【正文】 幾何約束不能重復(fù)定義，否則不能得到正確的截形線。當(dāng)然如果尺寸和約束不足以限制所有的變化，也不能得到準(zhǔn)確的截形線。這一點(diǎn)是在添加尺寸和幾何約束時(shí)必須考慮到的問(wèn)題。3．在完成了三維實(shí)體模型的整個(gè)造型工作之后，還可以通過(guò)修改對(duì)某一特征的截形線或軌跡線的尺寸和幾何約束來(lái)自動(dòng)地對(duì)整個(gè)模型進(jìn)行修改。這種功能大大提高了設(shè)計(jì)的效率。在完成了這些二維的基礎(chǔ)工作之后，就可以通過(guò)調(diào)用軟件提供的命令，生成各種相應(yīng)的三維實(shí)體特征，如圓柱、圓錐、球、孔、螺紋等。在生成每一個(gè)特征時(shí)，必須考慮到這個(gè)特征是基本特征還是添加特征，添加特征是對(duì)基本特征進(jìn)行添加、切除還是求交。按照這樣的步驟，根據(jù)開(kāi)始設(shè)計(jì)之前的分析，從基本特征到各添加特征，依次完成，最終得到完整準(zhǔn)確的三維模型。需要指出的是有些特征的生成也不完全按照這些步驟，例如倒角和倒圓特征就無(wú)須定義任何二維的截形線或軌跡線等。三維建模的思路是將產(chǎn)品分解為多個(gè)特征，通過(guò)特征之間的布爾運(yùn)算逐步得到完整的產(chǎn)品模型。特征又分為基本特征和添加特征，首先應(yīng)將產(chǎn)品最主要或最大的部分作為基本特征，完成對(duì)它的造型，其他部分作為添加特征，以搭積木的方式在基本特征的基礎(chǔ)上通過(guò)添加、切除、求交等布爾運(yùn)算得到主體特征。最后進(jìn)行倒角、倒圓和孔形體等特征的添加以形成完整的產(chǎn)品模型。三維Autodesk Inventor是一個(gè)強(qiáng)大易用的機(jī)械設(shè)計(jì)三維參數(shù)化建模軟件，它融合了二維和二維設(shè)計(jì)并帶有裝配功能，是集Autodesk Inventor與參數(shù)實(shí)體造型、曲面造型、裝配造型、二維與三維雙向關(guān)聯(lián)繪圖以及與Auto CAD相互轉(zhuǎn)換于一體的機(jī)械設(shè)計(jì)系統(tǒng)。除此以外，Inventor還是一種包含了最新技術(shù)的基于特征的參數(shù)化實(shí)體造型軟件。 草圖概念設(shè)計(jì)草圖(Sketch)是三維造型的基礎(chǔ)，繪制草圖是創(chuàng)建零件的第一步。草圖多是二維的，也有三維草圖。 在創(chuàng)建二維草圖時(shí)，必須先確定草圖所依附的平面，即草圖坐標(biāo)系確定的坐標(biāo)面，這樣的平面可以是一種“可變的、可關(guān)聯(lián)的、用戶自定義的坐標(biāo)面”。在三維環(huán)境中繪制草圖時(shí)，三維草圖用作三維掃掠特征、放樣特征的三維路徑，在復(fù)雜零件造型、電線電纜和管道中常用。草圖并不僅僅是為三維模型準(zhǔn)備的輪廓，它也是設(shè)計(jì)思維表達(dá)的一種手段。 概念設(shè)計(jì)，是設(shè)計(jì)的最初階段。在這階段中，沒(méi)有具體的零件形狀，只有簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)關(guān)系和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)尺寸，例如大家熟悉的機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖就是一種典型。 Inventor草圖的概念設(shè)計(jì)，就是在草圖中確定結(jié)構(gòu)關(guān)系和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)尺寸，確定具體零件在裝配中的相對(duì)位置關(guān)系，還可以模擬零件在裝配中的運(yùn)動(dòng)等。