【導讀】面對激烈的市場競爭，制造業(yè)必須加速產(chǎn)品開發(fā)進程，縮短設(shè)計開發(fā)周期。與傳統(tǒng)的裝配設(shè)計相比，虛擬裝配技術(shù)能滿足并行工程的要求，實現(xiàn)產(chǎn)品可裝配的設(shè)計，及時發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計中的問題，提高裝配質(zhì)量和裝配效果。研究是在UG軟件設(shè)計平臺上完成風扇的三維造型設(shè)計。UG軟件具有很強大的實體。關(guān)鍵環(huán)節(jié)，即零部件建模、虛擬裝配、動態(tài)仿真設(shè)計等。與傳統(tǒng)設(shè)計方法的差異、優(yōu)越性進行了比對。通過可視化顯示裝配、干涉分析然后以求達。到準確運動仿真，使生產(chǎn)真正在高效、高質(zhì)量、低成本的環(huán)境下完成。

　　

【正文】 可。零件 “ 19” 主要是用來 “鎖緊” 電風扇的兩個升降連桿，保存 。 裝配好的電風扇底座如圖 所示。 圖 裝配完成的底座部分 電風扇的整體裝配是在完成上面幾部分的任務(wù)之后，將四部分分別作為一個整體完成的。只要注意細節(jié)把握主體結(jié)構(gòu)即可。新建文件名為 “ fan” 的組件文件。添加現(xiàn)有組件，將剛才裝配完成的四部分分別加載，整機的裝配遵循有底向上裝配方法。如圖 所示 。 圖 裝配完成的電風扇 注：關(guān)閉總裝配圖，如果所加載的部件不是放在同一個文件夾下，則下次加載時可能會出現(xiàn)無法加載的問題。此時應當打開 “ 文件 ” — “ 裝配加載選項 ” 。 電風扇的爆炸視圖及干涉分析 （一） 裝配爆炸視圖其實就是組件的分解視圖，建立表達清晰的裝配爆炸圖，有助于分析產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，規(guī)劃零件以及給生產(chǎn)工藝的指導工作帶來方便，本文用爆炸圖來輔助說明無錫太湖學 院學士學位論文 22 風扇的 組成和裝配情況。 生成爆炸視圖的步驟如下： 從菜單欄中選擇 “裝配” — “爆炸視圖” — “創(chuàng)建爆炸視圖” ，命名為 “ Explosion 1” ，打開編輯爆炸圖對話框。 在編輯爆炸視圖對話框中，點 “選擇對象” ，選中需要移動的零部件，然后單擊 “移動對象”等選項組來調(diào)整爆炸 圖中元件的位置，得到滿意位置后，點擊 “確定” 按鈕。 編輯爆炸視圖完成后，得到分解圖下的風扇裝配爆炸圖，效果如圖 所示。 圖 電風扇爆炸視圖 （二） 干涉檢查 干涉檢查在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計中非常重要，運用傳統(tǒng)的二維設(shè)計方法，檢查零件之間是否干涉難度較大，甚至只能在產(chǎn)品的裝配調(diào)試過程中才能發(fā)現(xiàn)，一旦有問題就要返修或者改進設(shè)計，有時候造成無法更改的錯誤，導致設(shè)計的失敗。運用 UG 的間隙分析功能能對裝配體進行干涉檢查，可以直觀地獲得零件之間的干涉情況，很方便地找到干涉點的位置并進行修改，保證了設(shè)計結(jié)果 的準確性 [10]。 前面的的簡單干涉可以對組件進行一對一的干涉檢查，并能創(chuàng)建干涉實體，但是對于整機部件來說，一對一的檢查太耗費時間，而且容易錯漏，這時候就要用間隙分析這個功能進行解決。間隙分析是對整個裝配組件進行干涉檢查，對于我們特別關(guān)心需要運動的扇葉這樣的組件也可以進行獨立查詢。 在 “裝配” — “組件” — “間隙檢查” ，彈出對話框后選擇所有組件，在干涉檢查對話框中分析組件。從菜單欄中選擇分析裝配間隙，在 “間隙瀏覽器” 中可以直觀的看到分析結(jié)果。間隙分析不考慮機構(gòu)的運動，只能進行靜態(tài)的干涉檢查，而且間隙分析的結(jié)果 將保存在當前的工作零件中如圖 所示。 基于 UG 的家電造型設(shè)計及動態(tài)仿真 23 圖 干涉檢查 由分析結(jié)果可知，后座 “ 1” 與 扇葉“ 4” 之間狀態(tài)為 “ 接觸 ” ，因為扇葉需要旋轉(zhuǎn)，所以在設(shè)計過程中保留了扇葉旋轉(zhuǎn)的自由度。