畢業(yè)設(shè)計手動換向閥的三維建模及動畫仿真

1、 畢畢業(yè)業(yè)設(shè)設(shè)計計說說明明書書 設(shè)計題目：設(shè)計題目：手動換向閥的三維建模及動畫仿真 系 部： 專 業(yè)： 班 級： 學(xué)生姓名： 學(xué) 號： 指導(dǎo)教師： 2011 年 05 月 12 日 摘 要 該次設(shè)計是基于 solidworks2008 平臺的，手動換向閥三維建模及工作狀態(tài) 的動畫仿真。全文共分為四大部分，第一部分為所使用軟件及手動換向閥特征 的簡介和大部分零件三維建模過程的記錄。之所以說是大部分零件而不說是全 部零件，那是因為作為關(guān)鍵部分的彈簧為了使其達到一定的技術(shù)要求，需要在 裝配過程中來繪制。第二部分為裝配體的組裝，以及彈簧的建模。通過文字與 圖片的結(jié)合，形象和直觀的將整個操作過程展現(xiàn)了出

2、來。第三部分為此次設(shè)計 中的主要部分仿真動畫的制作，通過給裝配體中的某一零件一個初始的運動， 其他各零件就會按照裝配過程中所設(shè)定的裝配關(guān)系隨之運動。最后一部分則是 對本次設(shè)計中所遇到的問題和解決的方案進行的總結(jié)。 關(guān)鍵詞：solidworks、三維建模、仿真、手動換向閥 abstract the times solidworks2008 design is based on the platform, manual directional control valves, 3d modeling and working state of animated simulation. full tex

3、t is divided into four parts, the first part is used software and manual directional control valves feature introduction and most parts of 3d modeling process records. the reason that is most parts and not saying all parts, that is because as a key part of the spring to make its reach certain techni

4、cal requirements, need to draw on assembly process. the second part is the assembly body assembly, and spring modeling. through the combination of words and pictures, image and intuitive will show out whole operation process. the third part is the main part of the design of animation production, thr

5、ough simulation for assembly body one of the parts of the movement, an initial according to each other parts in the assembly process set by the assembly relation then movement. last part of this design is the problem and solving scheme for summary. keykey wordswords：solidworks、3d modeling、simulation

6、、manual directional control valve 目 錄 緒論1 第 1 章手動換向閥零件的實體造型2 1.1 軟件簡介2 1.2 手動換向閥結(jié)構(gòu)和功能簡介2 1.3 球頭2 1.4 手柄6 1.5 開口銷9 1.6 銷釘11 1.7 閥桿13 1.8 螺套15 1.9 閥體17 1.10 膠 墊22 1.11 調(diào)節(jié)螺 釘23 第 2 章手壓閥的裝配25 2.1 插入零部件25 2.2 配合25 2.3 繪制彈簧30 2.4 爆炸動畫32 第 3 章手壓閥的動畫仿真34 3.1 解除爆炸34 3.2 手壓閥運動仿真36 第 4 章總結(jié)40 致謝41 參考文獻42 緒 論 隨著

7、世界機械工業(yè)的日益發(fā)展，舊有的手工繪圖已經(jīng)無法滿足技術(shù)人員在 設(shè)計上的要求。因此，在工程界的迫切需求以及計算機產(chǎn)業(yè)迅猛發(fā)展的前提下， 計算機輔助設(shè)計cad應(yīng)運而生。通過編制計算機輔助設(shè)計軟件，將圖形顯示在 屏幕上，設(shè)計人員可以用光標(biāo)對圖形直接進行編輯和修改，以此大大縮減了產(chǎn) 品設(shè)計的周期。并且，通過 cad 軟件的仿真以及分析程序，也可以使我們在設(shè) 計階段就及時的發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品在個方面的不足，并提早進行修改，因而也可以有效 的降低產(chǎn)品的設(shè)計成本。現(xiàn)如今，在眾多的 cad 軟件中 solidworks 以其功能 強大、易學(xué)易用和技術(shù)創(chuàng)新的特點，成為主流的三維 cad 解決方案。本文是在 基于運用 so

