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1、宁扬州职业大学毕业设计(论文)台夹扇三维建模所在学院机械工程学院专 业计算机辅助设计与制造班 级计辅101姓 名学 号指导老师 2013年03月06日摘 要科技的迅猛发展使台夹扇的发展也进入了一个全新的发展阶段。从休闲日用到商务办公;不管是市井平民还是成功人士，在大街，在学校，在医院，在楼层等台夹扇无不闪现着它的倩影。经济的全球化，人与人之间联系的密切化，追求的多样化也必将促使台夹扇的风格，款式造型的多彩化发展。Solidworks、UG等软件的广泛使用使台夹扇的造型不断向高精度方向发展，同时也对设计设计人员提出了更高的要求。本设计是型号为台夹扇的粗略造型设计。其设计内容大致包括：台夹扇材料的
2、选用及分析，台夹扇结部件的分析，三维造型图的绘制，二维工程图的转换等。由于所学知识浅薄，本设计只是粗略造型，旨在了解设计流程，掌握简单的造型方法，熟练运用和深化所学知识(Solidworks造型的实践运用)。关键词：造型设计，台夹扇，Solidworks软件，二维工程图全套图纸，加153893706AbstractThe rapid development of science and technology makes the USB fan development has entered a new stage of development. From the casual daily to
3、 the business office; whether ordinary civilians or success, in the street, in school, in hospital, on the floor, USB fan are flashed its shadow. The globalization of economy, the close relationship between person and person, the pursuit of diversification will also make the USB fan style, the style
4、 of colorful development. Solidworks, UG software is widely used to make the USB fan shape constantly to high accuracy direction, but also to the design personnel raised taller requirement.This design is the model for the USB fan rough design. The design content includes: USB fan material selection
5、and analysis, USB fan node components analysis, three-dimensional shape drawing, 2D engineering drawing conversion. Because the knowledge is dilettante, this design is just a rough shape, aimed at understanding the design process, to grasp the simple modeling methods, proficiency and deepen the know
6、ledge ( Solidworks modeling practice ).Key words: design, USB fan, Solidworks software, engineering drawing目录摘 要2Abstract31绪论41.1 Solidworks的概述41.2 Solidworks的特点和优势41.3 课题的提出51.4主要研究内容内容51.5 研究方法52 虚拟装配与模拟仿真62.1 虚拟装配62.1.1 装配以及虚拟装配的概念62.1.2 虚拟装配的要求及建立过程72.1.3 虚拟装配的意义72.1.4 虚拟装配技术国内外的研究动态及现状82.1.5 虚拟
7、装配方法与传统装配方法之间的比较82.2 虚拟仿真92.2.1 仿真技术的起源92.2.2 仿真技术在产品开发及制造过程中的应用103 台夹扇零件的造型设计103.1 台夹扇总体分析103.2 外壳零件设计113.2.1台夹扇旋转螺栓113.2.2下底座193.2.3扇叶213.2.4扇前盖294 台夹扇虚拟装配324.1风扇叶片的装配。324.2后盖加发动机装配。334.3风扇头装配344.4台夹扇总装配体35总 结38参考文献39致谢401绪论1.1 Solidworks的概述Solidworks为达索系统（Dassault Systemes S.A）下的子公司，专门负责研发与销售机械设计
