基于SOLIDWORKS的旋塞阀模拟仿真

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1、 目录1 绪论22 模拟仿真技术的概述22.1 模拟仿真技术的概念22.2 模拟仿真技术的关键技术32.3 模拟仿真技术的应用领域33 SolidWorks的概述44 基于SolidWorks的旋塞阀的模拟设计实例44.1 旋塞阀的三维实体建模的过程44.1.1 压盖的三维实体建模过程44.1.2锥形塞的三维实体建模过程74.1.3阀体的三维实体建模过程94.2 旋塞阀装配体的装配12装配方法如下：124.3 旋塞阀的动画演示的生成154.3.1旋塞阀爆炸图和解除爆炸图的生成过程154.3.2 旋塞阀的模拟图生成过程17旋塞阀模拟图生成过程如下：175.结论19致谢20参考文献211 绪论仿真

2、模拟技术【1】是在实际应用需求的驱动下发展起来的,军事应用是仿真模拟技术发展的主要推动力之一。同时,在大规模科学计算所获得海量数据的可视化处理、在各种高难度和危险环境下的操作训练(如载人航天、核设施维护等)、在大型复杂产品的虚拟原型机的研制和验证、模拟气候和灾害过程、远程医疗和模拟手术训练等方面,正得到越来越广泛和深入的应用。现如今,仿真模拟技术与其他学科的联系越来越密切，针对大量的应用背景，仿真模拟技术的研究内容也越来越丰富和庞杂,基础理论也日益丰富,覆盖面宽,新的研究领域和技术形态也不断出现,例如,目前出现的定性仿真是以非数字手段处理信息输入、建模、行为分析和结果输出等仿真环节,通过定性模

3、型推导系统的定性行为描述.是系统仿真与人工智能理论交叉产生的新领域.相对于传统的数字仿真,定性仿真有其独到之处,它处理多种形式的信息,有推理能力和学习能力,能初步模仿人类思维方式,人机界面更符合人的思维习惯,所得结果更容易理解可以预料,仿真模拟技术能够为我们的生活和工作带来越来越多的便利.而Solidworks是美国SOLIDWORKS公司开发的三维参数化机械设计软件,它是基于Win-dows下的一种具有强大三维建模功能与工程图绘制、实物渲染功能的计算机软件,它综合了UG与PRO-E三维造型软件的特点,使用更简单方便【5】。它是基于零件特征的三维实体建模技术,可以进行实体装配,运动分析、动画设

4、计等,三维实体可以直接自动生成二维工程图样。也可以单独进行二维图形设计,如液压系统原理图的绘制,系统提供有一个类似AUTOCAD的二维绘图模块，可以直接绘制工程图样。因此基于SolidWorks的模拟仿真在液压系统的运用中能取得巨大的推广。2 模拟仿真技术的概述2.1 模拟仿真技术的概念仿真模拟技术是以数学理论、相似原理、信息技术、系统技术及其应用领域有关的专业技术为基础,以计算机和各种物理效应设备为工具,利用系统模型对实际或者设想的系统进行试验研究的一门综合性技术 ，它综合了计算机、信息处理、自动控制等等多个高新领域的技术,已经成为科学研究中除理论研究和科学实验以外的第三种方法【2】。2.2

5、 模拟仿真技术的关键技术仿真模拟技术的关键是模型和环境的构建以及实时交互和反馈技术.它涉及到数据表示、运动计算和实时视景生成等基本环节【11】.数据表示与管理不仅与物理模型或者数学模型的构建和环境生成等图形图像数据有关,也与其他数据格式和具体应用背景所需要的数据有关.它包括五个方面：1. 动态环境建模技术，虚拟环境的建立是体验型虚拟仿真模拟技术核心内容.动态环境建模技术的目的是根据应用的需要获取实际环境的三维数据,建立相应的虚拟的环境模型和仿真对象.三维数据和三维对象的获取可以采用场景建模,图像等多种形式,有效提高数据获取的效率.2. 交互设备和工具，人与虚拟环境交互的硬件接口装置,涉及图形图

6、像硬件设备,用于产生沉浸感,以及跟踪装置,用于跟踪用户头部的位置和方向及从手的位置跟踪到全身各肢体的位置,跟踪装置把这些信息送入应用软件,以确定眼睛的位置及视线方向.3. 仿真场景管理技术，仿真场景的管理技术为系统的正常运行提供技术保障.尤其对于当前的分布式模拟仿真技术,仿真场景的数据组织和管理更为复杂也更为重要.4. 网络环境技术，系统中数据和交互命令的快速传输,要求分布式系统能够及时响应,同时系统的规模还要求可扩展、功能可扩充、甚至要求是异构型的软件结构.5.应用环境系统，应用系统是面向具体问题的软件部分,描述仿真的具体内容,包括仿真的动态逻辑、结构以及仿真对象与用户之间的交互关系,与具体

