机械产品三维模型设计（高级） 课件 模块二：机械产品的参数化设计

模块二机械产品的参数化设计ParametricDesignofMechanicalProducts电机参数化设计ParametricDesignofElectricMotor2.1电机参数化设计【任务描述】如图2-2所示的同步电机，由转子、磁瓦、轴承、前端盖、后端盖几部分组成，适用于各种自动化设备中。设计完成该电机模型，要求电机模型随着表达式数值的更改而更改。通过完成电机参数化建模任务，学习方程式管理器、参考几何体等工具，培养学生分析零件的结构特征和尺寸关系，建立零件间的相互参数关系的能力。使得学生能够在三维建模过程中合理使用方程式管理器、参考几何体等工具，理解使用中望3D进行机械产品参数化建模的基本思路。图2-2电机图机械产品结构设计结构设计是产品开发的灵魂，决定功能实现与制造成本。优秀的设计需在满足性能要求的前提下，平衡美学与经济性。几何要素：功能的基石精准定义零件尺寸、公差配合与空间形态，确保物理功能落地。零件衔接：可靠性保障优化装配关系与连接方式，在保证稳定性的同时提升维护便捷性。流程分析：成本与效率的平衡拆解设计与制造全链路，从多方案中筛选出经济最优解。几何要素几何要素通过零件表面定义产品结构。零件表面的组合与衔接方式，共同塑造了产品的最终形态，并对性能产生决定性影响。尺寸与公差控制精确控制误差，确保装配精度与功能实现的基础。表面质量优化粗糙度与平整度直接影响耐磨性、密封性及外观质感。表面衔接关系平行、垂直等空间关系决定了零件组合与结构稳定性。核心价值：精细把控几何要素，释放设计创新空间零件衔接零件衔接不仅关乎产品外观的流畅性，更是决定核心性能的基础。设计需从整体功能出发，确保衔接的合理性与精确性。案例：减速器齿轮啮合设计●轴线平行度：确保齿轮正确啮合，动力传输高效平稳。●中心距精度：防止齿轮异常磨损与噪音，保障使用寿命。设计核心原则整体性分析：从产品结构全局确定衔接位置。2.精度匹配：零件数量越多，对复杂度与精度要求越高。流程分析科学的流程分析是提升机械产品结构设计水平的关键。遵循系统化路径，确保设计过程严谨，最终实现结果的最优化与成本控制。01.功能分解与拼接拆解整体功能为子功能，明确零件形状尺寸，完成初步拼接与框架搭建。02.结构草图绘制绘制清晰草图估算尺寸，优先选用标准件与通用件，降低制造难度与成本。03.全面分析与优化优化布局节省空间材料，分析荷载力减少应力集中，提升产品耐用性。系统化路径·严谨性保障

确保设计质量与生产效率双赢参考核心概念：关联设计桥梁将装配组件内的几何元素（点/线/面/基准）参考至另一组件，建立精准的关联设计关系。核心用途：确保关联一致当组件设计依赖其他特征时，维持设计逻辑的强关联性，确保多组件间的一致性。应用示例：尺寸联动更新如法兰周长驱动另一零件特征，原始尺寸变更时，参考特征自动同步更新，避免装配错误。参考几何体的关键参数选项关联复制(Associative)勾选则与原几何体联动更新，不勾选则为静态独立副本。记录状态(RecordHistory)记录提取参考时源零件的历史状态，确保设计变更稳定性。使用装配位置(UseAssemblyPosition)定义参考体坐标基于装配体中的实际位置，而非零件原点。参考零件(ReferencePart)显示源零件文件名，便于复杂装配环境下的设计追溯与管理。参考类型分设计人员可通过激活零件外部的任意几何元素进行参考，无论是父对象、子对象还是其他组件，极大提升了装配体设计的灵活性。参考曲线(3D)：创建外部曲线或边的参考，支持多选。参考基准面(3D)：创建外部基准面的参考，定位空间平面。参考点(3D)：创建外部点的参考，选中点显示三角符号。参考面(3D)：创建外部实体面的参考，获取表面几何信息。