所以設(shè)計(jì)概念草圖時(shí)，要對(duì)整體設(shè)計(jì)有全面的理解，然后進(jìn)行抽象。 零件的三維參數(shù)化設(shè)計(jì)建摸1．軸類(lèi)零件模型建立軸主要用來(lái)支承傳動(dòng)零件、傳遞扭矩和承受載荷的，根據(jù)結(jié)構(gòu)形狀的不同，軸類(lèi)零件可分為光軸、階梯軸、空心軸和曲軸等。大多數(shù)軸類(lèi)零件是旋轉(zhuǎn)體零件，軸向尺寸比徑向尺寸大得多，并且根據(jù)結(jié)構(gòu)和工藝的要求，軸向常有一些典型工藝結(jié)構(gòu)，如鍵槽、退刀槽、砂輪越程槽、檔圈槽、軸肩、花鍵、中心孔、螺紋、倒角等結(jié)構(gòu)。(1)啟動(dòng)Inventor零件模板，在新建的零件子環(huán)境中建立草圖，即軸零件草圖。如91圖所示。 圖91(2)利用旋轉(zhuǎn)添加材料的方式，選取封閉的輪廓外封閉邊線，選取旋轉(zhuǎn)中心軸，即繪制出軸零件的拉伸特征圖。(3)利用倒角、倒圓角特征，選取長(zhǎng)方體所需倒角表面的所有邊，輸人邊長(zhǎng)，選取所要倒圓角的棱為邊，輸人圓角半徑R的值，即繪制出軸零件的倒角、倒圓角特征圖，如92圖所示。完成軸零件的三維參數(shù)化設(shè)計(jì)。圖91用此設(shè)計(jì)方法可以完成其他所有零件的三維參數(shù)化設(shè)計(jì)，以形成圓錐圓柱齒輪減速裝置零件尺寸參數(shù)庫(kù)及圖形庫(kù)。2．輪類(lèi)零件模型建立輪類(lèi)零件主體部分通常是一組同軸線的回轉(zhuǎn)體或平板拉伸板，內(nèi)部多為空心結(jié)構(gòu)，厚度方向的尺寸比其他兩個(gè)方向的尺寸小。另外，為了加強(qiáng)支承，減少加工面，以及為了和其他零件相連接，常有凸緣、凸臺(tái)、凹槽、鍵槽等結(jié)構(gòu)。輪類(lèi)零件多用于傳動(dòng)、支承、連接、分度和防護(hù)，常有輪齒、齒槽、鍵槽、輪輻等結(jié)構(gòu)。輪齒部分可以看成是輪類(lèi)零件的“工作部分”，帶有軸孔和鍵槽的輪轂是“安裝部分”，而輪輻則是“加強(qiáng)部分”，但輪類(lèi)零件總體構(gòu)形是相同的，僅僅是“工作部分”有變化。圓錐齒輪其輪齒分布結(jié)圓錐體上，齒形從大端到小端逐漸變小，相應(yīng)有分度圓錐，基圓錐，齒頂圓錐，齒根圓錐和節(jié)圓錐等定義。(1)啟動(dòng)Inventor零件模板，在新建的零件子環(huán)境中建立草圖，即軸零件草圖。如圖93所示。 圖93(2)利用旋轉(zhuǎn)添加材料的方式，選取封閉的輪廓外封閉邊線，選取旋轉(zhuǎn)中心軸，即繪制出軸零件的拉伸特征圖。(3)然后用已有的齒輪數(shù)據(jù)利用加強(qiáng)筋的方式繪制出錐齒輪的齒和齒厚。如94圖所示。完成軸零件的三維參數(shù)化設(shè)計(jì)圖943．箱體類(lèi)零件模型建立箱體零件作為機(jī)器或部件的基礎(chǔ)件，將機(jī)器及部件中的軸、軸承和齒輪等零件按一定的相互位置關(guān)系裝配成一個(gè)整體，并按預(yù)定傳動(dòng)關(guān)系協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)。箱體類(lèi)零件一般起支承、容納、定位和密封等作用，因此這類(lèi)零件多數(shù)是中空的殼體，具有空腔和壁，此外還常有軸孔、軸承孔、凸臺(tái)和肋板等結(jié)構(gòu)。為了方便其他零件的安裝或箱體自身再安裝到機(jī)器上，常設(shè)計(jì)有安裝底板、發(fā)蘭、安裝孔和螺孔等結(jié)構(gòu)。