【终稿全套】GQ50型钢筋切断机的结构设计与运动仿真【三维Autodesk Inventor】【23张CAD图纸+文档】
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单位代码 02 学号 080105007 分 类 号 TH 密 级 毕业设计说明书GQ50型钢筋切断机的结构设计与运动仿真院系名称工学院专业名称机械设计制造及其自动化学生姓名刘文超指导教师 王良文2012年 5 月 10 日 黄河科技学院毕业设计说明书 第 49 页GQ50型钢筋切断机的结构设计与运动仿真摘要本产品的设计是根据黄河科技学院工学院机械系2012届毕业设计的要求,在参观调研的基础上,对大学四年已学知识的总结、实践与提高。按照指导老师的要求,我首先查阅了大量关于此产品设计的资料,做好初期准备。然后到河南省长葛市黄河旋风股份有限公司参观,深入了解钢筋切断机的工作原理及使用要求,在此基础上,形成自己初步的设计思路。本产品设计给定的原始参数是:切断能力为(6-50)mm的圆钢;电机功率为4kw;冲切次数为28次/min;切断行程为40mm。此次设计的主要研究内容和技术关键是:根据钢筋切断机的使用要求,确定其工作原理,在此基础上进行钢筋切断机的结构设计,确定主要结构尺寸。主要包括以下几点:1、电动机的选择;2、传动装置的设计和计算;3、轴承的选择;4、曲轴连杆机构的设计;5、机体的设计;6、刀片的设计选择。然后根据这些设计数据进行产品的建模及运动仿真。本次产品建模使用的是美国Autodesk公司的三维设计软件Inventor 2011。首先是根据设计数据建立各个零件的草图,在草图的基础上运用零件特征生成三维实体;然后在Inventor 2011软件的虚拟环境中进行虚拟装配,建立数字样机;最后进行应力分析、运动干涉分析及运动仿真。本设计可以大幅降低钢筋切断机的研发周期及成本,从而提高产品的市场竞争力和企业的经济效益。关键词:钢筋切断机,结构设计,Inventor 2011,虚拟装配,运动仿真Disc Centrifuge Spindle Box DesignAuthor:Wenchao LiuTutor:Liangwen WangAbstractThis product is designed according to the college of engineering science and technology of 2012 member of graduation design requirements, during a visit to a research, on the basis of the university for four years have already learn knowledge summary, practice and improve. According to the requirements of the guiding teacher, I first looked a lot about this product design information, do well to the early. And then to the Yellow River in henan province ChangGe city whirlwind visit to a joint stock limited company, understand reinforced cutting machine and working principle of the use requirement, and based on this, the preliminary design to form their own ideas. This product design parameters are given of the original: cutting ability for (phi 6-phi 50) mm round steel; The motor power for 4 kw; For punching number 28 times/min; Cut off the trip to 40 mm. The design of the main research contents, technology and the key is: according to the use requirement reinforced cutting machine, determine its working principle, and based on the structure of the steel cutting machine design, confirming the main structure size. Mainly include the following: 1, the choice of the