参考造型(3D)：创建外部造型特征的参考，关联复杂特征。先进设计理念：Top-Down建模方法Top-Down是一种自顶向下的系统化开发理念，将市场需求逐步转化为具体几何结构，尤其适用于复杂新产品的协同开发。01概念设计Concept分析需求，定义功能，形成概念模型与装配草图。02功能结构设计Structure确定关键参数，转化为含主要接口的装配体模型。03产品详细设计Detail以顶层模型为核心，各小组并行开展零部件详细设计。04分析与迭代Analysis仿真分析（强度/运动），根据结果优化迭代直至达标。Top-Down建模过程核心价值CoreValue确保所有零部件在统一框架下协同工作，实现并行设计，显著提升开发效率与质量。预习效果检查（1）填空题1）参考几何体命令用于将一个装配组件内的（）、（）、（）、基准面、造型或者面参考到另一个装配体的组件中。2）参考几何体命令中“关联复制”选项可创建与被参考的外部几何体（）的参考几何体。每次当被参考几何体重生成时，参考几何体都会进行重新评估。如果不勾选，将只创建一个静态复制的参考几何体。（2）判断题1）使用参考几何体命令引用曲线创建实体，当原几何体曲线更新时，创建的实体一定跟随更新。（）2）参考几何体命令可记录用于提取参考几何体的零件的历史状态。当重生成含有时间戳的参考几何体时，被参考的零件会在参考几何体重评估之前先回滚到记录的历史状态。（）电机产品结构及尺寸分析对电机进行结构分析可知，整个电机由转子、磁瓦、轴承、前端盖、后端盖五大部分组成。转子作为关键零件，其中心孔与轴承之间为孔轴配合，外轮廓与轴瓦同心。因此选择转子为基体设计零件，其他装配零件参考转子为基准，当转子发生变化是其它零件也相应发生变化，从而得到新的型号电机。图2-5电机结构图电机产品装配体建模新建零件/装配，命名为“电机”，如图2-6所示。图2-6新建电机装配模型图2-7配置对话框温馨提示：中望3D2022在新建文件前，打开【实用工具】菜单下的【配置】命令（图2-7），勾去“单文件单对象”，这样方便建模时所有模型都保存在一个文件中。电机转子建模过程（1）单击菜单栏【装配】-【插入新组件】功能图标，命名新组件名称为“转子”。如图2-8所示。图2-8新建组件转子电机转子建模过程（2）单击菜单栏【工具】-【方程式管理器】功能图标，插入需要编程的参数。设置如图2-9所示的几组参数。注意设置参数输入名称、表达式每完成一次点击“√”，注意类型为常量。图2-9表达式列表电机转子建模过程（3）使用【基准面】命令创建基准面，选择XY平面，偏移选择右边下拉箭头选择表达式，选择上一步创建的空芯转子片数量表达式。如图2-10所示。图2-10建立上基准面电机转子建模过程（3）使用【基准面】命令创建基准面，选择XY平面，偏移选择右边下拉箭头选择表达式，选择上一步创建的十字芯转子片数量表达式，注意为负值。如图2-11所示。图2-11建立下基准面电机转子建模过程（4）选择XY平面创建草图，选择【圆】命令在原点上用表达式的方式绘制φ120的圆。对尺寸进行标注的时候，选择“表达式”选项，选择前面设置的参数变量如图2-12所示：图2-12绘制外圆电机转子建模过程（5）选择【拉伸】命令，选择上一步草图，选择“拉伸类型”为1边，结束点选择右边下拉箭头选择表达式，选择转子单片厚度T。如图2-13所示。图2-13拉伸模型电机转子建模过程（6）选择转子单片上表面创建草图。绘制草图，可以水平绘制，再旋转15度。如图芯槽角度15°使用表达式的方式选择。如图2-14所示：图2-14芯槽草图电机转子建模过程（7）选择【拉伸】命令，选择上一步草图，“选择拉伸类型”为“1边”，穿过所有面，布尔运算为减运算修剪实体。