為了防止塵埃、污物進(jìn)入箱體，通常要使箱體密封，因此箱體上常有用于安裝密封氈圈、密封墊片結(jié)構(gòu)。多數(shù)箱體內(nèi)安裝有運(yùn)動(dòng)零件，為了潤(rùn)滑，箱體內(nèi)常盛有潤(rùn)滑油，因此箱壁部分等有供安裝箱蓋、軸承蓋、油標(biāo)、油塞等零件的凸緣、凸臺(tái)、凹坑、螺孔等結(jié)構(gòu)。軟件對(duì)箱體類(lèi)零件進(jìn)行三維實(shí)體造型設(shè)計(jì)，可以先利用拉伸或旋轉(zhuǎn)凸臺(tái)/基體、拉伸或旋轉(zhuǎn)切除、抽殼等命令創(chuàng)建箱體基體，再配合圓角、倒角、陣列等命令來(lái)完成整個(gè)箱體零件的實(shí)體造型，有時(shí)也涉及到復(fù)雜的如掃描以及放樣命令。同時(shí)，要注意利用零件的對(duì)稱性，以減少工作量。(1)下箱體箱體上有各種安裝孔，包括：軸承安裝孔、裝配孔、底座安裝孔等。因此箱體也是本設(shè)計(jì)中的重量級(jí)成員，它是聯(lián)系立柱各個(gè)零件的中介，最后總的裝配關(guān)系關(guān)鍵取決于它。由于它體積大，特征多，而且對(duì)定位精確度的要求也堪稱魁首，因此在一些細(xì)節(jié)上還需認(rèn)真對(duì)待。簽于其內(nèi)部的空腔很多，用簡(jiǎn)單的抽殼不能實(shí)現(xiàn)，要一塊一塊的挖，也就是切除/拉伸命令。在此基礎(chǔ)上就可以做其他筋、各處的小凸臺(tái)、圓角倒角、通孔、盲孔、螺紋孔等等，好多的特征，很零碎，所以要非常細(xì)心。(2)上箱蓋上箱蓋是另一個(gè)典型的箱體類(lèi)零件，是減速器的關(guān)鍵組成部分，用以保護(hù)箱體內(nèi)的零件。與下箱體類(lèi)似，上箱蓋的設(shè)計(jì)綜合了Inventor 2008中的拉伸、抽殼、切除、鉆孔、復(fù)制特征、倒角等多項(xiàng)功能。 虛擬裝配部件是由下級(jí)零件裝配而成，既可以由單獨(dú)的零件組合而成，也可以由子部件組成。零部件的總裝配過(guò)程及設(shè)計(jì)思路如圖95：創(chuàng)建內(nèi)部零部件，裝入內(nèi)部參照，引用內(nèi)部零部件或外部參照組織裝配零件部件創(chuàng)建內(nèi)部零部件，裝入內(nèi)部參照，引用內(nèi)部零部件或外部參照 組織裝配零件部件 創(chuàng)建內(nèi)部零部件，裝入內(nèi)部參照，引用內(nèi)部零部件或外部參照組織裝配零件部件創(chuàng)建內(nèi)部零部件，裝入內(nèi)部參照，引用內(nèi)部零部件或外部參照組織裝配零件部件 圖95對(duì)圓錐圓柱齒輪減速器傳動(dòng)部分進(jìn)行裝配就是對(duì)輸入子裝配體和輸出配體進(jìn)行裝配。設(shè)計(jì)思路比較簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)步驟也不多，但是該類(lèi)零件“工作部分”的設(shè)計(jì)相對(duì)比較復(fù)雜。在裝配的過(guò)程中添加了兩根軸軸線的垂直和距離的關(guān)系等，完成的裝配模型如圖96圖96在完成了各個(gè)軸系以及傳動(dòng)部件的裝配后，就開(kāi)始了圓錐圓柱齒輪減速器的總裝配了。經(jīng)過(guò)了上邊的打包分裝，在總裝階段就沒(méi)那么復(fù)雜了，可以把每個(gè)部分的裝配體直接看成是一個(gè)零件。在總裝配的過(guò)程中，先裝配如管狀油標(biāo)等減速器附件，再把減速器傳動(dòng)部件裝配體利用配合關(guān)系裝在箱座上，然后裝配箱蓋，除了必要的位置定位以外，一些表面看不出來(lái)的減少自由度的配合也要在這加上。最后裝配如螺栓、螺釘?shù)纫恍┞?lián)接附件。 