motor; 2, the design and calculation of transmission device; 3, bearing choice; 4, crankshaft connecting rod design of organization; 5, the bodys design; 6, the blade design choices. Then according to the design data modeling of products and movement simulation. This product modeling is using the companys 3 d design Autodesk Inventor 2011 software. First of all is according to the design data to set up the various parts of the sketch, in the sketch of the use part features based on 3 d entity; And then in the Inventor 2011 software virtual environment in virtual assembly, to build digital prototype; Finally in stress analysis, motion interference analysis and simulation movement. This design can dramatically reduce the reinforced cutting machine development cycle and cost, so as to improve the market competitiveness of products and the economic efficiency of enterprises.Keywords: steel cutting machine, the structure design, Inventor 2011, virtual assembling, movement simulation目 录1 绪论12 设计前的准备32.1计划任务书32.1.1 产品设计的依据32.1.2 计划任务书32.2 设计前的准备33钢筋切断机的总体设计43.1钢筋切断机的工作原理43.2钢筋切断机的基本结构44传动方案的设计54.1 基本传动数据计算54.1.1分配传动比54.1.2计算各州的运动及动力参数54.2 带传动的设计64.2.1带型的选择64.2.2带轮基准直径的确定64.2.2带速的确定64.2.3中心距、带长及包角的确定。64.2.4 确定带的根数74.2.5 带轮结构与尺寸74.3 齿轮传动的设计74.3.1选材料、确定初步参数74.3.2齿面疲劳强度计算84.3.3齿根抗弯疲劳强度验算105 Autodesk Inventor 2011125.1 Inventor 2011的组成125.2三维绘图软件Inventor 2011的优点125.2.1 二维工程图处理能力比较好125.2.2 具有良好的设计项目管理功能135.2.3 参数化技术和变量化技术135.2.4 简便的操作风格135.2.5 精彩的显示功能136 主要零件的设计及建模146.1机体的设计流程146.2其他主要零件的建模效果展示237钢筋切断机的装配297.1装配流程297.2大侧盖的装配步骤297.2.1新建文件307.2.2装入所有零件307.2.3向机体安装大侧盖307.3装配效果图展示338应用Inventor软件进行干涉检查348.1检查零部件之间的干涉348.2 连杆及连杆铜瓦的干涉检查349绘制各主要零件的工程图3710 传动结构的运动仿真4110.1建立一个简单的装配4110.2运动仿真步骤41致谢45参考文献46附 录481 绪论钢筋切断机是建筑机械的一种。它是钢筋加工必不可少的设备之一,主要用语房屋建筑、桥梁、隧道、电站、大型水利等工程中对钢筋的定长切断。钢筋切断机与其他切断设备相比,具有重量轻、耗能少、工作可靠、效率高等特点,因此近年来逐步被建筑工地和小型轧钢厂等广泛采用,在国民经济建设的各个领域发挥了重要的作用。新中国成立初期,建筑工程中钢筋加工技术非常落后,主要依靠手工或者简单工具,劳动强度大、生产效率低、工程质量很难保证。太原重型机械学院是国内最早生产钢筋切断机的单位之一。他们于1958年首次引进苏联的卧式钢筋切断机图纸,生产了国内第一台钢筋切断机。随后又于1985年引进了日本立式钢筋切断机和德国卧式钢筋切断机,并在此基础上研发了GQ40、GQ50、GQ65等一系列开式、封闭式及半封闭式切断机。该系列的钢筋切断机均是采用机械轮剪切进行切断的。此外,沈阳建筑工程学院工厂、陕西渭南农业科技股份有限公司、黑虎建筑机械公司等企业也生产过不同类型的机械式钢筋切断机。