折叠式太阳伞的虚拟样机设计与分析_CADCAM课程设计说明书.docx

湖南农业大学 工学院课程设计说明书 课程名称： 机械cad/cam课程设计 题目名称：折叠式太阳伞的虚拟样机设计与分析 班 级：20 10级 机械设计及其自动化 专业 班姓 名： 学 号： 指导教师： 评定成绩：教师评语： 指导老师签名： 20 年 月 日目 录摘要. 1关键词. 21折叠式太阳伞的结果组成和工作原理.22零件的三维实体的建模方法.22.1典型零件三维实体模型建立的方法. . .32.2其他零件三维实体模型建立方法简介. 83 装配模型建立的方法和步骤.114 装配模型的运动仿真分析. 125 关键零件的cae. . 156典型零件的cam. 207 结论. 24参考文献. 24折叠式太阳伞的虚拟样机设计 学 生：曾志平 (湖南农业大学工学院机械10-4班级，学号201041739203)摘要：折叠式太阳伞自从其诞生以来，就广受大众的喜爱，并且迅速地成为了日常家用品，但是追溯到其在设计原理，生产制造的各个环节，对其进行虚拟样机的设计是非常的有必要的，建立三维实体模型，更能够让我们把抽象化换位实体化；通过三维运动仿真分析和有限元的分析方法，更加能够让我们看清其各个机构的运动先后次序；通过计算机辅助制造的分析方法，能够在减少人力的情况下，提高了人为编程的效率和准确度。关键词：工作原理 三维实体建模 装配体 运动仿真分析 cae cam正文：1折叠式太阳伞的结果组成和工作原理1.1折叠式太阳伞的结果组成折叠式太阳伞由手把、伸缩杆件、顶、滑块以及五个连接杆件组成，其中手把结构包括手把1和手把2，他们之间通过螺纹连接；伸缩杆件由四根杆件相互嵌套而成，其中杆件1和手把固定连接在一起，可以相对杆件2相对滑动，同理，杆件2可以相对于杆件3相对滑动，杆件3可以相对杆件4相对滑动，而杆件4一段与杆件3嵌套，另一端则与顶固定连接在一起；顶由顶1和顶2两个构件组成，两者通过螺纹连接；滑块在杆件4上相对滑动；五个连接杆件分别为：摇杆1，摇杆2，连杆1，连杆2，摇杆3组成。具体结构组成，如下图1和图2所示图1-1折叠式太阳伞总成图图1-2折叠式太阳伞单个架拆分图1.2折叠式太阳伞的工作原理作用一个外力于手把上，从而依次带动杆件1，杆件2，杆件3之间的嵌套运动，进而实现太阳伞的折叠和伸长变化；再作用一个外力与滑块上，使得滑块在杆件4上相对于杆件4滑动，从而带动连接在其上的摇杆1的旋转运动，由机械构件之间的传动关系可知，接着通过摇杆2，连杆1，连杆2之间的运动的传动（附加一个弹簧约束），从而带动摇杆4的运动，以实现伞布的敞开和关闭两种状态，以及它们之间的转化。2零件的三维实体建模方法2.1典型零件三维实体模型建立方法2.1.1杆件1建模图2-1杆件1（1） 生成拉伸特征单击菜单栏中的“文件”“新建”命令，或者单击“标准”工具栏中的（新建）工具，弹出“新建solidworks文件”对话框。单击“零件”按钮，单击确定按钮，生成一个新的零件文件。在特征管理器设计树中选择“上视基准面”，单击“草图”工具栏中的（草图绘制）工具，在solidworks进入草图绘制状态。单击“草图”工具栏中的（多边形）工具，参照如图4所示的形状在图形区域绘制草图。单击“尺寸/几何关系”工具栏中的（智能尺寸）工具，在图形区域参照如图4所示的尺寸标注，标注正六边形的内切圆的半径。单击“特征”工具栏中的（拉伸凸台/基体）工具，在左窗格中显示“拉伸”属性管理器，这时草图在图形区域中变为等轴测视图，确定正确的拉伸方向后，在“方向1”选项栏的“终止条件”下拉列表中选择“给定深度”，在（深度）文本框中输入深度值为140mm。单击（确定）按钮，生成拉伸4特征分别出现特征管理器设计树和图形区域中，如图5所示。5图2-2绘制草图及标准尺寸图2-3拉伸4特征（2） 生成拉伸切除特征选择杆件1的上表面（下表面），在单击“草图”工具栏中的（草图绘制）工具，在solidworks进入草图绘制状态。单击“草图”工具栏中的（圆）工具，参照如图6所示的形状在图形区绘制草图。单击“尺寸/几何关系”工具栏中的（智能尺寸）工具，在图形区域参照如图6所示的尺寸标注，圆的半径。单击“特征”工具栏中的（拉伸切除凸台/基体）工具，在左窗格中显示“拉伸”属性管理器，这时草图在图形区域中变为等轴测视图，确定正确的拉伸方向后，在“方向1”选项栏的“终止条件”下拉列表中选择“完全贯穿”。