0引言
   
    球勺内窝孔精密排种器(以下简称排种器)是2BF-8型小麦精密播种机的核心部件,其主要任务是种子群化整为零,产生等时距均匀种子流。采用传统的AutoCAD、CAXA等软件对排种器二维图设计和改型时,花费时间长,消耗精力大,效率较低;对排种元件--球勺内窝孔的三维自由曲面表达不直观,制造之前无法看到其三维形状;另外无法创建与二维工程图相关联的三维模型,更无法进行装配间隙检验和工作过程的动画模拟。三维CAD技术已进入农业机械设计领域,并显现出巨大优势。鉴于此,本文首次采用三维特征造型软件Inventor对小麦排种器进行参数化特征造型和基于装配的关联设计,以弥补传统设计之不足。
   
    1参数化特征造型和基于装配的关联设计
   
    1.1参数化特征造型
   
    参数化设计是一种全新的三维造型处理模式,是指设计对象的结构形状比较定型,可以用一组参数来约束几何形状和尺寸关系,设计结果的修改受尺寸驱动的影响。该技术强有力的草图设计、尺寸驱动修改等功能,成为初始设计、产品建模(实体造型)及改型设计、系列化设计、多方案对比和动态设计的有效手段。
   
    特征是零件某一部分形状和属性的信息组合,它不但能方便的描述零件的几何形状,而且能为加工、分析及其它工程应用提供必要充分的信息。特征造型技术以实体模型为基础,能比较完善的进行实体的几何信息和拓扑信息等一系列工程处理。将参数化设计思想和特征造型思想有机结合,用尺寸驱动的方法定义特征并进行类似操作,就形成了变量设计--参数化特征造型。该方法将参数化设计中的全尺寸约束细分为"尺寸约束"和"几何约束",设计更改可依赖于尺寸驱动和装配约束两种方法,并能显示处理约束。因此工程关系(装配约束)可以直接与几何约束耦合处理,实现基于装配关系的关联设计。
   
    1.2基于装配的关联设计
   
    设计过程是一个不断配凑的过程,虽然结果的表达是工程图或三维模型,而实质上还是"一系列设计参数的关联"。任何零件不可能被"单独"设计出来,它一定是"被使用的",即零件必须组合在一块构成一个完整的装配体。装配体设计有两种方案,一种是自下而上的设计方案,就是先分别生成各个零件,然后把设计好的零件一个个的插入装配体中;另一种是自上而下的设计方案,先从现成的零件入手,然后在关联装配体内生成其它零部件,可以参考装配体中已有零件的特征定出其它零件的尺寸。后一种方案就是"基于装配的关联设计",它更符合设计者的设计思想,完全避免传统设计中可能出现的错误。它为设计修改和系列化提供了基础条件和设计环境,能够更好地表达设计思维规则,更好地在设计的全过程中集中于概念设计和整体设计,充分发挥创造性,提高设计效率。
   
    2基于特征的排种器零件参数化造型
   
    2.1排种器建模过程
   
    排种器的建模过程如图1所示,首先对排种器进行划分,从中选出基础零件作为装配基准,并建立项目文件,以便各个零件自动形成完整的设计线索,进行自动管理,比较完整地解决零部件非图形信息的创建、记录、提取和进一步使用。然后直接在装配环境中进行基础零件造型,分析零件结构,确定草图和特征并赋值(包括定义、输入和修改),并确定特征定位和放置特征,完成基础零件特征造型。最后基于基础零件确定其它装配零件的工作面,进行其它零件的特征造型。当所有装配零件造型完成之后,保存装配体于项目文件,其各个零件亦会自动单独保存并与之关联,建模过程结束。装配体是后续修改和动画演示的基础。
   
    2.1.1排种器结构划分及排种轮零件分析
   
    排种器结构可划分为壳体、排种轮、轴和径向护种板等,其中排种轮是其核心,首先进行造型。
   
    排种轮结构比较复杂,是由内侧充种垂直圆盘排种器演变而来,其轮缘上均布两排复式型孔,以实现"一器两行"的排种要求。复式型孔由"充种大孔"和"球勺内窝孔"复合而成。"充种大孔"是种子从排种轮内腔进入"球勺内窝孔"的通道,内表面是不规则的三维空间"倒锥面"。"球勺内窝孔"对种子进行精确定量,其底部为球面,与充种大孔之间开口理论上双三次B样条曲面或Nurbs自由曲面连接,以确保整个复式型孔光滑平顺,就像一个勺子利于种子"舀入"和"倒出"。