CAD技術(shù)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中得到了廣泛的應(yīng)用，單一使用二維CAD技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)已不能滿足現(xiàn)代設(shè)計(jì)的需求，這就需要使用計(jì)算機(jī)輔助三維設(shè)計(jì)這種更加先進(jìn)的設(shè)計(jì)技術(shù)。利用三維設(shè)計(jì)軟件建立的
破碎機(jī)三維實(shí)體模型和運(yùn)行仿真，可以將破碎機(jī)的每一個部件結(jié)構(gòu)，每一層裝配關(guān)系，各種運(yùn)動軌跡清晰、直觀的顯示出來，不僅在視覺上帶給設(shè)計(jì)人員更感性的認(rèn)識，其模型也可以給CAM、CAE、CAPP、PDM等后續(xù)工作所使用，而且由于三維設(shè)計(jì)軟件的參數(shù)化功能，又可以為今后的產(chǎn)品的改良、改型提供了方便。利用計(jì)算機(jī)輔助三維設(shè)計(jì)破碎機(jī)達(dá)到了設(shè)計(jì)效率和設(shè)計(jì)質(zhì)量雙提高的目的。
1、破碎機(jī)簡介
隨著我國經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展，我國的鋼鐵工業(yè)和礦業(yè)得到了快速的發(fā)展，各種金屬、非金屬、化工礦物等物料的社會需求量和生產(chǎn)規(guī)模的日益擴(kuò)大，需要破碎的物料量迅速增加，因此，破碎機(jī)的需求也越來越大。破碎機(jī)的產(chǎn)生與發(fā)展與鋼鐵和礦業(yè)的發(fā)展息息相關(guān)，最開始只為處理些輕薄料，隨著認(rèn)識的加深，以及破碎鋼的優(yōu)越性的顯現(xiàn)，各種規(guī)格的破碎機(jī)得到不斷開發(fā)，使用范圍也越來越廣。常用的破碎機(jī)有：顎式破碎機(jī)、錘式破碎機(jī)和反擊式破碎機(jī)等。
2、破碎機(jī)三維參數(shù)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)
破碎機(jī)三維參數(shù)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)是在PDM系統(tǒng)和三維設(shè)計(jì)軟件Solidworks系統(tǒng)支持下的設(shè)計(jì)平臺，設(shè)計(jì)人員在這個平臺的支持下，能快速敏捷的進(jìn)行設(shè)計(jì)工作，平臺主要包括感念設(shè)計(jì)模塊、數(shù)字化設(shè)計(jì)、虛擬樣機(jī)和虛擬實(shí)驗(yàn)分析、數(shù)字化工藝規(guī)劃與設(shè)計(jì)、基于WEB的設(shè)計(jì)資料快速查詢系統(tǒng)以及圖檔管理系統(tǒng)等子系統(tǒng)，破碎機(jī)的設(shè)計(jì)流程圖如圖1所小。
破碎機(jī)三維參數(shù)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)采用了Solirlworks三維設(shè)計(jì)軟件，該軟件是基于特征的參數(shù)化三維設(shè)計(jì)軟件系統(tǒng)。利用Solidworks軟件設(shè)計(jì)有兩種方法：一種是自下而上( down-top)設(shè)計(jì)方法，這種方法比較傳統(tǒng)，即先設(shè)計(jì)好零件，然后將零件插入裝配體，根據(jù)設(shè)計(jì)要求配合零件，其優(yōu)點(diǎn)是零部件獨(dú)立設(shè)計(jì)，零部件之間的相互關(guān)系和重建行為比較簡單。另一種方法是自上而下( top-down)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)從裝配體開始，在裝配體環(huán)境下進(jìn)行零部件設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)時使用一個零件的幾何體來幫助定義另一個零件，一個零件的形狀和尺寸發(fā)生變化時，與其相關(guān)的零部件也會隨之改變。自下而上( down-top)設(shè)計(jì)有利于不同的設(shè)計(jì)人員共同設(shè)計(jì)、修改與交流，從而提高了設(shè)計(jì)效率．
3、破碎機(jī)三維建模和裝配
以PE1200x1500顎式破碎機(jī)[2](以下簡稱破碎機(jī))為例，分析破碎機(jī)整體結(jié)構(gòu)，可知破碎機(jī)主要由機(jī)架、轉(zhuǎn)子、顎板和電機(jī)等部件構(gòu)成。
