犁体曲面的计算机辅助设计方法

技术领域

本发明涉及一种犁体曲面的辅助设计方法，尤其是一种通过安装Pro/ENGINEER系统的标准软件的计算机进行犁体曲面的辅助设计方法。

背景技术

犁体曲面是直接关系到铧式犁工作效果的重要工作面，传统的犁体曲面设计，主要是在试修法基础上进行测绘，以获得犁体曲面；用几何作图法和数学分析法设计犁体曲面。目前犁体曲面主要有以下几种具体设计方法：水平直元线法、倾斜直元线法、曲元线法、按犁面剖面曲线族形成犁面法。

水平直元线法形成原理就是采用三维坐标系，以直元线沿着准线(轨迹线或导线)运动，并始终平行于XOY坐标平面，且不断变化直元线与ZOX坐标平面的夹角(元线角)所形成的曲面。

倾斜直元线法形成犁面原理就是以直元线的端点，沿准线(轨迹线或导线)，按与三个投影面的夹角成一定的规律运动形成的曲面。准线(轨迹线或导线)可以是直线、折线也可以是平面或空间曲线。这一原理形成曲面的特点是：根据犁体工作要求，可分为犁翼S₁、犁胸S₃和犁铧S₂三部分。由于它们的交界线均为直元线，所以可按各部分的要求作分片设计。在国内，最初将倾斜直元线法用于研究、测绘、整理和分析水田铧式系列犁的通用型犁体曲面。通用型犁体曲面是在实践基础上，通过试修法(泥塑犁模法)设计出来的南方水、旱兼作的犁体曲面。它的胸部突出，翼部扭曲，如用与犁体基面平行的平面与犁体曲面相交，其交线不是直线，故不能用水平直元线法进行设计。此外，倾斜直元线法可以用解析法设计，通过犁体曲面的数学解析，寻求参数间的函数关系，建立犁面的数学模型。利用计算机计算样板曲线值，在此基础上，再进行犁面的工程设计。1788年杰费逊(Jefferson)提出由两根直线为准线的犁体曲面的数学方程，属于双抛曲面。1918年怀特(E.A.White)求得了由一片单叶双曲面构成的霍尔勃洛克犁体的曲面方程。

曲元线法形成曲面的原理就是以曲元线沿准线(轨迹线或导线)运动而形成犁体曲面。曲元线可用圆弧、抛物线或其它曲线。准线为两段直线，其中一条为铧刃线。所谓曲元线，是指横剖面(平行于YOZ面)上一条不变的平面曲线。

按犁面剖面曲线族形成犁面法是指用平行于坐标面的一组平面剖切犁体曲面，所得的交线。曲线族可以通过试验进行修改以达到预定的作业质量。坐标面有三个，所得的相应剖面曲线族也有等高、纵剖、横剖三组。习惯上将横剖曲线族称翻土曲线族。另外，有一组垂直于铧刃的平面与犁面的交线称为样板曲线族，它是犁面性能的综合反映，可以作为犁面检验、压模制造的主要依据。因为每一个剖面曲线都不相同，所以该方法属于经验设计范畴。这些剖面曲线族都必须以现有的优良的犁体曲面为设计依据，形成的曲面具有的几何性质很难确定，一般是样机试制后，用直尺贴靠犁面，寻求犁面上是否有直元线存在，继而再研究其形成规律。

上述各种设计方法，在制图时都以平面图为主，作图时就要包括主视图、俯视图和样板曲线图，要表现一个完整的犁体曲面，三者必须统一结合，任何一个视图出现细微错误对整个犁体曲面都会造成一定的影响，修改起来较烦琐。设计时不仅费时，而且设计修改成本也较大。同时，采用传统的制图方法，犁体曲面的实物图只能在产品设计制造出来后才能见到，其最终性能的好坏必须通过试验对参数反复修改。每一次参数的修改，图纸都必须重新绘制，这就需要三个视图同时进行。

发明内容

本发明的目的在于：针对传统的犁体曲面设计中存在的设计费时，设计修改成本大，犁体曲面的实物图只能在产品设计制造出来后才能见到，最终性能的好坏必须通过试验对参数反复修改的实际问题，提供一种犁体曲面的辅助设计方法。

本发明的目的是这样实现的：一种犁体曲面的计算机辅助设计方法，其特征在于：在辅助设计中使用的计算机上安装Pro/ENGINEER系统的标准软件；根据铧式犁的具体要求，利用解析法初步确定犁体曲面的导曲线开度、铧刃角、单铧幅宽、耕深、顶边线最大高度；以犁尖点为原点，选取右手坐标系：OX轴的正向与犁的前进方向相反，OY轴的正向指向已耕地，OZ轴的正向向上；在三维空间坐标系内采用Pro/ENGINEER按照铧刃线→犁体边界曲线→两次投影→生成边界曲线→曲面→高级曲面→边界→混合曲面→曲面合并→曲面优化的顺序进行绘图，形成犁体曲面效果图；对犁体曲面效果图进行参数修正；对参数修正后的犁体曲面效果图进行再生，完成犁体曲面的辅助设计。

本发明的目的优点在于：辅助设计由于采用了Pro/ENGINEER进行绘图，可以根据犁体作业对象的不同进行不同的设计，设计过程为参数化设计，修改方便。用户与制造商在产品制造前就可以目睹其与实物一样的三维效果图。结合现代的计算机网络技术，根据用户的需求，开发商可以对三维图实现在线修改，联机操作，缩短了产品的开发周期，大大降低了设计成本。同时，效果图可以直观的从多角度反映犁体曲面，进一步优化了犁体曲面的视觉效果。