8、lidworks2008 的前提下，對手動換向閥三維建模、裝配以及運動仿 真的過程進行詳細的記錄和說明，以此作為對本專業(yè)學(xué)習(xí)的總結(jié)匯報。 第 1 章手壓閥零件的實體造型 1.1 軟件簡介 本次所使用的軟件為法國達索公司旗下的 solidworks2008。該軟件以其功 能強大、易學(xué)易用和技術(shù)創(chuàng)新是而著稱，能夠為設(shè)計者提供不同的設(shè)計方案、 減少設(shè)計過程中的錯誤以及提高產(chǎn)品質(zhì)量。 solidworks 也因此成為領(lǐng)先的、 主流的三維 cad 解決方案。 1.2 手動換向閥結(jié)構(gòu)和功能簡介 該閥為手動二位二通換向閥，主要由球頭、手柄、開口銷、銷釘、閥桿、螺 套、閥體、膠墊、調(diào)節(jié)螺釘以及彈簧等零部件組成

9、，定位方式為彈簧自動復(fù)位式。 該閥的工作方式為，通過手動操控手柄對閥桿施加壓力，使閥桿克服彈簧的彈力 沿著閥體內(nèi)腔下移，從而使兩個通道接通。當(dāng)停止對手柄施加壓力時，由于彈簧 向上的彈力，使閥桿向上移動復(fù)位，從而使兩個通道斷開連接。手動換向閥結(jié)構(gòu) 簡單，操作安全，且無需電力；但由于依靠手動操縱，故只適用于間歇動作且要 求人工控制的場合，如工程機械等。 1.3 球頭 打開 solidworks2008 選擇新建命令，操作界面如圖 1.1 所示。 圖 1.1 新建操作界面 在彈出的新建 solidworks 文件對話框如圖 1.2 中選擇零件選項進入零件繪 制界面。 圖 1.2新建 solidwor

10、ks 文件對話框 在工具條中選擇草圖繪制-前視基準(zhǔn)如圖 1.3 圖 1.3 草圖繪制操作界面 進入草圖繪制界面繪制草圖如圖 1.4 圖 1.4 草圖繪制界面 點擊圖標(biāo)退出草圖繪制界面，選擇特征工具欄旋轉(zhuǎn)凸臺/基體 命令如圖 1.5，設(shè)置凸臺參數(shù)如圖 1.6 圖 1.5旋轉(zhuǎn)凸臺/基體操作界面 圖 1.6 旋轉(zhuǎn)參數(shù) 點擊完成設(shè)置。 選擇菜單欄-注解-裝飾螺紋線如圖 1.7 圖 1.7 裝飾螺紋線 在彈出的裝飾螺紋線中選擇邊線 1 圓形邊線如圖 1.8 參數(shù)如圖 1.9。 圖 1.8 圓形邊線 圖 1.9 裝飾螺紋線參數(shù) 繪制出螺紋線如圖 1.10 所示 圖 1.10 裝飾螺紋線 右鍵點擊特征樹材質(zhì)

11、選項-編輯材料給零件設(shè)置材料為膠木如圖 1.11。 圖 1.11 材料設(shè)置 至此零件球頭繪制完畢如圖 1.12 圖 1.12 球頭 1.4 手柄 選擇新建-零件-前視基準(zhǔn)面-草圖繪制繪制手柄草圖如圖 1.13 圖 1.13 手柄草圖 退出草圖繪制界面選擇特征-拉伸選擇圖 1.15 中陰影為拉伸輪廓，設(shè)置參 數(shù)如圖 1.16 圖 1.15 要拉伸的輪廓 圖 1.16 拉伸參數(shù) 選擇特征-拉伸選擇圖中陰影為拉伸輪廓如圖 1.17，設(shè)置參數(shù)如圖 1.18 圖 1.17 拉伸 3 輪廓 圖 1.18 拉伸 3 參數(shù) 選擇手柄端面為繪圖面繪制直徑為 5 的圓如圖 1.19 圖 1.19 直徑為 5 的圓