干涉分析利用Autodesk Inventor的裝配模塊對(duì)零件進(jìn)行虛擬裝配和干涉檢查，即靜態(tài)干涉檢查和機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)干涉檢查，來(lái)判斷零部件之間有無(wú)干涉及干涉點(diǎn)，這樣實(shí)現(xiàn)了全關(guān)聯(lián)。既零件實(shí)體模型的改變將在所有引用該零件的裝配圖中自動(dòng)地得到調(diào)整，同時(shí)也將反映在二維圖形中。在裝配圖中對(duì)某零件實(shí)體進(jìn)行的更改也將自動(dòng)體現(xiàn)在零件圖中。同樣在二維圖中修改零件的尺寸也將自動(dòng)反映在零件實(shí)體模型和所有引用該零件的裝配圖中。 裝配中先把零件模型庫(kù)和Inventor的標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)巾的各零件裝配成部件，再運(yùn)用配合、對(duì)準(zhǔn)角度、相切、插入等約束條件消除其自由度。 應(yīng)力分析減速器把工作機(jī)和原動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)聯(lián)系起來(lái)，在工作過(guò)程中其傳動(dòng)部件以及箱體的剛性和穩(wěn)定性直接影響整個(gè)工作系統(tǒng)的性能。因此，在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)階段就預(yù)測(cè)其結(jié)構(gòu)的靜動(dòng)態(tài)特征、分析在各種載荷作用下的變形和分布、固有頻率等特點(diǎn)，找出諸如軸的剛度是否足夠，箱體的抗壓強(qiáng)度是否足夠等等，以便提出改進(jìn)措施，以優(yōu)化結(jié)構(gòu)。輸出軸作為整個(gè)減速器運(yùn)動(dòng)過(guò)程中扭矩最大的傳動(dòng)部件，而箱座作為整個(gè)減速器的支撐部分，都有必要對(duì)它們進(jìn)行應(yīng)力分析。由于軸向是由軸肩約束的，所以在軸肩處加了移動(dòng)約束，又因?yàn)槭庆o力分析，所以可以認(rèn)為軸的瞬間是定不動(dòng)的，所以在軸承端施加了全約束；靜力分析時(shí)力的邊界條件：齒輪的圓周切向力和徑向力轉(zhuǎn)化為齒輪與軸的接觸處的線性力，軸本身所受到的扭矩轉(zhuǎn)化為軸上的兩排力偶，排列成線狀加載在軸上,這些力的邊界條件都是通過(guò)均分后施加于相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)上而起到相應(yīng)的作用的。從對(duì)結(jié)果的分析可以看出，軸的表面容易出現(xiàn)應(yīng)力極大值，所以可以考慮，在條件允許的情況下，對(duì)軸的表面進(jìn)行強(qiáng)化處理，以此來(lái)提高軸的疲勞強(qiáng)度。當(dāng)然，如果想讓軸承受更小的應(yīng)力應(yīng)變，則可以考慮改變軸承的位置和支撐剛度。以及軸的幾何尺寸、材料和加工工藝的方法。運(yùn)用有限元法可以對(duì)軸的結(jié)構(gòu)做進(jìn)一步的優(yōu)化，以此來(lái)得到最小的應(yīng)力應(yīng)變，運(yùn)用靜力學(xué)分析的結(jié)果可以對(duì)減速器的結(jié)構(gòu)做進(jìn)一步的優(yōu)化設(shè)汁。為箱座添加約束。整個(gè)減速器是通過(guò)地腳螺栓固定的，所以把約束應(yīng)該添加到地腳螺栓的位。根據(jù)作用在軸承的軸向力和徑向力的大小和方向，分別在軸承座和箱體的壁面上添加載荷。