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1、学校 毕毕业业设设计计说说明明书书 设计题目：设计题目：手动换向阀的三维建模及动画仿真 系 部： 专 业： 班 级： 学生姓名： 学 号： 指导教师： 2011 年 05 月 12 日 摘 要 该次设计是基于 Solidworks2008 平台的，手动换向阀三维建模及工作状态 的动画仿真。全文共分为四大部分，第一部分为所使用软件及手动换向阀特征 的简介和大部分零件三维建模过程的记录。之所以说是大部分零件而不说是全 部零件，那是因为作为关键部分的弹簧为了使其达到一定的技术要求，需要在 装配过程中来绘制。第二部分为装配体的组装，以及弹簧的建模。通过文字与 图片的结合，形象和直观的将整个操作过程展现
2、了出来。第三部分为此次设计 中的主要部分仿真动画的制作，通过给装配体中的某一零件一个初始的运动， 其他各零件就会按照装配过程中所设定的装配关系随之运动。最后一部分则是 对本次设计中所遇到的问题和解决的方案进行的总结。 关键词：Solidworks、三维建模、仿真、手动换向阀 ABSTRACT The Times Solidworks2008 design is based on the platform, manual directional control valves, 3d modeling and working state of animated simulation. Full t
3、ext is divided into four parts, the first part is used software and manual directional control valves feature introduction and most parts of 3d modeling process records. The reason that is most parts and not saying all parts, that is because as a key part of the spring to make its reach certain tech
4、nical requirements, need to draw on assembly process. The second part is the assembly body assembly, and spring modeling. Through the combination of words and pictures, image and intuitive will show out whole operation process. The third part is the main part of the design of animation production, t
5、hrough simulation for assembly body one of the parts of the movement, an initial according to each other parts in the assembly process set by the assembly relation then movement. Last part of this design is the problem and solving scheme for summary. KeyKey WordsWords：Solidworks、3d modeling、simulati
6、on、Manual directional control valve 目 录 绪论1 第 1 章手动换向阀零件的实体造型2 1.1 软件简介2 1.2 手动换向阀结构和功能简介2 1.3 球头2 1.4 手柄6 1.5 开口销9 1.6 销钉11 1.7 阀杆13 1.8 螺套15 1.9 阀体17 1.10 胶 垫22 1.11 调节螺 钉23 第 2 章手压阀的装配25 2.1 插入零部件25 2.2 配合25 2.3 绘制弹簧30 2.4 爆炸动画32 第 3 章手压阀的动画仿真34 3.1 解除爆炸34 3.2 手压阀运动仿真36 第 4 章总结40 致谢41 参考文献42 绪 论