12、 退出繪圖界面選擇特征-拉伸以剛繪制的圓為輪廓深度為 5mm 拉伸出一個圓 柱。并選擇插入-注解-裝飾螺紋線以剛拉伸的圓柱端面外圓為圓形邊線， 次要直徑為 3.75mm 深度為 5mm 繪制裝飾螺紋線。選擇特征-圓角以拉伸 1 中的個邊線為基準(zhǔn)對實體進行倒圓角，最后選擇材料為 ht20 繪制手柄如圖 1.20。 圖 1.20 手柄 1.5 開口銷 選擇新建-零件-前視基準(zhǔn)面-草圖繪制繪制開口銷草圖如圖 1.21 圖 1.21 開口銷 退出草圖繪制界面選擇特征-拉伸選擇草圖 1 為拉伸輪廓，設(shè)置參數(shù)如圖 1.22 圖 1.22 拉伸 1 參數(shù) 選擇圓角以外輪廓面為基準(zhǔn)建立圓角特征如圖 1.23

13、圖 1.23 圓角 1 參數(shù) 選擇圓角以圖 1.24 中邊線為基準(zhǔn)建立圓角特征如圖 1.25 圖 1.24 圓角邊線 圖 1.25 圓角 2 參數(shù) 選擇材質(zhì)為 q215，繪制開口銷如圖 1.26 圖 1.26 開口銷 1.6 銷釘 選擇新建-零件-前視基準(zhǔn)面-草圖繪制繪制直徑為 18mm 的圓；退出草 圖繪界面選擇特征-拉伸選擇剛繪制的圓為拉伸輪廓拉伸深度為 8mm 繪出圓 柱體；選擇倒角以圓柱體的一個邊線為輪廓進行倒角如圖 1.27 圖 1.27 倒角 1 參數(shù) 以未倒角的圓柱面為基準(zhǔn)面繪制草圖，在面上繪制一個直徑為 10mm 與圓柱同心 的圓形；退出草圖繪制界面，選擇拉伸以剛繪制的的圓形為

14、輪廓深度為 42mm 進行拉伸；在拉伸 2 的端面進行倒角，距離為 0.5mm 角度為 45 度如圖 1.28 圖 1.28 倒角 2 選擇上視基準(zhǔn)面-草圖繪制繪制草圖如圖 1.29 圖 1.29 圓孔 退出草圖繪制界面，選擇特征-拉伸切除建立特征如圖 1.30 圖 1.30 拉伸 1 繪制銷釘如圖 1.31 圖 1.31 銷釘 1.7 閥桿 選擇新建-零件-前視基準(zhǔn)面-草圖繪制繪制草圖如圖 1.32 圖 1.32 草圖 退出草圖繪制界面選擇特征-旋轉(zhuǎn)如圖 1.33 圖 1.33 旋轉(zhuǎn) 1 繪制出閥桿如圖 1.34 圖 1.34 閥桿 1.8 螺套 選擇新建-零件-前視基準(zhǔn)面-草圖繪制繪制正六

15、邊形草圖如圖 1.35 圖 1.35 正六邊形草圖 退出草圖繪界面選擇特征-拉伸選擇剛繪制的六邊形為拉伸輪廓拉伸深度為 5mm 繪出六棱柱；選擇上視基準(zhǔn)面-草圖繪制繪制草圖 1.36 圖 1.36 草圖 退出草圖繪界面選擇旋轉(zhuǎn)切除以六棱柱中軸線為軸旋轉(zhuǎn)切除如圖 1.37 圖 1.37 切除-旋轉(zhuǎn) 以六棱柱未被切除的端面為基準(zhǔn)面繪制直徑為 20 且與六棱柱外接圓同心的圓； 以剛繪制的圓為輪廓深度為 2mm 進行拉伸；在拉伸出的圓柱端面繪制直徑為 24mm 與圓柱同心的圓；以直徑為 24mm 的圓為輪廓深度為 10mm 進行拉伸；選擇 插入-注解-裝飾螺紋線以剛拉伸的圓柱外圓為圓形邊線創(chuàng)建裝飾螺紋