目前,国内的钢筋切断机多以机械轮剪式切断为主。其工作过程基本为:电动机输出动力经过带传动和三级齿轮传动减速后,带动曲轴旋转,曲轴推动连杆使滑块和动刀片在机座的滑道中做往复直线运动,使动刀片和定刀片相错而切断钢筋。近年来,我国在钢筋切断机技术装备方面有了长足的进步,但产品的技术水平与国外先进水平相比,尚有以下几个方面的差距:1)国外切断机偏心轴的偏心距较大。如日本立式切断机偏心距24mm,而国内一般为17mm。看似省料、齿轮结构偏小些,但给用户带来麻烦,不易管理。因为在由切大料到切小料时,不是换刀垫就是换刀片,有时还需要转换角度。2)国外切断机的机架都是钢板焊接结构,零部件加工精度、粗糙度尤其热处理工艺过硬,使切断机在承受过载荷、疲劳失效、磨损等方面都超过国产机器。3)国内切断机刀片设计不合理。单螺栓固定,刀片厚度够薄,40型和50型刀片厚度均为17mm;而国外都是双螺栓固定,2527mm厚,因此国外刀片在受力及寿命等综合性能方面都较国内优良。4)国内切断机每分钟切断次数少。国内一般为2831次,国外要高出1520次,最高高出30次,工作效率较高。5)国外机型一般采用半开式结构。齿轮、轴承用油脂润滑,曲轴轴径、连杆瓦、冲切刀座、转体处用手工加稀油润滑。国内机型结构有全开、全闭、半开半闭3种,润滑方式有集中稀油润滑和飞溅润滑2种。6)国内切断机外观质量、整机性能不尽人意。国外厂家一般都是规模生产,在技术设备上舍得投入,自动化生产水平较高,形成一套完整的质量保证加工体系。尤其对外观质量更是精益求精,外罩一次性冲压成型,油漆经烤漆喷涂处理,色泽搭配科学合理,外观看不到哪儿有焊缝、毛刺、尖角,整机光洁美观。而国内一些厂家虽然生产历史较长,但没有一家形成规模,加之设备老化,加工过程拼体力、经验,生产工艺几十年一贯制,所以外观质量粗糙、观感较差。从钢筋切断机的发展趋势看,随着建筑设计与建筑施工技术的国际化,建筑工程设计与应用钢筋必将进入商品化供应时代,即根据建筑配筋表采购钢筋,钢筋使用现场转化成可用钢筋,商品化供应钢筋。而钢筋的一体化生产就要求钢筋切断机必须实现自动控制钢筋自动送料,定尺寸后自动切断、落料。另一方面,国外的产品充分融合了液压技术、机械技术、电子技术等,形成了以机械为筋骨、液压为肌肉、电气为神经的机电液一体化综合控制技术,充分发挥各自的优势,体现综合最优驱动及控制能力。因此,钢筋切断机不但要求实现定长剪切的高精度控制,同时要求其具有相对高的生产效率。所以,如何使钢筋切断机的机电液系统有机地高度集成,充分发挥各自优势,将是今后研究的主要方向。2 设计前的准备2.1计划任务书2.1.1 产品设计的依据本设计是在对河南省长葛市黄河旋风股份有限公司进行生产参观后,对钢筋切断机形成初步认识后,深刻理解其工作原理与结构特点,根据自己大学四年所学的机械方面的各种知识,对钢筋切断机做一个机构设计,并建立数字样机进行运动仿真。本设计力求高效、快速的完成产品研发与校验,并使产品具备完善可靠的性能,满足市场需求,增强企业竞争力。2.1.2 计划任务书根据建筑市场的使用需求,GQ50型钢筋切断机的规格参数设定,见表2-1。表2-1 钢筋切断机的参数电动机额定功率4KW切断能力6-50mm的圆钢冲切次数28次/min冲切行程40mm2.2 设计前的准备接到任务书初期,先查阅了大量有关钢筋切断机的的论文、资料。其后,为了在产品设计前能对钢筋切断机有一个整体、大概的认识,我在王良文教授的帮助指导下,对河南省长葛市黄河旋风股份有限公司进行了为期一天的参观、调研,认真观察了钢筋切断机的结构及生产过程,在其间遇到的各种问题,仔细听取了黄河旋风股份有限公司建筑机械部张工程师的讲解。回到学校后,收集、整理钢筋切断机的相关资料,通过分析其性能和技术指标,并结合自己所学的理论知识进行设计。3钢筋切断机的总体设计3.1钢筋切断机的工作原理工作原理:采用电动机经过一级带传动和三级齿轮传动减速后,带动曲轴旋转,曲轴推动连杆,使滑块和动刀片在机座的滑道中做往复直线运动,这样,活动刀片和固定刀片就能相错而切断钢筋。3.2钢筋切断机的基本结构传动方案简述:首先是一级带传动,然后是三级齿轮减速。首先采用一级带传动,因为它具有缓冲、吸震、运行平稳、噪声小、过载保护等优点。然后采用三级齿轮减速,因为齿轮传动可以用来传递空间任意两轴间的运动和动力,并具有功率范围大,传动效率高,传动比准确,使用寿命长,工作安全可靠等优点。 动力是由电动机输出,通过减速系统传动,把动力输入到执行机构。由于传动系统做的是回转运动,而钢筋切断机的执行机构需要的是直线往复运动。为了实现这种转换,可以采用曲柄滑块机构或者齿轮齿条机构。考虑到现实使用条件,决定采用曲柄滑块机构作为本机械的执行机构。考虑到工地上的机械需要经常变幻地方,且考虑到经济性,应尽量使产品的尺寸减小、结构紧凑,所以本设计中的小齿轮都采用齿轮轴的形式。为了节能、储能和减震,本设计运用了飞轮的优点。为了使飞轮的结构尺寸不至于过大,本产品把飞轮与大带轮作为一个整体来设计,安装在第一根轴上。