基于UG的电磁执行器数字化设计平台开发

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1、基于UG的电磁执行器数字化设计平台开发摘要：产品的系列化开发具有相同的设计步骤，但设计过程繁琐，因此对于不同的设计要求，如何简化设计过程是一个困难的问题。本文针对柴油机电磁执行器开发的数字化设计平台，从用户的设计要求出发，通过简单的人机交互过程，实现电磁执行器设计、尺寸计算和在UG环境下的三维造型和装配。文中着重分析了零件尺寸之间的关系处理、计算流程和基于UG的零件造型和装配的二次开发过程。关键词：UG二次开发；电磁执行器；数字化设计；尺寸耦合采用电子调速技术是提高柴油机调速性能指标的主要途径，执行机构又是柴油机电子调速系统的关键部件，它将电控系统的电能转换为机械能，驱

2、动该系统的控制对象，从而达到控制的目的。因此，执行机构的性能和特性直接影响整个柴油机电控系统的性能[1]。由于柴油机的种类多种多样，而柴油机电控系统的执行机构要与柴油机相匹配，从而导致执行机构的多样性，因此，有必要对柴油机的执行机构进行型谱系列化。为此，我们以UG为开发平台，开发了柴油机电子调速器电磁执行器设计平台。该平台可以实现三种不同结构的电磁执行器的参数化设计，为其系列化开发提供设计依据，简化设计过程。美国EDS公司的Unigraphics(UG)是一个优秀的机械CAD/CAE/CAM一体化高端软件，它基于完全的三维实体复合造型、特征建模、装配建模技术，能设计出任

3、意复杂的产品模型再加上技术上处于领先地位的CAM模块、内嵌的CAE模块，使CAD、CAE和CAM有机集成，可以使产品的设计、分析和制造一次完成，已经广泛应用于航空航天、汽车、通用机械、家用电器等领域。此外，ＵＧ提供了二次开发功能，使得用户可以根据自己的需求，设计适合自己产品再开发平台[2]。1.电磁式电子调速执行器基本结构和设计过程电磁式电子调速执行器的基本原理为：在执行器的核心部分安装一个凯装式的直流电磁铁，其衔铁的直线运动转换为输出轴的直线输出，并利用线位移传感器将其输出位置转换为电压信号，反馈给转速控制器。执行器输出的位移量由电磁铁的控制电流大小和复位弹簧压缩长度

4、控制，当两者保持平衡关系时，执行器的输出轴稳定在某一平衡位置。结构如图1所示。1-线圈绕组2-电磁铁3-后端盖4-复位弹簧5-前端盖6-中心轴图1电磁调速器基本结构电磁式电子调速执行器关键部件包括：磁路端盖、外导磁壳体、衔铁、线圈绕组、中心轴、精密直线运动轴承、复位弹簧及弹簧座等。电磁式电子调速执行器的设计主要流程如图2所示。首先根据设计要求，提出设计指标，如驱动能力、工作电源电压、输出行程等；然后根据设计要求，参考其它类似设备结构，提出合适的结构方案，划分结构功能模块，编写具体的设计任务书；接着根据驱动能力和电压，设计比例电磁铁的参数，如材料、线圈截面积和匝数、衔铁锥

5、度等，计算分析电流和力矩间的关系等；然后根据驱动能力和电磁铁力矩大小计算复位弹簧的参数和结构；最后选择直线传感器，参考同类国内外产品和安装尺寸，设计结构外型。执行器设计完后，进行可靠性分析和试验验证，如果合适结束设计过程，否则修改有关参数，重新设计。图2电磁调速器设计过程２.电磁式电子调速执行器设计平台的总体方案柴油机电子调速器电磁执行器设计平台的主要结构和功能如图3所示：图3电磁执行器设计平台主要结构首先，根据设计要求和柴油机规格提出设计主要参数，将主要参数分配到相关零部件，根据主要参数，设计执行器主要零部件，如电磁铁、轴、弹簧、结构尺寸。在设计过程中，其设计过程采用

6、串行方式，即上一个零件完成后，才执行下一个零件的设计，这是考虑到往往某些零件的尺寸需要通过其他零件的尺寸来确定。将计算设计平台产生的数据保存在数据文件中后，就可以执行尺寸设计平台，尺寸设计平台主要是通过对数据文件进行处理，确定零件的参数化尺寸数据，其中有些尺寸是通过设计平台计算获得的；还有一些尺寸需要通过已知的尺寸来计算和推断；还有的尺寸满足标准序列化；还有些尺寸是通过人机交互，由设计人员来确定。将尺寸设计平台计算获得的尺寸放到数据库中，就可以为UG设计平台提供有效的数据了，UG设计平台通过查询数据库得到零件参数化尺寸，自动生成三维零件图和装配图，然后用户就可以通过UG

7、的运动仿真功能模拟执行器的运动状态。３.零件尺寸间的耦合关系处理3.1.尺寸间的相互关系整个数值化设计平台的重点是尺寸设计平台的开发，其涉及执行器每个零件间的相互关系处理，因为在不同零件之间以及同一零件内，尺寸之间可能存在耦合关系，因此需要全面、细致的分析。参数化非标准件与标准件的区别在于：非标准件可以充分利用参数化功能任意修改零件尺寸，但标准件不同，它的修改数据是受到公布的标准来约束的，其驱动尺寸数据是一组特定值。标准件有若干几何尺寸参数，从中可抽取出主参数和副参数，其它参数的值是固定值或者是包含主参数的数学表达式。主参数又分为约束主参