8、软件的视窗产品。达索公司是负责系统性的软件供应，并为制造厂商提供具有Internet整合能力的支援服务。该集团提供涵盖整个产品生命周期的系统，包括设计、工程、制造和产品数据管理等各个领域中的最佳软件系统，著名的CATIAV5就出自该公司之手，目前达索的CAD产品市场占有率居世界前列。Solidworks公司成立于1993年，由PTC公司的技术副总裁与CV公司的副总裁发起，总部位于马萨诸塞州的康克尔郡（Concord,Massachusetts）内，当初的目标是希望在每一个工程师的桌面上提供一套具有生产力的实体模型设计系统。从1995年推出第一套Solidworks三维机械设计软件至今，至201
9、0年已经拥有位于全球的办事处，并经由300家经销商在全球140个国家进行销售与分销该产品。1997年，Solidworks被法国达索（Dassault Systemes）公司收购，作为达索中端主流市场的主打品牌。 1.2 Solidworks的特点和优势Solidworks软件功能强大，组件繁多。 Solidworks 功能强大、易学易用和技术创新是Solidworks 的三大特点，使得Solidworks 成为领先的、主流的三维CAD解决方案。Solidworks 能够提供不同的设计方案、减少设计过程中的错误以及提高产品质量。Solidworks 不仅提供如此强大的功能，同时对每个工程师和设
10、计者来说，操作简单方便、易学易用。对于熟悉微软的Windows系统的用户，基本上就可以用Solidworks 来搞设计了。Solidworks独有的拖拽功能使用户在比较短的时间内完成大型装配设计。Solidworks资源管理器是同Windows资源管理器一样的CAD文件管理器，用它可以方便地管理CAD文件。使用Solidworks ，用户能在比较短的时间内完成更多的工作，能够更快地将高质量的产品投放市场。在目前市场上所见到的三维CAD解决方案中，Solidworks是设计过程比较简便而方便的软件之一。美国著名咨询公司Daratech所评论：“在基于Windows平台的三维CAD软件中，Soli
11、dworks是最著名的品牌，是市场快速增长的领导者。”在强大的设计功能和易学易用的操作（包括Windows风格的拖/放、点/击、剪切/粘贴）协同下，使用Solidworks ，整个产品设计是可百分之百可编辑的，零件设计、装配设计和工程图之间的是全相关的。1.3 课题的提出目前，世界各国的经济竞争，主要体现为制造技术的竞争。电风扇是现实生活中最常用的一种家用电器。它影响着人们的日常生活，因为电风扇和空调相比有很多优点，它比空调的耗能要小，特别是随着国际能源短缺和人们节能观念的深入，电风扇更受重视。另外，电风扇吹风比较自然，开门窗也不受影响，而空调房间都是密闭的，空气流通差，很容易感染疾病。此外电
12、风扇价格比较便宜受到大众的喜爱。在电风扇设计中的应用在市场发展越来越成熟的今天，电风扇产品所涉及的学科和工业门类众多，用传统的设计方法很难达到。所以就需要寻找一种新的方法来对电风扇进行设计。综上所述迫切要求实现电风扇的虚拟制造、虚拟设计、虚拟装配、运动学仿真、动力学仿真等。1.4主要研究内容内容本课题主要以台夹扇整体结构为研究对象，进行台夹扇各个零件参数化的基础建模、并进行装配和修改，研究内容如下：风扇组成零件的三维模型设计。台夹扇的三维装配图。1.5 研究方法1、对国内外现有风扇的技术水平、生产过程、控制等进行调研，归纳，调查国内风扇情况和国内需求情况，采用本行业专家建议结合本课题的设计，采
13、用Solidworks建模成型及其仿真原理设计风扇。2、查阅有关风扇、机械原理、Solidworks软件功能等与设计相关方面的资料，研究国内外相关的设计手册或书籍，在保证设计方案可行性的基础上，用Solidworks设计出台夹扇的结构。3、利用计算机三维造型软件对机构进行三维造型和运动仿真，及时发现问题，及时修改。实行边研究、边设计，这样信息反馈快、整改及时、从而提高工作效率。2 虚拟装配与模拟仿真2.1 虚拟装配2.1.1 装配以及虚拟装配的概念1 装配的概念任何一台机械，都是由许多零件以及部件组成。我们把零件以及部件组装成一台完整的机械的过程成为装配。由于机械的复杂程度不同，零件组合情况不
14、同，在机械装配中，我们把组成机械的单元进行分区：1）零件 是机械组装的基本单元。零件时由一整块材料做成，在结构上不能再进行拆分。在装配过程中，有的零件具有配合基准，可以保证装配在其上面的零件具有正确的相对位置，我们称之为基础零件。在电风扇中。后座可以认为是基础零件9。2 ）组件 由若干个零件组成，不具有独立的功能，比如活塞连杆组件，它由连杆、活塞、销等零件组成，但是它不具有独立作用9。3 ）部件和总成 由若干个零件或组件组成，具有结构和作用上的独立性。习惯上我们把直接组成机械的单元成为总成。组成总成的单元成为部件。机械的装配过程就是由零件组装成组件、由组件组装成部件、由部件组装成总成以及最后组