7、随着世界机械工业的日益发展，旧有的手工绘图已经无法满足技术人员在 设计上的要求。因此，在工程界的迫切需求以及计算机产业迅猛发展的前提下， 计算机辅助设计CAD应运而生。通过编制计算机辅助设计软件，将图形显示在 屏幕上，设计人员可以用光标对图形直接进行编辑和修改，以此大大缩减了产 品设计的周期。并且，通过 CAD 软件的仿真以及分析程序，也可以使我们在设 计阶段就及时的发现产品在个方面的不足，并提早进行修改，因而也可以有效 的降低产品的设计成本。现如今，在众多的 CAD 软件中 Solidworks 以其功能 强大、易学易用和技术创新的特点，成为主流的三维 CAD 解决方案。本文是在 基于运用
8、Solidworks2008 的前提下，对手动换向阀三维建模、装配以及运动仿 真的过程进行详细的记录和说明，以此作为对本专业学习的总结汇报。 第 1 章手压阀零件的实体造型 1.1 软件简介 本次所使用的软件为法国达索公司旗下的 SolidWorks2008。该软件以其功 能强大、易学易用和技术创新是而著称，能够为设计者提供不同的设计方案、 减少设计过程中的错误以及提高产品质量。 SolidWorks 也因此成为领先的、 主流的三维 CAD 解决方案。 1.2 手动换向阀结构和功能简介 该阀为手动二位二通换向阀，主要由球头、手柄、开口销、销钉、阀杆、螺 套、阀体、胶垫、调节螺钉以及弹簧等零部件
9、组成，定位方式为弹簧自动复位式。 该阀的工作方式为，通过手动操控手柄对阀杆施加压力，使阀杆克服弹簧的弹力 沿着阀体内腔下移，从而使两个通道接通。当停止对手柄施加压力时，由于弹簧 向上的弹力，使阀杆向上移动复位，从而使两个通道断开连接。手动换向阀结构 简单，操作安全，且无需电力；但由于依靠手动操纵，故只适用于间歇动作且要 求人工控制的场合，如工程机械等。 1.3 球头 打开 SolidWorks2008 选择新建命令，操作界面如图 1.1 所示。 图 1.1 新建操作界面 在弹出的新建 SolidWorks 文件对话框如图 1.2 中选择零件选项进入零件绘 制界面。 图 1.2新建 SolidW
10、orks 文件对话框 在工具条中选择草图绘制-前视基准如图 1.3 图 1.3 草图绘制操作界面 进入草图绘制界面绘制草图如图 1.4 图 1.4 草图绘制界面 点击图标退出草图绘制界面，选择特征工具栏旋转凸台/基体 命令如图 1.5，设置凸台参数如图 1.6 图 1.5旋转凸台/基体操作界面 图 1.6 旋转参数 点击完成设置。 选择菜单栏-注解-装饰螺纹线如图 1.7 图 1.7 装饰螺纹线 在弹出的装饰螺纹线中选择边线 1 圆形边线如图 1.8 参数如图 1.9。 图 1.8 圆形边线 图 1.9 装饰螺纹线参数 绘制出螺纹线如图 1.10 所示 图 1.10 装饰螺纹线 右键点击特征树
11、材质选项-编辑材料给零件设置材料为胶木如图 1.11。 图 1.11 材料设置 至此零件球头绘制完毕如图 1.12 图 1.12 球头 1.4 手柄 选择新建-零件-前视基准面-草图绘制绘制手柄草图如图 1.13 图 1.13 手柄草图 退出草图绘制界面选择特征-拉伸选择图 1.15 中阴影为拉伸轮廓，设置参 数如图 1.16 图 1.15 要拉伸的轮廓 图 1.16 拉伸参数 选择特征-拉伸选择图中阴影为拉伸轮廓如图 1.17，设置参数如图 1.18 图 1.17 拉伸 3 轮廓 图 1.18 拉伸 3 参数 选择手柄端面为绘图面绘制直径为 5 的圆如图 1.19 图 1.19 直径为 5
12、的圆 退出绘图界面选择特征-拉伸以刚绘制的圆为轮廓深度为 5mm 拉伸出一个圆 柱。并选择插入-注解-装饰螺纹线以刚拉伸的圆柱端面外圆为圆形边线， 次要直径为 3.75mm 深度为 5mm 绘制装饰螺纹线。选择特征-圆角以拉伸 1 中的个边线为基准对实体进行倒圆角，最后选择材料为 HT20 绘制手柄如图 1.20。 图 1.20 手柄 1.5 开口销 选择新建-零件-前视基准面-草图绘制绘制开口销草图如图 1.21 图 1.21 开口销 退出草图绘制界面选择特征-拉伸选择草图 1 为拉伸轮廓，设置参数如图 1.22 图 1.22 拉伸 1 参数 选择圆角以外轮廓面为基准建立圆角特征如图 1.2
13、3 图 1.23 圆角 1 参数 选择圆角以图 1.24 中边线为基准建立圆角特征如图 1.25 图 1.24 圆角边线 图 1.25 圆角 2 参数 选择材质为 Q215，绘制开口销如图 1.26 图 1.26 开口销 1.6 销钉 选择新建-零件-前视基准面-草图绘制绘制直径为 18mm 的圆；退出草 图绘界面选择特征-拉伸选择刚绘制的圆为拉伸轮廓拉伸深度为 8mm 绘出圆 柱体；选择倒角以圆柱体的一个边线为轮廓进行倒角如图 1.27 图 1.27 倒角 1 参数 以未倒角的圆柱面为基准面绘制草图，在面上绘制一个直径为 10mm 与圆柱同心 的圆形；退出草图绘制界面，选择拉伸以刚绘制的的圆
