【正文】 基于 UG 的家電造型設(shè)計(jì)及動(dòng)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。 因此我們采用扇葉邊緣及中心轉(zhuǎn)軸的表面如圖 。 圖 分型面選擇 選擇分型面應(yīng)該盡量滿足下面幾個(gè)要求： （ 1）應(yīng)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(yīng)減少。 分型面選擇原則有兩個(gè)，首先要考慮到是塑件在開模時(shí)盡可能留在動(dòng)模部分，同時(shí)由于塑件有曲面扇葉，所以也要盡可能留在動(dòng)模部分。分型面 一般是在確定澆注位置或被稱為進(jìn)料口的位置后再選擇。 （ 4） ABS 流動(dòng)性好，易溢料，具有優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性、不吸水，是易成型加工的材料可用于注塑。在 40℃ 時(shí)仍能表現(xiàn)出一定的韌性，可在 40℃ 到 85℃ 的溫度范圍內(nèi)長(zhǎng)期使用。塑料 ABS 具有以下性能： （ 1）沖擊強(qiáng)度極好，耐磨性優(yōu)良，尺寸的穩(wěn)定性好。 圖 傳統(tǒng)方式的注塑模具設(shè)計(jì)過(guò)程 圖 基于 UG 的注塑模設(shè)計(jì)工程 分析制件、消化工藝資料 設(shè)計(jì)分型面 設(shè)計(jì)型腔數(shù)目與型腔布局 繪制模具裝配圖與零圖 設(shè)計(jì)成型零件結(jié)構(gòu)及尺寸 設(shè)計(jì)模具裝配結(jié)構(gòu) 設(shè)計(jì)冷卻系統(tǒng) 設(shè)計(jì)頂出系統(tǒng) 設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng)形式及尺寸 Y 設(shè)計(jì)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(cè) 定義模架并添加頂桿和冷卻水道 制作三維實(shí)體設(shè)計(jì) 用參考零件和工件建立模具裝配模型 設(shè)置收縮率 對(duì)參考零件進(jìn)行開模檢測(cè)和厚度檢測(cè) 修改參考零件 零件是否需要改動(dòng) N 設(shè)計(jì)分型面 添加其他標(biāo)準(zhǔn)件完成總裝配 生成二維工程圖 用塑料顧問(wèn)進(jìn)行流動(dòng)及填充分析 無(wú)錫太湖學(xué) 院學(xué)士學(xué)位論文 30 注塑模具的基本結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 扇葉材料的分析 風(fēng)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(wú)毒無(wú)害，同時(shí)考慮沒(méi)有很高的強(qiáng)度要求，收縮率方面也無(wú)特殊要求，故選擇 ABS 材料進(jìn)行注塑生產(chǎn)。 基于 UG 的家電造型設(shè)計(jì)及動(dòng)態(tài)仿真 29 4 電風(fēng)扇葉注塑模設(shè)計(jì) 注塑模設(shè)計(jì)的 基本流程 傳統(tǒng)方法的注塑模設(shè)計(jì)是在二維環(huán)境下進(jìn)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(méi)有完成都會(huì)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(zhǎng)，人工進(jìn)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。 圖 機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)程序表 無(wú)錫太湖學(xué) 院學(xué)士學(xué)位論文 28 圖 運(yùn)動(dòng)分析文件 單擊 “動(dòng)畫 ”，則可通過(guò)單擊 “播放 ”查看風(fēng)扇的運(yùn)動(dòng)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。 基于 UG 的家電造型設(shè)計(jì)及動(dòng)態(tài)仿真 27 圖 運(yùn)動(dòng)副的確定 選擇動(dòng)畫命令就能看到扇葉的轉(zhuǎn)動(dòng)。 