基于Inventor葡萄酒开瓶器的三维建模与运动仿真【2013年最新整理毕业论文】

中国地质大学长城学院 2012 届毕业设计 1 基于 Inventor 葡萄酒开瓶器的三维建模与运动仿真 摘 要 众所周知饮用适量的葡萄酒对人身体有很大的帮助。比如：增进食欲 ；滋补作用 ；防衰老。并且，葡萄酒也渐渐走入我们的生活， 随着人们物质文化生活水平的不断提高，我国的酒文化也在不断发扬光大，今天的人们在注意身体健康的前提下，饮用保健饮料已经成为生活的主旋律，因此宴会上饮用葡萄酿造的干红酒成为人们追逐时尚的酒文化。 葡萄酒虽好，但是由于葡萄酒瓶盖的原因给我们日常生活中饮用葡萄酒带来了极大的不便。在我们开启瓶盖的时候如果不一不小心的话有可能把木塞弄断，木塞掉 进瓶里的话会极大影响葡萄酒的口味。本课题就是基于 inventor 软件，做出一款比较实用的开瓶器的三维建模与运动仿真。通过此过程，我将加强对 inventor 软件的认识，并且使人们会更加了解开瓶器在开启瓶盖时的过程，使其更好的服务于我们的生活。 关键词 ： Inventor 软件； 建模； 运动仿真 Abstract As everyone knows drinking moderate amounts of wine on the human body has a great help. For example: stomachic tonic effect； aging. And, the wine has gradually into our lives, as peoples material and cultural life level unceasing enhancement, our country wine culture continues to carry forward, todays people pay attention to the health of the premise, drinking health drink has become the theme of life, because the party drinking grape dry red wine become the people chasing the fashion of wine culture. Wine is good, but because the cause of the JiuPingGai grapes to our daily life drinking wine with great inconvenience. In our open cap when if not carelessly words may change the wood plug broken, a cork fell into the bottle words will greatly influence the taste of the wine. This topic is based on the inventor software, make a practical bottle opener 3 d modeling in and movement simulation. Through this process, and I will strengthen the understanding of the inventor software, and to make people better understand the bottle opener in open cap of process to better service to our life. Key words: Inventor software； modeling； motion simulation 目 录 1 前言 .1 中国地质大学长城学院 2012 届毕业设计 2 2 Inventor 软件介绍 .1 2.1 零件设计 .2 2.2 草图绘制 .2 2.3 载荷定义 .2 2.4 可视化 .2 2.5 应力分析 .2 