毕业设计手动换向阀的三维建模及动画仿真.doc

毕业设计说明书设计题目：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ABSTRACTThe Times Solidworks2008 design is based on the platform, manual directional control valves, 3d modeling and working state of animated simulation. Full text 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 technical 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, through 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. Key Words：Solidworks、3d modeling、simulation、Manual directional control valve 目 录绪论1第1章手动换向阀零件的实体造型21.1软件简介21.2手动换向阀结构和功能简介21.3 球头21.4手柄61.5开口销91.6销钉111.7阀杆131.8螺套151.9阀体171.10胶垫221.11调节螺钉23第2章手压阀的装配252.1插入零部件252.2配合252.3绘制弹簧302.4爆炸动画32第3章手压阀的动画仿真343.1解除爆炸343.2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SolidWorks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1.23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-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3.9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 谢参考文献