0 引言

　　隨著改革開放的深人和中國加人世貿組織后市場的進一步開放，國內的電梯企業(yè)數(shù)量增多，我們將其分為合資企業(yè)和民族企業(yè)兩種類型。從權威機構的統(tǒng)計資料中發(fā)現(xiàn)，合資企業(yè)的產(chǎn)品占據(jù)了電梯市場80%的份額，而國內的民族企業(yè)的市場占有率卻很低。仔細地回顧一下中國電梯企業(yè)走過的路程，我們容易找到問題的答案。由于中國電梯工業(yè)是在合資的大背景下發(fā)展起來，自主研發(fā)能力和創(chuàng)新能力嚴重不足，因此，發(fā)展緩慢，規(guī)模較小，結果就是品牌競爭力很弱，失去了市場。因此，電梯設計方法的創(chuàng)新將是我國民族電梯企業(yè)尤其是中小企業(yè)借鑒先進設計經(jīng)驗，追趕世界先進電梯企業(yè)，增強市場競爭力的必經(jīng)之路。

　　1 虛擬樣機技術

　　虛擬樣機技術是隨著計算機技術的發(fā)展而迅速發(fā)展起來的一項計算機輔助工程技術，虛擬樣機技術融合了許多相關技術，包括三維CAD建模技術、有限元分析技術、機電液控制技術、最優(yōu)化技術等相關技術。

　　電梯作為一特種設備，工作環(huán)境特殊，結構復雜，安全性要求高，設計過程中運動機構的空間干涉問題歷來都是令機械設計工程師深感頭疼的事。按傳統(tǒng)設計模式，設計人員在一些細節(jié)問題上耗費了很大精力，設計效率很低。而有些錯誤還是具有很強的隱蔽性，這都給中小企業(yè)的設計開發(fā)工作帶來了很大的難度，而將虛擬樣機技術運用到電梯開發(fā)過程，在概念設計階段就可以對整個電梯系統(tǒng)進行完整的分析，可以觀察并試驗各組成部分的相互運動情況，使用系統(tǒng)仿真軟件在各種虛擬環(huán)境中真實地模擬電梯各系統(tǒng)的運動，又可以在計算機上進行設計的優(yōu)化工作，方便地修改設計缺陷，仿真試驗不同的設計方案，對整個系統(tǒng)進行不斷的改進，不僅可以避免電梯傳統(tǒng)設計中存在的問題，更重要的是可以確保產(chǎn)品的質量，為提高企業(yè)的市場競爭力提供了非常有力的保證。

　　2 Pro/E在電梯虛擬設計中的應用

　　針對電梯產(chǎn)品設計過程中的特點，本文提出Pro/E環(huán)境下電梯虛擬設計的方法，使整個設計過程在電腦虛擬環(huán)境中完成。

　　2.1 創(chuàng)建零件的三維實體模型

　　電梯設計一般流程：根據(jù)產(chǎn)品需求確定總體方案，然后進行零件設計，最后裝配，檢查組件之間的干涉情況，再次修改前期設計，直到設計滿足要求。在Pro/E中任何復雜的機械零件，都可以看成是一些簡單的特征經(jīng)過相互的疊加組合而成。零件的建模過程，實際上就是許多簡單特征的相互組合的過程。電梯中的零件有：軸、帶輪、軸承、端蓋、箱體，梁，鈑金件等。要根據(jù)它們的結構特點，選擇不同的建模方法。生成一個零件的方法也有多種。在實際設計時，要考慮到設計變量的設定合理性及修改方便等方面因素選定合理的建模方法。

　　建模過程：①繪制二維草繪設計圖，靈活選用標注和約束參照;②使用拉伸、旋轉、掃描混合、復制以及陣列等方法創(chuàng)建基礎實體特征;③在基礎實體特征上添加軸孔、鍵槽、倒角等修飾特征。

　　上述草圖繪制最關鍵，關系到生成模型的正確性，草圖繪制通常遵循：一是以Sketch指令繪制所需草圖;二是以Dimension指令標示所要的尺寸，或是使用幾何條件幫助定義草圖的幾何參數(shù);三是Regenerate。這是必經(jīng)的計算過程，Pro/E會以你所標示與定義的幾何條件判斷草圖的幾何參數(shù)是否完全定義妥當，而不管是否有成功的定義，皆可以用SAVE指令加以存儲;四是若有需要還可以加人Relation(數(shù)學關系式)，以便定義相互關聯(lián)尺寸之間的函數(shù)關系;或用Modify指令修改草圖的尺寸;以Modify修正的尺寸會以白色顯示，這時候一定要以Regenerate指令對草圖重生成，才可以看到更新后的形狀。

　　圖1所示為轎架下梁草繪截面，按照設計要求進行了尺寸標注，添加了各種約束，如左右對稱，倒角半徑相等。使用拉伸命令即可完成實體建模。有些復雜的零件需要多個特征組合，那就要有多次草繪。

　　圖1 轎架下梁截面草繪

　　按照上述的建模方式建立所有零件的實體模型后，設計的合理性如何進行檢驗的問題成為下一步要考慮的問題。和傳統(tǒng)設計中的樣機試制不同，我們采用虛擬裝配，建立虛擬樣機進行零部件干涉等設計檢驗和計算零件質量、體積、慣性矩等特性分析。

