8-1蜗轮蜗杆建模与动画制作

ByYushen基于中望3D与中望CAD的CADCAM技术项目八三维装配建模任务一蜗轮蜗杆建模与动画制作任务二保温杯自顶向下设计项目八三维装配建模知识目标：1.掌握蜗轮、蜗杆的建模方法；2.理解中望3D软件零件装配的思路及方法；3.掌握产品运动仿真动画制作技术。能力目标：4.能够完成蜗轮、蜗杆的三维建模；5.能够使用中望3D软件进行自底向上方法零件装配；6.能够根据要求制作产品运动仿真动画；素质目标：7.通过零件装配约束过程，让学生理解约束的重要性，并在日常生活中提高自控力；8.通过完成运动仿真动画制作，使学生感受到学习的乐趣，增强专业热爱度。任务目标ByYushen01任务导入金科公司生产一批蜗轮蜗杆减速器，小批量生产，其中蜗轮、蜗杆工程图如图8-1-1、8-1-2所示，请建立蜗轮蜗杆三维装配模型，并根据蜗轮蜗杆的工作原理进行虚拟运动仿真。图8-1-1蜗轮01任务导入图8-1-2蜗杆ByYushen02任务分析中望3D新增蜗轮蜗杆标准库，能快速生成蜗轮蜗杆机构模型，包括阿基米德圆柱蜗杆（ZA型）和圆弧圆柱蜗杆（ZC型）和蜗轮机构。本任0务使用中望3D蜗轮蜗杆生成功能完成建模，提高蜗轮蜗杆设计效率。具体步骤如下：ByYushen03任务步骤应用蜗轮蜗杆生成器运动仿真结构设计蜗轮蜗杆装配应用蜗轮蜗杆生成器03任务步骤a.新建文件：在【新建文件】对话框中选择【装配】、【标准】，输入文件名【蜗轮蜗杆】，单击【确认】按钮，单击标题行【保存】，在【保存为】对话框中选择保存位置，单击【保存】。注意：此时建立的是单文件。03任务步骤应用蜗轮蜗杆生成器b.应用蜗轮蜗杆生成器：单击【工具→库→

】：在左侧对话框【组件类型】选【组件】，【插入点】输入【0】；在【蜗轮】中勾选【创建蜗轮】，根据蜗轮、蜗杆零件工程图的参数进行以下设置：模数【3】，类型【ZA】，头数【1】，蜗杆长度【50】，分度圆直径【36】，齿数【20】，齿宽【23】。其它参数不用改变，如右图所示，单击。注意：最后校验中心距数值是否正确。蜗杆结构设计03任务步骤a.激活蜗杆组件：在左侧管理器装配组件下找到蜗杆组件并双击，进入零件件编辑界面，如图所示。为了方便操作，点击DA工具条【显示目标】，隐藏蜗轮组件的显示。说明：进入零件编辑界面后，绘图区域上方的文件名称由原来的【蜗轮蜗杆.Z3ASM]】变成【蜗轮蜗杆.Z3ASM-[蜗轮蜗杆-蜗杆1-1]】，表示软件由装配环境进入了零件环境。03任务步骤b.绘制草图：在YZ平面绘制草图如图所示。完成后退出草图。试一试：请点击DA工具条【剖面开/关】，观察发生怎样变化。蜗杆结构设计03任务步骤蜗杆结构设计c.生成旋转体：单击【造型→旋转

】，在对话框中：【轮廓P】选择上一步骤绘制草图，【轴A】选择Y轴，【布尔运算】选择【加运算

】，单击【确定】。说明：在选择旋转轴时，可直接单击软件左下角对应的坐标轴。03任务步骤蜗杆结构设计

d.倒角：单击【工程特征】的【倒角

】，选择3条倒角边，倒角距离输入【1】，单击【确定

】。03任务步骤蜗杆结构设计e.拉伸键槽：绘制草图：YZ面绘制如左图所示草图：【草图→绘图→槽】。拉伸：单击【拉伸】，轮廓选择槽形图形，拉伸类型为【2边】，起始点输入【15-18/2】，结束点【15】，布尔运算为减运算【】，单击【确定

】。03任务步骤蜗杆结构设计f.生成中心孔绘制草图：打开【中望CAD机械教育版2024】→单击【机械→ParBuilder→常用资料，在对话框中单击【结构图素→中心孔→A型不带护锥中心孔→选择直径为4的行→零件出库。图形编辑后如图所示，点击【编辑→带基点复制】，复制图形到剪贴板。03任务步骤蜗杆结构设计f.生成中心孔切换回到中望3D软件，选择YZ坐标平面，绘制草图→按下键盘【Ctrl+V】键粘贴图形→移动图形（如图所示）→退出草图，最后单击【旋转