根據(jù)設(shè)計(jì)要求對破碎機(jī)進(jìn)行三維建模和裝配。其中機(jī)架基本上都是由焊接的鋼板組成，特征繁多，造型比較復(fù)雜。使用Solidworks建立三維模型時，如果直接將這些焊接件在零件環(huán)境下建立成單一的零件，其工作量太大，容易出錯，不便于修改。因此，先將簡單的鋼板建模，然后將焊接件裝配成裝配體形式，這樣層次分明便于操作。
3.1破碎機(jī)零件三維建模
破碎機(jī)零件三維建模是一個復(fù)雜的設(shè)計(jì)過程，既要合理地設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，又要利用Solidworks的特性充分表現(xiàn)設(shè)計(jì)意圖，二者必須協(xié)調(diào)進(jìn)行。
1)零件的三維建模一般先創(chuàng)建基體，然后在基體上建立其余的特征。基于這點(diǎn)，先將所有的零件分類，破碎機(jī)零件主要分為板類零件、筒類零件和其他類。其中機(jī)架中的焊接鋼板、顎板都是由板類零件組成；轉(zhuǎn)子主要由筒類零件組成。大部分情況下，板類零件的基體采用拉伸特征創(chuàng)建，筒類零件的基體采用旋轉(zhuǎn)或拉伸特征創(chuàng)建。當(dāng)然，這不是千篇一律的，結(jié)合具體情況，零件的基體也可以使用掃描，放樣等特征來創(chuàng)建。例如，彈簧、圓鋼是使用掃描特征來創(chuàng)建基體的。零件基體的創(chuàng)建對于整個零件的模型有著決定性作用，它決定著其他特征的建立順序，直接影響設(shè)計(jì)效率和質(zhì)量以及后續(xù)工作中對零件的修改，創(chuàng)建好零件的基體可以使建模和后續(xù)工作事半功倍。
2) SolidWorks是以草圖為基礎(chǔ)、基于特征的三維設(shè)計(jì)軟件。所以草圖的質(zhì)量決定著零件模型的質(zhì)量。草圖包括幾何圖形、尺寸和幾何約束等信息。破碎機(jī)零件的草圖不僅幾何圖形完全正確，而且使用合理的尺寸和幾何約束將草圖完全定義，并保持設(shè)計(jì)意圖。
3)破碎機(jī)的整體結(jié)構(gòu)基本是對稱的，所以，合理解決對稱的特征和零件，可以提高設(shè)計(jì)效率，并且對于破碎機(jī)整體的裝配和分析也有著至關(guān)重要的作用。結(jié)構(gòu)對稱的零件可以直接創(chuàng)建對稱的草圖實(shí)現(xiàn)，也可以創(chuàng)建一半模型，再利用鏡向特征實(shí)現(xiàn)。如果是兩個關(guān)于某基準(zhǔn)面對稱的零件，則只需先創(chuàng)建一個零件，然后選擇對稱的基準(zhǔn)面，選擇“插入”一“鏡向零件”即可得到對稱的零件。而且，這樣創(chuàng)建的對稱零件和源零件有著關(guān)聯(lián)參考關(guān)系，修改源零件時，對稱零件會隨之改變。
總之，在破碎機(jī)零件的三維建模過程中，不但要確保正確無誤，更重要的是要體現(xiàn)設(shè)計(jì)意圖。
3.2破碎機(jī)的部件和總體裝配
建立好零件的三維模型后，就開始進(jìn)行部件和總裝的設(shè)計(jì)。由于破碎機(jī)零件繁多，一般都是由幾百甚至上千個零件構(gòu)成，所以在裝配破碎機(jī)之前，先分析清楚破碎機(jī)的層次結(jié)構(gòu)、零部件的約束、自由度和相對運(yùn)動關(guān)系，作出總體的規(guī)劃，以便可以做出一個高效的總裝配體。在裝配時零件之間可以添加重合、同軸心、平行、垂直、平行距離、角度、限制配合等配合來滿足要求。不同的組合可以達(dá)到相同的效果，這就需要注意，配合實(shí)質(zhì)上是給零件之間添加約束來滿足一定機(jī)構(gòu)需要，所以，添加的配合也需要滿足設(shè)計(jì)意圖，而且配合要合理，合理的配合決定著裝配體的設(shè)計(jì)效率和質(zhì)量。
1)焊接件作為部件處理破碎機(jī)的機(jī)架、顎板都是由焊接鋼板組成，建模時，將焊接件作為部件，可以提高設(shè)計(jì)效率，便于修改。將建立好的零件三維模型，在SolidWorks裝配體環(huán)境下進(jìn)行裝配。其中焊縫可以使用SolidWorks中命令“焊縫”來實(shí)現(xiàn)，快捷方便，而且與裝配體有關(guān)聯(lián)參考關(guān)系。
2)轉(zhuǎn)子的裝配PE1200x1500型顎式破碎機(jī)的轉(zhuǎn)子是一個偏心結(jié)構(gòu)，一定要將軸承座設(shè)置為“固定”，而不是把偏心軸設(shè)置為“固定”，這樣才符合機(jī)構(gòu)的要求。轉(zhuǎn)子上有很多的標(biāo)準(zhǔn)件，其中螺釘、螺母的裝配，合理的運(yùn)用陣列命令可減少操作的重復(fù)性和模型的數(shù)據(jù)量。
