張明遠(yuǎn)

（天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)，中國 天津300222）

1 Inventor軟件簡介

Autodesk Inventor是美國Autodesk公司于1999年年底推出的三維可視化實(shí)體模擬軟件，目前已推出最新版本Inventor 2015。與其他同類產(chǎn)品相比較，Autodesk Inventor在用戶界面、三維運(yùn)算速度和顯示著色功能方面有突破性的進(jìn)展。Inventor具有多個(gè)功能模塊，如二維草圖模塊、特征模塊、部件模塊、工程圖模塊、表達(dá)視圖模塊、應(yīng)力分析模塊等，每一個(gè)模塊都擁有自己獨(dú)特的工作環(huán)境。在零件環(huán)境中可以創(chuàng)建單一零件、二維草圖幾何特征、鈑金零件，其文件類型為零件文件(ipt)；在裝配部件環(huán)境中，可以調(diào)入已有的零件或創(chuàng)建新零件并添加裝配約束，同時(shí)可以控制特征的自適應(yīng)性，其文件類型為部件文件(iam)；在表達(dá)視圖環(huán)境中，可以定義部件的分解視圖，并可進(jìn)行裝配過程的動(dòng)態(tài)模擬，其文件類型為表達(dá)視圖文件(ipn)；在工程圖環(huán)境中，可以由三維模型直接生成二維圖形，創(chuàng)建零件、部件及表達(dá)視圖的工程圖，其文件類型為工程圖文件(idw)。

Inventor采用參數(shù)化特征建模技術(shù)，具有靈活的設(shè)計(jì)理念，其主要特點(diǎn)是：基于特征、全尺寸約束、全數(shù)據(jù)相關(guān)、尺寸驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)修改，這樣可以最大限度地確保同一產(chǎn)品所有文件的一致性和可靠性。

2 隔膜泵簡介

液力端上裝有隔膜，把輸送介質(zhì)的過流部件和使隔膜產(chǎn)生彈性變形的部件或柱塞工作缸隔開的往復(fù)泵稱為隔膜泵。隔膜泵的隔膜類型有膜片、波紋管和筒形隔膜等，其中以膜片應(yīng)用最多。用柱塞工作缸中液體壓力的周期變化來帶動(dòng)隔膜周期彈性變形的稱為液壓隔膜泵；用機(jī)件的往復(fù)運(yùn)動(dòng)直接帶動(dòng)隔膜彈性變形的稱為機(jī)械隔膜泵。

隔膜真空泵是近年來國內(nèi)外備受重視并得到迅速發(fā)展的一種真空泵。由于隔膜真空泵具有抽氣通道內(nèi)沒有油污染、結(jié)構(gòu)簡單緊湊、體積小、重量輕、移動(dòng)方便、工作壽命長、無摩擦損耗、運(yùn)行平穩(wěn)、真空度高、噪音低等特點(diǎn)，得到了真空行業(yè)的歡迎與市場的青睞。而其在設(shè)計(jì)、制造方面較高的技術(shù)含量，也受到國內(nèi)外科技界的廣泛重視。

隔膜真空泵的工作原理是：通過電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)機(jī)械裝置使泵內(nèi)部的隔膜做往復(fù)式運(yùn)動(dòng)，從而壓縮、拉伸泵腔內(nèi)的空氣形成真空，在抽氣口處與大氣壓產(chǎn)生壓力差，在壓力差的作用下，將氣體吸入泵腔，再從排氣口排出。

圖1 隔膜泵

3 隔膜泵各零件的三維實(shí)體造型

在Inventor中，零件是特征的集合，設(shè)計(jì)零件的過程也就是依次設(shè)計(jì)零件的每一個(gè)特征的過程。在Inventor中，主要有草圖特征、放置特征、陣列特征和定位特征四種類型的特征。在Inventor中基本的設(shè)計(jì)思想就是基于特征的造型方法，一個(gè)零件可以視為一個(gè)或者多個(gè)特征的組合。這些特征之間既可相互獨(dú)立，又可相互關(guān)聯(lián)。在Inventor中特征也是用尺寸參數(shù)來約束的，可以通過編輯特征的尺寸來對(duì)特征進(jìn)行修改。同時(shí)，還可以使用拉伸、旋轉(zhuǎn)、打孔等特征創(chuàng)建隔膜泵各零件的三維實(shí)體模型。

3.1 隔膜泵典型零件之風(fēng)窗的創(chuàng)建

首先使用“拉伸”命令，繪制風(fēng)窗的基本形狀，并繪制內(nèi)側(cè)凸臺(tái)；其次使用“倒圓角”命令生成風(fēng)窗外側(cè)的圓角；然后使用“除料”命令繪制出風(fēng)窗的一個(gè)窗口，并使用“陣列”命令將風(fēng)窗窗口按“軸”陣列，填入陣列角度；最后使用“拉伸”命令繪制風(fēng)窗內(nèi)側(cè)安裝時(shí)所用卡角，并使用“鏡像”命令進(jìn)行鏡像，完成風(fēng)窗繪制如圖2所示。

