基于SOILDWORKS千斤顶的模拟仿真.doc

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1、 目目 录录 1.绪论1 1 2.模拟仿真1 1 2.1 模拟仿真的概念 .1 2.2 模拟仿真在机械教学中的影响 .2 2.2.1 传统机械教学中存在的问题2 2.2.2 教学改革的途径和方法 .2 3. SOLIDWORKS 的模拟仿真3 3 3.1 SOLIDWORKS模拟仿真的基本概述3 3.2 SOLIDWORKS动画模拟仿真的概述3 4.基于 SOLIDWORKS 千斤顶的仿真模拟设计实例 4 4 4.1 千斤顶的三维实体建模的过程 .4 4.1.1 顶垫的三维实体建模过程 .4 4.1.2 螺旋杆的三维实体建模过程6 4.1.3 绞杠的三维实体建模过程9 4.1.4 螺套的三维实

2、体建模过程10 4.1.5 底座的三维实体建模过程14 4.2 千斤顶装配体的装配16 4.3 千斤顶动画演示的生成18 4.3.1 千斤顶爆炸图和解除爆炸图的生成过程.18 4.3.2 千斤顶模拟图生成过程.21 5. 结 论2323 致 谢2424 参考文献2525 1 1.1.绪论绪论 SolidWorks 有全面的零件实体建模功能，变量化的草图轮廓绘制，驱动参 数改变特征的大小和位置，丰富的数据转换接口使 SolidWorks 可以将几乎所有 的机械 CAD 软件集成到现在的设计环境中来，在 SolidWorks 的模拟功能中， 不仅可以做机构的运动分析，模拟机构的运行过程，还可同时将

3、运动过程进行 演示，但是这种演示只能在 SolidWorks 中进行观看，但在新版本的 SolidWorks 中，结合使用模拟功能和运用插件 Animator 制作动画，可以真实 地反映机构的运动过程，并把这个运动过程制成 avi 格式的动画文件，用于诸 多播放器中随时、随地地进行演示。 SoildWorks 为实现用户可以更加快捷方便的使用模拟仿真功能，从而进行 几次开发，SolidWorks 的开发通常是利用 SolidWorks 公司提供的功能齐全的 API 函数库，使用 Visual C + 或者 Visual Basic 语言设计完成的。这样的工 作对于软件开发企业来说比较简单，而一

4、旦二次开发软件交付用户使用，理解 和修改代码的工作对于用户来说将变得十分困难。下面的讨论就是基于用户只 具有基本的计算机操作能力，没有软件开发能力的前提之下，如何绕开代码修 改，仍能够对二次开发软件进行补充和升级的四种方法，以满足企业创新和发 展的需要【1】。 基于此为更方便进行机械教学，我运用 Solidworks 三维模拟仿真功能，对 千斤顶进行零件的三维实体建模，然后将零件的三维实体进行装配，再利用插 件 Animator 制作动画，对千斤顶的装配体进行动画演示，做出它的爆炸图、解 除爆炸图和模拟运动图。 2.2.模拟仿真模拟仿真 2.12.1 模拟仿真的概念模拟仿真的概念 模拟仿真就是

5、用模型（物理模型或数学模型）来模仿实际系统，代替实际 系统来进行实验和研究。事实上，习惯定义的模拟仿真，即用模型来模仿实际 系统进行实验和研究，从来就是产品开发中的常用技术手段。计算机运动仿真 作为计算机仿真技术的一个重要分支，可以归入虚拟现实技术 VR(Virtual Reality)的范畴，它汇集了计算机图形学、多媒体技术、实时计算技术、人机接 口技术等多项关键技术。作为一门新兴的高技术，己经成为工程技术领域计算 机应用的重要方向【7】。 2 2.22.2 模拟仿真在机械教学中的影响模拟仿真在机械教学中的影响 2.2.12.2.1 传统机械教学中存在的问题传统机械教学中存在的问题 传统的机

6、械类课程休系一般采用二维设计平台进行教学，所存在的主要问 题如下: （1）传统的二维设计仅仅用于设计工程图，无法满足后续 CAE/CAM/PDM 等课程的信息需求。 （2）以二维设计为主线展开教学，耗时过大，又不便于掌握和理解。 （3）课程体系松散，没有考虑课程之间的相互关系，无法形成产品从设计到 制造整个生命周期的信息链条。 （4）传授的知识陈旧，无法体系现代制造技术的特点，因而也无法满足用人 单位的需要。 （5）设计、制图、修改工作大，使学生无法把主要经历放在创新设计上。因 而也不利于学生综合创新能力的培养【6】。 2.2.22.2.2 教学改革的途径和方法教学改革的途径和方法 工程制图教

