1、千斤頂的仿真模擬設計說明書1.緒 論SolidWorks 有全面的零件實體建模功能，變量化的草圖輪廓繪制，驅動參數改變特征的大小和位置，豐富的數據轉換接口使 SolidWorks 可以將幾乎所有的機械 CAD 軟件集成到現在的設計環境中來，在SolidWorks 的模擬功能中，不僅可以做機構的運動分析，模擬機構的運行過程，還可同時將運動過程進行演示， 但是這種演示只能在 SolidWorks 中進行觀看，但在新版本的 SolidWorks 中，結合使用模擬功能和運用插件 Animator 制作動畫，可以真實地反映機構的運動過程，并把這個運動過程制成 avi 格式的動畫文件，用于諸多播放器中隨時

2、、隨地地進行演示。基于此為更方便進行機械教學，我運用Solidworks 三維模擬仿真功能，對千斤頂進行零件的三維實體建模，然后將零件的三維實體進行裝配，再利用插件Animator 制作動畫， 對千斤頂的裝配體進行動畫演示，做出它的爆炸圖、解除爆炸圖和模擬運動圖。2.模擬仿真2.1 模擬仿真的概念模擬仿真就是用模型（物理模型或數學模型）來模仿實際系統，代替實際系統來進行實驗和研究。事實上，習慣定義的模擬仿真，即用模型來模仿實際系統進行實驗和研究，從來就是產品開發中的常用技術手段。計算機運動仿真作為計算機仿真技術的一個重要分支，可以歸入虛擬現實技術VR(Virtual Reality)的范疇，它

3、匯集了計算機圖形學、多媒體技術、實時計算技術、人機接口技術等多項關鍵技術。作為一門新興的高技術，己經成為工程技術領域計算機應用的重要方向。2.2 模擬仿真在機械教學中的影響2.2.1 傳統機械教學中存在的問題傳統的機械類課程休系一般采用二維設計平臺進行教學，所存在的主要問題如下:（1）傳統的二維設計僅僅用于設計工程圖，無法滿足后續 CAE/CAM/PDM 等課程的信息需求。（2）以二維設計為主線展開教學，耗時過大，又不便于掌握和理解。（3）課程體系松散，沒有考慮課程之間的相互關系，無法形成產品從設計到制造整個生命周期的信息鏈條。（4）傳授的知識陳舊，無法體系現代制造技術的特點，因而也無法滿足用

4、人單位的需要。（5）設計、制圖、修改工作大，使學生無法把主要經歷放在創新設計上。因而也不利于學生綜合創新能力的培養。2.2.2 教學改革的途徑和方法工程制圖教學改革:在工程制圖課程教學中，大幅度增加三維設計的內容， 改變傳統設計以二維-三維-二維的傳統教學模式，運用 Solidworks 系統進行二維實體設計技術，采用新的三維-二維-三維的教學新模式。機械基礎課程教學改革：把 Solidworks 引入到這些課程的教學中可以極大地提高學牛的學習效率和學習的積極性，也為應用型、創新型人才培養奠定了素質基礎。Solidworks 軟件不僅可以進行機械產品設計、還可以進行裝配、運動學和動力學分析。課

5、程設計教學改革:引入 Solidworks 后，學生的學習積極性提高了，最后設計的作品還可以進行裝配體的爆炸動畫以及裝配動畫，設計的效果很快就可以進行評價，一個成功的設計使學生的學習很有成就感，進一步加強了付專業的認識。數控技術教學改革:Solidworks 軟件也充分體現了現代制造工程的特點。它提供了無縫集成的 CAMWorks 擂件數控加工環境，該環境提供數控車、數控銑、數控線切割、加工中心的編程等內容，基本可以滿足現代數控加工技術的需求。畢業設計中的應用:畢業設汁是大學生最后的一個集中性學習和實踐環節。該環節中我們大量地引人了 Solidworks 軟件的應用。比如，注塑模具設計的整個過

6、程都可以在 Solidwork 環境下進行。設計流程圖為：產品模型模具分模 注塑分析模具裝配模具加工。綜合創新能力的培養:在技術進步的大背景下，產品的制造和加工工藝越來越精細，產品的成品品質越來越精致、優良。表現在產品的性能特征方面是產品的功能日益強大化，產品的形態特征上表現為品種的多樣化，在操作、控制上越來越簡單方便化。3. Solidworks 的模擬仿真3.1 Solidworks 模擬仿真的基本概述SolidWorks 是世界上第一款完全基于 Windows 的 3D CAD 軟件 ,自 1995 年問世以來 ,以其優異的三維設計功能 ,操作簡單等一系列的優點 ,極大地提高了設計效率