本设计基本结构如图3.21.电机 2.小带轮3.大带轮 4.一轴5.二轴连轴齿轮 6.三轴 7.曲轴大齿轮 8.机体 9.二轴 10.三轴连轴齿轮11.曲轴 12.连杆13.活动刀座 14.活动刀片15.固定刀片4传动方案的设计4.1 基本传动数据计算4.1.1分配传动比电动机功率为4kw,选择型号为Y112M-2,其满载转速为2890r/min。1)总传动比 2)分配传动装置的传动比 上式中分别为带传动与减速器(三级齿轮减速)的传动比,为使V带传动的外廓尺寸不致过大,同时使减速器的传动比圆整以便更方便的获得圆整地齿数。初步取=1.6,则减速器的传动比为 3)分配减速器的各级传动比查阅机械设计手册,取=4,=4,则=4。4.1.2计算各州的运动及动力参数1)各轴的转速轴 轴 轴 曲轴 2)各轴的输入功率查机械设计课程设计手册表1-7,取带传动的传动效率=0.96 ,取齿轮传动的传动效率为0.97。则轴 轴 轴 曲轴 3)各轴的输入转矩电动机的输出转矩 轴 轴 轴 曲轴 4.2 带传动的设计4.2.1带型的选择由设计数据可知,V带的传动功率为4kw,小带轮的转速为2890r/min,大带轮的转速为1806r/min。查机械设计可知,工况系数取 KA=1.5 ,Pc=1.54=6kw。根据以上数值及小带轮的转速查相应得图表选取B型V带。4.2.2带轮基准直径的确定查机械设计表8-4a ,取小带轮的基准直径为200mm,则大带轮的基准直径为320mm。4.2.2带速的确定4.2.3中心距、带长及包角的确定。由机械设计式8-20知,带的中心距为0.7(d1+d2)a02(d1+d2) 则0.7(200+320)a02(200+320) 得 364a01040初步确定中心距为800mm。根据相关公式初步计算带的基准长度: 查表选取带的长度为2500mm计算实际中心矩: 验算小带轮包角: 4.2.4 确定带的根数 查表知 p1=0.97 p1=0.11 ka=0.82 kl=0.93 则 取Z=24.2.5 带轮结构与尺寸带轮结构与尺寸设计详见附录图纸。4.3 齿轮传动的设计为加工方便和降低成本,本设计中,小齿轮均以齿轮轴代替。此外,本设计采用三级齿轮传动减速,齿轮的详细结构及尺寸设计见附录图纸。在此仅以第一级的齿轮设计为例,详述其设计过程。第一级齿轮设计过程如下:4.3.1选材料、确定初步参数1)选材料 齿轮轴:40Cr钢调制,平均取齿面硬度为260HBS 大齿轮: 45钢调制,平均取齿面硬度为260HBS2)初选齿数 取齿轮轴的齿数为14,则大齿轮的齿数为144=563) 齿数比即为传动比 4) 选择尺宽系数d和传动精度等级情况,参照相关手册并根据以前学过的知识选取 d=0.5,初估齿轮轴的直径d1=50mm,则小齿轮的尺宽为b=d d1=0.550=25mm5) 齿轮圆周速度为: 参照手册选精度等级为9级。6) 计算小齿轮转矩T17) 确定载荷系数 KH 、KF确定使用系数 KA:查阅手册选取使用系数为KA=1.85确定动载系数Kv:查阅手册选取动载系数Kv=1.10确定齿间载荷分布系数KHa、KFa:则 载荷系数KH、KF 的确定,由公式可知4.3.2齿面疲劳强度计算1) 确定许用应力H 总工作时间th,假设该切断机的寿命为10年,每年工作300天,每天工作8个小时,则: 应力循环次数 N1、N2 寿命系数 Zn1、Zn2 ,查阅相关手册选取Zn1=1.0、Zn2=1.15 接触疲劳极限取:hlim1=720MPa、hlim2=580MPa 安全系数取:Sh=1.0 许用应力 h1、h2 2) 弹性系数ZE 查阅机械设计手册可选取3) 节点区域系数ZH查阅机械设计手册可选取ZH=2.54) 求所需小齿轮直径d1 与初估大小基本相符。5) 计算模数取模数m为标准值4 。6)确定分度圆、中心距 分度圆直径d1,d2 确定尺宽:取大齿轮齿宽为 b1=560.5=28mm 齿轮轴齿宽取 b2=40mm中心距a:4.3.3齿根抗弯疲劳强度验算1) 求许用弯曲应力 F 应力循环次数NF1、NF2 寿命系数Yn1、Yn2 ,查阅相关手册选取Yn1=1、Yn2=1 极限应力取:Flim1=290MPa、Flim2=220MPa 尺寸系数Yx:查阅机械设计手册选,取Yx=1.5 安全系数SF:参照表9-13,取SF=1.5 需用应力F1 、F2 由式(9-20),许用弯曲应力 2) 齿形系数YFa1、YFa2 由图9-19,取 YFa1=2.56 YFa2=2.153) 应力修正系数Ysa1、Ysa2 由图9-20,取 Ysa1=1.62 Ysa2=1.824) 校核齿根抗弯疲劳强度 由式(9-17),齿根弯曲应力 5 Autodesk Inventor 2011Autodesk Inventor软件是美国AutoDesk公司于1999年底推出的三维可视化实体模拟软件,目前已推出最新版本Inventor 2012,而我在本次设计中使用的是目前比较成熟稳定的版本Inventor2011。