如图2-15所示：图2-15拉伸切除芯槽电机转子建模过程（8）选择基础编辑，选择【阵列】命令，“类型”选择“环形阵列”，“基体”选择上一步拉伸切除，“方向”选择“Z”轴方向，“角度”输入18度，“数量”输入“20”。如图2-16所示：图2-16阵列芯槽电机转子建模过程（9）选择转子单片上表面创建草图。如图2-17所示：图2-17转子中心凹槽草图电机转子建模过程（10）选择【拉伸】命令，选择上一步草图，选择“拉伸类型”为1边，穿过所有面，布尔运算为减运算修剪实体。如图2-18所示：图2-18拉伸切除中心凹槽电机转子建模过程（11）选择基础编辑，选择【阵列】命令选择环形阵列，角度90数量4。如图2-19所示。图2-19阵列中心凹槽电机转子建模过程（12）选择XY平面创建草图，选择【圆】命令在原点上用表达式的方式绘制φ10的圆。如图2-20所示：图2-20内圆草图电机转子建模过程（13）选择【拉伸】命令，选择上一步草图，选择“拉伸类型”为“1边”，穿过所有面，布尔运算为减运算修剪实体。如图2-21所示：图2-21拉伸内圆孔电机转子建模过程（14）选择基础编辑，选择【复制】命令选择沿方向复制，方向选择Z轴方向。距离选择表达式T。如图2-22所示：图2-22复制单片转子电机转子建模过程（15）选择XY平面创建草图，选择【参考】命令，旋转前面绘制的φ38的圆弧（图2-23），选择【圆】命令在原点上绘制任意大小的圆，约束此圆弧与参考圆弧等半径（图2-24）。图2-23参考圆弧图2-24复制后转子中心孔草图电机转子建模过程（16）选择【拉伸】命令，选择上一步草图，选择拉伸类型为1边，布尔运算为减运算修剪实体。如图2-25所示：图2-25拉伸切除复制后转子电机转子建模过程（17）选择基础编辑，选择【阵列】命令选择“线型阵列”，“方向”选择Z轴方向，数目选择右边下拉箭头表达式选择空芯转子片数量，距离选择表达式“T”如图2-26所示：图2-26+Z方向阵列复制后的转子电机转子建模过程（18）选择基础编辑，选择【阵列】命令选择“线型阵列”，方向选择-Z轴方向，数目选择右边下拉箭头表达式选择十字芯转子片数量，距离选择表达式“T”如图2-27所示：图2-27-Z方向阵列复制后的转子电机转子建模过程（19）转子的数量会跟着“数目”的变化而变更，完成新的转子。磁瓦建模过程（1）转子完成后，点击DA工具栏上面的【退出】，回到根目录（图2-29），创建新的文件磁瓦。（2）【插入新建组件】磁瓦。如图2-30所示。温馨提示：将所有模型都保存在一个文件中，这样方便查找文件，方便修改。磁瓦建模过程（3）双击“磁瓦”零件，开始“磁瓦”零件建模。选择装配模块中参考命令，选择【参考】面命令，选择转子外圆面作为参考平面。如图2-31所示：图2-31引入参考磁瓦建模过程（4）创建【基准面】，选择XY平面，偏移右边下拉箭头选择表达式，选择空芯转子片数量加6.5。如图2-32所示：图2-32创建上基准面磁瓦建模过程（5）创建【基准面】，选择XY平面，偏移右边下拉箭头选择表达式，选择负十字芯转子片数量减-1.5。如图2-33所示：图2-33创建下基准面磁瓦建模过程（6）选择XY平面创建草图，选择【圆】命令在原点上绘制两个圆，圆直径超过参考面尺寸即可（注意不要标注圆的尺寸），标注参考面到第一个圆的距离，在标注第一个圆与第二个圆之间的距离，完成退出草图。如图2-34所示：图2-34绘制磁瓦草图磁瓦建模过程（7）选择【拉伸】命令，选择区域拉伸，选择高亮部分，选择两边，“起始点”选择到延伸面，选择创建的第一个平面，“结束点”选择第二个基准平面。图2-35拉伸磁瓦实体磁瓦建模过程（8）选择【倒角】命令，“斜面距离”输入“2”，创建距离为2mm的倒角。图2-36磁瓦边缘倒角磁瓦建模过程（9）选择基础编辑，选择【阵列几何体】命令选择“环形阵列”，“角度”输入“90”，数量输入“4”，完成磁瓦建模。