】，完成中心孔建模。单击DA工具栏的,退出零件编辑回到装配环境。说明：通过调用中望CAD机械软件图库，可大大提高建模效率。03任务步骤素养园地：国产软件，对接国标“中望CAD机械版”在对接国家标准上进行大量设计开发，内置了符合中国标准和ISO标准的图形样板，AutoCAD软件的操作可以直接应用于中望CAD，同时在快捷键设置、标注操作等方面上更加符合中国人和制造行业的操作习惯，在国内备受工业企业欢迎，不仅拥有中船集团、中交集团、中车株洲所、京东方、海尔等世界知名企业，还出口到海外90多个国家和地区，服务全球140多万用户。03任务步骤a.激活蜗轮组件：在左侧管理器装配节点下找到蜗轮组件并双击，进入零件编辑界面。点击DA工具条【显示目标】，隐藏蜗杆组件的显示。蜗轮结构设计看一看：绘图区左上方的文件名称变成【蜗轮蜗杆.Z3ASM-[蜗轮蜗杆-蜗杆1-2]】，表示软件由装配环境进入了零件环境。03任务步骤蜗轮结构设计b.编辑模型：单击【蜗轮轴向端面→草图】，绘制轮廓如图所示，退出草图；拉伸草图减运算；两孔端倒角为1。03任务步骤蜗轮结构设计c.退回装配环境：单击DA工具栏的,退回到装配环境。03任务步骤装配蜗轮蜗杆a.配置三视图：绘制草图：单击【草图→选择XZ坐标平面】，绘制与原点距离为48的水平线，退出草图。说明：1.一定要在装配环境下绘制草图，检验方法为观察绘图区域上方的文件名称是否为【蜗轮蜗杆.Z3ASM】；2.该草图作为装配蜗轮时的定位轴线。03任务步骤装配蜗轮蜗杆b.显示外部基准：拖动蜗轮和蜗杆，使他们偏离原来的位置；单击【视觉管理器

】双击【外部显示】后的【关闭】；右击【装配管理器】中的组件，在快捷菜单中单击【显示外部基准】，如图所示。03任务步骤装配蜗轮蜗杆c.蜗杆同轴约束：蜗杆有同轴和重合两个约束，如图所示。单击【装配>约束>】:【实体1】选取蜗杆上圆柱面①；【实体2】选择全局Y轴②；中键确认即完成同轴约束；03任务步骤装配蜗轮蜗杆d.蜗杆重合约束：继续在【约束】对话框选取：【实体1】选取蜗杆外部XZ面③；【实体2】选择全局XZ面④；中键确认即完成重合约束。试一试：各方向拖动蜗杆，此时蜗杆只能绕Y轴转动！去掉【装配管理器>蜗轮蜗杆>约束】下约束前的，再拖动蜗杆，看看能否拖动？注意：【约束】对话框选取两个待约束的实体后，系统会自动匹配可约束的类型。03任务步骤装配蜗轮蜗杆e.蜗轮同轴和重合约束：同样操作，添加蜗轮的同轴约束和重合约束，完成后如下图所示。03任务步骤装配蜗轮蜗杆f.机械约束：单击【装配>约束>】:【齿轮1】选取蜗杆上的圆柱面①；【齿轮2】选取蜗轮端面②；03任务步骤仿真动画a.渲染：双击【装配管理器】中组件【蜗轮蜗杆-蜗杆1-1】，进入蜗杆零件编辑环境：单击【视觉样式>纹理>钛】（折叠于金属下）：框选蜗杆所有面，中键完成蜗杆渲染；直接双击【装配管理器】中组件【蜗轮蜗杆-蜗杆1-2】，同样操作渲染蜗轮。单击DA工具栏【退出】，返回到装配环境：单击DA工具栏；单击【视觉管理→基准面→全局显示（双击）→三重轴→中心点三重轴显示（双击）】，隐藏基准平面和基准轴，最后效果如图所示。操作步骤：零件纹理→着色模式隐藏边→关闭基准轴和基准面03任务步骤仿真动画b.新建动画：：单击【装配→新建动画

】，在新建动画对话框中，对时间和动画名称根据实际需要进行设定。这里【时间】设定为12s，【名称】不输入（软件会默认为【动画1】），单击确定，如图所示。说明：必选输入的时间（m:ss）是指输入动画的总时长（分钟：秒）。名称是可选项输入，如果不输入任何名称，则软件会自动为该动画生成一个名称。03任务步骤仿真动画c.关键帧0：00:：【动画管理器】中看出当前时间是0：00（处于激活状态）；调整视图视角（DV工具栏左视图）、大小，单击【相机位置→当前视图→