2.6 易用性 .2 2.7 运动仿真 .3 2.8 装配设计 .3 3 模型的构建 .3 3.1 木塞模型构建 .3 3.2 开瓶器把手的模块构建 .4 3.2.1 轮齿的建模 .4 3.2.2 手柄的建模 .6 3.3 开瓶器转轴的模块构建 .9 3.3.1 螺旋杆的建模 .9 3.3.2 螺旋杆顶部顶板建模 .10 3.3.3 螺旋杆把手建模 .11 3.3.4 螺旋杆底部针尖的建模 .11 3.4 开瓶器中心杆的模块构建 .12 3.4.1 中心轴建模 .12 3.4.2 中心轴孔建模 .13 3.5 开瓶器外壳的模块构建 .14 3.5.1 壳体建模 .14 3.5.2 螺旋杆孔建模 .15 3.5.3 底座模型构建 .15 4 运动仿真 .16 5 结论 .18 6 致谢 .19 7 参考文献 .20 中国地质大学长城学院 2012 届毕业设计 3 中国地质大学长城学院 2012 届毕业设计 4 中国地质大学长城学院 2012 届毕业设计 5 中国地质大学长城学院 2012 届毕业设计 6 1 前 言 葡萄酒瓶起盖器已经经历了很长的发展史，从开始的笨拙不方便到现在的轻巧灵便，正一步步的走向完善。 第一代：传统型开瓶器传统开瓶器主要 以塑料手动开瓶器为代表。这种开瓶器缺点很明显： 1、费劲； 2、不适合女士和小孩使用； 3、外官不美观。 图 1 第一代开瓶器 第二代：不锈钢开瓶器、蝴蝶开瓶器、海马开瓶器、金属开瓶器等；多功能开瓶器；气压开瓶器和电动开瓶器（雏形）。这一代开瓶器开始出现功能多样化，使用方便省力，比如不锈钢开瓶器中出现小刀，起到一个割破锡纸的作用；而金属开瓶器中开始利用杠杆原理，达到方便省力的效果；这一代的开瓶器的突破在于出现了第三代气压开瓶器和电动开瓶器雏形，为第三代气压和电动开瓶器奠定了基础。这一代开瓶器的缺点也很明显，首先没 有摆脱费力的缺点，仍然不适合女士使用；金属的开瓶器开始利用一些物理原理，但是产品体积庞大，笨拙。气压和电动开瓶器在技术上还不成熟，外观上也不美观。 中国地质大学长城学院 2012 届毕业设计 7 图 2 第二代开瓶器 第三代：气压开瓶器电动开瓶器。这一代开瓶器包括气压开瓶器，电动开瓶器（干电电动开瓶器和充电电动开瓶器）是在第二代的基础上发展起来，以气压和电动开瓶器为代表，摆脱了一二代红酒开瓶器费力、笨拙的缺点，技术上臻于成熟，外观上时尚美观。这一代红酒开瓶器的显著特点是自动化操作，将现代科技完美运用到红酒开瓶器中，省时、省力、方便快捷，更适合女士使用。 一般来说，开瓶器经历了这三个阶段的发展。虽然说第三代已经相对成熟，但仍然存在一些缺陷，比如：价格贵，携带不方便，有时得借助一些外界条件来使用。现在市场上第二代仍是主流，而且第二代中也有一些比较完善的作品，使用比较方便。因此，此次设计为基于 Inventor 软件，完成开瓶器的三维建模及运动仿真，使人们更加了解开瓶器运动的过程，使其更好地服务于我们的生活。 2 Inventor 软件介绍 Inventor 是 美国 AutoDesk 公司推出的一款三维可视化实体模拟 、三维设计软件 。Autodesk Inventor 提供了一个无风险的二维到三维转换路径。 Autodesk Inventor 软件是一套全面的设计工具，用于创建和验证完整的数字样机；帮助制造商减少物理样机投入，以更快的速度将更多的创新产品推向市场 。 Autodesk Inventor 产品系列正在改变传统的 CAD 工作流程 ,简化了复杂三维模型的创建 ， 通过快速创建数字样机，并利用数字样机来验证设计的功能， 并能 够加速概念设计到产品制造的整个流程 。 Autodesk Inventor Professional 提供了一套全面、集成的设计工具，可用于创建完整的数字样机，以验证设计的外型、结构和功能。 Inventor 创建的模型是一种精确的三维数字样机，支持用户在工作过程中验证设计和工程数据，尽量减少对于物理样机的依赖，这将减少进入制造环节后代价高昂的原型设计变更。 2.1 零件设计 中国地质大学长城学院 2012 届毕业设计 8 Inventor 可以帮助设计人员更为轻松地重复利用已有的设计数据，生动地表现设计意图。