它包含三维建模、信息管理、协同工作和技术支持等各种特征。使用Autodesk Inventor可以创建三维模型和二维制造工程图、可以创建自适应的特征、零件和子部件,还可以管理上千个零件和大型部件,它的“连接到网络”工具可以使工作组人员协同工作,方便数据共享和同事之间设计理念的沟通。Inventor在用户界面简单,三维运算速度和着色功能方面有突破的进展。它是建立在ACIS三维实体模拟核心之上,设计人员能够简单迅速地获得零件和装配体的真实感,这样就缩短了用户设计意图的产生与系统反应时间的距离,从而最小限度的影响设计人员的创意和发挥。在二维绘图软件市场中,AutoCAD 是目前应用最为广泛的通用交互式计算机辅助绘图与设计软件。其强大生命力在于它的通用性、多工业标准和开放的体系结构。与AutoCAD 同出一家的Inventor 2011具有相同的特点,所不同之处在于AutoCAD 在绘制二维图方面具有不可比拟的优点,但在三维造型方面功能欠缺。Inventor 011特点在于处理三维造型、虚拟装配、运动模拟等方面具有独特的优势。其功能强大的三维造型给设计者提供了空前的想象力,从尺寸、外形、颜色各个方面给人以真实的感觉。同时在设计过程中可以及时发现纰漏,并及时处理,避免造成不必要的制造成本5.1 Inventor 2011的组成Inventor 2011包括 5 个模块:零件造型、钣金、装配、表达视图、工程图。这些模块创建了相互关联而又独立的文件。另外,它还集成了应力分析、运动仿真、Inventor Studio、AEC交换等功能,方便用户对产品做进一步研发。5.2三维绘图软件Inventor 2011的优点5.2.1 二维工程图处理能力比较好因为机械设计的最终目的是为了出工程图,为产品加工、装配打基础。所以机械设计软件必须具有优良的二维工程图创建和处理能力。三维软件Inventor 2011的二维工程图处理能力是比较好的一个,由于建立了统一的工程设计数据库,其二维图素与三维模型关联,因此在工程图中也能逆向修改三维模型的尺寸。5.2.2 具有良好的设计项目管理功能 Inventor 2011 能够相当完整地以设计项目为线索,自动管理相关的文件及设计数据,而不需要其他管理软件的介入。 5.2.3 参数化技术和变量化技术 从功能上划分,三维设计软件可以分为参数化技术和变量化技术两类。参数化技术用“顺序方法”对约束求解,达到全数据相关、全尺寸约束、用尺寸驱动设计结果的修改;变量化技术用“几何图形约束和方程耦合”来求解,达到将参数化技术中的全尺寸约束细分为“尺寸约束”和“几何约束” ,而工程关系就可以直接与几何约束耦合处理,实现基于装配关系的关联设计8。从Inventor 2011的功能设置和实际使用中所表现的结果,Inventor 2011属于变量化技术一类。因此,它能处理局部约束的更改,能基于工程关系求解、能显示处理约束等等,与其它软件相比更容易理解、更适合于完成工程师原始设计构思的表达和实现,对创新设计提供了有效的支持,可以基于装配关系,利用现有结构创造全新零件。 5.2.4 简便的操作风格 Inventor 2011 完全没有命令行交互的操作。所有的操作都是通过功能图标、菜单、对话框和鼠标的操作进行。易学易用,不用背记那些枯燥的操作命令,对于初学者易学易用,应用方便。5.2.5 精彩的显示功能 Inventor 2011的显示表达十分理想,在透视效果,甚至剖切效果下实时地渲染、转动、放缩都有出众的表达效果和速度。还有逼真的运动模拟,多数的机构都能被驱动“真的”运动起来。6 主要零件的设计及建模实际使的钢筋切断机的所有零件加起来有一百多个,其中主要的零件有:机体,小带轮,大带轮(有飞轮的作用),各个齿轮轴及大齿轮,曲轴,连杆,刀座及刀片。在这里,我以机体的建模设计过程为例,其他零件只展示建模后的效果图,它们的设计建模过程可参照机体的设计。6.1机体的设计流程机体的设计过程简略如下:1) 启动Autodesk Inventor 2011软件,选择【新建】 ,新建类型为【standard.ipt】 。如图6-1所示:图6-1 启动Autodesk Inventor 2011软件2) 在【草图】面板,创建机体整体轮廓草图。如图6-2所示:图6-2 机体整体轮廓草图3) 退出【草图】环境,进入【特征】面板,选择【拉伸】操作,拉伸结果如图6-3所示:图6-3 拉伸结果4) 确定三根轴及曲轴的位置,并在侧面上建立草图,选择【拉伸】操作,拉伸结果如图6-4所示:图6-45) 确定螺孔位置,建立草图,创建【打孔】特征,选择螺纹孔,打孔结果如图6-5所示:图6-56) 在此平面创建草图,并由【拉伸】操作,创建出轴孔特征。轴孔特征如图6-6所示:图6-67) 在另一面,运用【拉伸】操作,创建出滑块的滑道及大侧盖的基本配合轮廓。创建结果如图6-7所示:图6-78) 运用【拉伸】及【打孔】特征,完全建立大侧盖的配合部分以及紧固螺孔。创建结果如图6-8所示:图6-89) 运用【拉伸】特征,在机体上平面拉伸出凸起,并再次运用【拉伸】切除操作,拉伸出机体上视孔。