右側(cè)狀態(tài)中分 “硬”和“接觸” ，即有干涉體和面或者邊緣接觸，根據(jù) 設(shè)計需要，檢測得知在合理范圍內(nèi)。無錫太湖學 院學士學位論文 24 3 動態(tài)仿真 關(guān)于動態(tài)仿真 動態(tài)仿真的起源 仿真技術(shù)是伴隨著計算機技術(shù)的發(fā)展而不斷發(fā)展的。在計算機問世之前，一般稱基于物理模型的試驗為 “模擬” ，它一般附屬于其他相關(guān)學科，自從計算機特別是數(shù)字計算機現(xiàn)以后，其高速計算能力和巨大的存儲能力使得復雜的數(shù)字計算機稱為可能，數(shù)字仿真技術(shù)得到蓬勃發(fā)展，從而使仿真形成一門專門學科 —系統(tǒng)仿真學。系統(tǒng)設(shè)計是一項非常復雜的任務(wù)，計算機輔助設(shè)計及仿真技術(shù)為系統(tǒng)設(shè)計提供了強有力的工具 [11]。 仿真技術(shù)在產(chǎn)品開發(fā)制造 過程中的應用 仿真技術(shù)，尤其是動態(tài)仿真，是 CAD虛擬產(chǎn)品開發(fā)中的重要應用技術(shù)之一。仿真就是在模擬環(huán)境下實現(xiàn)和預測產(chǎn)品的真實環(huán)境下的性能和特征（動態(tài)和靜態(tài)的），它包含了一系列步驟，從建模和約束、干涉檢查到預測在真實情況下的響應。仿真技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了幾個時期，根據(jù)仿真模型及實現(xiàn)方式的不同，如圖 、模型仿真、混合仿真、數(shù)字仿真和基于圖形工作站的三維可視交互仿真等從實物到計算機仿真的這樣五個階段 [12]。 物 理 仿 真 模 型 仿 真 混 合 仿 真數(shù) 字 仿 真三 維 可 視 交 互 仿 真 圖 仿真技術(shù) 發(fā)展歷程 動態(tài)仿真是在真實產(chǎn)品的實物造型制造之前，利用此軟件在計算機虛擬環(huán)境下，設(shè)計人員可以對產(chǎn)品整體的外觀效果、設(shè)計風格、動態(tài)方針進行虛擬化的演示。從而可以對產(chǎn)品進行合理的運動分析，并提供設(shè)計人員進行探討分析和修改設(shè)計總體方案，并有利于產(chǎn)品二次開發(fā)和創(chuàng)新。 仿真技術(shù)集成了計算機、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、圖形圖像技術(shù)、多媒體技術(shù)、軟件工程 、信息處理、自動控制等多個技術(shù)領(lǐng)域的知識 ，以相似原理、系統(tǒng)技術(shù)、信息技術(shù)及其應用領(lǐng)域有關(guān)的額專業(yè)技術(shù)為基礎(chǔ)，以計算機和各種物理效應設(shè)計為工具的一門多學科的綜合性技術(shù)，它已經(jīng)發(fā)展成為 一門新興技術(shù) [13]。 仿真技術(shù)的特點就是能如實的模仿客觀現(xiàn)實，對一些不規(guī)則零件尤其顯示出其特點。制造仿真技術(shù)作為虛擬環(huán)境下現(xiàn)實制造系統(tǒng)的映射，利用綜合技術(shù)，通過對產(chǎn)品設(shè)計制造運動等整個產(chǎn)品生產(chǎn)周期進行統(tǒng)一建模，為改進企業(yè)管理，及整個制造的生成成本的降低提供依據(jù)，現(xiàn)代工業(yè)的制造過程 CAD虛擬產(chǎn)品開發(fā)起著重要作用，計算機仿真占有相當?shù)姆至俊? 基于 UG 的家電造型設(shè)計及動態(tài)仿真 25 電風扇的動態(tài)仿真 機構(gòu)運動仿真 運動仿真是 UG/CAE（ Computer Aided Engineering） 模塊中的 重要組成 部分 ， 它能對任何二維或三 維機構(gòu)進行復雜的運動學分析、動力分析和設(shè)計仿真。通過 UG/Modeling的功能建立一個三維實體模型 ， 利用 UG/Motion的功能給三維實體模型的各個部件賦予一定的運動學性 ， 再在各個部件之間設(shè)立一定的連接關(guān)系既可建立一個運動仿真模型。 