15、装成机械的过程9。2 虚拟装配的概念虚拟装配实际上是在计算机上模拟设备的连续装配过程如何有效地模拟实际装配过程是虚拟装配的目的，设备采用分层装配是为了更好地模拟装配的过程。对于整体设备而言，我们关心的是设备中各个组件在装配体中的装配形式及其装配过程，因此在虚拟装配过程中首先要确定进行装配的零部件组成，其次确定各个零部件的装配顺序，再次确定各个零部件所需的装配约束。最后以连续的方式实现虚拟装配过程。在三维设计系统中进行设备的运动仿真就是在设计过程中模拟设计产品的运行情况，为设计评估提供依据。设备中各个运动部件的运动方式是多种多样的，但总的说主要有直线运动、回转运动、曲线运动等。要在计算机上模拟设
16、备中各个部件的运动过程，就必须了解各个零部件的运动形式及其运动过程。因此首先要对各个部件的运动进行分析，然后是其运动的实现101112。2.1.2 虚拟装配的要求及建立过程产品进行虚拟装配能实现如下功能：1 体现产品的功能要求2 应能对装配进行评价，指出装配方法的优劣3 能满足并行工程的需要4 能够使装配产品系列化，以适应市场。虚拟装配需要以下步骤：1 建立产品的三维模型；2 规划产品的装配顺序 ；3 规划每个产品的装配路径；4 对产品的可装配性进行评价13。2.1.3 虚拟装配的意义众所周知，制造业是国家的经济基础，是国民经济的装备部门，在一定的历史时期，制造业的发达与否，影响一个国家的前途
17、命运，这对于我们国家具有特殊的意义。虚拟制造是新世纪制造业发展的重要方向之一，是现实制造过程在计算机上的本质体现。他能在虚拟状态下设计、制造、测试和分析产品，从而更迅速更有效地进行产品开发和制造14。虚拟装配是虚拟制造的关键组成部分之一，他通过计算机对产品装配过程和装配结果进行分析和仿真，评价和预测产品模型，做出与装配相关的工程决策，不需要实际产品作支持。它通过统一的产品数据管理实现产品的三维设计过程与产品零部件制造、装配的高度统一15。其作用可归结为如下几个方面：1 选择最佳方案，优化装配结构。装配设计的基本任务是从原理方案出发在各种因素制约下寻求装配结构的最优解，由此拟定装配草图。在虚拟环
18、境中对不同的装配方案进行比较，选择最优方案，可以完善装配系统，保证产品的合格率和优质率。2 制造虚拟样机，节约制造使用费用。采用廉价的数字模型，设计人员可以从设计到生成制造整个过程出发制定周密的计划，多方面对产品进行观察和分析，预见生成和装配过程中出现的问题，即节约了制造物理样机的费用，又减少了材料和产品的库存。3 产品的可行性分析，降低装配成本。对产品的可装配性分析是产品可制造型的基础。通过对机构进行运动仿真，确保产品的零部件能够装配到位，也能够分析维修过程中可能出现的问题，考虑工具及安全性、视线和拆卸等方面的问题，既降低了成本，又有利于提高产品的质量和可靠性。4 产品并行设计和VR技术的支
19、持和保障。产品并行设计是让下游有关活动尽早溶汇到上游的过程中来，使下游的有关因素能在设计早期加以考虑。2.1.4 虚拟装配技术国内外的研究动态及现状面向虚拟装配技术大体上可分作两个层次16。一是采用装配过程可视化手段和干涉检查工具，直观地展示产品装配过场中零部件的运用形态和空间位置关系，并提供装配序列的性能及其优化结果。二是基于虚拟现实技术构造虚拟的产品装配环境，操作人员有身临其境的感觉，并能通过视觉、听觉和触觉来感知产品的装配顺序和效果。迄今为止，虚拟装配的发展可分为三个阶段：第一阶段是虚拟装配理论的提出与完善，第二阶段是虚拟装配原型系统的开发阶段，第三阶段是虚拟装配在工业界的应用研究阶段。
20、由于虚拟装配技术有着广阔的应用前景，国外的政府部门、企业和大学科研院所从20世纪90年代中前期就开始了对虚拟装配技术多方位、多层次的研究，并且取得了很多的成果，现在已经进入对虚拟装配技术深入研究和广泛应用的阶段。二十世纪九十年代末期，国内以清华大学、浙江大学为主的高等院校、科研院和企业开始积极开展虚拟装配技术的课题与项目研发工作，积极进行有意义的理论研究与探索，并且已经取得了阶段性的理论成果。国内虚拟装配研究目前正处于从第二阶段想第三阶段过渡的状态，处于原型系统开发或部分使用阶段。2.1.5 虚拟装配方法与传统装配方法之间的比较1装配方法：传统制造理论认为，装配应该是整个制造过程的最后一个环节
21、，就是按规定的技术要求，将零件、组件和部件进行配合和联接，使之成为半成品和成品的工艺过程17。同时，传统制造业大都注重规模效益，新产品的开发大都局限于已有产品进行局部的改进设计，而设计人员及工人已对产品本身及装配工艺比较熟悉，一定程度上还是能够完成产品的设计、试验生产、装配验证最终批量生产的整个过程。传统装配主要存在两个问题：第一，人的因素的影响：产品装配一直依赖于人的技巧、经验和判断，装配质量也主要取决于装配人员本身的体能和技能，一些借助机械手、机器人来进行的装配，仍然需要依赖人的经验来制定其装配序列和装配路径。第二，装配过程被局限在“设计-制造（装配）-评价”和“事物验证”的封闭时空模式中