7、的应用有关【4】。2.3 模拟仿真技术的应用领域随着仿真技术的发展, 仿真技术应用目的趋于多样化、全面化。最初仿真技术是作为对实际系统进行试验的辅助工具而应用的, 而后又用于训练目的, 现在仿真系统的应用包括: 系统概念研究、系统的可行性研究、系统的分析与设计、系统开发、系统测试与评估、系统操作人员的培训、系统预测、系统的使用与维护等各个方面【4】。它的应用领域已经发展到军用以及与国民经济相关的各个重要领域。由于我这次是运用模拟仿真技术对液压元件进行三维建模，所以重点研究模拟仿真技术在液压系统的应用中所发挥的作用：1.通过理论推导建立已有液压元件或系统的数学模型，用实验结果与仿真结果进行比较,

8、验证数学模型的准确度,并把这个数学模型作为今后改进和设计类似元件或系统的仿真依据。 2.通过建立数学模型和仿真实验，确定已有系统参数的调整范围，从而缩短系统的调试时间，提高效率。 3.通过仿真实验研究测试新设计的元件各结构参数对系统动态特性的影响，确定参数的最佳匹配，提供实际设计所需的数据。4.通过仿真实验验证新设计方案的可行性及结构参数对系统动态性能的影响，从而确定最佳控制方案和最佳结构。3 SolidWorks的概述而Solidworks是美国SOLIDWORKS公司开发的三维参数化机械设计软件,它是基于Win-dows下的一种具有强大三维建模功能与工程图绘制、实物渲染

9、功能的计算机软件,它综合了UG与PRO-E三维造型软件的特点,使用更简单方便。它是基于零件特征的三维实体建模技术,可以进行实体装配,运动分析、动画设计等,三维实体可以直接自动生成二维工程图样。也可以单独进行二维图形设计,如液压系统原理图的绘制,系统提供有一个类似AUTOCAD的二维绘图模块，可以直接绘制工程图样。 Solidworks主要用于完成零件设计、装配体设计和自动生成工程图。基于三维特征元素的建模和面向特征元素的数据修改是通过Solidworks来完成的，并且二维、三维数据全相关，修改任何一个零件的二维尺寸，都会引起其三维零件图和装配图的自动修改，甚至与其有紧密联系的相关零件的尺寸也会

10、变化;反之修改三维尺寸也会有同样结果。这样就可以实现完全的动态参数化设计。另外，Solidworks中有一个特征管理员，通过它可以随时随地修改某一特征元素的几何尺寸，而不必考虑各几何特征的相互关系和先后次序，极大地方便了设计人员，提高了设计效率。4 基于SolidWorks的旋塞阀的模拟设计实例4.1 旋塞阀的三维实体建模的过程4.1.1 压盖的三维实体建模过程(1) 首先进入SolidWorks的零件操作界面，单击标准工具栏中的“新建”工具，新建一个零件文件 。(2) 在特征管理器设计树中选择“前视基准面”，单击（草图绘制）工具，进行草图1的绘制。再单击来画出压盖的几何形状。，再通过来描述形

11、状尺寸来得到精确的形状，从而完成草图1的绘制，如图1所示。图1 绘制压盖形状 图2 绘制拉伸1的特征(3) 单击特征工具栏中的（拉伸凸台/基体）工具，设置拉深深度为20mm，单击确定按钮，完成拉伸1特征的绘制，如图2所示。(4) 在图形区域中选择拉伸1实体的上表面，单击标准视图工具栏中的（前视）工具，单击草图绘制工具，进行草图2的绘制。单击在前视图上按照所要求的数据画出。图3 绘制草图图4 切除拉伸1(5) 单击特征工具栏中的（拉伸切除）工具，设置拉深深度为20mm，单击确定按钮，完成切除-拉伸1特征的绘制，如图4所示。(6) 在图形区域中选择拉伸1实体的上表面，单击标准视图工具栏中的（前视）