電風扇的機構(gòu)仿真主要是模擬電風扇扇葉轉(zhuǎn)動，因此應該采用有連接口的約束。運動分析應該在滿足伺服電動機輪廓和接口連接、凸輪從動機構(gòu)、槽從動機構(gòu)或者齒輪副連接的要求的情況下，模擬機構(gòu)的運動。運動分析不考慮受力，它模擬除質(zhì)量和力以外的的運動的所有方面。因此，運動分析不能使用執(zhí)行電動機 ，也不必為機構(gòu)指定質(zhì)量屬性 [14]。 運動分析忽略模型中的所有的動態(tài)圖元，如彈簧、阻尼器、重力、力 /力矩以及執(zhí)行電動機等，所有動態(tài)圖元都不影響運動分析結(jié)果。如果伺服電動機具有不連續(xù)輪廓，在運行運動分析前軟件會嘗試使其輪廓連續(xù)，如果不能使其輪廓連續(xù)，則此伺服電機將不能用于分析。在電風扇仿真中，把支架做固定約束，葉片軸與本體做想銷連接，定義伺服電動機，進行仿真 [15]。 UG/Motion 的功能可以對運動機構(gòu)進行大量的裝配分析工作、運動合理性分析工作，諸如干涉檢查、軌跡包絡(luò)等，得到大量運動機構(gòu)的運動參數(shù)。通過對 這個運動仿真模型進行運動學或動力學運動分析就以驗證該運動機構(gòu)設(shè)計的合理性，并且可以利用圖形輸出各個部件的位移、坐標、加速度、速度和力的變化情況，對運動機構(gòu)進行優(yōu)化。 運動仿真功能的實現(xiàn)步驟為 ：（ 1） 建立一個運動分析場景； （ 2） 進行運動模型的構(gòu)建，包括設(shè)置每個零件的連桿特性，設(shè)置兩個連桿間的運動副； （ 3） 進行運動參數(shù)的設(shè)置，提交運動仿真模型數(shù)據(jù)，同時進行運動仿真動畫的輸出和運動過程的控制； （ 4） 運動分析結(jié)果的數(shù)據(jù)輸出和表格、變化曲線輸出，人為的進行機構(gòu)運動特性的分析 。 電風扇模擬仿真 在本文的風扇 動態(tài)仿真的設(shè)計中，主要模擬電風扇葉片的轉(zhuǎn)動，并對電風扇的葉片進行相關(guān)的運動分析 。在運動分析中，連桿和連桿副是組成構(gòu)件的最基本條件，兩者都是機構(gòu)運動的必要條件。 點擊起始菜單下的運動仿真命令，鼠標右擊 運動導航器，在 “裝配導航器 ”中選擇“仿真 ” — “新建仿真” 。首先創(chuàng)建連桿，點擊 ，出現(xiàn)連桿對話框如圖 所示 選中扇葉 “ 4” 確定 為連桿 1，然后繼續(xù)創(chuàng)建連桿前罩 “ 5” 、后罩 “ 2” 、墊片 “ 3” 、擋板 “ 6”及后座 “ 1” 為連桿 2。 在建立了一個運動場景和設(shè)置了連桿特性后，可以開始進行運動副創(chuàng)建的操作 。點擊連桿特性和運動副模塊中的 運動副 按鈕后，將彈出一個對話框要求用戶選擇鉸鏈連接的類型 。 無錫太湖學 院學士學位論文 26 圖 連桿對話框 圖 運動副對話框 旋轉(zhuǎn)副是連接兩個連桿的經(jīng)典運動副，有一個繞 Z 軸旋轉(zhuǎn)的自由度，不允許兩個連桿之間有任何的移動。扇葉的轉(zhuǎn)動，一個連桿繞固定機架上的一根軸旋轉(zhuǎn)。 點擊 ，在 如圖 所示運動副 對話框中創(chuàng)建，選擇 “轉(zhuǎn)動副” — “第二個連桿” 。在 “運動驅(qū)動”下拉菜單選擇恒定的，速度設(shè)置為 “ 800”， 如圖 所示 ，點擊 “應用” 退出。 基于 UG 的家電造型設(shè)計及動態(tài)仿真 27 圖 運動副的確定 選擇動畫命令就能看到扇葉的轉(zhuǎn)動。 如圖 圖 運動分析文件。 圖 機構(gòu)驅(qū)動程序表 無錫太湖學 院學士學位論文 28 圖 運動分析文件 單擊 “動畫 ”，則可通過單擊 “播放 ”查看風扇的運動情況，還可以在 “播放模式中” 選擇 “播放一次”、“循環(huán)播放”和“往返播放” 三種模式中的一種。 注：由于系統(tǒng)軟件原因，動態(tài)仿真需將電腦時間設(shè)置為 2020 年以前。 