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Autodesk Inventor在阀门新产品开发中的应用
2017-06-16 17:23:23  作者:黄晓光 孙荣权   来源:互联网
  •   1 概述   Autodesk Inventor是一个智能化的三维参数化机械设计软件包,它可在一个全新的、可视化的及虚拟的装配环境中,基于手势地进行全方位的参数化建模、仿真装配和录制动画。并可进行概念化的自适应 ...

  1 概述

  Autodesk Inventor是一个智能化的三维参数化机械设计软件包,它可在一个全新的、可视化的及虚拟的装配环境中,基于手势地进行全方位的参数化建模、仿真装配和录制动画。并可进行概念化的自适应设计,自动生成工程图,快速完成符合国家标准的各种标注,并生成BOM表,如果将其应在阀门新产品开发中,可以提高设计效率,减少出错率。

  2 应用实例

  以旋转式流量调节阀新产品系列开发为例,介绍Autodesk Inventor的应用。该阀是通过内、外阀体间的相对旋转实现对废水流量的控制,其结构简单,尺寸紧凑,易损件少,可靠性好,寿命长,具有良好的密封性,可应用于工业生产中的多种管路。在新产品开发中,具有多规格及多参数系列设计的特点,其仅压力与通径的组合就可形成多种规格和型号的阀门。传统设计方法是静态设计,以零部件为主,每一步考虑的都是单项设计指标。而现代设计方法则是以局部或整个系统为对象,进行动态设计,考虑的是综合设计指标的精确设计。

  2.1 零件设计

  Autodesk Inventor的零件设计功能是基于特征的三维参数化实体造型技术。首先根据产品的设计方案和分析计算进行概念化设计;然后再进行详细设计,是将几何设计与零件设计融为一体。根据零部件的工作需要和结构特点先建立一个基本体素,或建立以扫描特征为基础特征的零件毛坯,再参照零件粗加工过程,逐步创建零件的孔、槽、筋、型腔和凸台等。最后再按照零件精加工过程对零件进行倒切角、倒圆角和加工螺纹等,各特征建立的顺序应尽可能与零件的加工顺序相一致。Autodesk Inventor的零件设计功能在支持参数化设计的同时还支持一种称为自适应的新技术。零件的形状根据需要自己设计,而具体的尺寸则需根据装配关系自动计算得到,所以,零件设计总是基于装配的关联设计。自适应技术正是提供了这种完全设计的灵活性,零件特征之间只有配合和位置关系,解决了纯参数化系统所固有的缺陷。Autodesk Inventor还支持实体和曲面的混合造型,从而灵活地创建和编辑先进的造型。此外,Autodesk Inventor还能快速而简便地修改模型,零件或装配的任何修改都将传递到所有关联的零件、装配、演示动画和二维工程图中去。

  2.2 装配设计

  Autodesk Inventor的装配设计完全支持各种设计流程,无论是自顶向下,还是自底向上设计,或者是混合设计,Autodesk Inventor都可很方便地在零件环境和装配环境中转换。由于在装配过程中采用了自适用技术,所以,装配设计是基于装配关系的关联设计,从而使得设计流程更加顺畅。

  装配造型是基于描述性的,与真实零件装配过程所不同的是非真实的几何结构(既工作面、工作轴等),既指定每个零件之间的约束关系,使零件的空间位置发生改变,对零件的自由度加以限制。装配约束的形式有配合、对准角度、相切和插入等,还能模仿齿轮啮合等机构运动,从而实现相当程度的“概念化设计”。整个装配造型也是全参数化的,当零件模型改变时,装配模型也将自动更新。与现场实际装配过程完全一样,使得设计过程与工程师的设计构思相一致,能顺畅地完成创新设计。图1为旋转式流量调节阀的装配造型图。

  

装配造型图

  图1 装配造型图

  2.3 装配过程的表达视图

  在传统设计中,机器部件的装配过程是难以表达的,Autodesk Inventor就是根据装配过程生成用于表达装配关系的爆炸图。在表达视图中,可以调整零部件的位置并添加装配轨迹,它不同于其他软件,引入了全新的工作方式,可以捕捉基于过程的信息,生成装配动画,录成AVI文件,用以动态地说明设计意图及进行干涉检查。装配动画可以让设计人员细化和调整分解的部件,演示模型中零部件之间的装配关系,用于在工程图中创建部件的分解视图,也可用于产品说明书的使用。图2为旋转式流量调节阀的表达视图。

  

表达视图

  图2 表达视图

  2.4 自动图形视图

  产品设计的最终目的是要输出高质量的、符合国家标准的工程图纸,用以说明设计意图。Autodesk Inventor可以加快并简化加工图的设计,运用自动图形视图功能,可以创建三维模型的主视图、侧视图、局部视图、等轴测图、剖视图和其他辅助视图,并向工程图中添加或抑制模型尺寸和工程图尺寸,创建基于ANSI、DIN、GB、ISO和TIS标准的注释和符号,也可以自定义用户化的标准。由于原始零部件与图形视图是双向关联的,则可最大限度地减少错误,减少因修改设计而带来的麻烦。Autodesk Inventor还可创建关联零件列表以随时更新明细表的信息。Autodesk Inventor还能将Auto CAD的图形以及图层进行无缝连接。图3为旋转式流量调节阀的装配工程图及明细表。

  

装配工程图及明细表

  图3 装配工程图及明细表

  2.5 其他功能

  Autodesk Inventor有许多功能。

  ①三维标准件库 50万多个标准及自定义机械部件在内的常用零件,同时还扩展了用户自定义设计元素(iFeature)的功能,使用者可把常用的结构定义成设计元素,建立用户自定义零件(iPart)库,实现简单零件的捕捉,让设计意图在协同设计的过程中作到资源共享,从而降低了成本,提高了生产力。

  ②内嵌的钣金设计和焊接设计具有钣金设计工具,如:面、凸缘、弯折、卷边等,并在此基础上完成展开,可模拟焊接和焊后加工。

  ③有限元分析通过直接在Autodesk Inventor中采用ANSYS技术进行应力分析,创建有限元分析网格,提供安全系数和材料性能,以考察零件在承受载荷情况下的工作性能。

  ④各种标准数据接口 为了进行广泛的数据交流,Autodesk Inventor提供了多种数据接口,如:STEP、SAT、DXF、DWF等,既支持二维数据也支持三维模型,以便设计者进行交流和资源共享。

  3 结语

  Autodesk Inventor是优良的三维机械设计软件之一,容易学习和使用。该软件既为产品集成提供了一个完整的解决方案,同时也提供了一个从二维到三维的转换路径。在当今市场经济条件下,使用三维设计技术进行新产品开发将成为当今制造业的主流,对企业的拓展、提高竞争力将起到不可估量的作用。



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