22、18。2 虚拟装配的优势：作为一门新兴的技术，虚拟装配技术实际上是装配和制造技术、可视化技术、仿真技术、产品设计方法学、虚拟现实技术等多种技术的结合，所以它的发展与以上技术密切相关。虚拟装配技术主要的特点归纳如下：以实现可装配性的全面改善为目的，以实现操作仿真的高度逼真为要点，以实现装配信息模型的集成化为核心，以全周期装配环节为对象，以装配多样化为特色它可以改变传统装配中的如下不足：1 传统装配必须等零件全部加工完成之后才能进行装配；2 传统装配不能体现并行设计思想；3 传统装配一般要反复修改，进行多次试装配，使得产品周期长，成本高，不能适应当前密接制造的需要。2.2 虚拟仿真2.2.1 仿真
23、技术的起源仿真技术是伴随着计算机技术的发展而发展的。在计算机问世之前，基于物理模型的试验一般成为“模拟”，它一般附属于其他相关学科自从计算机特别是数字计算机出现以后，其高速计算能力和巨大的存储能力使得复杂的数字计算成为可能，数字仿真技术得到蓬勃的发展，从而使仿真形成一门专门学科系统仿真学。系统设计是一项复杂的任务，计算机辅助设计及仿真技术为系统设计提供了强有力的工具19。2.2.2 仿真技术在产品开发及制造过程中的应用虚拟制造是实际制造过程在计算机上的本质体现，即采用计算机仿真与虚拟现实技术，在计算机上群协同工作，在计算机上建立产品的三位数字化模型，“在计算机上制造”产生许多“软”样机，从而，
24、在设计阶段，就可以对所设计的零件甚至整机进行可制造分析，这包括加工过程的工艺分析、铸造过程的热力学分析、运动部件的运动学分析以及整机的动力学分析等，甚至包括加工时间、加工费用、加工精度分析等20。在三维设计系统中进行运动仿真主要是借助于设计系统提供的参数化功能。参数化技术实质上是一种尺寸驱动技术，其原理是当零部件模型中的驱动尺寸产生变换时，零部件模型中相应的形体随之发生改变。在本文中实现设备运动仿真的原理是，当连续改变模型中的某个驱动尺寸，模型中相应的形体就会发生连续的改变从而形成模型连续运动的效果。利用这种方法实现的运动仿真需要建模和装配技术的支持。以便与CAM、CAE、CAPP等技术相结合
25、实现设计与制造的集成。然而目前的三维设计系统随着计算机的发展，在CAD 技术领域中，二维设计逐渐向三维设计方向发展，只是提供了简单的建模、装配及二维工程图生成功能，这些功能远远不能满足设计工作的要求，比如当设计者在设计过程中需要进行一些简单的工程分析工作时，系统就无法满足要求，因此需要其它的工程分析系统来配合以便完成相应的工作，这就会大大增加设计者的设计工作量、延长设计的周期、增加设计费用。下面就以虚拟仿真技术在电风扇设计中的应用。3 台夹扇零件的造型设计3.1 台夹扇总体分析电风扇的建模设计总体上来说是使用了有底向上得到产品设计方法，在电风扇底座的设计过程中渗透了由顶向下产品设计方法的基本思
26、想，我们在学习电风扇的建模设计过程中出了学习建模方法外，更多的是学习这种建模的思想。电风扇的设计综合运用到了拉伸、扫描、混合等基本建模方法，曲面修剪、合并、偏移、曲面替换实体等复杂曲面建模方法，剖面圆顶等高级建模方法。3.2 外壳零件设计摇头风扇的电机主要由三部分组成：电机外壳、电机的电器部分（包括定子和转子）及驱动风扇摇摆的曲柄连杆。电机外壳的功能就是包容和承载后两个部分，这里介绍风扇电机外壳的设计过程。 风扇电机外壳又由风扇电机主体和后盖两部分组成，二者可以拆开，以便在其内部安装电机的定子、转子及电刷等电器部分。风扇电机主体和后盖可以先进行整体建模，完成后用平面将其分割开来，再进行细部修饰
27、。3.2.1台夹扇旋转螺栓1. 新建一个草图 ，并且命名为“旋转螺栓”。2. 画出如图所示的圆26mm。3. 单击退出草图 （草图工具栏）。4. 在 PropertyManager 中的方向 1 下：在终止条件中选择给定深度。将深度设置为41mm。5. 在上表面利用“圆顶”命令绘制圆顶，输入“6mm”6. 以上视基准面作为参考，在其上方41mm处，建立新的基准面，如图所示：7. 在新建的基准面上面进行草图绘制，绘制20mm的圆。8. 退出草图绘制进行拉伸切除。9. 在上视基准面上面绘制10mm的圆并且拉伸。10. 在前视基准面上面绘制如图的不封闭的面5mm35mm。11. 利用筋的命令，绘制出
28、如图所示的实体。12. 当绘制好如图所示的筋后。利用阵列命令中的圆周阵列画出如下图所示的实体。13. 螺栓上面有一个半圆如图所示，并且拉伸切除成下图的样子14. 再次利用阵列命令形成下图所示的实体。15. 新建一个距离上视基准面50mm的基准面2，并且在上面绘制6mm的圆，拉伸长度为38mm。16. 绘制上端的螺纹线，如图所示。17. 最后利用扫描切除绘制出螺纹。18. 将零件另存为“旋转螺栓”。3.2.2下底座1. 新建一个零件图并且命名为“台夹扇下底座”。根据下图提示开始绘制。3.2.3扇叶1. 首先新建零件图，选择上视据准面做好下图所示的一段圆弧R130mm的草图后，然后退出草图。2.