基于 UG 的家電造型設(shè)計及動態(tài)仿真 29 4 電風扇葉注塑模設(shè)計 注塑模設(shè)計的 基本流程 傳統(tǒng)方法的注塑模設(shè)計是在二維環(huán)境下進行，從圖 中可以看出，傳統(tǒng)的模具制造工藝路線只是典型的串行流程，任何其中一部分沒有完成都會影響下面的工作，相互之間的制約性太大，這樣的結(jié)果就是生產(chǎn)周期的延長，人工進行的工作量非常大，而且做工粗糙、精度不高，在 CAD/CAM 技術(shù)高速發(fā)展的今天，傳統(tǒng)方法終將被取而代之。基于 UG的注塑模具的設(shè)計是在三維環(huán)境下進行的，這用方法的采用不僅提高了生成型芯和型腔零件的速度和準確度還可以進行造型設(shè)計，還能完成模具的總裝配，大大縮短了模具設(shè)計周期并及時發(fā)現(xiàn)模具設(shè)計中的錯誤，有 效地避免工人重復勞動 [16]。 圖 傳統(tǒng)方式的注塑模具設(shè)計過程 圖 基于 UG 的注塑模設(shè)計工程 分析制件、消化工藝資料 設(shè)計分型面 設(shè)計型腔數(shù)目與型腔布局 繪制模具裝配圖與零圖 設(shè)計成型零件結(jié)構(gòu)及尺寸 設(shè)計模具裝配結(jié)構(gòu) 設(shè)計冷卻系統(tǒng) 設(shè)計頂出系統(tǒng) 設(shè)計澆注系統(tǒng)形式及尺寸 Y 設(shè)計澆注系統(tǒng) 拆模，生成模具成型零件三維 模型 沖模仿真，生成模塑件三維模型 開模仿真及干涉檢測 定義模架并添加頂桿和冷卻水道 制作三維實體設(shè)計 用參考零件和工件建立模具裝配模型 設(shè)置收縮率 對參考零件進行開模檢測和厚度檢測 修改參考零件 零件是否需要改動 N 設(shè)計分型面 添加其他標準件完成總裝配 生成二維工程圖 用塑料顧問進行流動及填充分析 無錫太湖學 院學士學位論文 30 注塑模具的基本結(jié)構(gòu)設(shè)計 扇葉材料的分析 風扇為人們?nèi)粘Ｉ畛Ｓ闷?，需大批量生產(chǎn)，又與人們緊密接觸，所以扇葉的材料必須無毒無害，同時考慮沒有很高的強度要求，收縮率方面也無特殊要求，故選擇 ABS 材料進行注塑生產(chǎn)。 ABS 具有良好的成型加工型，制品表面光潔度高，且具有良好的涂裝性和染色性，可電鍍成多種光澤 [17]。塑料 ABS 具有以下性能： （ 1）沖擊強度極好，耐磨性優(yōu)良，尺寸的穩(wěn)定性好。 （ 2）從熱學性能上 來看熱變形溫度為 85℃ 左右，制品經(jīng)退火處理以后還可提高 10℃左右。在 40℃ 時仍能表現(xiàn)出一定的韌性，可在 40℃ 到 85℃ 的溫度范圍內(nèi)長期使用。 （ 3） ABS 的電絕緣性較好，并且?guī)缀醪皇軠囟?、濕度和頻率的影響。 （ 4） ABS 流動性好，易溢料，具有優(yōu)良的化學穩(wěn)定性、不吸水，是易成型加工的材料可用于注塑。 分型面的選擇 分型面是指上、下兩模芯互相接觸的表面，而分型面的設(shè)計在電風扇葉的注塑模設(shè)計中是非常重要的。分型面 一般是在確定澆注位置或被稱為進料口的位置后再選擇。但在分析各種分型面方案的優(yōu)缺點之后，也有可能需要重新調(diào)整澆注位置。 分型面選擇原則有兩個，首先要考慮到是塑件在開模時盡可能留在動模部分，同時由于塑件有曲面扇葉，所以也要盡可能留在動模部分。另一方面考慮到澆注系統(tǒng)，有利于氣體的排出。 圖 分型面選擇 選擇分型面應該盡量滿足下面幾個要求： （ 1）應使塑件全部或大部分置于同一半型芯內(nèi)； （ 2）分型面的數(shù)目越少，塑件精度就越容易保證，且成型零件的數(shù)目也就相應減少。 （ 3）盡量減少分型面數(shù)目，簡化其結(jié)構(gòu)。 因此我們采用扇葉邊緣及中心轉(zhuǎn)軸的表面如圖 。 當然，一個塑件的分型面，不是以上原則都要面面俱到，實際設(shè)計時分型面應有主要選擇對象，根據(jù)實際生產(chǎn)條件的需要進行多方案的對比，并結(jié)合經(jīng)驗作出正確的判斷，最終確定最佳方案。 基于 UG 的家電造型設(shè)計及動態(tài)仿真 31 扇葉注 塑模具結(jié)構(gòu)及工作原理 塑件采用注射成形方法。為保證塑料表面質(zhì)量，使用直