機械畢業(yè)設計論文基于Solidworks的軸承架三維模擬仿真【全套圖紙SW三維】

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1、目 錄 1緒論 1 2模擬仿真概述 1 2.1模擬仿真概念 1 2.2 模擬仿真在中國產(chǎn)業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀與機遇 1 2.3模擬仿真在機械系統(tǒng)中的實現(xiàn)方法 2 3 SOLIDWORKS概述 2 4 基于SOLIDWORKS的軸承架模擬仿真設計實例 3 4.1軸承架的零件圖的實體建模過程及步驟 3 4.1.1帶輪的三維實體建模 4 4.1.2軸架的三維實體建模 6 4.1.3 軸的三維實體建模 8 4.1.4軸襯的三維實體建模 9 4.1.5墊圈的三維實體建模 11 4.1.6標準件 12 4.2軸承架的裝配圖的裝配過程及步驟 12 4.3 軸承架動畫制作過程及步驟

2、 14 4.2.1 爆炸圖制作過程及步驟 14 4.2.2動畫制作過程及步驟 19 5 結論 20 致謝 21 參考文獻 21 1緒論 模擬仿真[4]技術得以發(fā)展的主要原因是它帶來了重大的社會和經(jīng)濟效益。模擬仿真的應用大致可分為：對已有系統(tǒng)進行分析時采用仿真技術；對尚未有的系統(tǒng)進行設計時采用仿真技術；在系統(tǒng)運行時，利用仿真模型作為觀測器，給用戶提供有關系統(tǒng)過去的、現(xiàn)在的、甚至是未來的信息，以便用戶實時作出正確的決策；在系統(tǒng)運行前，利用仿真模型作為預測器，向用戶提供系統(tǒng)運行起來后，可能產(chǎn)生什么現(xiàn)象，以便用戶修訂計劃或決策；利用仿真模型作為訓練器，

3、訓練系統(tǒng)操縱人員或管理人員。此外，在工程領域仿真技術還可以降低系統(tǒng)的研制成本，可以提高系統(tǒng)實驗、調試和訓練過程的安全。目前，隨著仿真技術的發(fā)展，中國仿真市場增長異常迅猛，在某些方面達到了國際先進水平。但總體技術水平，特別是應用水平與發(fā)達國家相比還有差距。 全套圖紙，加153893706 SolidWorks[1]以其優(yōu)異的三維設計功能 ,操作簡單等一系列的優(yōu)點 ,極大地提高了設計效率。利用SolidWorks不僅可以生成二維工程圖，而且可以生成三維零件，實現(xiàn)零件的三維實體建模。用戶還可以利用其配置功能，通過改變原零件模型的尺寸，生成一系列新的零件。 據(jù)于此，本文重點介紹基于Solid

4、works的軸承架的模擬仿真。運用Solidworks的三維模擬仿真功能，建立軸承架的零件三維實體圖，然后經(jīng)過裝配形成軸承架裝配體，從而可對該系統(tǒng)進行運動分析，繪制出爆炸圖和動畫圖。 2模擬仿真概述 2.1模擬仿真概念 模擬仿真[5]的意思就是用模型（物理模型或數(shù)學模型）來模仿實際系統(tǒng)，代替實際系統(tǒng)來進行實驗和研究。事實上，習慣定義的模擬仿真，即用模型來模仿實際系統(tǒng)進行實驗和研究，從來就是產(chǎn)品開發(fā)中的常用技術手段。 2.2 模擬仿真在中國產(chǎn)業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀與機遇 仿真作為信息時代除理論推導和科學試驗之外的第三門新型科研方法，其技術及相關產(chǎn)品廣泛應用于工業(yè)產(chǎn)品的研究、設計、開