单击（确定）按钮，生成拉伸5特征分别出现特征管理器设计树和图形区域中，如图7所示。图2-4绘制草图及标准尺寸图2-5拉伸5特征2.1.2滑块的建模图2-6滑块（1）生成拉伸1特征6图2-7绘制草图及标准尺寸图2-8拉伸1特征（2）生成拉伸2切除特征图2-9绘制草图及标准尺寸图2-10拉伸2特征（3）生成拉伸3特征19图2-11绘制草图及标准尺寸图2-12拉伸3特征（4）生成切除-旋转1特征图2-13绘制草图及标准尺寸图2-14切除-旋转1特征（5）生成拉伸5特征和圆周阵列特征24（6）生成拉伸特征图2-19绘制草图及标准尺寸图2-20阵列特征（6）生成旋转1特征 图2-21绘制草图及标准尺寸图2-22旋转1特征2.2其它零件三维实体模型建立方法简介表2-1各零件的建模方法序号零件名称主要特征样图1手把1拉伸，切除-扫描，倒圆角2手把2拉伸，倒角，切除-扫描3顶1拉伸，切除-扫描，切除-旋转，阵列，旋转4顶2旋转，切除-扫描5摇杆1拉伸，镜像，拉伸切除，圆角6摇杆2拉伸，拉伸切除，镜像7连杆1拉伸，拉伸切除，镜像8连杆2拉伸，拉伸切除，镜像9摇杆3拉伸，拉伸切除，镜像10杆件2、3、4拉伸，拉伸切除3装配模型建立的方法与步骤图3-1总装配图样3.1装配模型建立的方法装配体模型建立的方法是自下而上，先主要零件后次要零件。3.2装配模型建立的步骤（1）单击菜单栏中的“文件”“新建”命令，或者单击“标准”工具栏中的（新建）工具，弹出“新建solidworks文件”对话框。单击“装配体”按钮，单击确定按钮，生成一个新的装配图文件。（2）依次单击菜单栏中的“插入”“零部件”“现有的零件/装配体”命令，在特征管理器设计树单击“浏览”按钮，弹出“对话框”，在列表框中列出了上面所绘制的各种零件。如下图图3-2“打开”对话框（3）在零部件列表中选择“手把1”，单击“打开”按钮，此时鼠标在屏幕变为可放置得模样，在菜单栏中选择“视图”工具栏中的原点，然后在屏幕中选择原点，此时手把1被装载进来了。（4）继续重复步骤（3）的操作，把各个零件依次装载进来，然后在依次单击“装配体”工具栏中的（配合）工具，设定各个零件之间的装配关系，在进行圆周线性阵列，最后，单击（确定）按钮，及可以把各个零件给装配完成。如表是各个零件之间的所用的约束一览表表3-1各零件之间配合约束一览表序号零件名称约束类型1手把1-手把2重合（面面，线线）2手把2-杆件1重合（面面，线线）3杆件1-杆件2重合（面面，线线）4杆件2-杆件3重合（面面，线线）5杆件3-杆件4重合（面面，线线）6杆件4-顶1（固定）重合（面面，线线）7顶1-顶2（固定）重合（面面，线线）8杆件4-滑块重合（面面，线线）9杆件4-摇杆1相切（面面），重合（线线）10杆件2-顶1相切（面面），重合（线线）11连杆3-摇杆2重合（线线，线线）12连杆3-连杆1，连杆2重合（线线，线线）13连杆5-摇杆杆4重合（线线，线线）4装配模型的运动仿真分析由折叠式太阳伞的工作原理可知，对于折叠式太阳伞的运动仿真分析，关键是实现各个零件不同次序先后的运动，以及相应的转化。在这里则采用关键点的控制不同零件之间运动的状态，从而达到不同零件的不同次序先后的运动。（1） 单击工具栏中的“插入”工具，选择新建运动算例，则就建立了一个运动仿真文件（2） 在新建的运动算例下，选择“动画”模块，然后操作时间杆到时间点为6s为止，然后用鼠标拖动滑块相对于杆件4往下移到一定位置如图27所示，此时自动扑捉到键码点并进行键码如图28所示，以此来实现滑块的运动，而其他杆件是静止的。滑块移动未移动之前位置滑块移动之后的位置图4-1滑块的位置变化图4-2自动键码点的生成（3） 在6s位置单击右键，选择放置键码点，然后拖动时间操纵杆到时间点为12s的位置，再者用鼠标拖动杆件3，杆件2，杆件1，手把一同往下走到一定的位置如图29所示，同样的也会自动捕捉到键码点并进行键码如图30所示，以此来实现杆件3的往下运动，而其他的杆件是静止的。杆件3移动未移动之前位置杆件3移动之后的位置图4-3滑块的位置变化图4-4自动键码点的生成（4） 同样的道理，可以控制杆件2，杆件1的不同次序的先后的运动。最终的键码点位置如图31所示图4-5键码点总图（5） 单击运动仿真算例工具栏中（计算）工具，对折叠式太阳伞的运动进行计算。单击（播放）工具，则就可以观看折叠式太阳伞的仿真动画。