課程設(shè)計(jì)是中職《機(jī)械制圖》課程學(xué)習(xí)的重要實(shí)踐環(huán)節(jié),它可以使學(xué)生感到課本理論上空洞的東西變清楚明了,讓學(xué)生感到“實(shí)踐出真知”的真諦,所以《機(jī)械制圖》教學(xué)應(yīng)安排一定課時(shí)的實(shí)體零件測(cè)繪課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)。本文以二級(jí)直齒圓柱齒輪減速器裝配體的測(cè)繪為載體,利用工nve七。:三維軟件完成所有零件和總裝配圖的繪制。通過工nven七。r走三維路線可以更直觀的完成所有零件圖和總裝配圖的繪制,讓學(xué)生進(jìn)一步鞏固《機(jī)械制圖》中已掌握的繪圖和識(shí)圖技能,并且在此基礎(chǔ)上使繪圖和識(shí)圖能力上一個(gè)新的臺(tái)階,為后續(xù)課程打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
         二級(jí)圓柱齒輪減速器是應(yīng)用于原動(dòng)機(jī)和工作機(jī)之間的獨(dú)立傳動(dòng)裝置,具有結(jié)構(gòu)緊湊、傳動(dòng)效率較高、傳遞運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)確可靠、使用維護(hù)方便和可成批生產(chǎn)等特點(diǎn),如圖l。而傳統(tǒng)的減速器課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)教學(xué)手段,通常是采用直接手工鉛筆或者計(jì)算機(jī)二維軟件繪制二維工程圖來實(shí)現(xiàn)。這種做法不僅不能以模型直觀逼真地顯現(xiàn)出減速器的結(jié)構(gòu)特征,而且對(duì)于一個(gè)視圖上某些尺寸的修改,還不能自動(dòng)反應(yīng)在其它對(duì)應(yīng)視圖上;這種傳統(tǒng)的教學(xué)手段對(duì)學(xué)生的制圖能力還提出了較大的要求,使相當(dāng)大的一部分學(xué)生感覺完成任務(wù)吃力。所以現(xiàn)在改變傳統(tǒng)的教學(xué)觀念,建立以三維軟件NvENTOR為載體來實(shí)施滿足教學(xué),體現(xiàn)參數(shù)化內(nèi)涵—修改一個(gè)尺寸參數(shù)所有的將會(huì)自動(dòng)更新,降低任務(wù)難度,提升學(xué)生興趣。建立減速器三位數(shù)字模型后,同學(xué)們還可以進(jìn)行運(yùn)動(dòng)模擬仿真,通過運(yùn)動(dòng)模擬仿真同學(xué)們還可以非常直觀的認(rèn)識(shí)零件的結(jié)構(gòu)、干涉、強(qiáng)度、剛度、動(dòng)力情況,運(yùn)動(dòng)是否正確。
         
     
1    測(cè)繪零件,實(shí)現(xiàn)參數(shù)化三維建模與生成零件圖
        教師講解減速器的拆裝過程,講清繪圖尺寸是通過對(duì)實(shí)體減速箱的測(cè)繪得來。首先觀察減速器各部分的結(jié)構(gòu),判斷傳動(dòng)方式、級(jí)數(shù)、輸人、輸出軸如圖2;其次用扳手拆下觀察孔的蓋板,觀察觀察孔的位置是否恰當(dāng),大小是否合適。再擰下箱蓋和箱座聯(lián)接螺栓以及軸承端蓋螺釘,拔出定位銷,打開箱蓋。
            
        分析整個(gè)結(jié)構(gòu),測(cè)量各零件尺寸;如先測(cè)量齒輪端面與箱體內(nèi)壁的距離,大齒輪的頂圓與箱體內(nèi)壁之間的距離,軸承內(nèi)端面到箱體內(nèi)壁之間的距離;再測(cè)量底座與上蓋的各部分尺寸與結(jié)構(gòu)、軸承的組合結(jié)構(gòu)與尺寸、齒輪的尺寸與結(jié)構(gòu)、鍵與鍵槽的尺寸與結(jié)構(gòu),如圖3。
            