圖2 風(fēng)窗

3.2 隔膜泵典型零件之氣室的創(chuàng)建

首先繪制氣室的初步輪廓，并利用“拉伸”命令繪制氣室一側(cè)的兩個(gè)氣孔及另一側(cè)的凸臺(tái)；其次使用“打孔”命令，在氣室邊緣相應(yīng)位置處繪制安裝時(shí)所用的螺紋孔，并用“陣列”或“鏡像”命令在四個(gè)角繪制四個(gè)螺紋孔；然后使用“倒圓角”命令并設(shè)置相應(yīng)的倒角半徑，對(duì)需要倒圓角的部分進(jìn)行倒圓角；最后使用“拉伸”、“鏡像”等命令繪制氣室內(nèi)部肋板，完成氣室繪制如圖3所示。

圖3 氣室

4 隔膜泵虛擬裝配

通過對(duì)隔膜泵各零件進(jìn)行三維實(shí)體造型，可進(jìn)入裝配環(huán)境對(duì)零件進(jìn)行裝配。Inventor軟件提供了將單獨(dú)的零件或者子部件裝配成為部件的功能，即可以將已經(jīng)繪制完成的零件或者部件按照一定的裝配約束條件（配合、角度、相切、插入、對(duì)稱等）裝配成一個(gè)部件，同時(shí)這個(gè)部件也可以作為子部件裝配到其他的部件中，最后零件和子部件裝配成一個(gè)符合設(shè)計(jì)構(gòu)想的整體。裝配過程中，一般遵循從上至下或從下至上的裝配原則，目的是便于裝配和后續(xù)工程圖樣的零件序號(hào)自動(dòng)生成（裝配的順序就是后續(xù)裝配工程圖樣的序號(hào)順序），使得設(shè)計(jì)及修改過程大大縮短。

Inventor資源中心庫提供了一些通用標(biāo)準(zhǔn)零件（螺母、螺栓、螺釘、墊圈等）并完全定義了這些標(biāo)準(zhǔn)件的對(duì)應(yīng)參數(shù)，可以從零件放置列表中調(diào)整該零件的每一個(gè)參數(shù)值。在部件面板上“從資源中心放置零部件”工具中，根據(jù)所需標(biāo)準(zhǔn)件規(guī)格，輸入對(duì)應(yīng)參數(shù)值，可從資源中心庫直接調(diào)入。裝配時(shí)只需將一組螺栓連接裝配好，其余若干組可采用環(huán)形陣列零部件的方法實(shí)現(xiàn)快速裝配。

首先調(diào)入泵體、軸承，建立約束并選取所需要的特征，然后選擇所需應(yīng)用的類型，將軸線對(duì)齊，面與面匹配；其次，將軸調(diào)入，以軸承和軸的軸線為參照，約束類型選擇對(duì)齊，將軸安裝到指定位置；然后用同樣的方法調(diào)入定子部裝、轉(zhuǎn)子部裝、扇葉、風(fēng)窗、右泵體、減震角等，依次裝配到指定位置；最后裝配泵體上方氣室零件，如密封墊片、氣室端蓋、氣室、三通、排氣嘴等，并將各處螺栓、螺柱等進(jìn)行裝配，最終效果如圖4所示。

圖4 裝配效果圖

5 運(yùn)動(dòng)仿真

在產(chǎn)品設(shè)計(jì)完成之后，通常需要對(duì)其進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真，以驗(yàn)證設(shè)計(jì)的正確性，Inventor中提供的運(yùn)動(dòng)仿真模塊即可實(shí)現(xiàn)這方面的功能。運(yùn)動(dòng)仿真可以仿真和分析裝配部件在各種載荷條件下運(yùn)動(dòng)的情況，利用計(jì)算機(jī)對(duì)工程和產(chǎn)品性能與安全可靠性進(jìn)行分析，模擬其工作狀態(tài)和運(yùn)動(dòng)行為，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中的缺陷。運(yùn)動(dòng)仿真還可以將任何運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下的載荷條件輸出到應(yīng)力分析并展示運(yùn)動(dòng)過程。在應(yīng)力分析中，可以從結(jié)構(gòu)的觀點(diǎn)來查看零件如何響應(yīng)裝配在運(yùn)動(dòng)范圍內(nèi)任意點(diǎn)的動(dòng)態(tài)載荷。上述過程可概括為：仿真環(huán)境設(shè)置→繼承與轉(zhuǎn)換裝配約束→添加外部載荷→添加原動(dòng)力→仿真播放→輸出仿真圖示→將仿真結(jié)果導(dǎo)入到應(yīng)力分析。

6 結(jié)論

基于三維參數(shù)化實(shí)體模擬軟件Inventor，對(duì)隔膜泵進(jìn)行三維實(shí)體造型和運(yùn)動(dòng)仿真，充分利用Inventor的參數(shù)化造型技術(shù)，使建立的三維模型在裝配環(huán)境下可以進(jìn)行編輯和修改，從而實(shí)現(xiàn)隔膜泵參數(shù)化、系列化設(shè)計(jì)，有效縮短設(shè)計(jì)周期和設(shè)計(jì)重復(fù)性。

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