丁宇寧

（江西冶金職業(yè)技術(shù)學(xué)院機電工程系，江西 新余338015）

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Inventor動畫展示技術(shù)在《機械設(shè)計基礎(chǔ)》教學(xué)中的應(yīng)用

丁宇寧

（江西冶金職業(yè)技術(shù)學(xué)院機電工程系，江西 新余338015）

摘要：Inventor是一款全面的三維設(shè)計軟件，具有簡單易用、二維與三維數(shù)據(jù)無縫轉(zhuǎn)換等特性，在教育、機械制造等領(lǐng)域得到迅猛發(fā)展和普及。以高職學(xué)院《機械設(shè)計基礎(chǔ)》課程教學(xué)中的圓柱齒輪減速器機構(gòu)為例，總結(jié)使用Inventor軟件對圓柱齒輪減速器機構(gòu)進(jìn)行三維裝配的方法，還對在裝配體中如何能實現(xiàn)齒輪嚙合運動展示動畫的問題提出了具體可行的技術(shù)方案。

關(guān)鍵詞：圓柱齒輪減速器；裝配約束；展示動畫

高職教師在《機械設(shè)計基礎(chǔ)》教學(xué)過程中經(jīng)常使用一級圓柱齒輪減速器為例題，對“齒輪嚙合”特點和“齒輪傳動比”等方面教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行講解，對于一般的教學(xué)過程，學(xué)生普遍感到機構(gòu)復(fù)雜，難以掌握知識要領(lǐng)。Inventor軟件具有簡單易用、產(chǎn)品直觀性強的特點，在教育領(lǐng)域得以普及和發(fā)展，教師可利用Inventor軟件虛擬機構(gòu)動畫展示技術(shù)來演示運動機構(gòu)的組成和運動過程，讓學(xué)生輕松掌握知識要領(lǐng)。

1　一級圓柱齒輪減速器各零件的設(shè)計

一般來講，高職學(xué)院《機械設(shè)計基礎(chǔ)》課程中使用的一級圓柱齒輪減速器教學(xué)模型通常由減速器下箱體、減速器上箱體、齒輪、軸、墊片、軸承、軸承端蓋、鍵、窺測孔、擋油環(huán)和吊耳和標(biāo)準(zhǔn)連接件等零件組成[1]。

1.1零件的特征建模

雖然圓柱齒輪減速器零件眾多，但是Inventor是基于特征建模[2]，除了嚙合齒輪外，各零件的設(shè)計方法基本相似，現(xiàn)以減速器下箱體為例說明。

首先采用零件測繪的方式，把減速器下箱體零件的特征尺寸和定位尺寸測量出來。進(jìn)入Inventor軟件操作環(huán)境，然后進(jìn)入草繪，輸入零件特征的尺寸，通過Inventor給定的“拉伸”、“旋轉(zhuǎn)”、“掃掠”、“放樣”等基本命令，創(chuàng)建出零件的基礎(chǔ)特征，在使用“打孔”、“倒角”、“抽殼”命令，創(chuàng)建零件的附加特征，生成減速器下箱體零件的三維模型，如圖1所示。

圖1　減速器下箱體

1.2圓柱齒輪的設(shè)計

由于齒輪有固定的傳動比，而且圓柱齒輪減速器兩軸間的距離即嚙合齒輪之間的中心距已定，故在Inventor軟件中必須通過“設(shè)計加速器”工具欄中的“正齒輪零部件生成器”對話框來設(shè)定參數(shù)，從而生成兩嚙合齒輪。

在齒輪設(shè)計時，在“正齒輪零部件生成器”對話框中輸入以中心距為導(dǎo)向，輸入傳動比，讓軟件自行生成模數(shù)和兩嚙合齒輪齒數(shù)。如圖2所示，在文中筆者按減速器下箱體兩孔之間距離設(shè)定中心距為60，傳動比為i=1.9，軟件自動生成其它參數(shù)，其結(jié)果是齒輪模數(shù)m=2；小齒輪齒數(shù)Z1=21；大齒輪齒數(shù)Z2=39.