单击（保存）工具，可以对折叠式太阳伞的仿真动画进行保存。（avi视频资料在附件文件夹中）。（6）测量仿真结果，单击菜单栏中的“工具”选择“插件”，启动solidworks motion插件，在新生成的折叠式太阳伞的运动算例中选择“motion分析”版块，单击运动仿真算例工具栏中（结果和图解）工具，弹出对话框，参数如图32所示，单击（确定）即可得到手把1在运动过程当中的沿y轴的位移和速度图解图，如图33，34所示。图4-6“结果”对话框 图4-7手把1沿y轴上的位移图解图 图4-8手把1沿y轴上的速度图解图 5连杆1的cae由于连杆1在折叠式太阳伞的各个机构当中，处于连接各个机构之间的运动个关键部件，通常比较容易损坏，所以有必要对其进行必要的有限元分析，以防止外界载荷过大，而超过其极限应力而失效。以下为是建立在solidworks2009的基础上，对连杆1进行有限元分析的步骤：（1）单击“文件”“打开”命令，在弹出的“打开”的对话框中选择连杆1，单击菜单栏中的“工具”选择“插件”，启动solidworks simulation插件，回到菜单栏中单击“simulation”的工具如图39所示， 在下拉列表中选择算例如图40所示，弹出算例对话框，选择静态，在单击（确定），即建立了一个新的cae算例。图5-1新cae算例 图5-2插件 图5-3算例对话框（3） 设置材料属性选中新算例下的连杆1，单击鼠标右键选择“应用/编辑材料”，弹出材料对话框，在自定义文件中，aisi1015钢，冷拔（ss）,具体设置如图41所示，单击确定完成材料属性的设置。图5-4材料对话框（4） 设置夹具属性选中新算例下的夹具，单击鼠标右键选择“固定几何体”，弹出夹具对话框，在类型中选择固定铰链,在夹具的圆柱面中选择连杆1上圆柱孔，具体设置如图42所示，单击确定完成夹具属性的设置。此时连杆1的变化如图43所示图5-5夹具对话框 图5-6连杆1的变化（5） 设置外部载荷选中新算例下的外部载荷，单击鼠标右键选择“离心力”，弹出离心力对话框，在参考平面中选择与步骤4一致的圆柱孔，具体离心力数值的设置如图45所示，单击确定完成外部载荷的设置。此时连杆1的变化如图46所示图5-7离心力对话框 图5-8连杆1的变化（6） 划分网格并运行算例选择新算例下的网格，单击鼠标右键选择“生成网格”，弹出生成网格对话框（如图47所示），单击确定即完成划分网格（如图48所示），在单击选择新算例下的网格，单击鼠标右键选择“加网格并运行”，即可得到连杆1的cae算例的分析的具体结果，如图49,50,51所示。图5-9网格对话框 图5-10连杆1的变化图5-11连杆应力图解图图5-12连杆1位移图解图图5-13连杆1形变图解图6顶2零件的cam（1） 单击“文件”“打开”命令，在弹出的“打开”的对话框中选择顶2的cam分析的零件；在单击菜单栏中“”的工具，选择新增铣床，弹出新的铣切工件对话框，具体设置如下图52所示，单击确定弹出铣床工件设定对话框，如图53所示图6-1新的铣切工件对话框 图6-2铣床工件设定对话框（2） 单击铣床工件设定对话框中的工件原点，设置工件加工的原点，具体设置过程如图54所示，单击确定即可图6-3铣床工件加工原点对话框（3）单击铣床工件设定对话框中素材形状，设置加工素材形状，具体设置过程如图55所示，单击（确定）即可图6-4铣床工件素材形状（4）单击铣床工件设定对话框中的加工形状，设置加工形状，具体设置过程如图56所示，单击（确定）即可图6-5铣床工件加工形状（5）完成上述步骤之后，右键单击cam特征树中的加工过程，选择新增里面的3d立体加工，弹出3d立体加工工程设定对话框，具体图形如图57所示 图6-6铣床工件3d立体加工工程设定对话框（6）选择3d立体加工工程设定对话框中的刀具，设定刀具，具体过程如图58所示，单击选取即可图6-7铣床工件3d立体加工工程刀具设定（7）选择3d立体加工工程设定对话框中的铣切高度，设定铣切高度，具体过程如图58所示图6-8铣床工件3d立体加工工程铣切高度设定（8）选择3d立体加工工程设定对话框中的加工参数，设定加工参数，具体过程如图59所示图6-9铣床工件3d立体加工工程加工参数设定（9）单击铣切3d立体加工工程设定对话框中的，单击模拟 ，弹出模拟对话框，具体情况如图60所示，单击可以自动生成数控机床加工程序代码，详细代码放置于附件 。图6-10铣床工件3d立体加工工程模拟对话框图