12、工具，单击草图绘制工具，进行草图3的绘制。(7) 单击特征工具栏中的（拉伸切除）工具，设置拉深深度为2mm单击确定按钮，完成切除-拉伸2特征的绘制。(8) 在图形区域中选择拉伸1实体的上表面，单击标准视图工具栏中的（前视）工具，单击草图绘制工具，进行草图4的绘制。单击在前视图上按照所要求的数据画出。(9) 单击特征工具栏中的（拉伸切除）工具，设置拉深深度为12mm，单击“反侧切除”，单击确定按钮，完成切除-拉伸3特征的绘制，如图5所示，从而完成压盖的三维建模过程，如图6所示。图5 绘制拉伸-拉伸3图6 压盖4.1.2锥形塞的三维实体建模过程（1) 单击标准工具栏上的新建，单击确定，新建一个So

13、lidWorks零件。（2) 在特征管理器设计树中选择“前视基准面”，单击（草图绘制）工具，进行草图1的绘制。单击草图工具栏上的，画出一个直径为40.29的圆。（3) 单击特征工具栏中的（拉伸凸台/基体）工具，设置拉深深度为118mm，单击确定按钮，完成拉伸1特征的绘制。（4) 单击标准工具栏的“标准视图”的“上视”图，单击（草图绘制）工具，进行草图2的绘制。单击草图工具栏上的，画出一个直径为15的圆，完成草图2的绘制。（5) 单击特征工具栏中的（拉伸切除）工具，设置拉深深度为64mm，单击“反侧切除”，单击确定按钮，完成切除-拉伸1特征的绘制，如图7所示。图7 切除-拉伸1（6) 单击标准工

14、具栏的“标准视图”的“上视”图，单击（草图绘制）工具，进行草图2的绘制。单击草图工具栏上的，画出一个长为12的正方形。（7) 单击特征工具栏中的（拉伸切除）工具，设置拉深深度为14mm，单击“反侧切除”，单击确定按钮，完成切除-拉伸2特征的绘制。（8) 单击特征工具栏中的（拔模）工具，设置中性面和拔模面，设置拔模角度，单击确定按钮，完成拔模特征的绘制，如图8所示。图8 拔模(9) 单击标准工具栏的“标准视图”的“上视”图，单击（草图绘制）工具，进行草图的绘制。单击草图工具栏上的，画出一个直径为15的圆，并标注尺寸，完成草图的绘制。(10) 单击特征工具栏中的（拉伸切除）工具，设置为“完全贯穿，

15、单击确定按钮，完成切除-拉伸特征的绘制，从而完成锥形塞的三维建模，如图所示。图锥形塞4.1.3阀体的三维实体建模过程（1) 单击标准工具栏上的新建，单击确定，新建一个SolidWorks零件。（2) 在特征管理器设计树中选择“前视基准面”，单击（草图绘制）工具，进行草图1的绘制, 单击草图工具栏上的,绘制一个长为102，宽为45的长方形。（3) 单击特征工具栏中的（拉伸凸台/基体）工具，设置拉深深度为85mm，单击确定按钮，完成拉伸1特征的绘制。（4) 单击标准工具栏的“标准视图”的“前视”图，单击（草图绘制）工具，进行草图2的绘制。单击草图工具栏上的，画出一个直径为35的圆，并标注尺寸，完成

16、草图2的绘制。（5) 单击特征工具栏中的（拉伸切除）工具，设置拉深深度为27mm，单击确定按钮，完成切除-拉伸1特征的绘制，如图10所示。图10 切除-拉伸1（6) 单击标准工具栏的“标准视图”的“前视”图，单击（草图绘制）工具，进行草图3的绘制。单击草图工具栏上的，画出一个直径为32的圆，并标注尺寸，完成草图3的绘制。（7) 单击特征工具栏中的（拉伸切除）工具，设置拉深深度为43mm，单击确定按钮，完成切除-拉伸2特征的绘制。（8) 单击特征工具栏中的（拔模）工具，设置中性面和拔模面，设置拔模角度，单击确定按钮，完成拔模特征的绘制，如图11所示。图11 拔模（9) 单击标准工具栏的“标准视图

17、”的“前视”图，单击（草图绘制）工具，进行草图4的绘制。单击草图工具栏上的，画出一个直径为27 的圆，并标注尺寸，完成草图4的绘制。（10) 单击特征工具栏中的（拉伸切除）工具，设置等距和拉深深度为5mm，单击确定按钮，完成切除-拉伸3特征的绘制。（11) 单击标准工具栏的“标准视图”的“后视”图，单击（草图绘制）工具，进行草图5的绘制。单击草图工具栏上的，画出一个直径为42的圆，并标注尺寸，完成草图5的绘制。（12) 单击特征工具栏中的（拉伸切除）工具，设置拉深深度为17mm，单击“反侧切除”，单击确定按钮，完成切除-拉伸4特征的绘制。（13) 单击标准工具栏的“标准视图”的“左视”图，单击

