【正文】 必須考慮到的問題。3．在完成了三維實體模型的整個造型工作之后，還可以通過修改對某一特征的截形線或軌跡線的尺寸和幾何約束來自動地對整個模型進行修改。這種功能大大提高了設(shè)計的效率。在完成了這些二維的基礎(chǔ)工作之后，就可以通過調(diào)用軟件提供的命令，生成各種相應(yīng)的三維實體特征，如圓柱、圓錐、球、孔、螺紋等。在生成每一個特征時，必須考慮到這個特征是基本特征還是添加特征，添加特征是對基本特征進行添加、切除還是求交。按照這樣的步驟，根據(jù)開始設(shè)計之前的分析，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)品分解為多個特征，通過特征之間的布爾運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)上通過添加、切除、求交等布爾運算得到主體特征。最后進行倒角、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是一個強大易用的機械設(shè)計三維參數(shù)化建模軟件，它融合了二維和二維設(shè)計并帶有裝配功能，是集Autodesk Inventor與參數(shù)實體造型、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)換于一體的機械設(shè)計系統(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)化實體造型軟件。 草圖概念設(shè)計草圖(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，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，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)計思維表達的一種手段。 概念設(shè)計，是設(shè)計的最初階段。在這階段中，沒有具體的零件形狀，只有簡單的結(jié)構(gòu)關(guān)系和基礎(chǔ)設(shè)計尺寸，例如大家熟悉的機構(gòu)簡圖就是一種典型。 Inventor草圖的概念設(shè)計，就是在草圖中確定結(jié)構(gòu)關(guān)系和基礎(chǔ)設(shè)計尺寸，確定具體零件在裝配中的相對位置關(guān)系，還可以模擬零件在裝配中的運動等。所以設(shè)計概念草圖時，要對整體設(shè)計有全面的理解，然后進行抽象。 零件的三維參數(shù)化設(shè)計建摸1．軸類零件模型建立軸主要用來支承傳動零件、傳遞扭矩和承受載荷的，根據(jù)結(jié)構(gòu)形狀的不同，軸類零件可分為光軸、階梯軸、空心軸和曲軸等。大多數(shù)軸類零件是旋轉(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，選取長方體所需倒角表面的所有邊，輸人邊長，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。圖91用此設(shè)計方法可以完成其他所有零件的三維參數(shù)化設(shè)計，以形成圓錐圓柱齒輪減速裝置零件尺寸參數(shù)庫及圖形庫。2．輪類零件模型建立輪類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方向的尺寸小。另外，為了加強支承，減少加工面，以及為了和其他零件相連接，常有凸緣、凸臺、凹槽、鍵槽等結(jié)構(gòu)。輪類零件多用于傳動、支承、連接、分度和防護，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“加強部分”，但輪類零件總體構(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)計圖943．箱體類零件模型建立箱體零件作為機器或部件的基礎(chǔ)件，將機器及部件中的軸、軸承和齒輪等零件按一定的相互位置關(guān)系裝配成一個整體，并按預(yù)定傳動關(guān)系協(xié)調(diào)運動。箱體類零件一般起支承、容納、定位和密封等作用，因此這類零件多數(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器上，常設(shè)計有安裝底板、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)安裝有運動零件，為了潤滑，箱體內(nèi)常盛有潤滑油，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、凹坑、螺孔等結(jié)構(gòu)。軟件對箱體類零件進行三維實體造型設(shè)計，可以先利用拉伸或旋轉(zhuǎn)凸臺/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、陣列等命令來完成整個箱體零件的實體造型，有時也涉及到復(fù)雜的如掃描以及放樣命令。同時，要注意利用零件的對稱性，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)計中的重量級成員，它是聯(lián)系立柱各個零件的中介，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，而且對定位精確度的要求也堪稱魁首，因此在一些細節(jié)上還需認(rèn)真對待。簽于其內(nèi)部的空腔很多，用簡單的抽殼不能實現(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、圓角倒角、通孔、盲孔、螺紋孔等等，好多的特征，很零碎，所以要非常細心。(2)上箱蓋上箱蓋是另一個典型的箱體類零件，是減速器的關(guān)鍵組成部分，用以保護箱體內(nèi)的零件。與下箱體類似，上箱蓋的設(shè)計綜合了Inventor 2008中的拉伸、抽殼、切除、鉆孔、復(fù)制特征、倒角等多項功能。 虛擬裝配部件是由下級零件裝配而成，既可以由單獨的零件組合而成，也可以由子部件組成。