Inventor 偏心連桿振動(dòng)裝置的虛擬裝配

2013-05-23 by:廣州有限元分析、培訓(xùn)中心-1CAE.COM 來(lái)源:仿真在線

蘇夢(mèng)香來(lái)源:萬(wàn)方數(shù)據(jù)

應(yīng)用三維 Autodesk Inventor 軟件,建立了一種機(jī)械偏心連桿振動(dòng)裝置中所有零件的三維實(shí)體造型,并對(duì)各零件進(jìn)行了部件的虛擬動(dòng)畫(huà)裝配及總體的虛擬裝配,給予虛擬裝配中各零件之間的相互干涉和設(shè)計(jì)中的結(jié)構(gòu)不合理處以及時(shí)的糾正,體現(xiàn)了現(xiàn)代化設(shè)計(jì)的優(yōu)越性。

傳統(tǒng)的 CAD 技術(shù)往往重在交互,設(shè)計(jì)階段可視化程度不高,到原型生產(chǎn)出來(lái)后才暴露出問(wèn)題。其耗時(shí)多、效率低,極大地浪費(fèi)了人力、物力及產(chǎn)品開(kāi)發(fā)成本,已經(jīng)不能適應(yīng)日趨激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)要求,因此虛擬產(chǎn)品開(kāi)發(fā)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。虛擬產(chǎn)品開(kāi)發(fā)技術(shù)用計(jì)算機(jī)模擬整個(gè)產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)過(guò)程,在計(jì)算機(jī)中進(jìn)行產(chǎn)品零件設(shè)計(jì)、分析、加工、部件裝配等過(guò)程,提高了產(chǎn)品質(zhì)量,降低了開(kāi)發(fā)成本,同時(shí)可保證產(chǎn)品開(kāi)發(fā)一次成型,提高了企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力,而虛擬設(shè)計(jì)就是其主要的實(shí)現(xiàn)手段。

    1 虛擬設(shè)計(jì)技術(shù)

虛擬技術(shù)是近年來(lái)隨著市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的全球化和科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展而形成的一種新技術(shù)。虛擬設(shè)計(jì)(VD)是以計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)為基礎(chǔ),將產(chǎn)品從概念設(shè)計(jì)到投入使用的全過(guò)程在計(jì)算機(jī)構(gòu)造的虛擬開(kāi)發(fā)環(huán)境中進(jìn)行數(shù)字化模擬,以完成產(chǎn)品在設(shè)計(jì)階段要解決的問(wèn)題,并在虛擬出的產(chǎn)品上進(jìn)行功能和產(chǎn)品工作性能的仿真,其結(jié)果用于修改設(shè)計(jì),以得到最佳原理性方案的現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)。

    2 Autodesk Inventor 簡(jiǎn)介

Autodesk Inventor 是美國(guó)推出的一個(gè)基于特征的參數(shù)化實(shí)體造型軟件。Autodesk Inventor 軟件集成了三維建模、信息管理和支持功能,包括以下幾個(gè)設(shè)計(jì)環(huán)境:零件造型環(huán)境、鈑金造型環(huán)境、部件裝配環(huán)境、焊接設(shè)計(jì)環(huán)境、工程圖環(huán)境、表達(dá)視圖環(huán)境。各子環(huán)境的功能為:在零件環(huán)境中可以進(jìn)行單一零件設(shè)計(jì),創(chuàng)建用于裝配的標(biāo)準(zhǔn)件;在裝配部件環(huán)境中,可以將零件環(huán)境中生成的已有零件調(diào)入部件環(huán)境,并添加各零部件之間的匹配約束,也可以在裝配環(huán)境中創(chuàng)建新零件,完成部件的混合式設(shè)計(jì),其中添加的約束用于定位零件,控制特征的自適應(yīng)驅(qū)動(dòng);可以從普通裝配環(huán)境切換到焊接件環(huán)境,也可以選擇焊接件模板直接進(jìn)入焊接環(huán)境,進(jìn)行零部件之間不可逆的焊接設(shè)計(jì);在工程圖子環(huán)境中,可以創(chuàng)建零件、部件及表達(dá)視圖的工程圖;在表達(dá)視圖環(huán)境中,可以定義部件的爆炸視圖,進(jìn)行裝配過(guò)程的動(dòng)態(tài)模擬,為后期動(dòng)畫(huà)制作做準(zhǔn)備。

    3 零部件的三維實(shí)體造型設(shè)計(jì)及其裝配

    3.1 零件的三維實(shí)體建模方法

(1)利用Inventor 借助于參考幾何體(工作平面、工作軸、工作點(diǎn))來(lái)完成特征的建立,通過(guò)添加相應(yīng)的特征以達(dá)到設(shè)計(jì)意圖,以完成零件的三維實(shí)體建模,進(jìn)而完成零件模型庫(kù)建立。零件的三維實(shí)體建模方法為:1) 在新建的零件子環(huán)境中建立草圖,利用拉伸等添加材料的方式生成零件的基體。2)利用倒角等特征,切除零件上的倒角和圓角過(guò)渡。3)在基體的端部打孔等結(jié)構(gòu),同時(shí)可用陣列等特征生成所需的結(jié)構(gòu)孔。