3)破碎機(jī)的總裝將設(shè)計(jì)好的破碎機(jī)零件和部件（在總裝中成為子裝配體）裝配。SolidWorks總裝中的子裝配體有固定和靈活兩種狀態(tài)。在破碎機(jī)總裝中，機(jī)架、轉(zhuǎn)子、顎板、電機(jī)等都是子裝配體。其中顎板、機(jī)架子裝配體內(nèi)部沒有相對運(yùn)動，則狀態(tài)設(shè)置為固定，而轉(zhuǎn)子和電機(jī)子裝配體內(nèi)部有相對運(yùn)動，則狀態(tài)設(shè)置為靈活。
圖2～圖7為使用SolidWorks建立的破碎機(jī)零部件和總裝的三維模型。
4、破碎機(jī)的參數(shù)化設(shè)計(jì)、強(qiáng)度剛度校核、干涉檢查和運(yùn)動仿真
使用SolidWorks建立三維破碎機(jī)總裝配體，不僅具有直觀性，而且設(shè)計(jì)人員可以對其進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì)、強(qiáng)度剛度校核、干涉檢查和運(yùn)動仿真，以檢驗(yàn)設(shè)計(jì)的正確性、合理性。
4.1參數(shù)化設(shè)計(jì)
在設(shè)計(jì)好的破碎機(jī)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)人員可能隨時需要對其進(jìn)行改良和改型，這就需要進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的系列化，從而避免了設(shè)計(jì)的重復(fù)性。由于使用SolidWorks建立的三維模型和裝配體，草圖是變量化的，草圖尺寸、特征尺寸和裝配尺寸都是參數(shù)化驅(qū)動的，實(shí)現(xiàn)參數(shù)化非常方便。在SolidWorks環(huán)境下對破碎機(jī)實(shí)現(xiàn)參數(shù)化設(shè)計(jì)有以下方法：
◇直接修改尺寸、壓縮或添加特征，然后另存為新的零件或裝配體，包括修改三維特征的尺寸和二維草圖的尺寸；
◇使用SolidWorks提供的系列零件設(shè)計(jì)表：對特征預(yù)先定義一個系列的尺寸，然后生成系列零件設(shè)計(jì)表，從而生成零件或裝配體的多種配置；
◇SolidWorks提供了良好的API，設(shè)計(jì)人員可以進(jìn)行二次開發(fā)，實(shí)現(xiàn)破碎機(jī)的參數(shù)化c4]。
4.2 強(qiáng)度剛度校核
使用SolidWorks建立的破碎機(jī)三維模型可以設(shè)置材質(zhì)，具有一定的物理屬性，可以校核破碎機(jī)零件和裝配體的強(qiáng)度和剛度。SolidWorks提供的插件COSMOSWorks可以對破碎機(jī)的零部件進(jìn)行靜態(tài)、動態(tài)的有限元應(yīng)力分析，可以方便地得到應(yīng)力、變形、安全系數(shù)等數(shù)據(jù)與圖片，數(shù)據(jù)非常準(zhǔn)確，并且可以保存成動畫或網(wǎng)頁的形式。
4.3干涉碰撞檢查
SolidWorks提供對裝配體進(jìn)行靜態(tài)干涉檢查和動態(tài)碰撞檢查，以保證任意兩個零件在空間上不得有相互重疊，并且可以動態(tài)模擬破碎機(jī)中運(yùn)動零件的運(yùn)動效果（如轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動情況），形象逼真，而且可以便于從中發(fā)現(xiàn)問題及時修改。
4.4運(yùn)動仿真
破碎機(jī)機(jī)構(gòu)運(yùn)動仿真是通過在已有破碎機(jī)三維模型上定義零部件間的運(yùn)動自由度和參數(shù)來實(shí)現(xiàn)的，并采用動畫方式創(chuàng)建。利用SolidWorks中COSMOSMotion插件可以看到實(shí)時的運(yùn)動軌跡；Animator插件將設(shè)置好路徑的運(yùn)動仿真錄制成avi格式的動畫，便于設(shè)計(jì)人員之間的交流。
5、結(jié)語
本文提出了破碎機(jī)三維設(shè)計(jì)的一般思路，建模、裝配、分析等都是在SolidWorks中實(shí)現(xiàn)的，實(shí)踐證明是有效可行的。而且，破碎機(jī)的三維模型還可以為CAM、CAPP、PDM等提供良好可靠的數(shù)據(jù)。
相關(guān)礦山機(jī)械設(shè)備：
1、
圓錐破碎機(jī)
2、
雷蒙磨粉機(jī)
3、
顎式破碎機(jī)