如图2-37所示：图2-37阵列磁瓦前端盖创建（3）使用【基准面】命令创建基准面，选择XY平面，偏移选择右边下拉箭头选择表达式，选择上一步创建的空芯转子片数量表达式。如图2-10所示。图2-38新建前端盖组件前端盖创建（2）选择装配模块中参考命令，选择【参考】面命令，选择轴瓦的上、下端面及外圆面当做参考平面。如图2-39所示：2-39引入参考前端盖创建（3）创建【基准面】，选择“与平面成角度”，选择XZ平面，绕Z轴旋转“-45°”，如图2-40所示：图2-40创建基准面前端盖创建（4）选择刚刚创建的平面创建草图，选择【多段线】和【倒圆角】命令绘制如图2-41所示的轮廓线，注意其中一条水平线与引入的上参考平面共线，完成退出草图。图2-41绘制前端盖外形草图前端盖创建（5）选择【旋转】命令，选择刚刚绘制的草图旋转，旋转轴为Z轴，旋转角度为“0°~360°”，在偏移类型中选择“加厚”，向外部偏移“2mm”，如图2-42所示。图2-42旋转生成实体前端盖创建（6）选择XY平面创建草图，选择【圆】命令绘制圆，圆直径为9mm。如图2-43所示：图2-43绘制圆孔草图前端盖创建（7）选择【拉伸】命令，选择上一步草图，选择拉伸类型为1边，布尔运算为减运算修剪实体，穿过所有面。如图2-44所示：图2-44拉伸切除孔特征1前端盖创建（8）选择基础编辑，选择【阵列特征】命令选择“环形阵列”，选择刚刚拉伸的孔，“角度”输入“45”，数量输入“8”。如图2-45所示：图2-45阵列孔特征1前端盖创建（9）选择XY平面创建草图，选择【圆】命令绘制圆，圆直径为5mm。如图2-46所示：图2-46绘制5mm圆孔草图前端盖创建（10）同样选择【拉伸】命令，选择上一步草图，选择拉伸类型为1边，布尔运算为减运算修剪实体，穿过所有面。如图2-47所示：图2-47拉伸切除圆孔前端盖创建（11）选择基础编辑，选择【阵列特征】命令选择“环形阵列”，选择刚刚拉伸的孔，“角度”输入“90”，数量输入“2”。如图2-48所示。建模完成如图2-49。图2-48阵列圆孔特征图2-49前端盖后端盖创建（1）前端盖完成后，点击DA工具栏上面的【退出】，回到根目录，创建新的文件后端盖。【插入新建组件】“后端盖”。如图2-50所示。双击“后端盖”，对前端盖零件进行建模。图2-50新建后端盖组件后端盖创建（2）后端盖是包着前端盖的，一个圆周曲面作为直径方向的配合，一个端面作为轴向的定位配合。选择装配模块中参考命令，选择【参考】面命令，选择前端盖的最大外圆当做参考平面，如图2-51所示。引入参考后，将前端盖隐藏，建模后端盖。图2-51参考曲面后端盖创建（3）选择XZ平面创建草图，选择【多段线】和【倒圆角】命令绘制如图2-52所示的轮廓线，注意多段线的最左端点子与Z轴共线，右上角的水平线和垂直线分别与参考曲面的最大轮廓线和端面共线。曲线具体尺寸如图2-53所示，完成退出草图。图2-52草图轮廓定位关系图2-53草图尺寸后端盖创建（4）参考曲面已经使用完毕将其隐藏，选择【旋转】命令，选择刚刚绘制的草图旋转，旋转轴为Z轴，旋转角度为“0°~360°”，在偏移类型中选择“加厚”，向外部偏移“2mm”，如图2-54所示。图2-54选择建模实体后端盖创建（5）选择后端盖的最上表面创建草图（图2-55），选择【直线】、【圆弧】及【倒圆角】命令绘制如图2-56所示的轮廓线，注意参考端面内圈圆弧。完成退出草图。图2-55选择草图平面图2-56绘制草图后端盖创建（6）选择【拉伸】命令，选择上一步草图，选择封闭区域，选择拉伸类型为1边，结束点为台阶面的延伸面，布尔运算创建实体。如图2-57所示：图2-57拉伸实体后端盖创建（7）刚刚所建模的是搭子的内腔，外形与之类似，所以选择【复制】命令，原位复制一个搭子。