圖2　“正齒輪零部件生成器”對話框

點擊“正齒輪零部件生成器”對話框“確定”按鈕，生成兩齒輪三維模型，如圖3所示。

圖3　齒輪三維模型

2　一級圓柱齒輪減速器的三維裝配

圓柱齒輪減速器采用自下而上的裝配方法，裝配時以第一個裝入減速器下箱體零件為基礎(chǔ)零件，其它零件的裝配以基礎(chǔ)零件為準(zhǔn)，選擇不同的約束方式使其空間位置完全確定。其步驟主要按下列順序進(jìn)行：

（1）先裝配軸承端蓋，采用“軸對齊”和“配合”約束方式。

（2）相同的方法裝配墊片、軸承和兩軸，見圖4零件裝配示意圖。

圖4　零件裝配約束示意圖

（3）裝配兩齒輪，裝配采用“軸對齊”和“配合”約束方式，使之放置在軸承和軸上。

（4）兩齒輪嚙合裝配，這是裝配的重點所在，裝配不好，齒輪嚙合運動將不能進(jìn)行。具體操作步驟是先將兩齒輪齒面采用“相切”約束，如圖5所示，然后在運動約束中將傳動比設(shè)置為1.9，接著設(shè)置傳動軸的鍵槽底平面與水平面的夾角為0°，最后刪除兩齒面的“相切”約束，這樣兩齒輪嚙合裝配就約束好了。

圖5　齒輪嚙合約束

（5）鍵和減速器上箱體的裝配，最后是連接件的裝配。

3　一級圓柱齒輪減速器的運動展示動畫設(shè)計

為了方便觀察圓柱齒輪減速器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和齒輪嚙合運動過程，可對此運動機構(gòu)作運動動畫展示和淡顯動畫展示的設(shè)計。Inventor studio軟件提供了比較快捷的制作機構(gòu)淡顯運動動畫方法。進(jìn)入Inventor studio界面環(huán)境中，點擊“約束動畫制作”對話框，設(shè)置動畫時間為20 s與傳動軸轉(zhuǎn)動的角度為1 080°，并在“動畫時間軸”上顯示出來；接下來在“淡顯動畫制作”對話框中設(shè)置減速器上箱體零件為淡顯對象，在20 s的運動時間內(nèi)5~15 s為淡顯過程，即減速器上箱體在5~10 s內(nèi)逐漸變透明，以便觀察減速器內(nèi)部結(jié)構(gòu)，10~15 s內(nèi)零件由透明變成實體，具體如圖6所示。淡顯動畫與運動動畫可同時在時間軸進(jìn)行剪輯，滿足機構(gòu)動畫展示的不同群體要求。為了方便展示動畫與多媒體網(wǎng)絡(luò)鏈接，把在Inventor studio生成的淡顯動畫輸出為AVI格式的多媒體文件。

圖6　齒輪減速器淡顯動畫設(shè)置

4　結(jié)束語

教師利用Inventor對圓柱齒輪減速器進(jìn)行裝配和展示動畫制作，并將展示動畫應(yīng)用在課堂教學(xué)上，能準(zhǔn)確向?qū)W生展示機械機構(gòu)的組成與工作原理，學(xué)生能以不同角度觀察機構(gòu)，教學(xué)方法由靜變動，增強學(xué)生的感性思維，能使學(xué)生在短時間內(nèi)掌握知識要領(lǐng)。

參考文獻(xiàn)：

[1]馬曉麗.機械產(chǎn)品設(shè)計[M].北京：機械工業(yè)出版社，2005.

[2]李錦標(biāo).Pro/E三維造型設(shè)計教程與實例精講[M].北京：清華大學(xué)工業(yè)出版社，2009.

中圖分類號：TP391

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1672-545X（2016）04-0241-03

收稿日期：2016-01-14

作者簡介：丁宇寧（1982-），男，江西萬年人，講師，工程碩士，研究方向為CAD/CAM。

Inventor Software Assembly and Animation Display Technology in the Application of the Cylindrical Gear Reducer

DING Yu-ning
（Jiangxi Metallurgy Vocational and Technical College，Mechanics Engineering Department，Xinyu Jiangxi 338015，China）

Abstract:Inventor is a full 3D design software，has a simple easy to used，and has 2D and 3D data seamlessly features.Inventor software in areas such as education、machinery manufacturing，has rapid development and popularization.The author in the mechanical design basis curriculum teaching of high vocational colleges of cylindrical gear reducer as an example，the author concluded using inventor software 3D assembly was carried out on the cylindrical gear reducer mechanism methods.The author also put forward the technical scheme on how to realized the gear meshing motion movement.

Key words:cylindrical gear reducer；assembly constraints；animation show