结果如图6-9所示:图6-910) 在上加工面创建草图,并在此草图上建立【打孔】特征。结果如图6-10所示:图6-1011) 运用【拉伸】特征,做出尾座上的固定刀座的卡槽以及放钢筋的凹槽。结果如图6-11所示:图6-1112) 运用【拉伸】特征,创建出送料轴的安装槽,结果如图6-12所示:图6-1213) 运用【拉伸】特征,创建出机器行走轮轴的安装部分,前后轮两处,如图6-13及6-14所示:图6-13图6-1414) 为了使机器转向方便,把机器的前轮设计为可转向轮,其转向轴安装孔的建立如图6-15所示:图6-1515) 调整切断钢筋直径的调整轴安装部分设计如图6-16所示:图6-1616) 机体整体展示,如图6-17所示:图6-176.2其他主要零件的建模效果展示图6-17齿轮轴图6-18齿轮轴图6-19 齿轮轴图6-20 轴大齿轮图6-21 大带轮图6-22 大侧盖图6-23 轴端盖图6-24 活动刀座图6-25 连杆图6-26 曲轴图6-27 游动大齿轮图6-28 游动大齿轮芯套7钢筋切断机的装配 在Inventor2011中,可以将主轴箱的三维实体零件或部件按照一定的装配约束条件装配成一个部件,同时这个部件也可以作为子部件装配到其他的部件中去,最后零件和子部件构成一个符合设计构思的整体部件。按照通常的设计思路,设计者和工程师首先创建布局,然后设计零件,最后把所有零件组装为部件,这种方法称之为自下而上的设计方法。使用Autodesk Inventor 2011,创建部件可以在位创建零件或者放置现有零件,从而使设计过程更加简单有效,称之为自上而下的设计方法。自上而下的设计方法的优点是: (1)这种以部件为中心的设计方法支持自上而下、自下而上和混合的设计策略。Inventor可以在设计过程中的任何环节创建部件,而不是在最后才创建部件。 (2)如果用户正在做一个全新的设计方案,可以从一个空的部件开始,然后在具体设计时创建部件。(3)如果要修改部件,可以在位创建新零件,以使它们与现有的零件相配合。对外部零部件所作的更改将自动反映到部件模型和用于说明的工程图中。7.1装配流程主轴箱的装配过程简略如下:装入所有零件向机体上安装轴向机体上安装轴向机体上安装轴向机体上安装曲轴向轴上安装大带轮向轴上安装齿轮向轴上安装齿轮向曲轴上安装游动大齿轮芯套向芯套上安装游动大齿轮向曲轴上安装轴瓦向曲轴上安装连杆向连杆上安装活动刀座向活动刀座上安装活动刀片向机体上安装固定刀座向固定刀座上安装固定刀片向机体上安装顶盖向各个轴上安装对应型号的轴承向机体上安装大侧盖向机体上安装两侧的轴端盖向机体上安装送料轴向机体上安装行走轮轴向行走轮轴上安装行走轮向机体上安装调整六方向机体上安装吊环向机体上安装各个螺栓(为运行更流畅,装配图中省略安装垫片,实际机器需要对应垫片)向机体安装送料辊。7.2大侧盖的装配步骤在这里我以向机体安装大侧盖为例,其他零件的安装方法参照此例。向机体装入大侧盖的流程为:7.2.1新建文件 运行Inventor 2011,选择【文件】菜单下的【新建】选项,在【打开】对话框中的【默认】选项卡下,选择【Standard.iam】选项,新建一个部件。7.2.2装入所有零件选择部件面板上的【装入零部件】工具,打开打开对话框,选择可以装入的零部件,装入后如图7-1所示。图7-1 装入所有零件7.2.3向机体安装大侧盖a)选择部件【装配】面板上的【约束】工具,打开【放置约束】对话框,装配类型选择为【配合】选项,然后选择如图7-2所示的两条轴线,单击【确定】按钮即可完成【配合】约束,此时部件如图7-3所示。图7-2图7-3b)单击【约束】工具,打开【放置约束】对话框,装配类型选择为【配合】选项,选择如图7-3所示的两个平面,单机【确定】。装配效果如图7-4所示:图7-4b)单击【约束】工具,打开【放置约束】对话框,装配类型选择为【配合】选项,选择如图7-5所示两条轴线,单机【确定】。装配效果如图7-5所示:图7-57.3装配效果图展示装配效果图如图7-6及图7-7(透明视图)所示。图7-6图7-78应用Inventor软件进行干涉检查8.1检查零部件之间的干涉 在部件中,两个或多个零部件不能同时占用相同的空间。要检测这样的错误,可以检查部件中的干涉。在零部件交叠处,干涉部分临时显示为实体。另外,inventor2011还可以检查子部件中零部件之间或所选的一组零部件或两组零部件之间的干涉。检查出干涉之后,干涉体积显示为实体。干涉报告列出干涉的零件或子部件,给出干涉体积形心的 x、y、z 坐标,列出干涉的体积。根据检查,可以编辑零部件以删除干涉。普通零件干涉检查及解决方案的过程和方法都是一样的,故在此仅以其中两个零件之间的干涉检查过程为例来说明。这里以连杆和连杆铜瓦的干涉检查为例。另外,使用Inventor 2011设计的螺纹,为了提高运行效率,并不是真实地切削加工来把螺纹表达出来,而是在表面贴一层涂层,给人以真实螺纹的感觉。因此,在进行螺纹装配时, 本来是正确的装配关系, 进行干涉检查时,系统会提示有干涉,如果干涉部分是指螺纹处,可以不予理睬。