    (2)圖1為偏心連桿振動(dòng)裝置中的偏心內(nèi)套的三維實(shí)體造型,其建模過(guò)程如下:1)在新建的零件子環(huán)境中建立草圖,利用拉伸添加材料的方式生成偏心內(nèi)套的基體。2)利用倒角特征,切除偏心內(nèi)套上的倒角和圓角過(guò)渡。3)在偏心內(nèi)套的底面新建偏心孔及鍵槽的草圖,利用拉伸切削方式生成孔偏心。4)在基體的大端打孔,同時(shí)用陣列特征生成其他相應(yīng)的孔。

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利用"iPart 工廠"能派生出多個(gè)不同規(guī)格的同形零件,可以減少不必要的重復(fù)工作。

3.2 部件的虛擬裝配

與傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法相比,Autodesk Inventor三維模型生成以后,即可通過(guò)其提供的部件裝配子環(huán)境,進(jìn)行各零部件之間的裝配,用戶可以利用零件之間的關(guān)聯(lián)性,在部件裝配過(guò)程中引用零件的邊界。這樣,某些只有在部件裝配時(shí)才能確定的零件參數(shù)就不必在零件造型階段大費(fèi)周折,提高了效率,縮短了產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期。圖2和圖 3 為偏心連桿振動(dòng)裝置中偏心傳動(dòng)部件和振動(dòng)臺(tái)部件的裝配。

    3.3 虛擬動(dòng)畫(huà)裝配及干涉檢查

Autodesk Inventor具有動(dòng)畫(huà)功能,可以生成基于裝配自由度的動(dòng)畫(huà),也可以用其來(lái)檢驗(yàn)裝配的合理性;它所提供的干涉檢查功能,在屏幕上就可協(xié)調(diào)各部件的裝配關(guān)系,從而提高了裝配精度;利用Autodesk Inventor的"iPart"功能,可以實(shí)現(xiàn)對(duì)系列化零件的定義和裝配引用,在Inventor部件環(huán)境中,零部件可以在剩余自由度方向運(yùn)動(dòng)。利用基于剩余自由度的運(yùn)動(dòng),可以實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng),并檢測(cè)干涉邊界。

在虛擬裝配完成后,可利用Autodesk Inventor提供的"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,在干涉檢查報(bào)告中,詳細(xì)地記錄了干涉發(fā)生的處數(shù),每處干涉是在哪些零部件之間產(chǎn)生的,干涉的體積、質(zhì)心位置等。進(jìn)而幫助設(shè)計(jì)人員返回對(duì)零部件模型進(jìn)行必要的修改,真正體現(xiàn)了虛擬設(shè)計(jì)的優(yōu)越性。如圖 4 所示,利用"動(dòng)畫(huà)"命令,生成和觀察部件的分解動(dòng)畫(huà)及裝配過(guò)程。

    3.4 總體虛擬裝配

該裝配體完全采用自下而上的設(shè)計(jì)思想,先分別生成各個(gè)零、部件,然后根據(jù)裝配體的特點(diǎn)按先后順序調(diào)入各子部件,進(jìn)而完成整機(jī)的裝配。整個(gè)裝配過(guò)程猶如在實(shí)際生產(chǎn)中進(jìn)行實(shí)物組裝一樣,直觀而形象。利用Inventor 提供的標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù),可以調(diào)入相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)件。整個(gè)裝配過(guò)程主要運(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,完成的裝配體。圖 5 為偏心連桿振動(dòng)裝置的虛擬裝配總裝配圖。

4 結(jié)論

虛擬設(shè)計(jì)技術(shù)是現(xiàn)代設(shè)計(jì)的重要方法,為設(shè)計(jì)人員提供了一種全新的技術(shù)手段,本文利用三維設(shè)計(jì)軟件Autodesk Inventor實(shí)現(xiàn)了偏心連桿振動(dòng)裝置所有零件的三唯造型設(shè)計(jì)及虛擬裝配,在設(shè)計(jì)階段完全替代了傳統(tǒng)的樣機(jī)生產(chǎn),從而縮短了產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期、降低了開(kāi)發(fā)費(fèi)用、提高了設(shè)計(jì)質(zhì)量,完全體現(xiàn)了 Autodesk Inventor 軟件在三維造型設(shè)計(jì)中的強(qiáng)大功能及現(xiàn)代設(shè)計(jì)的優(yōu)越性。

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