7、,在與同類軟件的激烈競爭中已經確立了它的市場地位 ,已經成為三維機械設計軟件的標準。利用 SolidWorks 不僅可以生成二維工程圖，而且可以生成三維零件，用戶可以利用這些三維零件來建立二維工程圖及三維裝配體。SolidWorks 采用雙向關聯尺寸驅動機制，設計者可以指定尺寸和各實體間的幾何關系，改變尺寸會改變零件的尺寸與形狀，并保留設計意圖。Solidworks 用戶界面非常人性化,便于操作 。在 Solidworks 的標準菜單中包含了各種用于創建零件特征和基準特征的命令 。其中基礎實體特征主要有拉伸凸臺基體 、旋轉凸臺 基體等 。在基礎實體特征上可添加圓角 、倒角 、肋 、抽殼 、拔模

8、及異型孔 、線性陣列 、圓角陣列 、鏡像等放置特征,這些特征的創建對于實體造型的完整性非常重要 。在處理復雜的幾何形狀時還需要其他高級特征選項,包括掃描 、放樣凸臺 基體及參考幾何體中基準軸 、基準面這些定位特征等 。通過以上特征造型技術在 Solidwork 中能設計出需要的實體特征。3.2 Solidworks 動畫模擬仿真的概述先啟動 Animator 插件 , 單擊菜單“工具”“插件”,單擊 Animator 前的選項欄 。此后出現 Animator 中第 1 個加入的零件十分重要,它是整個裝配體的的工具欄 。在 Solidworks 中 Animator 的操作都裝配基礎,Solid

9、works 軟件已默認第 1 個插入零件為是在工作區底部,可單擊工作區底部的“模型”或者非運動體,其他所有的裝配體零件都是以此為基礎,“動畫”的標簽,單擊模型或動畫標簽即可實現模型本裝配選擇傳動軸為裝配參照體 。調入零件后,要或動畫操作的切換 。在生成仿真動畫時,用 Animator 插件對千斤頂主要零件大致進行以下 3 步操作: 切換到動畫界面; 根據千斤頂運動的時間,拖動時間滑桿到相應的位置; 拖動螺旋桿和絞杠運動,使其達到動畫序列末端應達到的新位置,這樣就實現了工作原理的動態仿真仿真動畫以 AVI 格式保存 ,可以得到很好的推廣和應用 。4.基于 SOLIDWORKS 千斤頂的仿真模擬設

10、計實例4.1 千斤頂的三維實體建模的過程4.1.1 頂墊的三維實體建模過程頂墊的三維實體建模過程如下：(1)單擊標準工具欄中的“新建”工具，新建一個零件文件。(2)在特征管理器設計樹中選擇“前視基準面”，單擊（草圖繪制）工具， 進行草圖 4.1 的繪制。(3)單擊（中心線）工具，過草圖原點繪制一條垂直的對稱虛線。(4) 以中心線作為基準，單擊（直線）畫一條直線，然后根據圖紙單擊（智能尺寸）來設定直線的尺寸，然后單擊（確定），運用此方法，畫出所需要的所有直線，以及確定它的尺寸。（5）單擊（圓心/起/終點圓弧）畫出圖紙所要求的直線與直線之間的圓角， 在圓的參數設置(如圖 1)中設定所需圓角的半徑，

11、然后單擊（確定），或者單擊（切線弧）畫出與直線相切的圓角，繪制出頂墊草圖（如圖 4.2）。圖 4.1 圓的參數設置圖 4.2 頂墊草圖圖 4.3 頂墊的旋轉體（6）單擊（退出草圖），單擊（旋轉凸臺/基體）進行旋轉生成實體，在選項中設定旋轉范圍，然后單擊（確定），生成旋轉體（如圖4.3），生成頂墊實體（如圖 4.4）。圖 4.4 頂墊實體4.1.2 螺旋桿的三維實體建模過程螺旋桿的三維實體建模過程如下：(1)單擊標準工具欄中的“新建”工具，新建一個零件文件。(2)在特征管理器設計樹中選擇“前視基準面”，單擊（草圖繪制）工具， 進行草圖 1 的繪制。（3）單擊（中心線）工具，過草圖原點繪制一條垂直