借助其中全面关联的模型，零件设计中的任何变化都可以反映到装配模型和工程图文件中。由此，设计人员 的工作效率将得到显著提高 。 Inventor 可以使经常使用的自定义特征和零件的设计标准化和系列化，从而提高客户的生产效率。利用 Inventor 中的 iPart 技术，设计公司可以轻松设置智能零件库，以确保始终以同种方式创建常用零件。 2.2 草图绘制 在创建零件和装配模型之前对不同的结构方案进行评估。通过使用 Inventor 的草图环境，可以像使用二维布局一样快速表达设计构思。使用几何约束功能与草图 修改工具 ，并结合颜色和线型的设置，更好地表达设计构思。 2.3 载荷定义 可以添加不同的驱动载荷、扭矩以及基于时间的力函数。用于研究设计模型在不同载荷条件下的性能。 2.4 可视化 全面体现设计模型的运行情况和性能。三维动画可以显示基于实体模型和施加载荷条件下的动态运动。 2.5 应力分析 Autodesk Inventor Professional 的应力分析功能是分析零件的应力应变，以确保零件的强度和刚度 。 应力分析工具与运动仿真工具全面集成，可以直接利用从运动仿真中计算出的准确载荷条件，执行零 件的应力分析。 2.6 易用性 Autodesk Inventor Professional 能够帮助用户充分利用原有的 AutoCAD 技能和 DWG 设计数据，从而体验数字样机带来的种种优势。 Autodesk Inventor Professional 集成了业界领先的二维和三维设计功能。无需使用 数据转换器 ，利用 DWG TrueConvert 就能直接读写 DWG 文件，同时还能保持与三维模型的关联性。 使 AutoCAD 用户快速熟练掌握三维设计工作流程 ，减少相关培训。利用带有可识别图标、 AutoCAD 兼容 快捷键 、光标提示以及撤销命令的熟悉设计环境，简化从 AutoCAD 软件向 Inventor 的过渡。此外，用户可以将配置导出为 XML 文件，然后将其配置传输到另一台电脑上。 DWG 保存可将三维设计的结果表达保存为 DWG 格式。 中国地质大学长城学院 2012 届毕业设计 9 2.7 运动仿真 Inventor 软件能够实现物体的运动仿真， 借助 其 运动仿真功能，用 户能了解机器在真实条件下如何运转 。 通过仿真机械装置和电动部件的运转以来确保您的设计有效，同时减少制造物理样机的成本。可以计算设计模型在其整个运转周期内的动态运行条件，并精确调整电动机和传动器的尺寸，以便承受实际的运转载荷。可以分析机械装置中每个零部件的位置、速度、加速度以及承受的载荷。 2.8 装配设计 Inventor 将设计加速器与易于使用的装配工具相结合，使用户可以确保装配设计中每一个零部件的安装正确 。 精确地验证干涉情况和各种属性，以便一次性创建高质量的产品。Inventor 提供的强大工具可有效控制和管理 大型装配设计中创建的数据，因此用户只需专心工作在所关心的部分零部件上。快速装配独立的零件和子装配，以定义完整的产品结构并验证产品是否可以正确装配。在装配中插入和放置新部件，再使用约束定义固定部件和移动部件的位置关系。 3 模型的构建 3.1 木塞模型构建 图 3 木塞实体模型 现在市场上葡萄酒瓶木塞一般尺寸为，直径 22.5mm 高 44mm。根据此尺寸在 Inventor软件中进行建模过程。 打开 Inventor 软件，点击新建，在草图模式下画出一直径为 22.5mm 的圆，然后单击“拉伸”按钮。将打开“拉伸”对话框，“选择”按钮已启用。 中国地质大学长城学院 2012 届毕业设计 10 图 4 拉伸指令 选择图形窗口中的圆形，单击鼠标右键，然后从关联菜单中选择“继续”，这将松开“拉伸”对话框中得“选择”按钮而按下“基点”按钮。然后使用指针拉伸方式定义拉伸操作的基点和端点，在图形窗口中单击以设置拉伸操作的起始点。设置基点后，即开始动态预览，选定的圆形将连接到指针。在图 形窗口中拖动指针，不用按住鼠标来拖动，状态栏将显示指针的绝对草图坐标。当移动指针时，图形窗口中的新位置和形状将不断更新。