　　2.2 建立電梯的三維裝配模型

　　轎架轎廂是電梯重要部分，是乘客的主要承載裝置，轎架和轎廂的設計十分重要。下面以轎架為例，簡要介紹Pro/E環(huán)境下裝配過程：①在菜單欄中執(zhí)行File--New命令。在彈出的New對話框中選擇Type欄中的Assembly單選框和Sub-type欄中的Design單選框，并在Name輸人框中填寫文件名jiaojiazhuangpei，最后單擊OK按鈕確認，即可開始零件裝配;②調人下梁零件。執(zhí)行菜單管理器中的Component--Assembly命令，在Open對話框中選取前面創(chuàng)建的轎架下梁，單擊Open按鈕，調入裝配窗口。添加第二個下梁，并進行定位。調入操作方法和上步相同。在Component Placement對話框中的Constraint Type欄下選取Mate項。分別選取兩個零件頂面平面，偏距值220。再新建兩個Align約束，分別選取兩零件的端面和和側面作為定位面，偏距為0，添加三個約束后顯示完全約束，完成如圖2;③調入轎架立柱。選取下梁和立柱上對應的孔建立兩個Align約束，選立柱的側面和下梁的頂面建立mate約束，同樣的方法添加另一個立柱，完成本步驟如圖3所示;④添加轎架上梁;⑤至此轎架基本組件已經(jīng)裝配完成，還有轎廂托架沒有裝配，因為轎廂托架由很多小零件組裝而成，如果把這些零件直接進行裝配，顯然不很方便，我們先把它們裝配成托架部件，作為一個組件裝配到轎架上，裝配完成如圖5所示;⑥將托架裝配到轎架裝配體上。分別選擇托架組件上的兩個孔和下梁上相應的兩個孔建立Align約束，然后選擇托架底面和下梁與其接觸的表面建立Mate約束，只需要三個約束就將托架在轎架的位置完全確定，如圖6所示。這種裝配方法所需的定位約束數(shù)量減少了，工作量也減輕。在裝配模型的建立過程中，這種裝配思想用的很多，具有實用價值。

　　同樣的方式建立轎廂的裝配模型，然后將轎廂作為元件裝到轎架上，同時添加其他零件到裝配模型中，如導軌和導靴等，依據(jù)總裝配模型，進行元件之間的干涉檢驗，以及設計的合理性檢驗和設計修改。

　　圖2 調入下梁

　　圖3 添加立柱組建

　　圖4 添加上梁

　　圖5 轎廂托架裝配

　　圖6 轎架裝配

　　2.3 生成電梯零件的工程圖

　　經(jīng)過檢驗和修改之后，三維模型可以導人數(shù)控機床，直接進行加工，但是本課題研究對象是國內中小電梯企業(yè)，這些企業(yè)一般不具備這樣的工藝水平，所以將三維模型轉化成二維工程圖還是很有實際意義。Pro/E工程圖配置和模板制定是一項基礎工作，只有做好了，才能充分地發(fā)揮Pro/E的優(yōu)勢提高工作效率。

　　工程圖創(chuàng)建過程：①通過新建一個工程圖文件，進人工程圖模塊環(huán)境。輸人文件名稱，選擇默認模型、根據(jù)需要調用保存的設置文件;②創(chuàng)建視圖，添加主視圖;添加主視圖的投影圖;如有必要，需添加詳視圖、輔助視圖等;利用視圖移動命令，調整視圖的位置;設置視圖的顯示模式，如視圖中的不可見的孔，可進行消隱或用虛線顯示;③尺寸標注，顯示模型尺寸，將多余的尺寸拭除;添加必要的草繪尺寸。添加尺寸公差;創(chuàng)建基準，進行幾何公差標注;標注表面粗糙度等。

　　二維工程圖是由不同類型的視圖和截面組成的，視圖的布局與選型非常重要，往往需要工程技術人員有良好的繪圖基礎和經(jīng)驗技巧。視圖創(chuàng)建完成后，為了改善視圖的質量或顯示效果等，需要對視圖進行編輯和修改，這部分工作從某種意義上說比創(chuàng)建視圖更重要。其中包括改變視圖位置、改變視圖屬性和繪圖顯示等操作。

　　工程圖生成之后，再由專門的圖紙審查人員進行校核，發(fā)現(xiàn)設計上問題及時反饋給設計人員，返回零件模型中修改，將模型重生成之后，工程圖就同步更新，相比傳統(tǒng)的設計方法效率提高很多。檢查無誤的圖紙通過打印設備打印之后就可以用于實際生產(chǎn)了。至此電梯在Pro/E環(huán)境下的虛擬設計基本完成。

　　3 結束語

　　隨著計算機輔助設計技術的飛速發(fā)展，機械設計領域也進行著不斷地創(chuàng)新和改革。本文在總結國內電梯行業(yè)中小企業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀的基礎上，結合實際情況，分析了傳統(tǒng)的電梯設計思想與方法中的局限，經(jīng)過論證和探討，提出了基于Pro/E軟件的電梯虛擬設計方法，并以關鍵部件轎架的設計過程為例，驗證了這種方法的有效性，顯示了其工程實用價值，希望能給電梯生產(chǎn)企業(yè)提供一點幫助。