零部件的總裝配過程及設(shè)計思路如圖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對圓錐圓柱齒輪減速器傳動部分進行裝配就是對輸入子裝配體和輸出配體進行裝配。設(shè)計思路比較簡單，設(shè)計步驟也不多，但是該類零件“工作部分”的設(shè)計相對比較復(fù)雜。在裝配的過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在完成了各個軸系以及傳動部件的裝配后，就開始了圓錐圓柱齒輪減速器的總裝配了。經(jīng)過了上邊的打包分裝，在總裝階段就沒那么復(fù)雜了，可以把每個部分的裝配體直接看成是一個零件。在總裝配的過程中，先裝配如管狀油標(biāo)等減速器附件，再把減速器傳動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的裝配模塊對零件進行虛擬裝配和干涉檢查，即靜態(tài)干涉檢查和機構(gòu)運動干涉檢查，來判斷零部件之間有無干涉及干涉點，這樣實現(xiàn)了全關(guān)聯(lián)。既零件實體模型的改變將在所有引用該零件的裝配圖中自動地得到調(diào)整，同時也將反映在二維圖形中。在裝配圖中對某零件實體進行的更改也將自動體現(xiàn)在零件圖中。同樣在二維圖中修改零件的尺寸也將自動反映在零件實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和Inventor的標(biāo)準(zhǔn)件庫巾的各零件裝配成部件，再運用配合、對準(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和原動機的運動聯(lián)系起來，在工作過程中其傳動部件以及箱體的剛性和穩(wěn)定性直接影響整個工作系統(tǒng)的性能。因此，在產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計階段就預(yù)測其結(jié)構(gòu)的靜動態(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，找出諸如軸的剛度是否足夠，箱體的抗壓強度是否足夠等等，以便提出改進措施，以優(yōu)化結(jié)構(gòu)。輸出軸作為整個減速器運動過程中扭矩最大的傳動部件，而箱座作為整個減速器的支撐部分，都有必要對它們進行應(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約束，又因為是靜力分析，所以可以認(rèn)為軸的瞬間是定不動的，所以在軸承端施加了全約束；靜力分析時力的邊界條件：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均分后施加于相應(yīng)的節(jié)點上而起到相應(yīng)的作用的。從對結(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，對軸的表面進行強化處理，以此來提高軸的疲勞強度。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。運用有限元法可以對軸的結(jié)構(gòu)做進一步的優(yōu)化，以此來得到最小的應(yīng)力應(yīng)變，運用靜力學(xué)分析的結(jié)果可以對減速器的結(jié)構(gòu)做進一步的優(yōu)化設(shè)汁。為箱座添加約束。整個減速器是通過地腳螺栓固定的，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)庫技術(shù)，進行二級圓錐圓柱齒輪機構(gòu)的三維建模，對圓錐圓柱減速器的機構(gòu)的組成，內(nèi)部傳動部件，進行裝配干涉分析、應(yīng)力應(yīng)變分析、運動仿真，并最終生成二維工程圖研究后得出，只有三維設(shè)計才是真正意義上、創(chuàng)成設(shè)計的CAD應(yīng)用三維軟件進行三維參數(shù)化設(shè)計，易于復(fù)雜幾何形狀的控制和修改，在計算機上從三維開始，實現(xiàn)全部的設(shè)計過程，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)計能準(zhǔn)確反映設(shè)計者的思想，給產(chǎn)品機構(gòu)的運動設(shè)計帶來很大的方便，還易于進行多方案的比較，也容易檢查設(shè)計錯誤，這樣不僅提高了設(shè)計效率和設(shè)計質(zhì)量，也縮短了設(shè)計周期。 (1)在三維虛擬軟件運用過程中，二維和三維是雙向關(guān)聯(lián)的，所以在設(shè)計過程中可隨意更改三維實體或任一視圖的尺寸，更改后的三維實體和所有的二維視圖會自動更新，這給零件的修改以及在三維裝配圖中更改帶來極大方便。 (2)利用三維虛擬軟件生成的零件是三維的實體和表面，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，運動分析軟件，數(shù)控加工軟件進行無縫連接。 (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)計的自動化。謝 辭在臨近畢業(yè)之際，我還要借此機會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，感謝他們四年來的辛勤栽培。不積跬步何以至千里，各位任課老師認(rèn)真負責(zé)，在他們的悉心幫助和支持下，我能夠很好的掌握和運用專業(yè)知識，并在設(shè)計中得以體現(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，在論文寫作過程中，我還參考了有關(guān)的書籍和論文，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)計的這段時間里，你們給了我很多的啟發(fā)，提出了很多寶貴的意見，對于你們幫助和支持，在此我表示深深地感謝。參考文獻[1] [M].北京：機械工業(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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