5、發(fā)、測試、生產(chǎn)、培訓、使用、維護等各個環(huán)節(jié)。隨著仿真技術的發(fā)展，仿真產(chǎn)業(yè)儼然已經(jīng)成為具有相當規(guī)模的新型產(chǎn)業(yè)，并廣泛應用于國防、能源、電力、交通、物流、教育、航天航空、工業(yè)制造、生物醫(yī)學、醫(yī)療、石油化工、船舶、汽車、電子產(chǎn)品、虛擬儀器、農(nóng)業(yè)、體育、娛樂、社會經(jīng)濟運行、環(huán)境及安全科學等等領域。國仿真產(chǎn)業(yè)發(fā)展狀況如何？2007中國（上海）國際仿真工業(yè)展覽會組委會曾歷時兩年做過一次“中國仿真產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀”的市場調查，調查顯示中國仿真市場存在如下特點： ????????1、科技含量高、市場潛力大、學術性強是目前中國仿真市場的主要特點； ????????2、仿真屬于高科技領域，企業(yè)主要集中在國內大中型

6、城市； ????????3、中國仿真市場目前主要銷售市場仍然集中在國內； ????????4、中國仿真企業(yè)普遍年輕，其中尤以1990～2000年及2004年后為主； ????????5、從事仿真技術的企業(yè)普遍抱著樂觀態(tài)度，對仿真行業(yè)市場容量擴大抱有信心，目前需求主要是市場潛力開發(fā)及新技術知識產(chǎn)權的保護，行業(yè)競爭一般。 近年來，隨著仿真技術的發(fā)展，中國仿真市場增長異常迅猛，在某些方面達到了國際先進水平。但總體技術水平，特別是應用水平與發(fā)達國家相比還有差距。以美國為代表的發(fā)達國家高度重視仿真技術的發(fā)展和應用。針對“貴公司產(chǎn)品目前遇到的困難是什么”這個問題，據(jù)2007中國（上海）國際仿真工業(yè)

7、展覽會組委會參與調查的上海巨光展覽有限公司項目經(jīng)理梁峰介紹，在參與調查的2200家企業(yè)中，86％以上企業(yè)認為市場潛力開發(fā)、新產(chǎn)品知識產(chǎn)權保護和缺少國外相關技術是目前我國仿真市場遇到的三大問題，也正反映了我國仿真市場的機遇之所在。 2.3模擬仿真在機械系統(tǒng)中的實現(xiàn)方法 機械工程中的機械系統(tǒng)動態(tài)仿真[10]又成為虛擬樣機技術，是國際上20世紀80年代隨著計算機技術的發(fā)展而迅速發(fā)展起來的一項計算機輔助工程(CAE)技術。工程師在計算機上建立樣機模型，對模型各種動態(tài)性能進行分析和評價，然后改進樣機設計方案，用數(shù)字化形式替代傳統(tǒng)的實物樣機試驗。機械系統(tǒng)仿真研究的主要范圍是機械系統(tǒng)運動學和動力學分析，

8、其核心是利用計算機輔助分析技術進行機械系統(tǒng)的運動學和動力學分析，以確定系統(tǒng)及其各個構件在任意時刻的位置、速度和加速度，同時，通過求解代數(shù)方程組確定引起系統(tǒng)及其各構件運動所需要的作用力和反作用力。應用SolidWorks只要輸入材質屬性(密度)，即可直接輸出零部件的質量特性，如:質量、體積、表面積、重心、慣性主軸和慣性矩、慣性張量等，可減少復雜的計算，提高設計效率和正確性。 ??? 根據(jù)SolidWorks軟件的技術特點[13]，在初步確定設計方案后，就可以利用SolidWorks軟件設計產(chǎn)品的機械零件，這一過程可以允分利用軟件的高效率建模技術實現(xiàn)。然后利用SolidWorks軟件的智能裝配

9、技術把各個設計的零件裝配為一個機械系統(tǒng)。可以在SolidWorks軟件的插件工具中對各個運動副進行定義，井施加引起運動的載荷，進行仿真實驗，輸出必要的測試曲線，并進行分析和評價，如果設計目標已經(jīng)達到，則完成產(chǎn)品設計，并可以生成用以加工的工程圖或數(shù)控代碼。 3 SOLIDWORKS概述 SolidWorks[2]是世界上第一款完全基于Windows的3D CAD軟件 ,自1995年問世以來 ,以其優(yōu)異的三維設計功能 ,操作簡單等一系列的優(yōu)點 ,極大地提高了設計效率 ,在與同類軟件的激烈競爭中已經(jīng)確立了它的市場地位 ,已經(jīng)成為三維機械設計軟件的標準。利用SolidWorks不僅可以生成二維工程

