单位文秘网 2021-07-04 08:18:12 点击: 次
农业机械设计中常用的轴设计为例,详细介绍Inventor软件的具体应用步骤及方法,为提高农机设计的效率及准确性提供参考。
关键词:Inventor软件;设计加速器;轴;生成器
中图分类号:S220.2 文献标识码:A 文章编号:1674-1161(2017)01-0035-04
近年来,随着我国农业机械逐步向大型化、智能化、高效化方向发展,农机研究方法也随之而变化。长期以来,由于农业机械的作业对象(土地和作物)具有特殊性和复杂性,导致农业机械研发创新存在较大困难。每次产品的研发到定型,均需经过设计、样机试制、试验、改进设计、再试验等过程,研发周期长、成本高、设计精度低。随着计算机技术的发展,许多新成果被引入优化设计,进而推动了设计方法的革命。在二维制图软件中,CAD应用较为广泛,对整个机械设计有很大影响。Autodesk Inventor软件是一种三维参数化实体模拟设计软件,可与AutoCAD无缝结合,操作简单,工程图可以直接转化为CAD图纸,既简化产品设计,又提高设计质量,还节约大量设计时间。
1 Inventor 软件设计加速器概述
Inventor软件中的设计加速器能够为设计过程提供决策支持和设计计算,使设计者不必花费大量的时间翻查手册,以及进行繁琐的设计计算,且避免在建模上浪费时间,可达到设计加速的目的。
设计加速器为使用者提供一组零件生成器和计算器,此为功能设计的重要组件之一。它提供工程计算和决策支持,可以识别标准零部件或创建基于标准的几何图元,并验证是否符合设计要求,通过改进初始设计参数修正设计,从而提高设计速度和质量。使用设计加速器工作时,仅需要根据窗口提示输入相应的机械属性,就可以自动创建符合机械原理的零部件或得到一组计算数据。例如:设计者选择零件、螺栓安装孔,并将零部件装配在一起后,使用螺栓联接生成器就可以插入螺栓连接。通过输入相应的设计参数,还可实现螺栓连接设计计算和结构设计。
设计加速器必须在部件环境或焊接件环境中工作,在功能区上单击“设计”选项卡,将会显示可用的生成器和计算器命令。生成器和计算器根据功能区域编组,例如将所有焊缝功能编为一组。在工作中,只有生成器调入软件资源中心的文件才能完成设计,因此,在开始使用任意生成器或计算器前,必须先保存部件。
2 Inventor 软件设计加速器应用实例
在农业机械设计中,轴是最常应用的部件之一。轴是组成机具的重要零件,主要功能是傳递机具的运动和转矩。在实际应用中,一般把轴设计成阶梯轴,这是因为阶梯轴的强度接近于等强度,容易加工,也便于轴上零部件的装配。在机具设计中,影响轴结构的因素很多,需要根据轴的受力情况和安装条件确定其构造外形和尺寸。在确定轴的构造外形和尺寸时,还要考虑轴和安装在轴上的零件装配位置、轴的强度和刚度、轴加工和装配的工艺、减少应力集中等诸多因素。现以开沟机变速箱的轴设计为例,介绍Inventor软件设计加速器的应用。
拖拉机后输出轴的转速为540 r/min,开沟机所需动力18 kW。在实际应用中经常使用的轴一般开有键槽(平键、花键),用以传递扭矩,所以设计加速器的生成器应包括轴生成器和各种键生成器。如果轴上有凸轮等,设计加速器中还应包含凸轮生成器。现主要介绍轴和键的生成方法(凸轮等生成器的应用与之相类似,可参照使用)。
2.1 轴生成器
使用轴生成器设计的轴可以包含无限多个截面,每个截面可以具有2个边特征和无限个中间特征,并在Autodesk Inventor窗口中显示轴的预览。当用户在“设计”选项卡(可选)上进行设计时,轴的形状将根据“设计”选项卡中的设定(截面数、截面形状、空心轴形状等)而更改。
设计者使用轴生成器设计时,可以根据构想和设计经验插入轴的各个截面(圆柱、圆锥、多边形),并给出轴结构特征(倒角、圆角、螺纹),将包含各界面直径、长度和特征的轴保存到模板库。向轴设计框内添加轴的各种载荷和支承(如生成器执行强度校核),并在Inventor中生成轴。根据减速器结构和设计者经验,构想轴的结构如图1所示。
3.2 启动轴生成器
1) 在启动轴生成器前,在功能区上单击“设计”选项卡,出现如图2所示的界面。
2) 在以上界面功能区上单击“动力传动”面板框内的“轴”,出现如图3所示的界面。
3) 点击“确认”,保存文件,出现如图4所示的对话框。
3.3 轴生成器应用
设计者按照构想的草图添加相应的轴段和修改轴端的界面形状,如图5所示。
完成轴段输入后点击“计算”,出现如图6所示的计算选项卡。
选择轴的材料,给定径向力。已知轴传输动力为18 kW,转速540 r/min,齿轮设计分度圆160 mm,则径向力为A=9 550×=3 979(N)。输入“径向力”项,点击“计算”,出现如图7所示设计结果。
通过计算结果,设计者可查看所有应力系数,判断其是否合适,以确定轴设计是否合理。也可以点击“图形”钮查看轴的载荷图(如图8所示)。通过轴的载荷图可查看弯矩、弯曲应力、剪切应力、扭应力、拉伸应力等,进一步了解所设计的轴的受力情况,为轴的优化设计提供支持。
4 花键连接设计
在设计加速器下选择“矩形花键连接生成器”,弹出如图9 所示的对话框。
根据设计需要和国际标准选择花键类型。为在轴上放置键槽选取几何图元,在“引用1”选项中选择键槽所在的圆柱面,在“引用2”选项中选取键槽的起始平面,“方向”选择一个平面确定键槽在轴面的位置,完成后点击“计算”,弹出如图10所示的界面。
输入传输功率、转速、花键长度后,选择花键轴的材料和热处理状态,点击“计算”,出现如图11所示的界面。表明设计正确,完成设计。
3 结语
Inventor的设计加速器为设计过程提供决策支持,使设计者不必花费大量的时间和精力查找手册和进行工程计算,提高设计效率和精准度,降低计算误差。设计加速器是功能设计的重要组成部分,其通过自动提供选项和自动创建基于标准的几何图元来简化设计,通过确认设计要求自动完成工程计算,并通过为相同任务选择相同的零部件增加标准化,从而使设计过程简便,有利于优化设计,在工程设计中发挥非常重要的作用。
参考文献
[1] 李娜.Inventor软件在机械制图教学中的应用[J].科研,2015,48(9):00072.
[2] 张红燕,王春平.浅谈Inventor三维软件在机械基础中的应用[J].教育,2016,22(4):00251.
[3] 曾晓娟.浅谈Inventor软件的使用技巧[J].科技视界,2011(24):55-56.
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