基于 Creo2.0 液壓升降平臺的自頂向下設(shè)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(jié)構(gòu)緊湊，適用范圍廣的貨物升降機構(gòu)，可用于集裝生產(chǎn)線高度差設(shè)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(tǒng)的設(shè)計方法是自底向上（bottomup），其設(shè)計理念是先進行零件設(shè)計，然后將設(shè)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(shè)計方法存在諸多問題[2]：1）先設(shè)計零件，無法傳遞設(shè)計思路；2）零件彼此不存在數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)，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(fā)生變化時，需要重新編輯約束關(guān)系，重新裝配，工作量大且繁瑣，設(shè)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(guī)格等運用top-down（自頂向下）的設(shè)計方法通過layout（布局）、relation（關(guān)系）、skeleton（骨架模型）對液壓升降平臺進行結(jié)構(gòu)設(shè)計，達到參數(shù)變化液壓升降平臺結(jié)構(gòu)即可改變的目的，體現(xiàn)了設(shè)計者的設(shè)計思路，提高了設(shè)計質(zhì)量和設(shè)計效率。

1 基于Creo2.0的自頂向下的設(shè)計方法與實現(xiàn)

自頂向下的設(shè)計方法是一種從整體布局到各零部件設(shè)計的裝配設(shè)計方法[3]，能夠?qū)⒃O(shè)計數(shù)據(jù)從記事本向裝配結(jié)構(gòu)傳遞，再遞給零件。零件之間也能進行數(shù)據(jù)傳遞，保證裝配結(jié)構(gòu)整體的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)性[4]。通過改變骨架模型或主控件的參數(shù)可以實現(xiàn)整體機構(gòu)尺寸的變化。自頂向下設(shè)計根據(jù)液壓升降平臺的待設(shè)計機構(gòu)簡圖，在機構(gòu)具體結(jié)構(gòu)設(shè)計之前可以進行整個機構(gòu)的運動仿真，分析機構(gòu)的功能、機構(gòu)在運動過程中的極限位置等，從而進行優(yōu)化，最終完成整體機構(gòu)的設(shè)計。此方法符合液壓升降平臺的設(shè)計規(guī)劃，而且更能體現(xiàn)液壓升降平臺參數(shù)化和快速高效的設(shè)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(tǒng)、作業(yè)平臺共同構(gòu)成。結(jié)構(gòu)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(qū)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(jié)構(gòu)，活塞桿的受力比較均衡，在實際應用中也比較廣泛。其結(jié)構(gòu)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(xiàn)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(shè)計過程

3.1 Layout液壓升降平臺機構(gòu)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(jié)構(gòu)與相對位置，進行尺寸標注、建立關(guān)系式、創(chuàng)建表參數(shù)，如圖2所示。

圖1 單剪式液壓升降平臺結(jié)構(gòu)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(gòu)建與仿真分析

骨架模型是根據(jù)裝配內(nèi)的上下關(guān)系創(chuàng)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?？刂浦b配結(jié)構(gòu)和尺寸，零件的構(gòu)建參考骨架模型，以骨架模型作為設(shè)計準則。骨架模型還可以通過聲明與記事本建立關(guān)聯(lián)，實現(xiàn)記事本控制骨架、骨架決定裝配和零件的數(shù)據(jù)傳遞關(guān)系[6]。運動骨架用來控制裝配中實體之間的運動。創(chuàng)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(gòu)的基本結(jié)構(gòu)和運動是否達到要求。

建立液壓升降平臺機構(gòu)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(gòu)簡圖創(chuàng)建液壓升降平臺的骨架，聲明記事本與骨架模型關(guān)聯(lián)，目的是將記事本的參數(shù)傳遞到骨架模型，根據(jù)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(gòu)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(xù)液壓系統(tǒng)的設(shè)計及平臺工作的安全性及穩(wěn)定性提供了依據(jù)，可以根據(jù)校核結(jié)果進行動態(tài)編輯修改。

構(gòu)建骨架模型的優(yōu)點如下：1）集中提供設(shè)計數(shù)據(jù)；2）零部件位置自動變更；3）減少不必要的父子關(guān)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(shè)計信息的傳遞與實體依附

自頂向下設(shè)計的關(guān)鍵是進行設(shè)計信息及數(shù)據(jù)的傳遞，而信息的傳遞主要通過數(shù)據(jù)共享和骨架模型進行。數(shù)據(jù)共享通過內(nèi)部共享、外部共享、幾何共享的方式構(gòu)建實體，通過發(fā)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(gòu)建零件特征。骨架模型通過與記事本聲明關(guān)聯(lián)來獲取參數(shù)數(shù)據(jù)。

骨架模型在已創(chuàng)建骨架的基礎(chǔ)上還可建立子骨架主體，利用子骨架主體創(chuàng)建零件實體，將各個零件的數(shù)據(jù)信息傳遞到相關(guān)零件，從而起到相互關(guān)聯(lián)的作用。本文零件實體依附是在運動骨架的基礎(chǔ)上，通過骨架主體創(chuàng)建實體零件，利用已關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)進行構(gòu)建，需注意的是連接處的類型應根據(jù)運動規(guī)律確定，一旦相對運動達不到要求，應及時調(diào)整骨架模型，通過修改骨架模型實現(xiàn)對整個產(chǎn)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(gòu)運動要求。

骨架主體創(chuàng)建好后，可以通過數(shù)據(jù)共享的方式拆分零件，采用發(fā)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(chuàng)建單個零件的工程圖。以底座、下支座為例，在創(chuàng)建骨架實體時兩者為一體，將該實體中與下支座相關(guān)聯(lián)的曲面發(fā)布幾何，如果不確定具體的曲面，可以將整個實體曲面發(fā)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?；灸Ｐ蜆?gòu)建好后，根據(jù)產(chǎn)品需求修改參數(shù)。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(jié)束語

自頂向下的設(shè)計方法中，利用布局、數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)、構(gòu)建運動骨架、依附實體，在運動機構(gòu)的設(shè)計中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。設(shè)計的過程是從頂層開始，考慮整體設(shè)計目標和性能，根據(jù)零部件的運動尺寸和參數(shù)關(guān)系建立運動骨架，運動骨架構(gòu)建完成后可以進行機構(gòu)的運動分析，方便得到機構(gòu)中任意位置的運動學規(guī)律[8]。如果出現(xiàn)干涉就可以調(diào)整結(jié)構(gòu)參數(shù)，進行優(yōu)化。實現(xiàn)從概念到零件設(shè)計的協(xié)同。使每個零件符合整體設(shè)計理念，有利于產(chǎn)品的及時更改。基于自頂向下的設(shè)計方法能夠快速實現(xiàn)設(shè)計結(jié)構(gòu)的變更，保證結(jié)構(gòu)的合理性，提高了設(shè)計的準確性與精度，縮短了產(chǎn)品的設(shè)計周期。