10、圖，而且可以生成三維零件，用戶可以利用這些三維零件來建立二維工程圖及三維裝配體。SolidWorks采用雙向關聯(lián)尺寸驅動機制，設計者可以指定尺寸和各實體間的幾何關系，改變尺寸會改變零件的尺寸與形狀，并保留設計意圖。 其功能特點主要如下：SolidWorks 3D設計直接從三維模型人手，省去設計過程中三維與二維之間的轉化。設計者可以方便地運用鼠標通過拉伸、旋轉、薄壁特征、高級抽殼、特征陣列以及打孔等拖放式操作不斷改變其結構，最終完成整個產(chǎn)品(或零件)的設計，直觀易學，操作方便。SolidWorks軟件采用參數(shù)驅動的設計模式，可以通過修改相關的參數(shù)來完善設計方案，支持設計方案的動態(tài)修改。軟件包含

11、豐富的標準件圖庫，用戶也可任意擴充自定義的圖庫，因而減少了不必要的重復性設計工作，有效地縮短了設計周期，提高了設計效率。 SolidWorks可以通過任意旋轉和剖切對運動的零部件進行動態(tài)的干涉檢查和間隙檢測，發(fā)現(xiàn)問題立即修正，把"試制過程"放在設計階段，可以避免做成實物后才發(fā)現(xiàn)問題，提高了新產(chǎn)品的設計效率。SolidWorks軟件擁有數(shù)十個黃金合作伙伴，比如美國著名的結構研究公司的Cosmos軟件能夠和SolidWorks軟件無縫集成，實現(xiàn)機械產(chǎn)品的運動學和動力學仿真，此外還可以對機械零件進行有限元分析，從而進一步進行強度校核或優(yōu)化設計。 4 基于SOLIDWORKS的軸承架模擬仿

12、真設計實例 4.1軸承架的零件圖的實體建模過程及步驟 一個零件的建模過程，實際上就是許多個簡單特征相互之間疊加、切割或相交的操作過程。按照特征的創(chuàng)建順序，構成零件的特征可分為基本特征和構造特征，因此一個零件的實體建模的基本過程可以由如下幾個步驟組成： （1）進入零件設計模式。 （2）分析零件特征，并確定特征創(chuàng)建順序。 （3）創(chuàng)建與修改基本特征。 （4）創(chuàng)建與修改其他構造特征。 （5）所有特征完成之后，存儲零件模型。 具體點就是由于構件是由若干零件組成的，因此，在運動機構動態(tài)仿真前，要先做有關零件的實體建模。Solidworks用戶界面非常人性化，便于操作。在Solidworks

13、的標準菜單中，包含了各種用于創(chuàng)建零件特征和基準特征的命令。其中基礎實體特征主要有拉伸凸臺l基體、旋轉凸臺/基體等。在基礎實體特征上可添加圓角、倒角、筋、抽殼、拔模及異型孔、線性陣列、圓周陣列、鏡像等放置特征，這些特征的創(chuàng)建對于實體造型的完整性非常重要。在處理復雜的幾何形狀時還需要其它高級特征選項，包括掃描、放樣凸臺/基體及參考幾何體中基準軸、基準面這些定位特征等。通過以上特征造型技術在Solidworks能設計出需要的實體特征。此外，零件環(huán)境中還具有鈑金、模具等工程功能。 4.1.1帶輪的三維實體建模 （1）單擊標準工具欄中的“新建”工具，新建一個零件文件 （2）在特征管理器設計樹中選擇

