基于inventor的齒輪泵的三維建模和運動仿真

姜廣美，史銀花

（鎮(zhèn)江高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校，江蘇 鎮(zhèn)江 212003）

基于inventor的齒輪泵的三維建模和運動仿真

姜廣美，史銀花

（鎮(zhèn)江高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校，江蘇 鎮(zhèn)江 212003）

利用inventor軟件對齒輪泵的三維建模和運動仿真為例，對齒輪泵各組成零部件的實體造型、虛擬裝配、拆裝動畫和運動軌跡仿真的描述，真實地展示了齒輪泵的實際裝配和工作過程，為其他產(chǎn)品的的虛擬設(shè)計提供參考。

inventor軟件；齒輪泵；三維建模；運動仿真

隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，三維CAD技術(shù)得到普及，利用虛擬制造技術(shù)解決了傳統(tǒng)產(chǎn)品設(shè)計上周期長、費用高、離不開實驗室等不足，在虛擬的環(huán)境中，通過三維軟件進(jìn)行實體建模，真實的模擬設(shè)計產(chǎn)品裝配過程，及時發(fā)現(xiàn)裝配中存在的缺陷：如干涉，并模擬拆裝動畫和運動仿真，檢驗產(chǎn)品的可裝配性，提高產(chǎn)品的設(shè)計質(zhì)量。本文通過inventor軟件對齒輪泵各組成零部件的實體造型、虛擬裝配、拆裝動畫和運動軌跡仿真的描述，真實地展示了齒輪泵的實際裝配和工作過程，及時發(fā)現(xiàn)設(shè)計中存在的問題，解決問題，從而降低了成本，提高了設(shè)計效率，縮短了時間。

1 齒輪泵三維實體建模

圖1 為齒輪泵基本結(jié)構(gòu)示意圖

圖1為齒輪泵基本結(jié)構(gòu)示意圖，它主要由泵體、泵蓋、齒輪軸、齒輪、傳動齒輪軸、墊片、螺釘、填料、壓蓋、壓緊螺母、圓柱銷等零件組成。要實現(xiàn)齒輪泵虛擬裝配和運動仿真，首要的是零件實體造型。從齒輪泵的組成零件我們知道，部分零件是標(biāo)準(zhǔn)件可以直接從資源庫中直接調(diào)用：如螺釘、螺母、墊片和圓柱銷等，其他的復(fù)雜零件需三維實體造型。

2 齒輪泵泵體的三維建模

圖2為齒輪泵泵體，在齒輪潤滑系統(tǒng)中起支撐安裝作用，是整個潤滑系統(tǒng)的承載基體，它和兩個齒輪、端蓋、殼體許多密封工作腔。從而看出，它與其它零件配合關(guān)系較多，在三維建模時首先要對形體進(jìn)行分析，搞清楚該零件的主要結(jié)構(gòu)，并將復(fù)雜的形體進(jìn)行分解簡化。根據(jù)它們之間的組合形式和相互位置關(guān)系，選擇合理的造型方式。

圖2 齒輪泵泵體

在inventor中復(fù)雜的零件都是由簡單的特征堆砌而成，特征是一些與機(jī)械設(shè)計的表達(dá)意圖相關(guān)的一些簡單的幾何形體，這些幾何形體的基礎(chǔ)是參數(shù)化的，可以編輯。在inventor中，有基礎(chǔ)特征（拉伸、旋轉(zhuǎn)、打孔、掃掠等）、零件特征、放置特征（倒角、圓角、螺紋、鏡像等）、定位特征（工作面、工作軸、工作點）和草圖特征。齒輪泵泵體就是利用以上三維造型工具實現(xiàn)造型的。選擇新建文件，點擊創(chuàng)建二維草圖，選擇泵體的xoz平面作為第一個基本特征開始建模，或任意選擇平面作為第一個基本特征開始建模，發(fā)現(xiàn)選錯了，單擊右鍵后選將當(dāng)前視圖設(shè)為主視圖，后根據(jù)需要選擇，通過拉伸和求并、求差運算，生成泵體的主體特征，通過拉伸、鏡像、旋轉(zhuǎn)、凸臺創(chuàng)建（放樣）、螺紋、倒圓角、打孔，進(jìn)而逐步構(gòu)建出復(fù)雜的齒輪泵泵體的實體模型。同時利用草圖的幾何約束和尺寸約束功能，通過尺寸值進(jìn)行更改，草圖及特征也會隨之自動更新，從而創(chuàng)建出的零件模型精確度比較高。

3 其他零件的三維創(chuàng)建

如圖3所示通過繪制草圖并使用拉伸、旋轉(zhuǎn)、打孔、螺紋、設(shè)計加速器、螺旋掃掠等特征工具，可以方便快捷創(chuàng)建出其他零件的三維實體。

圖3 齒輪泵其他零件三維造型

4 齒輪泵泵體的虛擬裝配

齒輪泵各零件創(chuàng)建完成后，新建一個裝配文件進(jìn)入裝配環(huán)境進(jìn)行零件組裝如圖4所示。

首先，裝入齒輪泵的泵體，它是整個裝配體的裝配基礎(chǔ)，并被默認(rèn)為固定零件，以泵體為參照體，利用inventor提供的配合，對準(zhǔn)角度、相切、插入等裝配約束，可完成齒輪軸、齒輪、墊片、端蓋、螺釘、圓柱銷、填料、填料壓蓋、傳動齒輪、彈簧、墊圈、壓緊螺母等后續(xù)零件的安裝。在裝配過程中齒輪與齒輪軸嚙合是不是能實現(xiàn)連續(xù)轉(zhuǎn)動、泵體與齒輪間的間隙的大小等問題，通過定義“自適應(yīng)”，問題即可解決，可見，inventor軟件對齒輪泵進(jìn)行虛擬裝配的過程能清晰明了表達(dá)各裝配零件之間的關(guān)系，并且所有的安裝都能根據(jù)實際情況進(jìn)行有效調(diào)整。整個裝配完成后，重新命名并保存。