如图2-58所示。图2-58复制实体后端盖创建（8）选择编辑模型工具栏下【面偏移】命令，偏移复制体的外圈三个面2mm。图2-59面偏移侧面后端盖创建（9）再次选择编辑模型菜单下【面偏移】命令，偏移原来的搭子的上表面向下偏移2mm。图2-60面偏移上表面后端盖创建（10）选择基础编辑，选择【阵列几何体】命令，阵列基体选择复制体和原体，选择“环形阵列”，“角度”输入“120”，数量输入“3”。如图2-61所示：图2-61阵列实体后端盖创建（11）选择编辑模型工具栏下【添加实体】命令，基体选择中间的回转体，添加三个复制体。如图2-62所示：图2-62添加实体后端盖创建（12）选择编辑模型工具栏下【移除实体】命令，基体选择刚刚合并的实体，移除选择三个原体。如图2-63所示：图2-63移除实体后端盖创建（13）选择搭子的内侧平面创建草图（图2-64），选择【圆弧】命令绘制如图2-65所示的4.4mm圆弧。完成退出草图。图2-64选择草图绘制面图2-65草图轮廓后端盖创建（14）选择【拉伸】命令，选择上一步草图，选择拉伸类型为1边，布尔运算为减运算修剪实体，穿过所有面。如图2-66所示：图2-66拉伸切除孔后端盖创建（15）选择基础编辑，选择【阵列特征】命令，选择“环形阵列”，阵列基体选择刚刚拉伸切除的孔，方向选择与Z轴同向，“角度”输入“120”，数量输入“3”。如图2-67所示。图2-67阵列孔特征后端盖创建（16）再次选择搭子的内侧平面创建草图，选择【圆弧】命令绘制如图2-68所示的5.6mm圆弧。完成退出草图。图2-68凸台草图后端盖创建（17）选择【拉伸】命令，选择上一步草图及孔的边界曲线，选择拉伸类型为1边，布尔运算为创建实体，结束点距离为1.5。如图2-69所示。图2-69拉伸凸台后端盖创建（18）选择基础编辑，选择【阵列特征】命令，选择“环形阵列”，阵列基体选择刚刚拉伸凸台，方向选择与Z轴同向，“角度”输入“120”，数量输入“3”。如图2-70所示：图2-70阵列凸台后端盖创建（19）选择编辑模型工具栏下【添加实体】命令，基体选择中间的实体，添加三个凸台。如图2-71所示：图2-71添加实体后端盖创建（20）选择工艺特征，选择【圆角】命令，选择三个凸台的根部圆弧，半径R=0.2mm。如图2-72所示：图2-72倒根部圆角后端盖创建（21）选择工艺特征，选择【圆角】命令，选择三个孔的孔口圆弧，半径R=1.2mm。如图2-73所示：图2-73倒孔口圆角后端盖创建（22）选择实体，将颜色统一更改为金黄色，如图2-74所示。图2-74改变实体颜色后端盖创建（23）选择后端盖的最下表面创建草图（图2-75），选择【圆弧】命令绘制如图2-76所示的7mm圆弧。完成退出草图。图2-75选择草图绘制平面图2-76绘制草图后端盖创建（24）选择【拉伸】命令，选择上一步草图，选择拉伸类型为1边，布尔运算为减运算修剪实体，穿过所有面。如图2-77所示：图2-77绘制草图后端盖创建（25）选择基础编辑，选择【阵列特征】命令，选择“环形阵列”，阵列基体选择刚刚拉伸凸台，方向选择与Z轴同向，“角度”输入“36”，数量输入“10”。如图2-78所示：图2-78阵列孔特征后端盖创建（27）选择【拉伸】命令，选择上一步草图，选择拉伸类型为1边，拉伸1.2mm，布尔运算选择创建实体。如图2-80所示：图2-80拉伸实体后端盖创建（28）选择基础编辑，选择【复制】命令，选择“沿方向复制”，实体选择刚刚拉伸实体，方向选择与Z轴同向，“距离”为2mm。如图2-81所示：图2-81复制实体后端盖创建（29）选择编辑模型工具栏下【移除实体】命令，基体选择后端盖，移除选择前面拉伸的实体。