14、“前視基準面”（如圖1）， 則該面旋轉正對用戶，單擊草圖繪制工具，進入草圖繪制環(huán)境。通過草圖實體繪制工具繪制出草圖的基本幾何形狀（如圖2）。 圖1 選擇基準面示意圖 圖2 輪草圖幾何尺寸輪廓 （3）然后單擊確定按鈕，從特征按鈕的下拉菜單中選擇旋轉凸臺/基體 按鈕,則操作界面顯示旋轉預覽圖（如圖5），單擊確定后生成帶輪零件圖（如圖6）。在繪制輪轂處鍵槽時應選擇基準面2（如圖4），其與上視基準面平行且相距10cm，正好與對應處軸相切。其具體操作為： （4）在工具欄“插入”的下拉菜單中選“參考幾何體”中的“基準面”彈出基準面對話框（如圖

15、3），選擇上視基準面為參考實體，在與參考實體的距離框中輸入10.00。單擊確定后選擇基準面2，其實其正視于用戶，繪制出鍵槽的草圖幾何尺寸，再進行拉伸切除特征命令，生成鍵槽。 （5）單擊倒角畫出帶輪桿上圖紙所要求的倒角。 （6）單擊保存。 圖3基準面 圖4插入基準面2 圖5帶輪旋轉特征 圖6帶輪 4.1.2軸架的三維實體建模 （1）單擊標準工具欄

16、中的“新建”工具，新建一個零件文件 （2）在特征管理器設計樹中選擇“前視基準面”，單擊草圖繪制工具，進行草圖的繪制。 （3）單擊中心線工具，過草圖原點繪制一條垂直的對稱虛線。 （4）以中心線作為基準，單擊直線畫一條直線，然后根據(jù)圖紙單擊智能尺寸來設定直線的尺寸，然后單擊確定，運用此方法，繪制出軸架的草圖幾何尺寸。 （5）根據(jù)圖紙尺寸進行拉伸切除。形成部分零件。 （6）單擊筋按鈕，設置參數(shù)（如圖7），根據(jù)圖紙尺寸繪制出其尺寸（如圖8）。 （7）單擊拉伸切除按鈕，設置拉伸參數(shù)（如圖10）進行拉孔（如圖9）。 （8）單擊確定后生成實體圖（如圖11），單擊保存。

17、 圖7筋的參數(shù)選擇 圖8筋的草圖特征 圖9拉孔特征示意圖 圖10拉伸切除 圖11軸架 圖12設計樹 4.1.3 軸的三維實體建模 （1）單擊標準工具欄中的“新建”工具，新建一個零件文件 （2）在特征管理器設計樹中選

18、擇“前視基準面”，單擊草圖繪制工具，進行草圖的繪制。 （3）單擊中心線工具，過草圖原點繪制一條垂直的對稱虛線。 （4）以中心線作為基準，單擊直線畫一條直線，然后根據(jù)圖紙單擊智能尺寸來設定直線的尺寸，然后單擊確定，運用此方法，繪制出軸的草圖幾何尺寸（如圖13。） （5）單擊旋轉按鈕，生成旋轉特征（如圖14）。 （6）但應注意的是在畫軸上鍵槽時應選擇合適的基準面（基準面1）進行繪制鍵槽的輪廓（如圖15），而后進行拉伸切除命令，形成鍵槽。其操作同上。 （7）從而生成實體零件包括軸和鍵（如圖16）單擊保存。 圖1

19、3軸的草圖幾何尺寸 圖14軸的旋轉特征 圖15插入基準面1 圖16軸及鍵 4.1.4軸襯的三維實體建模 （1）單擊標準工具欄中的“新建”工具，新建一個零件文件。 （2）在特征管理器設計樹中選擇“前視基準面”，單擊草圖繪制工具，進行草圖的繪制。 （3）單擊中心線工具，過草圖原點繪制一條垂直的對稱虛線。 （4）以中心線作為基準，單擊直線畫一條直線，然后根據(jù)圖紙單擊智能尺寸來設定