7、学改革:在工程制图课程教学中，大幅度增加三维设计的内容， 改变传统设计以二维-三维-二维的传统教学模式，运用 Solidworks 系统进行二 维实体设计技术，采用新的三维-二维-三维的教学新模式。 机械基础课程教学改革：把 Solidworks 引入到这些课程的教学中可以极大 地提高学牛的学习效率和学习的积极性，也为应用型、创新型人才培养奠定了 素质基础。Solidworks 软件不仅可以进行机械产品设计、还可以进行装配、运 动学和动力学分析。 课程设计教学改革:引入 Solidworks 后，学生的学习积极性提高了，最后 设计的作品还可以进行装配体的爆炸动画以及装配动画，设计的效果很快就可

8、 以进行评价，一个成功的设计使学生的学习很有成就感，进一步加强了付专业 的认识。 数控技术教学改革:Solidworks 软件也充分体现了现代制造工程的特点。它 提供了无缝集成的 CAMWorks 擂件数控加工环境，该环境提供数控车、数控铣、 数控线切割、加工中心的编程等内容，基本可以满足现代数控加工技术的需求。 毕业设计中的应用:毕业设汁是大学生最后的一个集中性学习和实践环节。 该环节中我们大量地引人了 Solidworks 软件的应用。比如，注塑模具设计的整 个过程都可以在 Solidwork 环境下进行。设计流程图为：产品模型模具分模 注塑分析模具装配模具加工。 3 综合创新能力的培养:

9、在技术进步的大背景下，产品的制造和加工工艺越来 越精细，产品的成品品质越来越精致、优良。表现在产品的性能特征方面是产 品的功能日益强大化，产品的形态特征上表现为品种的多样化，在操作、控制 上越来越简单方便化【2】。 3.3. SolidworksSolidworks 的模拟仿真的模拟仿真 3.13.1 SolidworksSolidworks 模拟仿真的基本概述模拟仿真的基本概述 SolidWorks 是世界上第一款完全基于 Windows 的 3D CAD 软件 ,自 1995 年问世以来 ,以其优异的三维设计功能 ,操作简单等一系列的优点 ,极大地提高 了设计效率 ,在与同类软件的激烈竞争

10、中已经确立了它的市场地位 ,已经成为三 维机械设计软件的标准。利用 SolidWorks 不仅可以生成二维工程图，而且可以 生成三维零件，用户可以利用这些三维零件来建立二维工程图及三维装配体。 SolidWorks 采用双向关联尺寸驱动机制，设计者可以指定尺寸和各实体间的几 何关系，改变尺寸会改变零件的尺寸与形状，并保留设计意图。 Solidworks 用户界面非常人性化,便于操作 。在 Solidworks 的标准菜单中 包含了各种用于创建零件特征和基准特征的命令 。其中基础实体特征主要有拉 伸凸台基体 、旋转凸台 基体等 。在基础实体特征上可添加圆角 、倒角 、 肋 、抽壳 、拔模及异型孔

11、 、线性阵列 、圆角阵列 、镜像等放置特征,这些 特征的创建对于实体造型的完整性非常重要 。在处理复杂的几何形状时还需要 其他高级特征选项,包括扫描 、放样凸台 基体及参考几何体中基准轴 、基准 面这些定位特征等 。通过以上特征造型技术在 Solidwork 中能设计出需要的实 体特征【11】。 3.23.2 SolidworksSolidworks 动画模拟仿真的概述动画模拟仿真的概述 先启动 Animator插件 , 单击菜单“工具”“插件”,单击 Animator 前的选 项栏 。此后出现 Animator 中第 1 个加入的零件十分重要,它是整个装配体的的 工具栏 。在 Solidwo