12、的對稱虛線。(4) 以中心線作為基準，單擊（直線）畫一條直線，然后根據圖紙單擊（智能尺寸）來設定直線的尺寸，然后單擊（確定），運用此方法，畫出所需要的所有直線，以及確定它的尺寸。（5）單擊（3 點圓弧）根據圖紙運用三點圓弧畫出頂部的圓弧，然后單擊（確定）。形成螺旋桿草圖（如圖 4.5）。（6）單擊退出草圖，單擊（旋轉凸臺/基體）進行旋轉生成實體，在選項中設定旋轉范圍，然后單擊（確定），生成旋轉體，生成實體（如圖 4.6）。圖 4.5 螺旋桿早草圖圖 4.6 螺旋桿實體（1）（7）單擊（圓角）畫出螺旋桿上圖紙所要求的圓角（如圖 7）。（8）單擊（倒角）畫出螺旋桿上圖紙所要求的倒角（如圖 8）。圖

13、 4.7 螺旋桿實體（2） 圖 4.8 螺旋桿實體（3）（9）再次單擊（草圖繪制）工具，在上圓柱體上單擊（圓），根據圖紙畫出圓的位置極其尺寸，再次單擊退出草圖，單擊（拉伸切除），在選項中（如圖 4.9）點擊完全貫穿，然后單擊（確定），再與此圓孔成 90再次重復本次操作。10）再次單擊（草圖繪制）工具，進行草圖2 的繪制，設定基準面 2，單擊（直線）畫一條直線，然后根據圖紙單擊（智能尺寸）來設定直線的尺寸，然后單擊（確定），根據圖紙數據畫出一個等腰梯形，在頂部菜單中點擊插入 曲線螺旋線，繪制出螺旋線，在螺距和圈數參數設置中（如圖 4.10）根據底圓柱長度選擇適當的選項畫出螺旋線，單擊（確定），單

14、擊（退出草圖），單擊（掃描），繪制出螺紋。生成螺旋桿實體（如圖 4.11）。圖 4.9 拉伸切除選項圖 4.10 螺距圈數參數設置圖 4.11 螺旋桿實體（4）4.1.3 絞杠的三維實體建模過程絞杠的三維實體建模過程如下：(1)單擊標準工具欄中的“新建”工具，新建一個零件文件。(2)在特征管理器設計樹中選擇“前視基準面”，單擊（草圖繪制）工具， 進行草圖 1 的繪制。（3）單擊（中心線）工具，過草圖原點繪制一條垂直的對稱虛線。(4) 以中心線作為基準，單擊（直線）畫一條直線，然后根據圖紙單擊（智能尺寸）來設定直線的尺寸，然后單擊（確定），運用此方法，畫出所需要的所有直線，以及確定它的尺寸，生成

15、絞杠草圖（如圖 4.12）。圖 4.12 絞杠草圖（5）單擊（退出草圖），單擊（旋轉凸臺 /基體）進行旋轉生成實體，在旋轉參數設置中（如圖 4.13）中設定旋轉范圍，然后單擊（確定），生成旋轉體（如圖 4.14），生成實體（如圖 4.16）。圖 4.13 旋轉參數設置圖 4.14 絞杠旋轉體（6）單擊（倒角）畫出螺旋桿上圖紙所要求的倒角（如圖 4.15）。圖 4.15 絞杠實體（1）（7）生成絞杠實體。圖 4.16 絞杠實體（2）4.1.4 螺套的三維實體建模過程螺套的三維實體建模過程如下：（1）單擊標準工具欄中的“新建”工具，新建一個零件文件。（2)在特征管理器設計樹中選擇“前視基準面”，單

16、擊（草圖繪制）工具， 進行草圖 1 的繪制。（3）單擊（中心線）工具，過草圖原點繪制一條垂直的對稱虛線。(4) 以中心線作為基準，單擊（直線）畫一條直線，然后根據圖紙單擊（智能尺寸）來設定直線的尺寸，然后單擊（確定），運用此方法，畫出所需要的所有直線，以及確定它的尺寸，生成螺套草圖（如圖 4.17）。圖 4.17 螺套草圖（5）單擊（退出草圖），單擊（旋轉凸臺 /基體）進行旋轉生成實體，在旋轉參數設置（如圖 4.18）中設定旋轉范圍，然后單擊（確定），生成旋轉體（如圖 4.19），生成實體（如圖 20）。圖 4.18 旋轉參數設置圖 4.19 螺套旋轉體圖 4.20 螺套實體（1）（6）單擊（