16、線 如圖 1.38 圖 1.38 裝飾螺紋線 以螺紋線的端面輪廓線為基準(zhǔn)倒角距離為 1mm 角度為 45 度；選擇前視基準(zhǔn)面 繪制與圓柱同心且直徑為 11 的圓；選擇特征-拉伸切除以直徑為 11 的圓為 輪廓終止條件選擇完全貫穿從而切出一個通孔，至此螺套繪制完畢如圖 1.39。 圖 1.39 螺套 1.9 閥體 選擇新建-零件-前視基準(zhǔn)面-草圖繪制繪制草圖如圖 1.40 圖 1.40 閥體草圖 退出草圖繪界面選擇特征-拉伸選擇局部范圍如圖 1.41 為拉伸輪廓進行拉 伸如圖 1.42 圖 1.41 拉伸 1 輪廓 圖 1.42 拉伸 1 參數(shù) 選擇特征-旋轉(zhuǎn)以剩余的輪廓如圖 1.43 為基準(zhǔn)進

17、行旋轉(zhuǎn)拉伸如圖 1.44 圖 1.43 旋轉(zhuǎn)輪廓 圖 1.44 旋轉(zhuǎn)參數(shù) 在矩形面上繪制草圖 2 如圖 1.45 圖 1.45 草圖 2 選擇特征-拉伸對草圖 2 進行拉伸，深度為 32mm。選擇特征-參考幾何 體-基準(zhǔn)面設(shè)置參考實體為前視基準(zhǔn)面距離為 15mm 建立基準(zhǔn)面 1.選擇 基準(zhǔn)面 1-草圖繪制繪制草圖 3 如圖 1.46 圖 1.46 草圖 3 選擇拉伸對草圖 3 進行拉伸深度為 6mm,繪制出拉伸 3。在拉伸 3 內(nèi)側(cè)面繪制 草圖 4 如圖 1.47 圖 1.47 草圖 4 對草圖 4 進行拉伸深度為 2mm 從而繪出拉伸 4。選擇特征-鏡像以前視基 準(zhǔn)面為鏡像面對拉伸 3 和拉

18、伸 4 進行鏡像。選擇前視基準(zhǔn)面-草圖繪制繪制 草圖 5 如圖 1.48 圖 1.48 草圖 5 選擇特征-筋建立加強筋 1 如圖 1.49 圖 1.49 強筋 1 選擇右視基準(zhǔn)面-草圖繪制繪制草圖 6 如圖 1.50。 圖 1.50 草圖 6 對草圖 6 進行拉伸深度為 58mm 建立拉伸 7。選擇前視基準(zhǔn)面-草圖繪制 繪制草圖 8 如圖 1.51 圖 1.51 草圖 8 選擇特征-旋轉(zhuǎn)切除以草圖 8 為輪廓以 y 軸為旋轉(zhuǎn)軸角度為 360 度進行切除， 得出切除-旋轉(zhuǎn) 1特征。選擇插入-注解-裝飾螺紋線分別以切除-旋轉(zhuǎn) 1特征的上端和下端圓形邊線為基準(zhǔn)繪制裝飾螺紋線 1 和裝飾螺紋線 1。

19、以拉 伸 2 的端面為基準(zhǔn)面繪制草圖 9 如圖 1.52 圖 1.52 草圖 9 選擇特征-拉伸切除以草圖 9 為輪廓，終止條件為成形到下一面創(chuàng)建切 除-拉伸 1特征。選擇插入-注解-裝飾螺紋線以切除-拉伸 1特征的外 部圓形邊線為基準(zhǔn)繪制裝飾螺紋線 3。以拉伸 7 的端面為基準(zhǔn)面繪制草圖 10 如 圖 1.53 圖 1.53 草圖 10 選擇特征-拉伸切除以草圖 10 為輪廓，終止條件為成形到下一面創(chuàng)建切 除-拉伸 2特征。選擇插入-注解-裝飾螺紋線以切除-拉伸 2特征的外 部圓形邊線為基準(zhǔn)繪制裝飾螺紋線 4。分別對裝飾螺紋線 1 和裝飾螺紋線 2 的 外部圓形邊線為參考輪廓進行倒角距離分別