10 結(jié)論本文用inventor虛擬軟件和數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)，進(jìn)行二級(jí)圓錐圓柱齒輪機(jī)構(gòu)的三維建模，對(duì)圓錐圓柱減速器的機(jī)構(gòu)的組成，內(nèi)部傳動(dòng)部件，進(jìn)行裝配干涉分析、應(yīng)力應(yīng)變分析、運(yùn)動(dòng)仿真，并最終生成二維工程圖研究后得出，只有三維設(shè)計(jì)才是真正意義上、創(chuàng)成設(shè)計(jì)的CAD應(yīng)用三維軟件進(jìn)行三維參數(shù)化設(shè)計(jì)，易于復(fù)雜幾何形狀的控制和修改，在計(jì)算機(jī)上從三維開(kāi)始，實(shí)現(xiàn)全部的設(shè)計(jì)過(guò)程，符合人們的思維習(xí)慣，提高了可視化程度，二維參數(shù)化設(shè)計(jì)能準(zhǔn)確反映設(shè)計(jì)者的思想，給產(chǎn)品機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)帶來(lái)很大的方便，還易于進(jìn)行多方案的比較，也容易檢查設(shè)計(jì)錯(cuò)誤，這樣不僅提高了設(shè)計(jì)效率和設(shè)計(jì)質(zhì)量，也縮短了設(shè)計(jì)周期。 (1)在三維虛擬軟件運(yùn)用過(guò)程中，二維和三維是雙向關(guān)聯(lián)的，所以在設(shè)計(jì)過(guò)程中可隨意更改三維實(shí)體或任一視圖的尺寸，更改后的三維實(shí)體和所有的二維視圖會(huì)自動(dòng)更新，這給零件的修改以及在三維裝配圖中更改帶來(lái)極大方便。 (2)利用三維虛擬軟件生成的零件是三維的實(shí)體和表面，為有限元分析和數(shù)控加工準(zhǔn)備好了數(shù)學(xué)模型，三維虛擬軟件能與許多有限元分析軟件，運(yùn)動(dòng)分析軟件，數(shù)控加工軟件進(jìn)行無(wú)縫連接。 (3)利用Inventor的工具集，可以直接得到所需要的標(biāo)準(zhǔn)件，加速了設(shè)計(jì)的自動(dòng)化。謝 辭在臨近畢業(yè)之際，我還要借此機(jī)會(huì)向在這四年中給予了我?guī)椭椭笇?dǎo)的所有老師表示由衷的謝意，感謝他們四年來(lái)的辛勤栽培。不積跬步何以至千里，各位任課老師認(rèn)真負(fù)責(zé)，在他們的悉心幫助和支持下，我能夠很好的掌握和運(yùn)用專(zhuān)業(yè)知識(shí)，并在設(shè)計(jì)中得以體現(xiàn)，順利完成畢業(yè)論文。最后再次感謝老師的幫助，尤其這次畢設(shè)我們的指導(dǎo)老師，感謝你們！同時(shí)，在論文寫(xiě)作過(guò)程中，我還參考了有關(guān)的書(shū)籍和論文，在這里一并向有關(guān)的作者表示謝意。 我還要感謝我的各位同學(xué)，在畢業(yè)設(shè)計(jì)的這段時(shí)間里，你們給了我很多的啟發(fā)，提出了很多寶貴的意見(jiàn)，對(duì)于你們幫助和支持，在此我表示深深地感謝。參考文獻(xiàn)[1] [M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.[2] (第四版) [3] [M].北京：高等教育出版社，2006.[4] [M].北京：高等教育出版社，2003.[5] 劉靜華，唐科，（Inventor 2008版）[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2002. 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