如图2-82所示：图2-82移除实体后端盖创建（30）选择编辑模型工具栏下【面偏移】命令，偏移复制体的外圈面2mm。图2-83偏移复制体外圆柱面后端盖创建（31）选择编辑模型工具栏下【添加实体】命令，基体选择中间的实体，添加选择偏移实体。如图2-84所示：图2-84添加偏移过的实体后端盖创建（32）选择工艺特征，选择【圆角】命令，选择如图2-85~2-88所示四条边，分别倒0.5、7、1、6mm的圆角。图2-85倒0.5mm圆角图2-86倒7mm圆角图2-87倒1mm圆角图2-88倒6mm圆角后端盖创建（33）选择后端盖的最下表面创建草图（图2-89），选择【圆弧】命令绘制如图2-90所示的20mm圆弧。完成退出草图。图2-90圆孔草图图2-89草图绘制平面后端盖创建（34）选择【拉伸】命令，选择上一步草图，选择拉伸类型为1边，结束点选择“穿过所有”，布尔运算选择减运算。如图2-91所示：图2-91拉伸切除孔后端盖创建（35）选择XZ平面创建草图，选择【参考】，引入φ20圆孔的极限素线。选择选择【多段线】和【圆弧】命令绘制如图2-92所示的轮廓线，注意多段线的最左端点子与Z轴共线，最下直线与后端盖的最下表面共线。完成退出草图。图2-92中间凸台草图后端盖创建（36）选择【旋转】命令，选择刚刚绘制的草图旋转，旋转轴为Z轴，旋转角度为“0°~360°”，布尔运算选择“加运算”，如图2-93所示。图2-93旋转实体后端盖创建（37）选择工艺特征，选择【圆角】命令，选择如图2-94、图2-95所示三条边，倒1.5，如图2-96所示0.5的圆角。图2-94倒1.5mm圆角1图2-95倒1.5mm圆角2图2-96倒0.5圆角后端盖创建（38）选择YZ平面创建草图，选择【参考】，引入后端盖外侧凹下去的平面投影线。选择【直线】命令绘制如图2-97所示的轮廓线命令，注意直线的上端点与参考去平齐，下端点与原点平齐，完成退出草图。图2-97参考线草图后端盖创建（39）选择后端盖的内凹表面创建草图（图2-98），选择【参考】，引入刚刚绘制的草图直线。选择【圆弧】命令绘制如图2-99所示的7.5mm圆弧，注意圆弧中心就在刚刚参考直线的投影上。完成退出草图。图2-98草图绘制平面图2-99圆孔草图后端盖创建（40）选择【拉伸】命令，选择上一步草图，选择拉伸类型为1边，结束点选择“穿过所有”，布尔运算选择减运算。如图2-100所示：图2-100拉伸切除孔后端盖创建（41）选择基础编辑，选择【阵列特征】命令，选择“环形阵列”，阵列基体选择刚刚拉伸孔切除，方向选择与Z轴同向，“角度”输入“90”，数量输入“4”。如图2-101所示：图2-101阵列孔后端盖创建（42）选择YZ平面创建草图，选择【参考】命令，引入前面两个草图中绘制的圆孔和直线。选择【多段线】和【倒圆角】、【偏移】命令绘制如图2-102所示的轮廓线命令，注意轮廓线的最上端与参考线重合，最右侧的垂直线与另一条直线共线，完成退出草图。图2-102草图轮廓线后端盖创建（43）选择【旋转】命令，选择刚刚绘制的草图旋转，旋转轴为长直线轴，旋转角度为“0°~360°”，布尔运算为“加运算”如图2-103所示。图2-103旋转建模实体后端盖创建（44）选择基础编辑，选择【阵列特征】命令，选择“环形阵列”，阵列基体选择刚刚旋转的实体，方向选择与Z轴同向，“角度”输入“90”，数量输入“4”。如图2-104所示：图2-104阵列凸台轴承建模过程（1）转子完成后，点击DA工具栏上面的【退出】，回到装配目录下，创建新的文件轴承。【插入新建组件】轴承。如图2-105所示。图2-105新建轴承组件轴承建模过程（2）在装配管理器中,勾选转子（图2-106），双击打开轴承。图2-106勾选转子轴承建模过程（3）轴承与电子之间以中心孔