20、直線的尺寸，然后單擊確定，繪制出軸襯的草圖幾何尺寸（如圖17）。 （5）然后單擊旋轉按鈕。生成旋轉特征（如圖20），設定參數(shù)后（如圖18），單擊確定生成實體零件（如圖19）。 （6）選擇該倒角的面，單擊倒角按鈕，確定后生成倒角特征。 圖17軸襯的草圖幾何尺寸 圖18參數(shù)選擇 圖19軸襯 圖20旋轉特征 4.1.5墊圈的三維實體建模 由于

21、墊圈與軸襯只是在尺寸上不一致而其形狀一樣。故其做法與軸襯相似，這里就不再重復，可參看下圖（圖21、22）。墊圈也屬于標準件，在此處其用處主要是起保護螺母的作用，擴散壓力，且破壞后易于更換，價格便宜。 圖21墊圈草圖幾何尺寸 圖22墊圈 4.1.6標準件 標準件是指結構、尺寸、畫法、標記等各個方面已經(jīng)完全標準化，并由專業(yè)廠生產(chǎn)的常用的零（部）件，如螺紋件、鍵、銷、滾動軸承等等。該裝配圖中用

22、到了3個標準件：墊圈（GB/T97.1-2000）、螺母M16（GB/T6170-2000）、鍵6x22（GB/T1095-1979）。SolidWorks可直接對其進行調用，在設計庫中選擇“Toolbox”找到后直接拖入工作界面即可。 4.2軸承架的裝配圖的裝配過程及步驟 裝配體操作環(huán)境的主要功能在于將獨立的產(chǎn)品零件按照裝配關系組裝在一起，同時提供爆炸圖等。另外，裝配體環(huán)境還提供了焊接、管道等于裝配相關的工程功能。 利用Solidworks的裝配體模塊，可將零件模型裝配成機械系統(tǒng)。與傳統(tǒng)的CAD創(chuàng)建三維裝配體模型流程相比，在Solidworks裝配體環(huán)境中可在位創(chuàng)建零件，

23、也可以在裝配體環(huán)境中修改零件而不需要單獨打開該零件。當保存裝配體時，零件文件也被保存到指定的目錄。當在位創(chuàng)建零件，或在多個裝配體中使用或重用零件時，可使用Solidworks創(chuàng)建的有自適應特征的零件，自適應零件能夠根據(jù)其它零件自動調整到相應的大小和位置。這樣可節(jié)約時間，提高精度，從而大大提高了設計的靈活性，減少了工作量。 ?其過程為： （1）單擊標準工具欄中的“新建”工具，單擊（裝配體），新建一個裝配體文件。 （2）單擊（插入零部件），瀏覽要打開的文件，點擊（確定）。 （3）具體配合過程和次序如設計樹中所示（如圖23）。最后生成軸承架的裝配體（如圖24）。 圖23裝配圖配合過程

24、 圖24裝配體 4.3 軸承架動畫制作過程及步驟 4.2.1 爆炸圖制作過程及步驟 在制作爆炸圖前，首先應在“工具”下拉菜單“插件”插入插件,在彈出的對話框中在SolidWorks Animator 的復選框中打對號（如圖25），單擊確定后，選擇“爆炸按鈕”進行爆炸圖的制作。 圖25 Animtaor 插件 圖26爆炸步驟 具體過程如下： （1）單擊（打開

25、）打開裝配圖（軸承架），點擊圖下方的（動畫），在動畫一欄右側選項中右鍵點擊第一個，在視圖定向中選擇等軸測，再次右鍵點擊選擇所有，將時間軸拉至20秒處。 （2）單擊（爆炸視圖），先后將軸承架的帶輪、鍵、墊圈、軸、軸襯分別拉至固定位置，在左側爆炸會出現(xiàn)圖標，然后單擊（確定）。 （3）在動畫一欄左側選項中單擊（動畫向導），在動畫向導菜單中點擊“爆炸”，點擊”下一步”,將“時間長度”設置為秒，將“開始時間”設置為2秒，點擊“完成”。 再次單擊（動畫向導），在動畫向導菜單中點擊“解除爆炸”， 點擊”下一步”,將“時間長度”設置為20秒，將“開始時間”設置為25秒，點擊“完成”。單擊（播放）觀看生成后