】,将当前显示的视图作为关键帧0:00记录下来。03任务步骤仿真动画d.键帧0：02：单击【动画>动画>关键帧】：设置时间2，完成如图：关键帧0：02处于激活状态；将视图向左旋转90°，如图示。单击【相机位置→当前视图→】,将当前显示的视图作为关键帧0:02记录下来。03任务步骤仿真动画e.关键帧0：12：激活关键帧，将关键帧0：10视图再左旋转90°，记录【相机位置】；单击【动画>动画>】：操作步骤为：【组件选择蜗杆→方向选择蜗杆轴线（可点击使反转）→开始时间选择0S→结束时间选择12s→】。03任务步骤仿真动画f.播放、输出动画：激活0：00关键帧，单击【播放动画，观察各动画是否正确。说明：如果动画有不正确或不合适之处，单击【装配→新建动画下面的三角箭头→编辑动画→选择动画名称】，进入动画编辑管理器，具体操作步骤与新建动画相似。输出动画：单击【动画>动画>

】：步骤为【选择保存文件路径和定义文件名称→选择视频文件格式→保存→】，此时软件播放动画进行录制，录制完成后会自动停止。试一试：关闭【相机视野】观察动画播放情况。04知识链接中望3D动画介绍使用中望3D创建动画装配时，要从动画对象开始。动画对象指的是装配所拥有的一个目标对象。除了该装配外，其他任何事物都无法访问动画。它不会在中望3D对象管理器中显示。这在概念上类似于零件的草图。当创建动画后，会生成一张关于装配体内相关实体的快照。从此刻开始，该装配的任何变化不会反映在动画上，同样，动画的任何变化也不会反映在装配上。然而组件的变化仍然会反映在装配和动画两者中。对齐、线框几何图形、基准面、光源以及其他很多实体都可以在动画中创建并编辑。所有的编辑都仅限于该动画。在动画内部，可以在不影响实际装配约束的情况下添加并激活驱动约束。04知识链接中望3D动画介绍可以设定动画的有：▲装配组件位置▲装配对齐标注值▲装配对齐状态（是否开启了对齐会影响动画）▲控制动画视点的相机不可以设定动画的有：▲不属于组件其中一部分的造型位置和线框位置，不管是否在装配或动画中创建▲照明效果（不同于通过组件光源取得的照明效果）▲颜色、透明度等属性▲组件的固定状态。固定/浮动组件的操作会在整个动画过程中固定或浮动该组件。▲任何实体的存在状态▲任何实体的隐藏状态04知识链接中望3D动画介绍下面介绍几个有关动画的概念和操作：1.动画关键帧关键帧，顾名思义，是动画中的一个关键的帧。关键帧定义了当动画参数赋予确切值时该动画所处的时间。从一个关键帧到另一个关键帧之间的参数值呈线性变化，如图8-1-3所示，本例0：02s关键帧定义机构旋转了90°，0：04s关键帧为180°，则0：03s时机构旋转的角度即为135°，这个只与首末关键帧的值有关，与之前和之后的值均无关。图8-1-3本例角度-时间曲线04知识链接中望3D动画介绍2.动画参数值对于一个动画参数，不需要在所有关键帧上都对其进行设置。例如，马达只要定义一个始末时间即可，不需要在每个关键帧上设定参数值。当某个参数在当前关键帧上有相应值时，中望3D动画管理器参数列表中的相应参数的图标上就会出现一个标签。3.添加/删除关键帧通过中望3D动画管理器的动画节点的右键菜单，新增一个关键帧。管理器顶部的列表中显示了所有已有关键帧，可以用来设定动画的当前时间。删除一个关键帧会将该帧相应的所有参数值一并删除。因此，本例中如果删除0.02s关键帧，则0.00s到0.04s旋转180°，但旋转方向是不确定的；如果删除0.10s关键帧，则0.10s旋转角度为360+(495-360)/2=427.5(°).04知识链接中望3D动画介绍4.修改当前动画时间可使用多个方法修改当前动画时间。例如在当前动画时间字段明确输入一个新的参数值，或通过激活关键帧，或使用动画管理器的任意播放控件。5.添加/删除参数在动画中添加参数的方法有两种：一种是直接编辑实体，另一种是通过中望3D动画管理器中的动画参数节点。本例中，可采用习惯的操作方式，在装配中标注蜗杆角度，将蜗杆角度添加为该动画的一个参数，如图8-1-4所示。图8-1-4【动画>动画>参数】定义蜗杆角度参数04知识链接中望3D动画介绍6.锁定前一关键帧中望3D动画管理器上的这个按钮可以大大地减少创建动画的工作量。当按下该按钮时，假定前一关键帧处的动画处于理想状态，因此当前关键帧的任何改变不会导致前一关键帧的线性变化。这就保证了变化范围不会延伸到前一关键帧。该功能是通过自动设定前一关键帧处正进行修改的参数的值来实现的。这是因为我们假设了在前一关键帧（0秒）处所有事物都处于理想状态。如果将时间设定回到0秒，用户会发现参数值加上了标签，即使用户从未在0秒时明确设定参数值为0，情况也是如此。这种模式对于递增式增加到动画结尾有很大帮助。建议：在当前关键帧处把所有事物调整好，然