18、（草图绘制）工具，进行草图5的绘制。单击草图工具栏上的，画出一个直径为15 的圆，并标注尺寸，完成草图5的绘制。（14) 单击特征工具栏中的（拉伸切除）工具，设置等距和拉深深度为31mm，单击确定按钮，完成切除-拉伸5特征的绘制。（15) 单击标准工具栏的“标准视图”的“右视”图，单击（草图绘制）工具，进行草图6的绘制。单击草图工具栏上的，画出一个直径为15 的圆，并标注尺寸，完成草图6的绘制。（16) 单击特征工具栏中的（拉伸切除）工具，设置等距和拉深深度为31mm，单击确定按钮，完成切除-拉伸6特征的绘制。（17) 单击特征工具栏中的（倒角）工具，设置距离为2mm和角度为45度，单击确定按

19、钮，完成倒角的绘制，如图12所示。（18) 单击标准工具栏的“标准视图”的“左视”图，单击特征工具栏中的（倒角）工具，设置距离为2mm和角度为45度，单击确定按钮，完成倒角的绘制。（19) 单击标准工具栏的“标准视图”的“左视”图，单击（草图绘制）工具，进行草图7的绘制。（20) 单击特征工具栏中的（拉伸切除）工具，设置为完全贯穿，单击确定按钮，完成切除-拉伸6特征的绘制。（21) 单击标准工具栏的“标准视图”的“前视”图，单击（草图绘制）工具，进行草图8的绘制。（22) 单击特征工具栏中的（拉伸切除）工具，设置拉深深度为18mm，单击确定按钮，完成切除-拉伸7特征的绘制（23) 单击特征工具

20、栏中的（倒角）工具，设置距离为2mm和角度为45度，单击确定按钮，完成倒角的绘制。（24) 重复步骤23，从而完成阀体的三维建模过程。如图13所示。图12 倒角图13 阀体4.2 旋塞阀装配体的装配装配方法如下：（1) 单击标准工具栏中的“新建”工具，单击（装配体），新建一个装配体文件。（2) 单击（插入零部件），浏览要打开的文件，点击（确定）。（3) 插入旋塞阀的主干零件阀体，然后插入垫圈，用移动零件，单击（配合），选择要阀体和垫圈的所要求配合的线，选择“配合列表”中的“同轴心”，如图14所示，再单击（确定）即可。 图14 配合列表1（4) 插入锥形塞，用移动零件，单击（配合），选择要阀体和

21、锥形塞的所要求配合的线，选择“配合列表”中的“同轴心”，单击再单击（确定）即可得到如图15所示的装配体1。 图15 装配配合1（5) 插入压盖，用移动零件，单击（配合），选择要阀体和压盖的所要求配合的线，选择“配合列表”中的“同轴心”，同时保持压盖的螺纹孔与阀体的螺纹孔对齐，单击再单击（确定）即可得到如图15所示的装配体。图16 装配配合2（6) 需要插入标准件螺栓，先单击菜单栏中的“工具”，选择“插件”，在弹出的对话框中选择“toolbox”，如图17所示，以激活SolidWorks的设计库。 图17 toolbox（7) 打开toolbox，选择国标 ，选择“螺栓与螺钉”中的“六角头螺栓”

22、，单击鼠标右键，再弹出的对话框中选择生成零件，在“属性”中选择“大小”为M10，在“长度”中选择25，完成标准件的生成，如图18所示。 图18 螺栓（8) 插入螺栓，用移动零件，单击（配合），选择要阀体和螺栓的所要求配合的线，选择“配合列表”中的“同轴心”，单击再单击（确定）即可完成对左孔的配合。（9) 插入螺栓，用移动零件，单击（配合），选择要阀体和锥形塞的所要求配合的线，选择“配合列表”中的“同轴心”，单击再单击（确定），从而完成整个装配过程，如图19所示。图19 旋塞阀的装配体4.3 旋塞阀的动画演示的生成4.3.1旋塞阀爆炸图和解除爆炸图的生成过程旋塞阀爆炸图和解除爆炸图的生成过程如下

23、：（1) 先启动 Animator插件 , 单击菜单“工具”“插件”,单击Animator前的选项栏 。在Animator中出现的阀体，是整个是整个装配的关键零件。（2) 单击（打开）打开装配图（旋塞阀），点击图下方的（动画），在动画一栏（如图20）右侧选项中右键点击第一个，在视图定向中选择等轴测，再次右键点击选择所有，将时间轴拉至15秒处。（3) 单击（爆炸视图），先后将千斤顶的压盖、锥形塞、阀体分别拉至相应的位置，在左侧爆炸会相应出现图标，然后单击（确定）。 图20 动画生成选项（4) 在动画一栏左侧选项中单击（动画向导），在动画向导菜单中点击“爆炸”，点击”下一步”,将“时间长度”设置为