          得到零件參數(shù)的同時(shí),學(xué)生就可以利用工nventor開始參數(shù)化建模。箱體模型也是建模過程當(dāng)中最復(fù)雜的部分,在建模過程當(dāng)中需要大量地使用系統(tǒng)提供的建模特征,當(dāng)然可以分析到上蓋和底座有相同的基本結(jié)構(gòu)比如螺栓孔、定位銷和相互貼合面,建模時(shí)畫上蓋和底座可以充分利用共同結(jié)構(gòu),減少工作量,降低畫圖難度如圖4。工nventor有標(biāo)準(zhǔn)件模塊,在齒輪建模時(shí),可以直接調(diào)取使用,當(dāng)然也可以參數(shù)化建模,通過草圖、拉伸、掃略、陣列命令來實(shí)現(xiàn)。同樣也是適用標(biāo)件軸承、鍵、端蓋、螺栓、螺母等,這些標(biāo)準(zhǔn)件在繪制的時(shí)候要特別注意標(biāo)準(zhǔn)值的使用,要能正確配合其他零件的裝配尺寸,這樣才能保證齒輪的正常嚙合,如圖5。建立了三維零件就可以通過nVentor工程圖模塊生成工程圖,結(jié)合制圖模塊能夠充分利用三個(gè)基本視圖、半剖、階梯剖、斷面圖等表達(dá)形式正確合理的表達(dá)工程圖,進(jìn)而充分培養(yǎng)學(xué)生機(jī)械制圖的視圖表達(dá)能力。并對(duì)工程圖進(jìn)行標(biāo)注。
              
       
2    參數(shù)化裝配的建立與生成裝配圖
        在所有零件參數(shù)化建模完成以后,就可以實(shí)現(xiàn)虛擬裝配。利用軟件滿足裝配要求,可以讓學(xué)生清楚的認(rèn)識(shí)到該產(chǎn)品的性能與結(jié)構(gòu)是否滿足要求,通過分析評(píng)估改進(jìn)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和裝配體的結(jié)構(gòu),實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品裝配的高效性。而且虛擬的展現(xiàn)了減速器的整個(gè)裝配過程,并規(guī)劃減速器的裝配步驟和路線。打開nIventor,進(jìn)人裝配環(huán)境,調(diào)人下蓋,這樣就以下蓋為基準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)有效有序的自下而上、自里而外的裝配。Inventor里面的裝配功能有面對(duì)齊、同軸、距離等多種標(biāo)準(zhǔn)配合關(guān)系,通過這些功能可以讓同學(xué)們實(shí)現(xiàn)齒輪與軸、軸承等所有零件的裝配。要注意的是齒輪與齒輪一定要正確的嚙合關(guān)系,裝配體如圖6。
        裝配完成以后,就讓學(xué)生對(duì)整個(gè)裝配體進(jìn)行干涉檢查,主要是裝配過程的碰撞檢查,以及裝配完成之后的干涉檢查。零件按裝配路線移動(dòng),若與其他零件發(fā)生碰撞,則零件無法移動(dòng)到正確的位置,就會(huì)影響減速器的正常裝配。利用碰撞檢查,可以檢測(cè)裝配過程中的碰撞問題,碰撞部分會(huì)以高亮顯示,以此對(duì)裝配體進(jìn)行修改和規(guī)劃合理的裝配路線。對(duì)已建立好的靜態(tài)模型,可采用干涉檢查裝配完成的模型,并不一定完全正確,之間是否發(fā)生重疊現(xiàn)象,需要反復(fù)地檢查和修改在干涉檢查中,裝配體會(huì)高亮地顯示干涉區(qū)域,通過在裝配體中直接點(diǎn)擊或單獨(dú)打開零件,即可快速地對(duì)零件進(jìn)行調(diào)整修改,達(dá)到正確合理狀態(tài)。
                       