17、草圖繪制）工具，進行草圖2 的繪制，設定基準面2，單擊（直線）畫一條直線，然后根據圖紙單擊（智能尺寸）來設定直線的尺寸，然后單擊（確定），根據圖紙數據畫出一個等腰梯形，在頂部菜單中點擊插入曲線螺旋線，繪制出螺旋線，根據底圓柱長度在螺距和圈數參數設置（如圖4.21） 中輸入適當的參數，畫出螺旋線，單擊（確定），單擊（退出草圖），單擊（掃描），繪制出螺紋。生成螺旋桿實體（如圖 4.22）。圖 4.21 螺距和圈數的參數設置圖 4.22 螺套實體（2）4.1.5 底座的三維實體建模過程底座的三維實體建模過程如下：(1)單擊標準工具欄中的“新建”工具，新建一個零件文件。(2)在特征管理器設計樹中選擇“

18、前視基準面”，單擊（草圖繪制）工具， 進行草圖 1 的繪制。（3）單擊（中心線）工具，過草圖原點繪制一條垂直的對稱虛線。(4) 以中心線作為基準，單擊（直線）畫一條直線，然后根據圖紙單擊（智能尺寸）來設定直線的尺寸，然后單擊（確定），運用此方法，畫出所需要的所有直線，以及確定它的尺寸。（5）單擊（圓心/起/終點圓弧）畫出圖紙所要求的直線與直線之間的圓角， 在圓角參數設置（如圖 4.23）中設定所需圓角的半徑，然后單擊（確定），或者單擊（切線弧）畫出與直線相切的圓角，繪制出頂墊草圖（如圖 4.24）。圖 4.23 圓角參數設置圖 4.24 底座草圖（6）單擊（退出草圖），單擊（旋轉凸臺 /基體）

19、進行旋轉生成實體，在旋轉參數設置（如圖 4.25）中設定旋轉范圍，然后單擊（確定），生成旋轉體（如圖 4.26），生成底座實體（如圖 4.27）。圖 4.25 旋轉參數設置圖 4.26 底座旋轉體圖 4.27 底座實體4.2 千斤頂裝配體的裝配裝配方法如下：（1）單擊標準工具欄中的“新建”工具，單擊（裝配體），新建一個裝配體文件。（2）單擊（插入零部件），瀏覽要打開的文件，點擊（確定）。（3）插入千斤頂的主干零件螺旋桿，然后插入頂墊，用移動零件，單擊（配合），在配合列表（如圖 4.28）中選擇“同心軸”，“配合選擇”中選擇螺旋桿和頂墊的大小相等的圓周，單擊（確定）。（4）再插入螺套，用移動零件

20、，單擊（配合），在配合列表（如圖28）中“”選擇“同心軸”，”配合選擇”中選擇螺旋桿和螺套的大小相等的圓周，點擊高級配合（如圖 4.29），在菜單中選擇齒輪，讓螺旋桿和螺套的螺紋進行嚙合，單擊（確定）。（5）再插入底座，用移動零件，單擊（配合），在配合列表（如圖28）中選擇“同心軸”和“重合”，“配合選擇”中選擇螺套和底座的大小相等的圓周和上表面，單擊（確定）。（6）最后插入絞杠，用移動零件，單擊（配合），在配合列表中（如圖 4.28） 選擇“重合”，“配合選擇”中選擇螺旋桿和絞杠，使螺旋桿上的圓的圓心和絞杠的軸線相重合，單擊（確定）。（7）生成裝配列表（如圖 4.30）。（8）配合完畢，生成

21、千斤頂的裝配體（如圖 4.31）。圖 4.28 配合選擇選項圖 4.29 高級配合選項圖 4.30 裝配體配合列表圖 4.31 千斤頂裝配體4.3 千斤頂動畫演示的生成4.3.1 千斤頂爆炸圖和解除爆炸圖的生成過程千斤頂爆炸圖和解除爆炸圖的生成過程如下：（1）先啟動 Animator 插件 , 單擊菜單“ 工具”“ 插件” , 單擊Animator 前的選項欄 。此后出現 Animator 中第 1 個加入的零件十分重要,它是整個裝配體的的工具欄 。（2）單擊（打開）打開裝配圖（千斤頂），點擊圖下方的（動畫），在動畫一欄（如圖 4.32）右側選項中右鍵點擊第一個，在視圖定向中選擇等軸測，再次右

