)構(gòu). 內(nèi)齒的繪制內(nèi)齒采用的繪制方法與上邊類似，也是采用拉伸的方法，只是改為切削。首先根據(jù)《橡膠工業(yè)手冊(cè)》中同步帶的相關(guān)數(shù)據(jù)，，這樣就可將芯金暴露，留出輪槽，齒斜角為。操作：點(diǎn)擊拉伸選擇切削 切削深度為95，草繪平面點(diǎn)擊“使用先前”圖16 拉伸操作界面確定圖17 草繪選取界面圖18 繪制內(nèi)齒直線然后進(jìn)行草繪，繪制相應(yīng)的直線如圖18，在繪制直線中，要使用點(diǎn)在線上，對(duì)邊際線條進(jìn)行約束，還有不要直接選擇小齒的兩邊，約束角度為30度，這樣系統(tǒng)的缺省模式會(huì)產(chǎn)生一些錯(cuò)誤。應(yīng)該選擇兩邊與水平線呈，約束兩邊等長(zhǎng)。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，可以加注一條虛線，,這樣可以約束總長(zhǎng)度在設(shè)計(jì)尺寸范圍內(nèi)，在繪制完成后，對(duì)稱的兩邊進(jìn)行相等約束。對(duì)齒的兩邊進(jìn)行角度、等長(zhǎng)和對(duì)稱約束，更重要的還應(yīng)該對(duì)齒形角、槽寬進(jìn)行鎖定防止在后面修改中發(fā)生變動(dòng)，這樣就勾勒出內(nèi)齒的齒形，然后根據(jù)削去的部分，對(duì)草繪直線進(jìn)行修改，最后對(duì)交叉處進(jìn)行圓角處理如圖19。最后刪除對(duì)稱線，檢查所有線段是否閉合，對(duì)于多余的點(diǎn)要就行刪除，同時(shí)將打斷的線重新繪制。完成后點(diǎn)擊確定圖19 修改后的切削草繪退出草繪界面之后，在確定深度為95mm。最后點(diǎn)擊。生成的單個(gè)齒形。圖20 內(nèi)齒效果圖接著再對(duì)生成的單個(gè)齒形單元進(jìn)行陣列，點(diǎn)擊生成的齒形，使所繪特征變?yōu)榧t色，然后陣列功能激活，點(diǎn)擊進(jìn)入陣列界面選擇方向模式，陣列數(shù)目為60個(gè)，如圖21圖21 陣列選項(xiàng)選擇坐標(biāo)系里的X軸作為陣列方向，回車后會(huì)出現(xiàn)陣列單元如圖22，然后點(diǎn)擊生成陣列后的60組齒槽。圖22 陣列模式. 外齒設(shè)計(jì)在外齒設(shè)計(jì)中，筆者設(shè)計(jì)了兩種方案，以提供相互對(duì)照。兩種方案有統(tǒng)一的地方 齒形都引用斜行的齒槽。 %。 履帶外側(cè)在縱向都采用了弧形結(jié)構(gòu)，有利于增大履帶平面與絕緣子面積。 為了提高機(jī)械效率，每一個(gè)內(nèi)齒單元都與每個(gè)外齒相互對(duì)應(yīng)。因此，在繪制時(shí)，先畫(huà)統(tǒng)一的部分，然后根據(jù)不同的設(shè)計(jì)要求，再對(duì)各自的要求進(jìn)行繪制。第一種方案，設(shè)計(jì)的外齒以方形齒塊為基礎(chǔ)，第二種方案以越野輪胎的人字形齒為基礎(chǔ)。兩個(gè)方案各有所長(zhǎng)，第一種方案履帶具有較好的柔韌性，有助于提高機(jī)械效率，但附著力不如第二種方案，第二種方案采用較為成熟的越野輪胎設(shè)計(jì)的人字形外齒，具有較好的附著系數(shù)，然而由于外齒相隔較近，履帶的柔性差，不利于行進(jìn)。相同部分繪制步驟如下：點(diǎn)擊拉伸進(jìn)入后選擇切削。根據(jù)XP210絕緣子的尺寸切削半徑