       
3    運(yùn)動(dòng)仿真分析
        工nventor自帶的運(yùn)動(dòng)仿真模塊,可以讓學(xué)生自己實(shí)現(xiàn)減速器的動(dòng)態(tài)仿真,該模塊主要進(jìn)行機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)仿真,可分析減速器各運(yùn)動(dòng)部件的速度、位移、受力、干涉等情況,并可以輸出相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作為分析產(chǎn)品性能的保障和依據(jù)。注意指導(dǎo)在進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真之前要解除多余的約束關(guān)系,不然將影響接下來的運(yùn)動(dòng)仿真參數(shù)設(shè)置。
       點(diǎn)擊環(huán)境下的運(yùn)動(dòng)仿真功能,進(jìn)人仿真模塊。學(xué)生因?yàn)槌醮芜M(jìn)人仿真模塊,系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)定義固定件,所以應(yīng)該取消“自動(dòng)將約束轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)接”和“當(dāng)機(jī)械裝置被過約束時(shí)發(fā)出警告”。隱藏上蓋,以便不會(huì)影響分析傳動(dòng)結(jié)構(gòu),如圖7。
                 
 
          把每一軸上的構(gòu)件設(shè)置為一個(gè)部件整體,其中包括構(gòu)件有軸、齒輪、軸承、鍵,這樣構(gòu)件將會(huì)作為一個(gè)整體轉(zhuǎn)動(dòng)起來,設(shè)置主動(dòng)軸。在減速器中涉及到的約束主要有固定副、旋轉(zhuǎn)福、齒輪副。首先定義傳動(dòng)形式為外齒輪嚙合運(yùn)動(dòng),并且保證為一個(gè)約束傳動(dòng),特別要注意的定義齒輪傳動(dòng)關(guān)系時(shí),一定要保證齒輪與齒輪之間的嚙合關(guān)系,一個(gè)很好的處理辦法就是分別畫出兩齒輪的分度圓周,設(shè)置齒輪外嚙合就直接點(diǎn)取兩分度圓。依次定義好兩兩傳動(dòng)關(guān)系,形成傳動(dòng)結(jié)構(gòu)。分析機(jī)構(gòu)狀態(tài),包括自由度、實(shí)體數(shù)和運(yùn)動(dòng)實(shí)體數(shù),保證整個(gè)機(jī)構(gòu)有確定的運(yùn)動(dòng)方案。為齒輪添加運(yùn)動(dòng)動(dòng)力,選擇高速級(jí)輸人軸,定義運(yùn)動(dòng)為恒定角速度為繞z軸旋轉(zhuǎn)。齒輪實(shí)際工作中會(huì)受到力的相互作用,可以添加作用力矩,分析受力,也可以導(dǎo)出受力分析表,至此就可以運(yùn)動(dòng)仿真了。點(diǎn)擊“仿真播放器”,運(yùn)行播放,觀察整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行情況,分析運(yùn)行狀態(tài),查看有沒有運(yùn)動(dòng)干涉情況。若有,則修改裝配關(guān)系和調(diào)整各零件基本尺寸,無則可以錄制動(dòng)畫視頻。這樣學(xué)生就掌握了齒輪的傳動(dòng)關(guān)系,認(rèn)識(shí)了二級(jí)減速器的運(yùn)轉(zhuǎn)情況。
       
4   總結(jié)
        通過工nVentor實(shí)現(xiàn)二級(jí)減速器零件和裝配圖的繪制,首先,為中職《機(jī)械圖》實(shí)踐環(huán)節(jié)—課程設(shè)計(jì)提供一個(gè)全新的學(xué)習(xí)手段和方法,改變?cè)袀鹘y(tǒng)二制圖為三維制圖的教學(xué)手段,并在制圖過程中體現(xiàn)引導(dǎo)作用,使其更為直觀、形象、生動(dòng)。其次,通過這種教學(xué)手段更好地理解、掌握零部件的結(jié)構(gòu)及裝配關(guān)系,并且可以實(shí)現(xiàn)二級(jí)圓柱齒輪減速器的運(yùn)動(dòng)仿真,使整個(gè)齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)的分析具有良好的交互性。最后,分析二級(jí)圓柱齒輪減速器各部件之間的尺寸約束關(guān)系,并運(yùn)用自底向上的思路建立二級(jí)圓柱齒輪減速器總裝圖,并對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)力分析。這讓學(xué)生更有感覺學(xué)習(xí),更有興趣學(xué)習(xí),收獲更多知識(shí)。