點(diǎn)擊 ，在 如圖 所示運(yùn)動(dòng)副 對(duì)話框中創(chuàng)建，選擇 “轉(zhuǎn)動(dòng)副” — “第二個(gè)連桿” 。 無(wú)錫太湖學(xué) 院學(xué)士學(xué)位論文 26 圖 連桿對(duì)話框 圖 運(yùn)動(dòng)副對(duì)話框 旋轉(zhuǎn)副是連接兩個(gè)連桿的經(jīng)典運(yùn)動(dòng)副，有一個(gè)繞 Z 軸旋轉(zhuǎn)的自由度，不允許兩個(gè)連桿之間有任何的移動(dòng)。 在建立了一個(gè)運(yùn)動(dòng)場(chǎng)景和設(shè)置了連桿特性后，可以開始進(jìn)行運(yùn)動(dòng)副創(chuàng)建的操作 。 點(diǎn)擊起始菜單下的運(yùn)動(dòng)仿真命令，鼠標(biāo)右擊 運(yùn)動(dòng)導(dǎo)航器，在 “裝配導(dǎo)航器 ”中選擇“仿真 ” — “新建仿真” 。 電風(fēng)扇模擬仿真 在本文的風(fēng)扇 動(dòng)態(tài)仿真的設(shè)計(jì)中，主要模擬電風(fēng)扇葉片的轉(zhuǎn)動(dòng)，并對(duì)電風(fēng)扇的葉片進(jìn)行相關(guān)的運(yùn)動(dòng)分析 。通過(guò)對(duì) 這個(gè)運(yùn)動(dòng)仿真模型進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)或動(dòng)力學(xué)運(yùn)動(dòng)分析就以驗(yàn)證該運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性，并且可以利用圖形輸出各個(gè)部件的位移、坐標(biāo)、加速度、速度和力的變化情況，對(duì)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。在電風(fēng)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(dòng)機(jī)，進(jìn)行仿真 [15]。 運(yùn)動(dòng)分析忽略模型中的所有的動(dòng)態(tài)圖元，如彈簧、阻尼器、重力、力 /力矩以及執(zhí)行電動(dòng)機(jī)等，所有動(dòng)態(tài)圖元都不影響運(yùn)動(dòng)分析結(jié)果。運(yùn)動(dòng)分析不考慮受力，它模擬除質(zhì)量和力以外的的運(yùn)動(dòng)的所有方面。 電風(fēng)扇的機(jī)構(gòu)仿真主要是模擬電風(fēng)扇扇葉轉(zhuǎn)動(dòng)，因此應(yīng)該采用有連接口的約束。 基于 UG 的家電造型設(shè)計(jì)及動(dòng)態(tài)仿真 25 電風(fēng)扇的動(dòng)態(tài)仿真 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)仿真 運(yùn)動(dòng)仿真是 UG/CAE（ Computer Aided Engineering） 模塊中的 重要組成 部分 ， 它能對(duì)任何二維或三 維機(jī)構(gòu)進(jìn)行復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析、動(dòng)力分析和設(shè)計(jì)仿真。 仿真技術(shù)的特點(diǎn)就是能如實(shí)的模仿客觀現(xiàn)實(shí)，對(duì)一些不規(guī)則零件尤其顯示出其特點(diǎn)。從而可以對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行合理的運(yùn)動(dòng)分析，并提供設(shè)計(jì)人員進(jìn)行探討分析和修改設(shè)計(jì)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)的發(fā)展經(jīng)歷了幾個(gè)時(shí)期，根據(jù)仿真模型及實(shí)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(shí)物到計(jì)算機(jī)仿真的這樣五個(gè)階段 [12]。 仿真技術(shù)在產(chǎn)品開發(fā)制造 過(guò)程中的應(yīng)用 仿真技術(shù)，尤其是動(dòng)態(tài)仿真，是 CAD虛擬產(chǎn)品開發(fā)中的重要應(yīng)用技術(shù)之一。