14、形为轮廓深度为 42mm 进行拉伸；在拉伸 2 的端面进行倒角，距离为 0.5mm 角度为 45 度如图 1.28 图 1.28 倒角 2 选择上视基准面-草图绘制绘制草图如图 1.29 图 1.29 圆孔 退出草图绘制界面，选择特征-拉伸切除建立特征如图 1.30 图 1.30 拉伸 1 绘制销钉如图 1.31 图 1.31 销钉 1.7 阀杆 选择新建-零件-前视基准面-草图绘制绘制草图如图 1.32 图 1.32 草图 退出草图绘制界面选择特征-旋转如图 1.33 图 1.33 旋转 1 绘制出阀杆如图 1.34 图 1.34 阀杆 1.8 螺套 选择新建-零件-前视基准面-草图绘制绘制
15、正六边形草图如图 1.35 图 1.35 正六边形草图 退出草图绘界面选择特征-拉伸选择刚绘制的六边形为拉伸轮廓拉伸深度为 5mm 绘出六棱柱；选择上视基准面-草图绘制绘制草图 1.36 图 1.36 草图 退出草图绘界面选择旋转切除以六棱柱中轴线为轴旋转切除如图 1.37 图 1.37 切除-旋转 以六棱柱未被切除的端面为基准面绘制直径为 20 且与六棱柱外接圆同心的圆； 以刚绘制的圆为轮廓深度为 2mm 进行拉伸；在拉伸出的圆柱端面绘制直径为 24mm 与圆柱同心的圆；以直径为 24mm 的圆为轮廓深度为 10mm 进行拉伸；选择 插入-注解-装饰螺纹线以刚拉伸的圆柱外圆为圆形边线创建装饰
16、螺纹线 如图 1.38 图 1.38 装饰螺纹线 以螺纹线的端面轮廓线为基准倒角距离为 1mm 角度为 45 度；选择前视基准面 绘制与圆柱同心且直径为 11 的圆；选择特征-拉伸切除以直径为 11 的圆为 轮廓终止条件选择完全贯穿从而切出一个通孔，至此螺套绘制完毕如图 1.39。 图 1.39 螺套 1.9 阀体 选择新建-零件-前视基准面-草图绘制绘制草图如图 1.40 图 1.40 阀体草图 退出草图绘界面选择特征-拉伸选择局部范围如图 1.41 为拉伸轮廓进行拉 伸如图 1.42 图 1.41 拉伸 1 轮廓 图 1.42 拉伸 1 参数 选择特征-旋转以剩余的轮廓如图 1.43 为基
17、准进行旋转拉伸如图 1.44 图 1.43 旋转轮廓 图 1.44 旋转参数 在矩形面上绘制草图 2 如图 1.45 图 1.45 草图 2 选择特征-拉伸对草图 2 进行拉伸，深度为 32mm。选择特征-参考几何 体-基准面设置参考实体为前视基准面距离为 15mm 建立基准面 1.选择 基准面 1-草图绘制绘制草图 3 如图 1.46 图 1.46 草图 3 选择拉伸对草图 3 进行拉伸深度为 6mm,绘制出拉伸 3。在拉伸 3 内侧面绘制 草图 4 如图 1.47 图 1.47 草图 4 对草图 4 进行拉伸深度为 2mm 从而绘出拉伸 4。选择特征-镜像以前视基 准面为镜像面对拉伸 3
18、和拉伸 4 进行镜像。选择前视基准面-草图绘制绘制 草图 5 如图 1.48 图 1.48 草图 5 选择特征-筋建立加强筋 1 如图 1.49 图 1.49 强筋 1 选择右视基准面-草图绘制绘制草图 6 如图 1.50。 图 1.50 草图 6 对草图 6 进行拉伸深度为 58mm 建立拉伸 7。选择前视基准面-草图绘制 绘制草图 8 如图 1.51 图 1.51 草图 8 选择特征-旋转切除以草图 8 为轮廓以 Y 轴为旋转轴角度为 360 度进行切除， 得出切除-旋转 1特征。选择插入-注解-装饰螺纹线分别以切除-旋转 1特征的上端和下端圆形边线为基准绘制装饰螺纹线 1 和装饰螺纹线
19、1。以拉 伸 2 的端面为基准面绘制草图 9 如图 1.52 图 1.52 草图 9 选择特征-拉伸切除以草图 9 为轮廓，终止条件为成形到下一面创建切 除-拉伸 1特征。选择插入-注解-装饰螺纹线以切除-拉伸 1特征的外 部圆形边线为基准绘制装饰螺纹线 3。以拉伸 7 的端面为基准面绘制草图 10 如 图 1.53 图 1.53 草图 10 选择特征-拉伸切除以草图 10 为轮廓，终止条件为成形到下一面创建切 除-拉伸 2特征。选择插入-注解-装饰螺纹线以切除-拉伸 2特征的外 部圆形边线为基准绘制装饰螺纹线 4。分别对装饰螺纹线 1 和装饰螺纹线 2 的 外部圆形边线为参考轮廓进行倒角距离