12、rks 中 Animator 的操作都装配基础,Solidworks 软件已默 认第 1 个插入零件为是在工作区底部,可单击工作区底部的“模型”或者非运动体, 其他所有的装配体零件都是以此为基础,“动画”的标签,单击模型或动画标签即可 实现模型本装配选择传动轴为装配参照体 。调入零件后,要或动画操作的切换 。在生成仿真动画时,用 Animator 插件对千斤顶主要零件大致进行以下 3 步操 作: 切换到动画界面; 根据千斤顶运动的时间,拖动时间滑杆到相应的位置; 拖动螺旋杆和绞杠运动,使其达到动画序列末端应达到的新位置,这样就实现 了工作原理的动态仿真仿真动画以 AVI 格式保存 ,可以得到很

13、好的推广和应用 4 【3】 。 4.4.基于基于 SOLIDWORKSSOLIDWORKS 千斤顶的仿真模拟设计实例千斤顶的仿真模拟设计实例 4.14.1 千斤顶的三维实体建模的过程千斤顶的三维实体建模的过程 4.1.14.1.1 顶垫的三维实体建模过程顶垫的三维实体建模过程 顶垫的三维实体建模过程如下： (1)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。 (3)单击（中心线）工具，过草图原点绘制一条垂直的对称虚线。 (4) 以中心线作为基准，单击（直线）画一条直线，然后根据图纸单击 （智能尺寸

14、）来设定直线的尺寸，然后单击（确定），运用此方法，画 出所需要的所有直线，以及确定它的尺寸。 （5）单击（圆心/起/终点圆弧）画出图纸所要求的直线与直线之间的圆 角，在圆的参数设置(如图 1)中设定所需圆角的半径，然后单击（确定）， 或者单击（切线弧）画出与直线相切的圆角，绘制出顶垫草图（如图 2）。 图 1 圆的参数设置 5 图 2 顶垫草图 图 3 顶垫的旋转体 （6）单击（退出草图），单击（旋转凸台/基体）进行旋转生成实 体，在选项中设定旋转范围，然后单击（确定），生成旋转体（如图 3）， 6 生成顶垫实体（如图 4）。 图 4 顶垫实体 4.1.24.1.2 螺旋杆的三维实体建模过程螺

15、旋杆的三维实体建模过程 螺旋杆的三维实体建模过程如下： (1)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。 （3）单击（中心线）工具，过草图原点绘制一条垂直的对称虚线。 (4) 以中心线作为基准，单击（直线）画一条直线，然后根据图纸单击 （智能尺寸）来设定直线的尺寸，然后单击（确定），运用此方法，画 出所需要的所有直线，以及确定它的尺寸。 （5）单击（3 点圆弧）根据图纸运用三点圆弧画出顶部的圆弧，然后 单击（确定）。形成螺旋杆草图（如图 5）。 （6）单击退出草图，单击（旋转凸台/基体）进行旋

16、转生成实体， 在选项中设定旋转范围，然后单击（确定），生成旋转体，生成实体（如图 6）。 7 图 5 螺旋杆早草图 图 6 螺旋杆实体（1） （7）单击（圆角）画出螺旋杆上图纸所要求的圆角（如图 7）。 （8）单击（倒角）画出螺旋杆上图纸所要求的倒角（如图 8）。 图 7 螺旋杆实体（2） 图 8 螺旋杆实体（3） （9）再次单击（草图绘制）工具，在上圆柱体上单击（圆），根据 图纸画出圆的位置极其尺寸，再次单击退出草图，单击（拉伸切除）， 8 在选项中（如图 9）点击完全贯穿，然后单击（确定），再与此圆孔成 90 再次重复本次操作。 10）再次单击（草图绘制）工具，进行草图 2 的绘制，设定基

17、准面 2， 单击（直线）画一条直线，然后根据图纸单击（智能尺寸）来设定直线 的尺寸，然后单击（确定），根据图纸数据画出一个等腰梯形，在顶部菜单 中点击插入曲线螺旋线，绘制出螺旋线，在螺距和圈数参数设置中（如图 10）根据底圆柱长度选择适当的选项画出螺旋线，单击（确定），单击 （退出草图），单击（扫描），绘制出螺纹。生成螺旋杆实体（如图 11）。 图 9 拉伸切除选项 图 10 螺距圈数参数设置 9 图 11 螺旋杆实体（4） 4.1.34.1.3 绞杠绞杠的三维实体建模过程的三维实体建模过程 绞杠的三维实体建模过程如下： (1)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