因为那是系统本身的错误。8.2 连杆及连杆铜瓦的干涉检查1)选择【检验】面板中的【过盈分析】选项,打开如图所示的【干涉检查】对话框。2)点击【定义选择集1】按钮前的箭头按钮,然后选择连杆;点击【定义选择集2】按钮前的箭头按钮,然后选择连杆铜瓦。点击【确定】按钮显示检查结果。3)如果检查不到任何的干涉存在,则打开对话框显示【没有干涉检查】,则说明部件中没有干涉存在。否则会打开【检查到过盈】对话框,如图8-1所示。a) b) c) d) e)图8-1 螺纹干涉检查过程a)【干涉检查】对话框 b)【定义选择集1】 选择连杆 c)【定义选择集2】 选择连杆铜瓦 d) 检查到干涉并输出结果 e)没有干涉9绘制各主要零件的工程图9.1 inventor2011绘制工程图的优点与Autodesk公司的二维绘图软件AutoCAD相比,Inventor的二维绘图功能更加强大和智能:1)Inventor可以自动由三维零部件生产二维工程图,不管是基础的三视图,还是局部视图、剖视图、打断视图等,都可以十分方便、快速生产。2)由实体生产的二维图也是参数化的,二维三维双向关联,如果更改了三维零部件的尺寸参数,那么它的工程图的对应尺寸参数自动更新;也可以通过直接修改工程图上的零件尺寸而对三维零件的特征进行修改。 3)有些时候,快速创建二维工程图要比设计实体模型具有更高的效率。使用Inventor,用户可以创建二维参数化工程图视图,这些视图也可以用作三维造型的草图。4)用inventor2011可以直接创建standard.dwg格式的工程图,与AutoCAD创建的图纸格式完全互通,通用性、交流性没有任何障碍。9.2 创建零部件工程图以创建连杆的工程图为例。其他零件图或者装配图参照以下方法和步骤。具体的结构和数据查看零件图纸和装配图纸。1)单击标准工具栏中的【新建】按钮,然后从【默认】选项卡中选择standard.dwg格式的工程图模板,如图9-1所示。默认制图标准基于安装 Autodesk Inventor 时指定的设置。默认工程图是一张带有标题栏和图框的空白图纸,如图9-2所示。图9-1新建工程图图9-2 默认的工程图2)在【工程视图】工具面板上,单击【基础视图】,如图9-3所示。3)在【工程视图】对话框中,单击【文件】框旁边的【浏览】按钮以查找轴套。图9-3找到“连杆.ipt”文件4)接受默认的比例、视图名称和其他设置。光标处将附着一个视图预览。单击工程图纸上的一点以放置视图并关闭对话框。5)在【工程视图】工具面板上,单击【投影视图】。投影基础视图,创建右视图和剖视图,为图面布局合理,将右视图从主视图左边移动到右边,改为向视图。如图9-4所示。图9-4 连杆的三视图6)在各个视图单击鼠标右键,下拉【菜单】中,选择【自动中心线】和【自动检索】,就可以画中心线和标注主要已知尺寸。7)编辑工程图纸,包括制图标准、图纸样式、标注样式、剖视图处理、技术要求等,如图9-5所示。图9-5编辑工程图纸8.编辑好工程图纸后,选择【文件】菜单下的【保存】选项,在【保存】对话框中的【保存类型】中默认即【连杆.dwg】,单击【确定】按钮及完成。可以在AutoCAD 中打开,如图9-6所示。图9-6 保存为【连杆.dwg】10 传动结构的运动仿真设计出的钢筋切断机成品一共包含了很多零件,包括一些紧固件、密封件和辅助结构。但为了演示的更加清晰,在这里的运动仿真中,仅仅取设计的传动部分,即三级减速器及曲柄连杆机构,来进行仿真。这样,可以取得清晰明了的仿真结果,易于观察,又不影响实际效果。10.1建立一个简单的装配为了使本说明书的附件更加分明,故仿真没有使用总装配图,而是另外做了一个简单的传动结构的装配,具体装配方法详见本说明书的第七章。在此,仅展示其装配效果图。如图10-1所示。另外,在运动仿真之前,其装配结构是不完全约束的,保留了各个齿轮啮合运动中绕轴旋转的自由度。图10-1装配效果图10.2运动仿真步骤1)进入【环境】面板,选择【运动仿真】模块。如图10-2所示。图10-22)如图10-2,仿真播放器已自动打开,此时需要打开【构造模式】,选中菜单中的【插入运动约束】,选择运动模式为【传动:外齿轮啮合运动】,然后【零部件1】选择轴的分度圆,【零部件2】选择轴大齿轮的分度圆,点击【确定】。如图10-3所示。图10-33)按上述方法,依次确定各个齿轮间的运动链接类型。然后,在运动仿真树结构中,选择轴与轴大齿轮的链接,右键单机选择【特性】,加入驱动【转矩】和驱动【速度】。点击【确定】。如图10-4所示图10-44)点击【仿真播放器】上的【播放】按钮,即可清晰的观察到传动机构按真实传动比速度下的运动情况。并且可以在【输出图示器】中观察到各个齿轮的运动速度及转矩等各项参数。如图10-5所示。图10-55)运行【运动仿真】面板上的【发布电影】,将仿真过程录制为一段.avi格式的视频,保存名称为【总装图-运动仿真.avi】文件,与附其他附件一并保存在光盘中。致谢大学四年转眼过去了,在最后的一段时间里是最考验我们的时候。