动态预览将以虚线显示原始位置和形状，以实线显示新图形的位置和形状。然后单击鼠标左键提交圆形的位置。如果有约束阻止拉伸操作，则可以点击 按钮设置替代以放宽尺寸约束或断开几何约束，以达到拉伸的目的。 3.2 开瓶器把手的模块构建 3.2.1 轮齿的建模 在草图模式下建造图形如下 图 5 轮廓图 圆形直径为 1.27cm，然后单击拉伸指令，对此圆形进行拉伸，拉伸 0.254cm 得到图形 中国地质大学长城学院 2012 届毕业设计 11 图 6 拉伸图形 使用填充指令 对以上图形进行填充，得到图形 图 7 实体图 根据测得的尺寸，在图 7 的基础上创建草图 8，画出一个齿轮的轮廓线如下图所示 中国地质大学长城学院 2012 届毕业设计 12 图 8 齿轮轮廓图 图 9 齿轮拉伸图 然后使用拉伸指令对齿轮的轮廓线进行拉伸得到图 9 使用“环形阵列”指令 图 10 环形阵列指令 对图 9 进行设置。单击“草图”工具栏上的“环形阵列“工具。选中齿轮的轮廓线，单击“轴”按钮，然后选择顶点作为阵列轴，在“数量”框中指定阵列中元素的数量，在“角度”框中指定用于环形阵列的角度 360 度，单击“确定”创建阵列，如图 11 图 11 齿轮阵列图 图 12 齿轮实体图 对图 11 进行填充，得到图 12。 3.2.2 手柄的建模 在草图中画出手柄轮廓线 中国地质大学长城学院 2012 届毕业设计 13 图 13 手柄轮廓图 在垂直于图 13 的底部建工作平面一，在此工作平面内，画出手柄底端的轮廓图 。 图 14 手柄底端轮廓图 在齿轮中 心部位建立一个平行于工作平面一的工作平面二，在工作平面二内 画出手柄顶端的轮廓图。 图 15 手柄顶端轮廓图 创建手柄两弯折点的轮廓线 中国地质大学长城学院 2012 届毕业设计 14 图 16 手柄上弯折点轮廓图 图 17 手柄下弯折点轮廓图 对图 14、图 15、图 16、图 17 放样。使用放样指令，单击“放样”工具 ，在“曲线”选项卡上选中图 14、图 15、图 16、图 17 的轮廓线，在“截面”表头下单击，然后按照手柄的形状光滑过渡的顺序选择四个截面，在“输出”下选择“曲面”。 单击“封闭回路”复选 框以连接放样的起始和终止截面，单击“合并相切面”复选框以无缝合并放样面。在“操作方式”下单击“切削”。单击“确定”完成放样，结果如图 图 18 手柄放样图 去除齿轮底部的部分齿轮。 根据测量实体得，齿轮底部 99 度没有齿轮，创建草图 中国地质大学长城学院 2012 届毕业设计 15 图 19 齿轮底部草图 对图 19 进行拉伸得到开瓶器把手的实体模块。 图 20 手柄实体图 3.3 开瓶器转轴的模块构建 3.3.1 螺旋杆的建模 根据测量实体得，螺旋杆高度为 4cm，长度为 10.75cm，宽度为 0.63cm，在三维草图中 画出轮廓线如图。 中国地质大学长城学院 2012 届毕业设计 16 图 21 螺旋杆草图 螺旋杆上端直杆长度为 0.76cm，在二维草图中画出轮廓线。 图 22 螺旋杆顶部轮廓线 创建螺旋杆顶部轮廓线，直径为 0.127cm。 图 23 螺旋杆底部轮廓线 对图 21、图 22、图 23 进行扫掠。 单击“扫掠 ” 工具， 单击“截面轮廓”然后选中图 21 中的轮廓线，单击“路径”选择路径草图，从“类型”列表中选择“路径和引导轨道”，在图形窗口中选中图 22 和图23 作为引导曲线。单击图 21 的轮廓缩放选项，来指示如何缩放扫掠截面，和图 21 中的轮廓线“求交”，单击“确定”形成扫掠图。 中国地质大学长城学院 2012 届毕业设计 17 图 24 螺旋杆扫掠图 3.3.2 螺旋杆顶部顶板建模 根据测量实体知其直径为 0.5cm，长度为 6.98cm 在草图中画出轮廓线如图。 图 25 轮廓线 对图 25 进行拉伸得到实体图形。 图 26 螺旋杆顶部实体图 3.3.3 螺旋杆把手建模 根据测出的尺寸在草图中画出轮廓图。 