18、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。 （3）单击（中心线）工具，过草图原点绘制一条垂直的对称虚线。 (4) 以中心线作为基准，单击（直线）画一条直线，然后根据图纸单击 （智能尺寸）来设定直线的尺寸，然后单击（确定），运用此方法，画 出所需要的所有直线，以及确定它的尺寸，生成绞杠草图（如图 12）。 图 12 绞杠草图 （5）单击（退出草图），单击（旋转凸台/基体）进行旋转生成实 10 体，在旋转参数设置中（如图 13）中设定旋转范围，然后单击（确定）， 生成旋转体（如图 14），生成实体（如图 16）。 图 13 旋转参数设置 图 14 绞杠旋转体 （

19、6）单击（倒角）画出螺旋杆上图纸所要求的倒角（如图 15）。 图 15 绞杠实体（1） （7）生成绞杠实体。 11 图 16 绞杠实体（2） 4.1.44.1.4 螺套螺套的三维实体建模过程的三维实体建模过程 螺套的三维实体建模过程如下： （1）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。 （3）单击（中心线）工具，过草图原点绘制一条垂直的对称虚线。 (4) 以中心线作为基准，单击（直线）画一条直线，然后根据图纸单击 （智能尺寸）来设定直线的尺寸，然后单击（确定），运用此方法，画 出所需要的所有

20、直线，以及确定它的尺寸，生成螺套草图（如图 17）。 12 图 17 螺套草图 （5）单击（退出草图），单击（旋转凸台/基体）进行旋转生成实 体，在旋转参数设置（如图 18）中设定旋转范围，然后单击（确定），生 成旋转体（如图 19），生成实体（如图 20）。 图 18 旋转参数设置 13 图 19 螺套旋转体 图 20 螺套实体（1） 14 （6）单击（草图绘制）工具，进行草图 2 的绘制，设定基准面 2，单 击（直线）画一条直线，然后根据图纸单击（智能尺寸）来设定直线的 尺寸，然后单击（确定），根据图纸数据画出一个等腰梯形，在顶部菜单中 点击插入曲线螺旋线，绘制出螺旋线，根据底圆柱长度在螺

21、距和圈数参数 设置（如图 21）中输入适当的参数，画出螺旋线，单击（确定），单击 （退出草图），单击（扫描），绘制出螺纹。生成螺旋杆实体（如图 22）。 图 21 螺距和圈数的参数设置 15 图 22 螺套实体（2） 4.1.54.1.5 底座底座的三维实体建模过程的三维实体建模过程 底座的三维实体建模过程如下： (1)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。 （3）单击（中心线）工具，过草图原点绘制一条垂直的对称虚线。 (4) 以中心线作为基准，单击（直线）画一条直线，然后根据图纸单击 （

22、智能尺寸）来设定直线的尺寸，然后单击（确定），运用此方法，画 出所需要的所有直线，以及确定它的尺寸。 （5）单击（圆心/起/终点圆弧）画出图纸所要求的直线与直线之间的圆 角，在圆角参数设置（如图 23）中设定所需圆角的半径，然后单击（确定） ，或者单击（切线弧）画出与直线相切的圆角，绘制出顶垫草图（如图 24）。 16 图 23 圆角参数设置 图 24 底座草图 （6）单击（退出草图），单击（旋转凸台/基体）进行旋转生成实 体，在旋转参数设置（如图 25）中设定旋转范围，然后单击（确定），生 成旋转体（如图 26），生成底座实体（如图 27）。 17 图 25 旋转参数设置 图 26 底座旋转

23、体 18 图 27 底座实体 4.24.2 千斤顶装配体的装配千斤顶装配体的装配 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）插入千斤顶的主干零件螺旋杆，然后插入顶垫，用移动零件， 单击（配合），在配合列表（如图 28）中选择“同心轴”，“配合选择”中选 择螺旋杆和顶垫的大小相等的圆周，单击（确定）。 （4）再插入螺套，用移动零件，单击（配合），在配合列表（如 图 28）中“”选择“同心轴”，”配合选择”中选择螺旋杆和螺套的大小相等的圆周， 点击高级配合（如图 29），在菜单中选