圖4 齒輪泵裝配體

5 拆裝動畫和運動仿真動畫制作

（1）拆裝動畫的制作。使用inventor的“表達(dá)視圖”工具可以分解齒輪泵裝配體中各零件，并制作其拆裝動畫。首先，新建一個文件，進(jìn)入部件中表達(dá)視圖環(huán)境，單擊面板上“創(chuàng)建視圖”工具，裝入齒輪泵裝配文件，并設(shè)定成手動分解方式。接著利用“調(diào)整零部件位置”工具定義各個零件的動作。零件的活動非常靈活，既可以單個零件的平移或轉(zhuǎn)動，也可以是多個零件共同的動作。最后，調(diào)整各零件的動作順序，使其滿足實際的拆裝順序，能清晰地看到各零件的移動方向和距離以看清各零件的結(jié)構(gòu)為準(zhǔn)。此外，可以“編輯任務(wù)及順序”界面的“設(shè)置照相機(jī)”功能，設(shè)置每個動作的查看角度和顯示大小，圖5為齒輪泵的表達(dá)視圖，其清楚展示了各零件的形狀特征。所有零件的分解動作和播放順序設(shè)置結(jié)束后，在表達(dá)視圖工具面板中點擊“動畫”按鈕，設(shè)置合適的時間間隔，開始錄制齒輪泵裝配和拆卸動畫，并將其保存為avi或者wmv動畫文件，隨時用于多媒體演示。視屏尺寸可更改,選擇avi格式時采用視屏壓縮中的全幀（非壓縮），若選擇wmv格式在導(dǎo)出特性窗口中圖像大小選擇800*600。

圖5 齒輪泵表達(dá)視圖

圖6 制作動畫圖

（2）運動仿真動畫的制作。圖6為齒輪泵動畫圖，Inventor運動仿真制作有很多種方法，下面介紹其中兩種：①利用驅(qū)動約束制作動畫。在制作齒輪泵泵體仿真動畫前，對齒輪的轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)角，添加裝配約束，然后點擊需要約束的零件，右擊跳出畫的約束，選擇驅(qū)動，在彈出的對話框中設(shè)定齒輪轉(zhuǎn)動的起始角度和終止角度，點確定并點動畫時間軸上播放動畫按鈕，我們可以看到主動輪帶動從動輪旋轉(zhuǎn)，并與泵體、端蓋形成密封容積變化，同實際運動過程一樣，并點擊錄制動畫進(jìn)行錄制動畫文件，還可以對動畫進(jìn)行渲染，最后以avi或wmv此方法做出的視頻簡單快捷但是比較粗糙。②利用inventor中studio制作動畫。Inventor打開studio，打開動畫時間軸，點擊需要約束零件，右擊需要驅(qū)動的約束，點擊約束動畫制作，彈出出對話框，調(diào)節(jié)開始、結(jié)束時間，并選擇角角度轉(zhuǎn)動速度，點擊確定，在時間軸以藍(lán)色條顯示每個動作在動畫中的時間段，直觀現(xiàn)象，還可以點擊播放動畫觀察效果，設(shè)置齒輪泵上齒輪的相關(guān)參數(shù)，使得主從動齒輪嚙合緊密而且協(xié)調(diào)。多個藍(lán)色條可以調(diào)節(jié)先后順序，也可同時進(jìn)行。設(shè)置好動畫動作后，點擊工具面板上的“渲染動畫”，在彈出的窗口中設(shè)置材質(zhì)、光源、場景、動畫的存放位置、動畫的時間等參數(shù)，然后點擊“渲染”，并開始錄制動畫。

［1］陳伯雄，董任揚，張云飛.Autodesk Inventor Professional 2008機(jī)械設(shè)計實戰(zhàn)教程［M］].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2008.

［2］李勇峰，陳書劍.基于草圖裝配及仿真的腳踏軋棉機(jī)概念設(shè)計法仿真［J］.遼寧石油化工大學(xué)學(xué)報，2009，29（2）:46-52.

［3］付鋼，盧紫微，張燕.基于Inventor的抽漿泵參數(shù)化設(shè)計及運動仿真［J］.遼寧石油化工大學(xué)學(xué)報，2009，29（2）:46-52.

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3D M odeling and M otion Sim ulation of the Gear Pum p Based on the Inventor

JIANG Guang-mei，SHI Yin-hua
（Zhengjiang Higher Vocational and Technical School，Zhenjiang，Jiangsu 212003，China）

This paper uses the inventor software to 3D modeling and motion simulation of gear pump as an example，and describes the simulation of the solid modeling of the components of the gear pump，virtual assembly，assembly animation and motion trajectory，and truly displays the actual assembly and the working process of gear pump，which provides a reference for the design of the virtual product.

inventor software；gear pump；three dimensionalmodeling；motion simulation

TP391.9

A

2095-980X（2015）08-0062-02

2015-07-07

姜廣美（1978-），女，漢族，江蘇南通人，大學(xué)本科，講師，主要研究方向:機(jī)械加工與零件設(shè)計。