在計(jì)算機(jī)問(wèn)世之前，一般稱基于物理模型的試驗(yàn)為 “模擬” ，它一般附屬于其他相關(guān)學(xué)科，自從計(jì)算機(jī)特別是數(shù)字計(jì)算機(jī)現(xiàn)以后，其高速計(jì)算能力和巨大的存儲(chǔ)能力使得復(fù)雜的數(shù)字計(jì)算機(jī)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(xué)科 —系統(tǒng)仿真學(xué)。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(jì)需要，檢測(cè)得知在合理范圍內(nèi)。間隙分析不考慮機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)，只能進(jìn)行靜態(tài)的干涉檢查，而且間隙分析的結(jié)果 將保存在當(dāng)前的工作零件中如圖 所示。 在 “裝配” — “組件” — “間隙檢查” ，彈出對(duì)話框后選擇所有組件，在干涉檢查對(duì)話框中分析組件。 前面的的簡(jiǎn)單干涉可以對(duì)組件進(jìn)行一對(duì)一的干涉檢查，并能創(chuàng)建干涉實(shí)體，但是對(duì)于整機(jī)部件來(lái)說(shuō)，一對(duì)一的檢查太耗費(fèi)時(shí)間，而且容易錯(cuò)漏，這時(shí)候就要用間隙分析這個(gè)功能進(jìn)行解決。 圖 電風(fēng)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(jì)中非常重要，運(yùn)用傳統(tǒng)的二維設(shè)計(jì)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(guò)程中才能發(fā)現(xiàn)，一旦有問(wèn)題就要返修或者改進(jìn)設(shè)計(jì)，有時(shí)候造成無(wú)法更改的錯(cuò)誤，導(dǎo)致設(shè)計(jì)的失敗。 在編輯爆炸視圖對(duì)話框中，點(diǎn) “選擇對(duì)象” ，選中需要移動(dòng)的零部件，然后單擊 “移動(dòng)對(duì)象”等選項(xiàng)組來(lái)調(diào)整爆炸 圖中元件的位置，得到滿意位置后，點(diǎn)擊 “確定” 按鈕。 電風(fēng)扇的爆炸視圖及干涉分析 （一） 裝配爆炸視圖其實(shí)就是組件的分解視圖，建立表達(dá)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(dǎo)工作帶來(lái)方便，本文用爆炸圖來(lái)輔助說(shuō)明無(wú)錫太湖學(xué) 院學(xué)士學(xué)位論文 22 風(fēng)扇的 組成和裝配情況。 圖 裝配完成的電風(fēng)扇 注：關(guān)閉總裝配圖，如果所加載的部件不是放在同一個(gè)文件夾下，則下次加載時(shí)可能會(huì)出現(xiàn)無(wú)法加載的問(wèn)題。添加現(xiàn)有組件，將剛才裝配完成的四部分分別加載，整機(jī)的裝配遵循有底向上裝配方法。只要注意細(xì)節(jié)把握主體結(jié)構(gòu)即可。 裝配好的電風(fēng)扇底座如圖 所示。變換對(duì)話框中 ZX 修改為 30mm，確定即可。 圖 裝配完成的操作面板 繼續(xù)選擇添加現(xiàn)有組件命 令完成底座部分的裝配。操作面板部分包括 “ 13” 面板、 “ 14” 旋鈕、 “ 15” 墊板、“ 16” 琴鍵開關(guān)、 “ 17” 桿。如圖 所示點(diǎn)擊 “保存” 后退出。注意銷 “ 11” 裝配時(shí)應(yīng)選中上部分外表面與支架 “ 10” 的配對(duì)類型為中心。繼續(xù)添加現(xiàn)有組件 “ 10”選中孔配對(duì)，確定以后繼續(xù)點(diǎn) “配對(duì)組件” 命令選中側(cè)面與支架側(cè)面，選擇 點(diǎn)擊確定得到圖 。點(diǎn)擊選擇部件文件端面支架 “ 8”選項(xiàng)，出現(xiàn)部件名對(duì)話框，選擇部件出現(xiàn)添加現(xiàn)有部件命令 “ 9” 點(diǎn)擊確定，出現(xiàn)配對(duì)條件對(duì)話框，設(shè)置配對(duì)條件 “平面 — 平面” ，點(diǎn)擊銷 “ 9” 上的平面與支架端面如圖 所示。選擇 添加現(xiàn)有組件命令，出現(xiàn)選擇部件對(duì)話框。 “ fan_shanye” 的裝配完成，如圖 是裝配完成的風(fēng)扇部分，將這一部分作為一個(gè)整體保存，為整機(jī)電風(fēng)扇的裝配提供方便。