20、分别为 1.5mm 和 2mm 角度为 45 度，建 立特征倒角 1和倒角 2。选择材料为 HT150 最终绘出阀体如图 1.54 图 1.54 阀体 1.10 胶垫 选择新建-零件-前视基准面-草图绘制绘制草图 1 如图所示同心圆如图 1.55 图 1.55 草图 1 选择特征-拉伸对草图 1 进行拉伸深度为 2mm。选择材料为橡胶，绘出胶垫 如图 1.56 图 1.56 胶垫 1.11 调节螺钉 选择新建-零件-前视基准面-草图绘制绘制正六边形草图 1 如图 1.57 图 1.57 草图 1 退出草图绘界面选择特征-拉伸对草图 1 进行拉伸深度为 12mm 绘出拉伸 1。 选择上视基准面-
21、草图绘制绘制草图 3 如图 1.58 图 1.58 草图 3 退出草图绘界面选择旋转切除以草图 3 为轮廓，Z 轴为旋转轴，角度 360 度 创建切除-旋转 1特征。在拉伸 1未被切除的端面上绘制直径为 32mm 圆心与 Z 轴重合的圆草图 4。选择特征-拉伸对草图 4 进行拉伸深度为 3mm 绘出拉 伸 2。在拉伸 2的端面上绘制直径为 36mm 圆心与拉伸 2重合的圆草图 5。 选择特征-拉伸对草图 5 进行拉伸深度为 13mm 绘出拉伸 3。在拉伸 3的 圆柱面上绘制装饰螺纹线 1。对拉伸 3的端面进行倒角距离为 2mm 角度为 45 度。在拉伸 3端面上绘制直径为 25mm 圆心与拉伸
22、 3重合的圆草图 6。选择 拉伸切除命令以草图 6 为轮廓深度为 10mm 创建出特征切除-拉伸 1。最终 绘制出调节螺钉如图 1.59 图 1.59 调节螺钉 第 2 章手压阀的装配 2.1 插入零部件 选择新建-装配体-插入零部件在弹出的对话框中选择浏览如图 2.1，先 插入阀体并将其固定以其为主体，接着将手压阀的各个零件逐一添加进来。 图 2.1 插入零部件 2.2 配合 选择装配-配合进入配合界面如图 2.2 图 2.2 配合界面 2.2.1 选择胶垫和阀体端面使 其重合 2.2.2 选择胶垫和阀体使其 同心 2.2.3 选择胶垫和调节螺钉端面使 其重合 2.2.4 选择调节螺钉 和阀
23、体使其 同心 2.2.5 选择调节螺钉 和阀杆使其 同心 2.2.6 选择手柄和阀体使其 同心 2.2.7 选择手柄和阀体使 其重合 2.2.8 选择手柄和阀杆使其 相切 2.2.9 选择手柄和球头使其重 合 2.2.10 选择手柄和球头使其同 心 2.2.11 选择销钉和阀体使其 重合 2.2.12 选择销钉和阀体使 其同心 2.2.13 选择阀体 和螺套 使 其同心 2.2.14 选择阀体和螺套使其重 合 2.2.15 选择销钉和开口销 使 其同心 2.2.16 选择销钉和开口销使其 相切 2.2.17 选择开口销 和阀体 使其垂直 2.3 绘制弹簧 由于在最后动画的制作中需要让弹簧根据阀
24、杆的位移产生伸缩的变化，因 此需要在装配体状态下绘制弹簧。 选择新建-零件将零件命名为弹簧保存，在装配体中插入零件弹簧。选择 弹簧-编辑零部件从而在装配体中对弹簧进行编辑。选择特征-参考几何 体-基准轴以阀杆圆柱面为参考几何体创建基准轴 1。选择特征-参考 几何体-基准面以基准轴和调节螺钉的一个顶点为参考几何体创建一个过阀 杆轴线的基准面 1。在基准面 1 上绘制草图 2，图中竖线两端分别与阀杆和调节 螺钉支撑弹簧的面重合如图 2.3。 图 2.3 草图 2 在基准面 1 上绘制草图 3 如图 2.4。 图 2.4 草图 3 选择特征-扫描参数设置如图，扫描出弹簧如图 2.5 图 2.5 扫描
25、 1 分别以阀杆与调节螺钉的支撑面为基准运用拉伸切除命令将弹簧与阀杆和调 节螺钉重合的部分切除。最终绘制弹簧如图 2.6 图 2.6 弹簧 2.4 爆炸动画 选择装配-爆炸视图进入爆炸动画的制作界面如图 2.7 图 2.7 爆炸动画的制作界面 通过设置装配体上零部件移动的方向和距离，是装配体上的零件按照设定的顺 序逐一的离开固定的部件一定的距离如图 2.8。 图 2.8 爆炸步骤 最后在特征树中右击装配体名称选择动画爆炸可以使爆炸的步骤连续的播放 出来。 第 3 章手压阀的动画仿真 3.1 解除爆炸 打开装配体，点击窗口左下角的运动算例如图 3.1 图 3.1 运动算例图标 进入运动算例制作界
26、面如图 3.2 图 3.2 运动算例制作界面 选择动画向导如图 3.3 图 3.3 动画向导 弹出选择动画类型对话框如图 3.4 图 3.4 选择动画类型 点下一步弹出动画控制选项对话框设置如图 3.5 图 3.5 动画控制选项 点击完成结束设置，界面中利用键码将各个零件在不同时间段的状态显示出 来如图 3.6 图 3.6 运动状态界面 通过点击播放就可以在窗口中看到装配体装配的演示过程最终状 态如图 3.7。 图 3.7 最终状态 3.2 手压阀运动仿真 左击工具栏中的自动键码图标凹下如图 3.8 图 3.8 自动键码 将时间线托至需要的时间点并用鼠标拖动阀杆至图示位置如图 3.9 图 3.