20、為 1.5mm 和 2mm 角度為 45 度，建 立特征倒角 1和倒角 2。選擇材料為 ht150 最終繪出閥體如圖 1.54 圖 1.54 閥體 1.10 膠墊 選擇新建-零件-前視基準(zhǔn)面-草圖繪制繪制草圖 1 如圖所示同心圓如圖 1.55 圖 1.55 草圖 1 選擇特征-拉伸對草圖 1 進行拉伸深度為 2mm。選擇材料為橡膠，繪出膠墊 如圖 1.56 圖 1.56 膠墊 1.11 調(diào)節(jié)螺釘 選擇新建-零件-前視基準(zhǔn)面-草圖繪制繪制正六邊形草圖 1 如圖 1.57 圖 1.57 草圖 1 退出草圖繪界面選擇特征-拉伸對草圖 1 進行拉伸深度為 12mm 繪出拉伸 1。 選擇上視基準(zhǔn)面-草圖

21、繪制繪制草圖 3 如圖 1.58 圖 1.58 草圖 3 退出草圖繪界面選擇旋轉(zhuǎn)切除以草圖 3 為輪廓，z 軸為旋轉(zhuǎn)軸，角度 360 度 創(chuàng)建切除-旋轉(zhuǎn) 1特征。在拉伸 1未被切除的端面上繪制直徑為 32mm 圓心與 z 軸重合的圓草圖 4。選擇特征-拉伸對草圖 4 進行拉伸深度為 3mm 繪出拉 伸 2。在拉伸 2的端面上繪制直徑為 36mm 圓心與拉伸 2重合的圓草圖 5。 選擇特征-拉伸對草圖 5 進行拉伸深度為 13mm 繪出拉伸 3。在拉伸 3的 圓柱面上繪制裝飾螺紋線 1。對拉伸 3的端面進行倒角距離為 2mm 角度為 45 度。在拉伸 3端面上繪制直徑為 25mm 圓心與拉伸 3

22、重合的圓草圖 6。選擇 拉伸切除命令以草圖 6 為輪廓深度為 10mm 創(chuàng)建出特征切除-拉伸 1。最終 繪制出調(diào)節(jié)螺釘如圖 1.59 圖 1.59 調(diào)節(jié)螺釘 第 2 章手壓閥的裝配 2.1 插入零部件 選擇新建-裝配體-插入零部件在彈出的對話框中選擇瀏覽如圖 2.1，先 插入閥體并將其固定以其為主體，接著將手壓閥的各個零件逐一添加進來。 圖 2.1 插入零部件 2.2 配合 選擇裝配-配合進入配合界面如圖 2.2 圖 2.2 配合界面 2.2.1 選擇膠墊和閥體端面使 其重合 2.2.2 選擇膠墊和閥體使其 同心 2.2.3 選擇膠墊和調(diào)節(jié)螺釘端面使 其重合 2.2.4 選擇調(diào)節(jié)螺釘 和閥體使

23、其 同心 2.2.5 選擇調(diào)節(jié)螺釘 和閥桿使其 同心 2.2.6 選擇手柄和閥體使其 同心 2.2.7 選擇手柄和閥體使 其重合 2.2.8 選擇手柄和閥桿使其 相切 2.2.9 選擇手柄和球頭使其重 合 2.2.10 選擇手柄和球頭使其同 心 2.2.11 選擇銷釘和閥體使其 重合 2.2.12 選擇銷釘和閥體使 其同心 2.2.13 選擇閥體 和螺套 使 其同心 2.2.14 選擇閥體和螺套使其重 合 2.2.15 選擇銷釘和開口銷 使 其同心 2.2.16 選擇銷釘和開口銷使其 相切 2.2.17 選擇開口銷 和閥體 使其垂直 2.3 繪制彈簧 由于在最后動畫的制作中需要讓彈簧根據(jù)閥桿的