29、选上视基准面作为参考平面做基准面1，相隔距离80mm，如下图。3. 选择基准面1做如下图所示R215mm的一段圆弧，完成后退出草图。4. 选择草图绘制-3D草图。5. 选择前视基准面的上下二等角轴测，如下图。6. 选怎绘制直线工具按下图所示连接好两段圆弧，然后退出3D草图。7. 选特征-插入-曲面-填充，如下图所示。8. 把草图四天变选上，如下图完成后就可以见一曲面。9. 选上视基准面，按下图做一条中心线后，退出草图。10. 选特征-参考几何体-基准轴，如下图。11. 选前面做的中心线做基准轴，如下图。12. 选前视基准面绘制草图，圆的直径40mm，按下图所示绘制出形状。13. 选特征-插入-
30、曲面-剪裁曲面，如下图所示。14. 按下图所示的选择完成后就得到了一个风叶雏形。15. 选择插入-曲面-拉伸曲面如下图所示。16. 进入拉伸曲面，进行如下的设置就能得到扇叶了。17. 单击确定，保存并且命名为“扇叶”。3.2.4扇前盖1. 新建草图“扇前盖”绘制如图的草图。2. 退出草图绘制，选择拉伸命令进行拉伸确定，具体条件如图。3. 在形成图形边上绘制一个2mm的圆点击确定，如图所示。4. 退出草图绘制，并且在上视基准面绘制如图的曲线，利用样条曲线命令。5. 开始进行扫描拉伸，形成如图的形状。6. 利用线性阵列中的圆周阵列进行阵列，具体参数如下图所示，单击确定。7. 下面的圆，以上视基准面
31、为参考，做一个基准面2距离为36mm。8. 在新建的基准面上面绘制55mm的圆，退出草图绘制并且拉伸。设置倒角1mm。9. 在圆上面输入“tmpjj219920 美的”如图的排版。10. 绘制后就形成扇前盖，另存为“扇前盖”。4 台夹扇虚拟装配该风扇机构的运动部分为杆系结构，主要运动副风扇叶片的旋转，以及调节风扇的抬头角度。根据以上连接关系，采用本节开始所说的第二种方法，即按照运动副连接关系来创建一个新的“台夹扇”装配体模型，为该机构的运动仿真分析做好准备。具体装配和仿真过程如下：4.1风扇叶片的装配。1) 新建一个装配图，并且命名为“风扇叶片”。2) 插入零件“扇轴”、“叶片”3) 将两者额
32、放在合适的位置固定。4) 在装配好的实例中，进行圆周阵列，如下图的数据，单击确定。4.2后盖加发动机装配。1) 同样插入零件“发动机”、“扇后盖”。2) 进行配合，选择如图的两个面。3) 选择两个零件的表面上面的任意一个圆，建立配合是同心。4) 保存命名为“后盖加发动机”。4.3风扇头装配1) 插入零件“后盖加发动机”、“风扇叶片”。2) 选择如图的零件表面，配合命令是“重合”。3) 第二部配合如下图所示。4) 保存命名为“风扇头”。4.4台夹扇总装配体1) 插入零件“下底座”作为基础零件。（以下的零件插入不再作为步骤。简单配合不再截图）。2) 将下底案和下底座配合在一起。如图所示：3) 按照图示装配出下底座。4) 通过重合、同心、距离、旋转命令进行配合，得到如下的装配体。