毕业设计是我们在大学里的最后一课,任务非常艰巨,要求也很严格。通过本次毕业设计,使我对以前所学知识进行的一次系统而全面的巩固和复习。在设计中,遇到了许多问题,在这里我要特别感谢我的指导老师王良文教授,他不管有多忙,每次都会不辞幸苦,从长葛市驱车赶来,耐心地为我们解答,使我们学到很多,获益匪浅。本次设计是在王教授的精心指导和悉心的关怀下完成的。王教授知识渊博,治学态度严谨,责任心强,使我的专业知识水平得到大大的提高,并激励我在今后的工作中奋发向上。借此设计完成之际,我向王良文教授表示衷心的感激,并致以崇高的敬意。同时也要感谢我们的小组同学的互帮互助,在共同探讨的过程中,遇到不懂的问题,他们都耐心地和我一起分析和并讲解一些他们自己的观点,从他们那里我学到了很多知识,受益匪浅。参考文献1 孙恒,陈作模,葛文杰主编.机械原理(第七版)M.高等教育出版社,2006.5.2 郑修本主编.机械制造工艺学(第二版)M.机械工业出版社,2011.2.3 濮良贵,继明刚主编.机械设计(第八版)M.高等教育出版社 2006.5.4 吴宗泽,罗胜国主编. 机械设计课程设计手册(第三版)M.高等教育出版社,2006.5.5 机械设计委员会主编.机械设计手册M.北京:机械工业出版社,2007.6 朱张校主编.工程材料(第三版)M.北京:清华大学出版社.2000.7 胡仁喜,赵伟,刘昌丽等主编.Inventor 2009中文版机械设计高级应用实例M.北京:机械工业出版社,2009.8 刘极峰主编.计算机辅助设计与制造M.北京:高等教育出版社,1979.1.9 Aberdeen Group, Inc. Managing Product Relationships: Enabling Iteration and Innovation in DesignM. USA: Aberdeen Group.2006 . 8 .10 施平主编.机械工程专业英语M.北京:北京电子工业出版社,2003.11 Aberdeen Group, Inc. Product Lifecycle Collaboration Benchmark Report: The Product Profitability “X Factor”? M. USA: Aberdeen Group. 2006.8.12 灏主编.机械设计手册(第四卷)M.北京:机械工业出版社,1991.9.13 灏主编.机械设计手册(第二版)M.北京:机械工业出版社,2000.14 邹宜候主编.机械制图(第四版)M.北京:清华大学出版社,2001.15 Aberdeen Group, Inc. The Product Lifecycle Management for Small to Medium-Size Manufacturers Benchmark ReportM. USA: Aberdeen Group. 2006.3.16 邱宣怀等主编.机械设计(第四版)M.北京:高等教育出版社,2004.17 Aberdeen Group, Inc. Design for Sourcing: Improving Product Lifecycle ProfitabilityM.USA: Aberdeen Group. 2006.3. 18 文英主编.金属工艺学上册(第四版)M.北京:高等教育出版社,2003.5.19 刘鸿文编著.材料力学M.北京:高等教育出版社,2004.1.18 韩进宏主编.互换性与测量技术基础M. 北京:机械工业出版社,2004.7.20 Aberdeen Group, Inc. The Global Product Design Benchmark ReportM. USA: Aberdeen Group.2005.12.21 Aberdeen Group, Inc.The Product Innovation Agenda BenchmarkM. USA: Aberdeen Group. 2005.9.22 徐灏主编.新编机械师手册上、下册M.北京:机械工业出版社,1995.23 辛一行主编.现代机械设备设计手册M.北京:机械工业出版社,2001.24 卜炎主编.机械传动装置设计手册上、下册M.北京:机械工业出版社,1998.12.25 朱龙根主编.简明机械零件设计手册M.北京:机械工业出版社,2003. 26 合肥通用机械研究所主编.机械工程手册M.北京:机械工业出版社,1979.1:16-24.27 陈伯雄,董仁扬,张云飞等主编. Inventor Professional 2008机械设计实战教程M.北京:化学工业出版社,2008.1:702-720. 附 录 1.图纸文档。包括装配图1张,零件图18张,效果图5张。2.光盘文件。光盘里包括各种图纸的电子档,产品说明书、外文翻译、文献综述的电子稿,以及产品运动仿真视频。
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