24、位移產(chǎn)生伸縮的變化，因 此需要在裝配體狀態(tài)下繪制彈簧。 選擇新建-零件將零件命名為彈簧保存，在裝配體中插入零件彈簧。選擇 彈簧-編輯零部件從而在裝配體中對彈簧進行編輯。選擇特征-參考幾何 體-基準(zhǔn)軸以閥桿圓柱面為參考幾何體創(chuàng)建基準(zhǔn)軸 1。選擇特征-參考 幾何體-基準(zhǔn)面以基準(zhǔn)軸和調(diào)節(jié)螺釘?shù)囊粋€頂點為參考幾何體創(chuàng)建一個過閥 桿軸線的基準(zhǔn)面 1。在基準(zhǔn)面 1 上繪制草圖 2，圖中豎線兩端分別與閥桿和調(diào)節(jié) 螺釘支撐彈簧的面重合如圖 2.3。 圖 2.3 草圖 2 在基準(zhǔn)面 1 上繪制草圖 3 如圖 2.4。 圖 2.4 草圖 3 選擇特征-掃描參數(shù)設(shè)置如圖，掃描出彈簧如圖 2.5 圖 2.5 掃描 1

25、 分別以閥桿與調(diào)節(jié)螺釘?shù)闹蚊鏋榛鶞?zhǔn)運用拉伸切除命令將彈簧與閥桿和調(diào) 節(jié)螺釘重合的部分切除。最終繪制彈簧如圖 2.6 圖 2.6 彈簧 2.4 爆炸動畫 選擇裝配-爆炸視圖進入爆炸動畫的制作界面如圖 2.7 圖 2.7 爆炸動畫的制作界面 通過設(shè)置裝配體上零部件移動的方向和距離，是裝配體上的零件按照設(shè)定的順 序逐一的離開固定的部件一定的距離如圖 2.8。 圖 2.8 爆炸步驟 最后在特征樹中右擊裝配體名稱選擇動畫爆炸可以使爆炸的步驟連續(xù)的播放 出來。 第 3 章手壓閥的動畫仿真 3.1 解除爆炸 打開裝配體，點擊窗口左下角的運動算例如圖 3.1 圖 3.1 運動算例圖標(biāo) 進入運動算例制作界面如

26、圖 3.2 圖 3.2 運動算例制作界面 選擇動畫向?qū)鐖D 3.3 圖 3.3 動畫向?qū)?彈出選擇動畫類型對話框如圖 3.4 圖 3.4 選擇動畫類型 點下一步彈出動畫控制選項對話框設(shè)置如圖 3.5 圖 3.5 動畫控制選項 點擊完成結(jié)束設(shè)置，界面中利用鍵碼將各個零件在不同時間段的狀態(tài)顯示出 來如圖 3.6 圖 3.6 運動狀態(tài)界面 通過點擊播放就可以在窗口中看到裝配體裝配的演示過程最終狀 態(tài)如圖 3.7。 圖 3.7 最終狀態(tài) 3.2 手壓閥運動仿真 左擊工具欄中的自動鍵碼圖標(biāo)凹下如圖 3.8 圖 3.8 自動鍵碼 將時間線托至需要的時間點并用鼠標(biāo)拖動閥桿至圖示位置如圖 3.9 圖 3.9 閥桿終點位置 再次左擊工具欄中的自動鍵碼圖標(biāo)凸起，此時界面中閥桿所對應(yīng)的一行出現(xiàn) 了一段以綠色顯示的用以記錄此次閥桿運動狀態(tài)的線段如圖 3.10 圖 3.10 閥桿運動到終點狀態(tài)記錄 以同樣的方式在另外一個時間點上按下自動鍵碼圖標(biāo)，并將閥桿拖回，這是 用以記錄閥桿運動狀態(tài)的綠色線條就會自動延伸到現(xiàn)有時間點如圖 3.11。 圖 3.11 閥桿回到起點狀態(tài)記錄 記錄完成之后按下計算圖標(biāo)此時系統(tǒng)將會根據(jù)運動算例 界面中記錄的信息進行計算，計算完畢后點擊播放圖標(biāo)窗口中就會按照設(shè)置 以動畫的形式將裝配體的運動過程展示出來。由于在彈簧繪制的過程中彈簧的 圈數(shù)是固定的而彈