22、鍵點擊選擇所有，將時間軸拉至 15 秒處。（3）單擊（爆炸視圖），先后將千斤頂的頂墊、絞杠、螺旋桿、底座分別拉至固定位置，在左側爆炸會出現圖標，然后單擊（確定）。（4）在動畫一欄左側選項中單擊（動畫向導），在動畫向導菜單中點擊“爆炸”，點擊”下一步”,將“時間長度”設置為 15 秒，將“開始時間”設置為 2秒，點擊“完成”。 再次單擊（動畫向導），在動畫向導菜單中點擊“解除爆炸”，點擊”下一步”,將“時間長度”設置為 15 秒，將“開始時間”設置為 18 秒， 點擊“完成”。單擊（播放）觀看生成后的爆炸視圖，最后點擊（保存）將生成的爆炸視圖儲存為 AVI 格式進行儲存。形成爆炸視圖（如圖 4.

23、33-4.37）。圖 4.32 動畫生成選項圖 4.33 爆炸圖動畫演示（1）圖 4.34 爆炸圖動畫演示（2）圖 4.35 爆炸圖動畫演示（3）圖 4.36 爆炸圖動畫演示（4）圖 4.37 爆炸圖動畫演示（5）4.3.2 千斤頂模擬圖生成過程千斤頂模擬圖生成過程如下：（1）打開 Solidworks 軟件，單擊（打開）打開裝配圖（千斤頂），點擊圖下方的（動畫），在動畫一欄右側選項中右鍵點擊第一個，在視圖定向中選擇等軸測，再次右鍵點擊選擇所有，將時間軸拉至 15 秒處。（2）單擊（模擬），選擇“旋轉馬達”一項，在圖上點擊螺旋桿，將螺旋桿旋轉拉出，點擊（確定），再次單擊（模擬），選擇“線性馬達

24、”一項，在圖上點擊絞杠，將絞杠線性插入到螺旋桿的孔中，點擊（確定）。單擊（播放）觀看生成后的爆炸視圖，最后點擊（保存）將生成的爆炸視圖儲存為 AVI 格式進行儲存。形成模擬視圖（如圖 4.38-4.39）。圖 4.38 模擬圖動畫演示（1）圖 4.39 模擬圖動畫演示（2）5. 結 論在整個畢業設計階段，通過對 SolidWorks 軟件知識的學習，我了解到了 Solidworks 的基本原理和具體運用方法。并且能夠運用SolidWorks 軟件對各種零件進行三維實體建模， 掌握了利用 Animator 插件對裝配體進行動畫演示。在本文中我利用 SolidWorks 軟件對千斤頂進行了三維造型

25、設計，并利用配置完成了對千斤頂的三維實體設計和動畫演示制作， 但還有很多不理解的地方需要更加努力學習。致 謝在此要感謝我的指導老師孫老師對我悉心的指導，感謝老師給我的幫助。在設計過程中，我通過查閱大量有關資料，與同學交流經驗和自學，并向老師請教等方式，使自己學到了不少知識，也經歷了不少艱辛，但收獲同樣巨大。在整個設計中我懂得了許多東西，也培養了我獨立工作的能力，樹立了對自己工作能力的信心，相信會對今后的學習工作生活有非常重要的影響。而且大大提高了動手的能力，使我充分體會到了在創造過程中探索的艱難和成功時的喜悅。雖然這個設計做的也不太好，但是在設計過程中所學到的東西是這次畢業設計的最大收獲和財富，使我終身受益。在論文完成之際，謹向我的導師和同學表示誠摯的謝意！參 考 文 獻1 李曉燕.錢煒.仲梁維.Solidworks 在畢業設計中的應用J.上海電力學院學報，2002.2（6）：59-602 繆朝.Solidworks 在機械制圖教學中的應用研究.重慶工業高等專科學校學報J，2004.3（6）：37-393 安愛琴.宋長源.王宏強.聶永芳.基于 Solidworks 的液壓泵