散熱板 “ 7” 的裝配時(shí)選擇 “對(duì)齊” ，散熱板 “ 7”的弧面與后座內(nèi)面，應(yīng)用以后，散熱板并沒(méi)有裝在后座相應(yīng)位置。文件 名為 “ 5” 的前罩， “配對(duì) — 平面對(duì)平面” ，選中前罩與后罩需要對(duì)接的面即可。 在裝配過(guò)程中可能會(huì)出現(xiàn)一次選擇不成功的情況， UG 提供了重定位組件命令，能比較方便的進(jìn)行快速修改。接下來(lái)是扇葉部分的裝配工作，由于扇葉與后座之間用 孔和軸之間可能定位不完全，在選中孔內(nèi)表面與軸外表面配對(duì)以后還有點(diǎn)擊 “距離” ，距離表達(dá)式為 20mm。 選擇如圖所示表面配對(duì)確定以后 “配對(duì) — 平面的 — 平面的” ，后罩 “ 2” 裝配完成，然后繼續(xù)加載文件 “ 3” 墊片。點(diǎn)擊選擇部件 “ 1” 文件選項(xiàng)，出現(xiàn)部件名對(duì)話框，選擇部件出現(xiàn)添加現(xiàn)有部件 “ 2” 命令點(diǎn)擊確定，打開的部件如圖 所示。 第一步 選擇 新建命令輸入文件名稱點(diǎn)擊確定，選擇 “ 裝配 ” —“ 組件 ” —“ 添加現(xiàn)有組件 ” 命令，出現(xiàn)選擇部件對(duì)話框。 裝配 風(fēng)扇 本體 電風(fēng)扇的主體裝配將分為扇葉部分、支架部分、操作面板部分、底座部分的裝配工作，在這些工作完成以后，將其分別作為一個(gè)整體繼續(xù)整機(jī)裝配，這樣的操作比較有序，也不會(huì)感覺(jué)太復(fù)雜。裝配思路一般有兩種：（ 1）由底向上裝配，這是傳統(tǒng)的裝配方法，先建立好裝配用到的所有零件，然后從小到大逐步完成。屏幕上能看到的所有部件都是顯示部件，而工作部件只有一個(gè)，只有工作部件可以進(jìn)行編輯修改工作。裝配件中的零件定位關(guān)系包含配對(duì)、對(duì)齊、角度、平行、垂直、中心、距離和相切。 UG 在裝配件中直接引用已經(jīng)繪制完成的零件圖，即在一個(gè)零件加入到裝配件的操作，伴隨而來(lái)的是部件之間的約束關(guān) 系，即部件的定位操作 [9]。對(duì)于整體設(shè)備而言，我們關(guān)心的是設(shè)備中各個(gè)組件在裝配體中的裝配形式及其裝配過(guò)程，因此在虛擬裝配過(guò)程中首先要確定進(jìn)行裝配的零部件組成，其次確定各個(gè)零部件的裝配順序，再次確定各個(gè)零部件所需的裝配約束。機(jī)械的裝配 過(guò)程就是由零件組裝成組件、由組件組裝成部件、由部件組裝成總成以及最后組裝成機(jī)械的過(guò)程 [8]。 圖 繪制完成的的前墊片 3 圖 繪制完成的前罩擋板 6 圖 繪制完成的后座散熱孔 7 圖 繪制完成的鎖緊套 18 圖 繪制完成的琴鍵開關(guān) 16 圖 繪制完成的底座 21 基于 UG 的家電造型設(shè)計(jì)及動(dòng)態(tài)仿真 17 電風(fēng)扇的裝配體建模及爆炸圖 任何一臺(tái)機(jī)械，都是由很多零件以及部件組成。由于時(shí)間和篇幅的關(guān)系，在此不再贅述。 圖 圓柱體創(chuàng)建 圖 操作面板 13 的抽殼 無(wú)錫太湖學(xué) 院學(xué)士學(xué)位論文 16 面板上、下孔直徑與上下連接桿配合，在剛才所畫圓柱體中心位置 如圖 所示 設(shè)置孔的直徑 25mm 深度 25mm。 然后由于設(shè)計(jì)過(guò)程中考慮實(shí)際運(yùn)作中面板中間要排布電線電路板之類的，所以在這里將操作面板進(jìn)行抽殼命令，厚度為 。 圖 創(chuàng)建引導(dǎo)線 圖 琴鍵的求差 沿導(dǎo)線掃掠成曲面，選中修剪體命令將面板進(jìn)行修剪。點(diǎn)擊 拔模角命令， 選擇從固定平面拔模在圖 拔模角對(duì)話框中角度設(shè)置為 3176。在草圖模塊下，繪制面板草圖 如圖 所示 ，長(zhǎng)度 350mm， 寬度 60mm。 電風(fēng)扇 操作面板 的 繪制 新建文件名 “ 13” 。 另一支架 “ 10” 繪制相對(duì)簡(jiǎn)單，在 “ XZYZ” 平面繪制草圖，兩豎直邊倒圓角半徑 10mm如圖 所示。在平面孔為圓心繪制半徑 50mm 圓形成閉合面，拉伸長(zhǎng)度 25mm 如圖 所示，然后布爾求差進(jìn)行修剪體得到圖 。選擇拉伸命令長(zhǎng)度 25mm 得到如 圖 所示實(shí)體。 圖 繪制好的后座 無(wú)錫太湖學(xué) 院學(xué)士學(xué)位論文 14 電風(fēng)扇 支架部分 的 繪制 新建文件名 “ 8” 。 圖 后座草圖繪制