中国地质大学长城学院 2012 届毕业设计 18 图 27 把手轮廓线 对图 27 进行拉伸得到实体图形 图 28 手柄实体图 3.3.4 螺旋杆底部针尖的 建模 根据尺寸在草图中画出轮廓线如图 图 29 针尖轮廓线 拉伸图 29 得到开瓶器转轴的实体模型 中国地质大学长城学院 2012 届毕业设计 19 图 30 转轴实体图 3.4 开瓶器中心杆的模块构建 3.4.1 中心轴建模 根据测得的尺寸，中心杆长 5.84cm，宽 0.57cm。齿槽高 0.076cm，长 0.168cm。 两端无齿槽部分长 0.508cm，在草图 中画出轮廓线，如图 图 31 中心轴草图 对图 31 进行拉伸处理 图 32 拉伸图 中国地质大学长城学院 2012 届毕业设计 20 在图 32 顶部拉伸曲面，在草图模式下，在垂直于中心轴的上方画出一直径为 5.84cm的圆形。 图 33 草图的构建 对图 33 进行拉伸，在中心轴上方会得到一平面如图 图 34 圆的拉伸图 镜像图 34，得到 图 35 中心轴实体图 3.4.2 中心轴孔建模 草图模式下，在中心轴一端画出孔的轮廓线，大圆直径 0.5cm，小圆直径 0.29cm。 图 36 大孔轮廓线图 图 37 小孔轮廓线图 对上图进行拉伸便得到开瓶器 中心杆的实体模块 中国地质大学长城学院 2012 届毕业设计 21 图 38 中心轴实体图 3.5 开瓶器外壳的模块构建 3.5.1 壳体建模 在草图中画出壳体的轮廓线 图 39 壳体轮廓线 对图 39 进行拉伸，得到其实体模型 图 40 壳体实体图 中国地质大学长城学院 2012 届毕业设计 22 在外壳中的手臂部位应该留有装手柄的空隙，而图 39 中由于是完全拉伸，所以中间是实体，于是应在其手臂原有部位创建于手柄尺寸一致的轮廓线，进行拉伸得到实体以后于图 39 求差便可得到装配手柄的空隙。然后使用镜像指令，做出外壳的另一半。如图 图 41 壳体镜像图 3.5.2 螺旋杆孔建模 在图 40 中心轴底部画出直径 0.858cm 的圆，进行拉伸，然后于图 40 求交。再在同一部位画一直径为 0.508cm 的圆，进行拉伸， 于图 40 求差，便可得到螺旋杆孔的实体模型。 图 42 螺纹孔实体图 3.5.3 底座模型构建 在图 42 底部画出底座轮廓线 中国地质大学长城学院 2012 届毕业设计 23 图 43 底座轮廓线 对图 43 进行旋转，得到底座的实体模型。 图 44 底座实体图 对外壳进行倒角得到外壳的实体模型。 图 45 外壳实体图 中国地质大学长城学院 2012 届毕业设计 24 4 运动仿真 选择主菜单“应用程序”中的“运动仿真” 命令，进入运动仿真环境。 图 46 仿真面板 图 47 运动仿真环境 在 inventor 中打开例配文件 ,选中钻子并拖动它，可以旋转，也可以做上下运动。在部件环境下，可以用鼠标向下拖动并侧向拖动，手柄可以旋转自由，在装配部件环境下，可以用鼠标向下拖动并侧向拖动，是转动手把旋转并向下运动，也可以用鼠标拖动旋转两个手柄中的任何一个来驱动钻子作上下运动，前者模拟将钻子钻入瓶塞运动，后者模拟将钻子提上来把瓶塞打开的运动。 在装配部件 的构件“手柄”、“转动手把”和“钻子”只能分别作旋转运动，旋转运动和上下运动、旋转运动和上下运动。一个构件的运动能带动另一个或者多个构建运动。这是因为在部件环境中构件相互之间是被约束的，它们只能够以一定的方式运动。运动的方式取决于构件的自由度。 中国地质大学长城学院 2012 届毕业设计 25 图 48 运动仿真环境 图 49 运动仿真环境 在运动仿真环境中，运动仿真浏览器在其“固定”项下列出了所有的零部件如图 49这意味着目前条件下没有任何一个零件可以在运动仿真环境中运动，即在默认情况下，所有零件有 0 个自由度。运动仿真使用户可以对装配部件构造一个运动机 理，在部件环境中，与装配约束相关的自由度不会完全转换为运动仿真中的自由度。因为在运动仿真环境中，通过“连接”来定义零件的自由度。 连接，或机械连接，是运动仿真环境中两个零部件的运动关系。它决定零部件如何相对运动或相互作用。我们知道，开瓶器的钻子应该允许上下运动。为此，在运动仿真环境中，应该产生一个连接来确立开瓶器主框架和齿条之间的运动关系。 中国地质大学长城学院 2012 届毕业设计 26 5 结论 通过这次毕业设计让自己提高了动手实践能力，提高了自己分析问题、解决问题的