24、15秒，将“开始时间”设置为2秒，点击“完成”。 再次单击（动画向导），在动画向导菜单中点击“解除爆炸”， 点击”下一步”,将“时间长度”设置为15秒，将“开始时间”设置为18秒，点击“完成”。单击（播放）观看生成后的爆炸视图，最后点击（保存）,再出现对话框中选择“Microsoft Video 1”,再单击确定即可，将将生成的爆炸视图储存为AVI格式进行储存。形成爆炸视图（过程如图21-23所示） 图21 爆炸图动画演示1图22 爆炸图动画演示2 图23 爆炸图动画演示34.3.2 旋塞阀的模拟图生成过程旋塞阀模拟图生成过程如下：（1) 打开Solidworks软件，单击（打开）打开装配图（

25、千斤顶），点击图下方的（动画），在动画一栏右侧选项中右键点击第一个，在视图定向中选择等轴测，再次右键点击选择所有，将时间轴拉至15秒处。（2) 单击（模拟），选择“线性马达”一项，在图上点击锥形塞，将锥形塞拉出，点击（确定），再次单击（模拟），选择“旋转马达”一项，在图上点击锥形塞，再确定方向，点击（确定）。单击（播放）观看生成后的爆炸视图，最后点击（保存）将生成的爆炸视图储存为AVI格式进行储存。形成模拟视图(如图24-25所示)图24 模拟动画演示1图25 模拟动画演示25.结论 在整个毕业设计过程中，通过对Solidworks软件的长期学习的过程中，我从理论上了解到了模拟仿真的方法、关键

26、技术、应用领域，并且能够运用SolidWorks软件对各种零件进行三维实体建模，掌握了利用爆炸视图和动画演示来模拟零件的运动。在本文中我利用SolidWorks软件对旋塞阀进行了三维造型，并利用爆炸视图和动画演示对旋塞阀进行了运动模拟。由此向大家展示了旋塞阀的三维造型和变型设计的方法。但是对于SolidWorks软件进一步的研究不太深入，需要更加努力地学习。致谢我的这篇论文是在我的指导老师的悉心指导下完成的。衷心感谢我的指导老师，在整个毕业设计阶段，对我的精心指导，在思想上、生活上也受到的真挚的关心和热心的帮助。她严谨的治学态度、渊博的学识、精湛的学术造诣、诲人不倦的精神以及虚怀若谷的气度给我

27、留下了深刻的印象，使我受益匪浅，将永远激励我在将来的学习和工作中不懈努力，不断进步！在此我也非常感谢同学们在这段时间对我学习软件的帮助！在论文完成之际，谨向我的导师和同学表示诚挚的谢意！参考文献1黄本伦，李汉声，赵安国， 画法几何及机械制图习题集 ，重庆大学出版社，2005：51-522江国平，仿真技术模拟及应用，物理学与信息科学专题，2004.3（6）：3冯长建，Solidworks软件在机械工程教学改革中的应用，黑龙江科技信息，2008（24）4王子才，仿真技术发展及应用，中国工程科学，2003.25王秋敏，仿真技术及其在液压控制系统的应用，山东聊城应用技术，2005，36段文洁，基于So

28、lidWorks的虚拟数控机床建模技术及其应用，机电产品开发与创新，2008，97邢启恩，SolidWorks2007装配体设计与案例精粹，机械工业出版社，2007，1：80-938陈立德,械设计基础教程,高等教育出版社，2004，5：20-399 陈立新，党玉功，用VBA在Solidworks中实现高级动画，水利电力机械，2006.10（10）：63-6510司忠民，王宁，牛井君，SolidWorks软件应用在轧机配管中的优势，一重技术，2008，111顾银芳，宛士华，李玮，安永江，仿真技术的发展与展望，河北工业科技，200012 蔡慧林，戴建强，席晨飞，基于Solidworks的应力分析和运动仿真的研究，机械设计与制造，2008.1（1）：92-9413黄重，近年来计算机仿真技术的新发展，华北电力技术，200314莫晓明，李敏，宋文广，模拟仿真器在工业控制中的应用，仪器仪表用户应用实例，2008，215白海清，李志峰，基于SolidWorks的机床夹具定位设计，机械与电子，2008，316纪煦，雷秀，余建国，溢流阀的模拟仿真，机电工程，2006，3