24、择齿轮，让螺旋杆和螺套的螺纹进行啮 合，单击（确定）。 （5）再插入底座，用移动零件，单击（配合），在配合列表（如 图 28）中选择“同心轴”和“重合”，“配合选择”中选择螺套和底座的大小相等的圆 19 周和上表面，单击（确定）。 （6）最后插入绞杠，用移动零件，单击（配合），在配合列表中 （如图 28）选择“重合”，“配合选择”中选择螺旋杆和绞杠，使螺旋杆上的圆的 圆心和绞杠的轴线相重合，单击（确定）。 （7）生成装配列表（如图 30）。 （8）配合完毕，生成千斤顶的装配体（如图 31）。 图 28 配合选择选项 图 29 高级配合选项 图 30 装配体配合列表 20 图 31 千斤顶装配体

25、 4.34.3 千斤顶动画演示的生成千斤顶动画演示的生成 4.3.14.3.1 千斤顶爆炸图和解除爆炸图的生成过程千斤顶爆炸图和解除爆炸图的生成过程 千斤顶爆炸图和解除爆炸图的生成过程如下： （1）先启动 Animator插件 , 单击菜单“工具”“插件”,单击 Animator 前的 选项栏 。此后出现 Animator 中第 1 个加入的零件十分重要,它是整个装配体的 的工具栏 。 （2）单击（打开）打开装配图（千斤顶） ，点击图下方的（动 画） ，在动画一栏（如图 32）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

26、视图） ，先后将千斤顶的顶垫、绞杠、螺旋杆、底座分 别拉至固定位置，在左侧爆炸会出现图标，然后单击（确定） 。 （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 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）将生成的 爆炸视图储存为 AVI 格式进行储存。形成爆炸视图（如图 33-37） 。 21 图 32 动画生

27、成选项 图 33 爆炸图动画演示（1） 22 图 34 爆炸图动画演示（2） 图 35 爆炸图动画演示（3） 23 图 36 爆炸图动画演示（4） 24 图 37 爆炸图动画演示（5） 4.3.24.3.2 千斤顶模拟图生成过程千斤顶模拟图生成过程 千斤顶模拟图生成过程如下： （1）打开 Solidworks 软件，单击（打开）打开装配图（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“旋转马达”一项，在图上点击螺旋杆，将螺 旋杆旋转拉出，点击（确定） ，再次单击（

28、模拟） ，选择“线性马达”一项， 在图上点击绞杠，将绞杠线性插入到螺旋杆的孔中，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 38-39） 。 25 图 38 模拟图动画演示（1） 26 图 39 模拟图动画演示（2） 5.5. 结结 论论 在整个毕业设计阶段，通过对 SolidWorks 软件知识的学习，我了解到了 Solidworks 的基本原理和具体运用方法。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 Animator 插件对装配体进行动画演示。 在本文中我利用

29、 SolidWorks 软件对千斤顶进行了三维造型设计，并利用配置 完成了对千斤顶的三维实体设计和动画演示制作，但还有很多不理解的地方需 要更加努力学习。 27 致致 谢谢 本文是在我的指导老师的精心指导下完成的。衷心感谢我的指导老师，在 28 整个毕业设计阶段，我得到了指导老师的精心指导，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

30、学表示诚挚的谢意！ 参考文献参考文献 1李晓燕，钱炜，仲梁维，Solidworks 在毕业设计中的应用J，上海电力学院学报， 2002.2（6）：59-60 2繆朝东，Solidworks 在机械制图教学中的应用研究，重庆工业高等专科学校学报J， 29 2004.3（6）：37-39 3安爱琴，宋长源，王宏强，聂永芳，基于 Solidworks 的液压泵工作原理动态仿真J，煤 矿机械，2007.12（12）：89-92 4褚莲娣，基于 Solidworks 的 3D 家居产品造型设计J，机械管理开发，2008.2（4）： 8-9 5蒋亮，黄维菊，肖泽仪，丁文武，邹庆，基于 Solidworks

31、 的常规型抽油机三维动态仿真 J，机械制造与研究，2008.5（9）：84-86 6张书田，袁立军，仝国伟，基于 Solidworks2007 的减速器虚拟装配与运动仿真J，河 北神风重型机械有限公司，2008（24）：71 7余泽通，杨彬彬，宋长源，基于 Solidworks 的齿轮泵工作原理动态仿真研究J，河南科 技学院报，2008.3（9）：85-87 8祝永健，基于 Solidworks 的机械制图教学改进与应用J，文教资料，2008.28（6）： 27-28 9沈嵘枫，林宇洪，基于 Solidworks 的螺旋叶轮设计分析J，福建农林大学学报（自然科 学报），2008.3（5）：33

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