27、9 阀杆终点位置 再次左击工具栏中的自动键码图标凸起，此时界面中阀杆所对应的一行出现 了一段以绿色显示的用以记录此次阀杆运动状态的线段如图 3.10 图 3.10 阀杆运动到终点状态记录 以同样的方式在另外一个时间点上按下自动键码图标，并将阀杆拖回，这是 用以记录阀杆运动状态的绿色线条就会自动延伸到现有时间点如图 3.11。 图 3.11 阀杆回到起点状态记录 记录完成之后按下计算图标此时系统将会根据运动算例 界面中记录的信息进行计算，计算完毕后点击播放图标窗口中就会按照设置 以动画的形式将装配体的运动过程展示出来。由于在弹簧绘制的过程中弹簧的 圈数是固定的而弹簧的高度则是按照阀杆与调节螺钉的
28、距离设定的，因此在展 示中我们会看到，弹簧会随着阀杆与调节螺钉之间距离的变化而伸缩如图 3.12 图 3.13。 图 3.12 起始状态 图 3.13 终止状态 第 4 章 总 结 本次设计的内容为基于 SolidWorks2008 的手动换向阀的三维实体建模以及 运动状态的动画仿真。建模是基础仿真是重点，而在仿真中主要突出的则是弹 簧的伸缩这一部分。在我们习惯性的思维中，利用三维软件建立模型的方式通 常是先绘制所有的零件模型，然后再将所有的零件装配起来形成装配体，最后 通过给装配体一个与现实工作环境类似的原始动力从而使装配体中的各个零件 按照既定的约束关系产生运动。但是，在此次仿真的设计中如
29、果按照以上的顺 序来绘制的话，我们就会发现在最终制作动画仿真时，无法让弹簧像现实工作 那样随着阀杆的上下移动而产生伸缩的效果。通过反观整个建模的过程我们就 会发现，之所以出现这种现象，是因为装配体所展示出的各个零件的参数和特 性完全来源于之前所绘制的零件实体。如果我们先画好了弹簧再将其插入装配 体中进行装配，那么系统就会始终保持该弹簧的长度等各方面的尺寸与原零件 相同，所以就无法使其伸缩。鉴于以上原因，在此次设计过程中将弹簧零件的 绘制安排在其他各零件装配完成之后（具体操作过程见 2.3 节） ，通过采用上下 两支撑面间的相对距离来定义弹簧的长度，从而使系统可以计算出弹簧在上下 两个支撑面不同的状态下的长度，以此来实现弹簧的伸缩。 当然，这种建模方法也有它的不足之处。由于是利用截面草图绕轴线扭转 的方式来绘制的弹簧实体，较之传统的利用截面草图沿螺旋线扫描出的实体， 该种实体无法改变弹簧在各圈之间的节距。因此，绘制出的弹簧模型的节距是 沿着径向均匀分布的，而并非像真实的弹簧那样中间各圈的节距相同两端有一 至两圈的支撑圈簧丝是叠在一起的。但是，由于此次设计的中心思想是用于机 械类产品推广宣传的演示动画的制作。所以，在受各方面条件的限制无法两全 其美的情况下，选择了通过牺牲弹簧部分外形特征来达到更好的工作状态演示 效果的建模方案。 致致 谢谢 参考文献