26、的爆炸視圖，最后點擊（保存）將生成的爆炸視圖儲存為AVI格式進行儲存。其過程圖和操作面參看（圖26、27、28、29、30、31、32）。 其中爆炸視圖步驟及視圖如下： 圖27爆炸步驟1 圖28爆炸步驟2 圖29爆炸步驟3

27、 圖30爆炸步驟4 圖31爆炸步驟5 圖32爆炸視圖及其操作界面 4.2.2動畫制作過程及步驟 Solidworks可以很方便的生成工程機構視覺影像的變化，裝配的動畫及運動模擬，并輸出AVI文件。其采用基于“關鍵點”的操作方法，生成動畫形態(tài)也更為豐富。 “關鍵點”即零部件前后不同的狀態(tài)，包括顏色透明度，幾何空間位置的變化。通過裝配體環(huán)境下對于零部件自由度的合理約束，能夠得到機構確定的運動軌跡。當設定兩個關鍵點之后，soli

28、dworks能自動求解出零部件兩個關鍵點之間的過渡狀態(tài)。 Solidworks依靠Animator插件來生成動畫和編輯動畫。所有的操作都是對零部件的“關鍵點”而進行的。因此如何對“關鍵點”正確地設置是設計solidworks動畫的關鍵。 其制作過程如下： （1）打開Solidworks軟件，單擊（打開）打開裝配圖軸承架，點擊圖下方的（動畫），在動畫一欄右側選項中右鍵點擊第一個，在視圖定向中選擇等軸測，再次右鍵點擊選擇所有，將時間軸拉至5秒處。 （2）單擊（模擬），選擇“旋轉馬達”一項，在圖上點擊帶輪并拖動鼠標選擇其旋轉方向轉動，點擊（確定），單擊（播放）觀看生成后的爆炸視圖，最后點擊（

29、保存）將生成的爆炸視圖儲存為AVI格式進行儲存。 圖33動畫圖 5 結論 在整個畢業(yè)設計階段，通過對模擬仿真及其在機械中的應用和SolidWorks軟件等知識的學習，我從理論上初步了解和學習了模擬仿真的相關理論知識，和基于solidworks的模擬仿真的一些知識。并且能夠運用SolidWorks軟件對各種零件進行三維實體建模，掌握了利用solidwork制作爆炸圖以及動畫。在本文中我主要利用SolidWorks軟件對軸承架的零件圖，裝配圖，

30、爆炸圖動畫及運動動畫圖進行了繪制及制作，在此設計過程中確實也學了很多是在設計中無法體現(xiàn)的東西。同時也對office軟件進行了重溫及深入學習，但是仍有很多地方不懂和不理解的，對于SolidWorks軟件的研究還欠深入等，今后需要更加努力地學習。這次畢業(yè)設計也極大地激起了我的學習勁頭和興趣，這比畢業(yè)設計本身更重要。 致謝 本文是在我的指導老師的精心指導下完成的。衷心感謝我的指導老師，在整個畢業(yè)設計階段，我得到了指導老師的精心指導，在思想上、生活上也受到的真摯的關心和熱心的幫助。她嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度、淵博的學識、精湛的學術造詣、誨人不倦

31、的精神以及虛懷若谷的氣度給我留下了深刻的印象，使我受益匪淺，將永遠激勵我在將來的學習和工作中不懈努力，不斷進步！ 在此我也非常感謝同學們在這段時間對我學習軟件的幫助，在我不會和煩惱時總能給予我及時的幫助，和我共同學習，相互幫助，一塊提高。 在論文完成之際，謹向我的導師和同學們表示誠摯的謝意！ 參考文獻 [1]崔海萍，閆軍，張琪.SolidWorks 2006中文版標準實例教程[M].機械工業(yè)出。 2007，8月8日 [2]梁士紅，張耀宗，高穎穎.基于Soli

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