3D打印造型設計 課件 項目4、5 彈簧設計、外觀造型設計

項目四彈簧設計學習活動1：必備知識學習活動4：任務內容學習活動2：任務描述學習活動5：任務實施學習活動3：任務目標學習活動6：任務拓展項目四彈簧設計知識點一：學習活動1：必備知識項目四

彈簧設計彈簧是一種利用彈性來工作的機械零件，廣泛應用于機械和電子行業(yè)。彈簧在外力作用下能產生較大的彈性變形，把機械功或動能轉化為變形能，而卸載后彈簧的變形消失并回復原狀，將變形能轉化為機械功或動能。知識點二：學習活動1：必備知識彈簧分類（1）彈簧按結構形狀分有螺旋彈簧、環(huán)形彈簧、碟形彈簧、渦卷彈簧、板彈簧、扭桿彈簧、片狀彈簧、平卷彈簧、恒力彈簧等。（2）彈簧按所受應力狀態(tài)不同，可以分為：拉伸彈簧、壓縮彈簧、扭力彈簧。（3）按成型方法與材料直徑大小不同分為：大型螺旋彈簧和小型螺旋彈簧兩類；前者通常是熱成形，后者是冷成形。（4）按螺旋線方向可分為：左旋彈簧、右旋彈簧。項目四

彈簧設計制造彈簧的常用材料彈簧材料用量最多的是彈簧鋼，其次是銅合金、不銹鋼，一些場合還用到橡膠和工程塑料之類的非金屬材料。在選擇材料時，應考慮到彈簧的功用、重要程度、載荷大小、載荷性質及循環(huán)特性、工作強度、周圍介質、熱處理和經濟性等因素，同時，也要參照現有設備中使用的彈簧，選擇出較為合用的材料。知識點三：學習活動1：必備知識項目四

彈簧設計彈簧結構不同的彈簧的結構不同，這里重點介紹圓柱螺旋彈簧的結構形式：圓柱螺旋彈簧簡稱圓柱彈簧，可以分為圓柱螺旋壓縮彈簧、圓柱螺旋拉伸彈簧和圓柱螺旋扭轉彈簧。（1）圓柱螺旋壓縮彈簧。圓柱螺旋壓縮彈簧簡稱壓簧。壓簧材料截面形狀多為圓形，也有圓錐形、中凸形和中凹形以及少量的非圓形出現。（2）圓柱螺旋拉伸彈簧。圓柱螺旋拉伸彈簧簡稱拉簧，承受軸向拉力。按卷繞方法的不同，拉伸彈簧分為無初應力和有初應力兩種。無初應力的拉伸彈簧其特性曲線與壓縮彈簧的特性曲線相同。（3）圓柱螺旋扭轉彈簧。圓柱螺旋扭轉彈簧簡稱扭簧。扭簧適用于普通冷卷圓柱扭轉彈簧，鋼絲直徑D≥0.5mm。知識點四：學習活動1：必備知識項目四

彈簧設計彈簧，是一種利用彈性來工作的機械零件。廣泛應用于汽車、軍事、日用品、儀器儀表等行業(yè)。彈簧行業(yè)在整個制造業(yè)當中雖然是一個小行業(yè)，但其所起到的作用是絕對不可低估的。國家的工業(yè)制造業(yè)、汽車工業(yè)要加快發(fā)展，而作為基礎機械零件之一的彈簧行業(yè)就更加需要有一個發(fā)展的超前期，才能適應國家整個工業(yè)的快速發(fā)展。另外，彈簧產品規(guī)模品種的擴大、質量水平的提高也是機械設備更新?lián)Q代的需要和配套主機性能提高的需要。彈簧根據應用場合的不同，也有多種結構形式。金屬彈簧存在已久的青銅時代。即使是金屬，木材被用作一個靈活的弓箭和軍事彈射器的結構構件。在文藝復興時期的，精確的鐘表，使得精密彈簧第一次成為必然。彈簧很早很早之前就有應用了，古代的弓和弩就是兩種廣義上的彈簧。彈簧的發(fā)明家嚴格意義上應該是英國科學家胡克(RobertHooke），雖然那時螺旋壓縮彈簧已經出現并廣泛使用，但胡克提出了“胡克定律”——彈簧的伸長量與所受的力的大小成正比，正是根據這一原理，1776年，使用螺旋壓縮彈簧的彈簧秤問世。不久，根據這一原理制作的專供鐘表使用的彈簧也被胡克本人發(fā)明出來。而符合“胡克定律”的彈簧才是真正意義上的彈簧。學習活動2：任務描述項目四

彈簧設計結合前面所學習的彈簧等相關知識，以圓柱螺旋壓縮彈簧為例，設計一款規(guī)格為2.5mm×30mm×80mm，有效圈數12圈，兩端磨平的圓柱壓縮彈簧。學習活動2：任務描述圖4-2圓柱壓縮彈簧3D模型項目四

彈簧設計4.3彈簧設計的主要模塊（1）學習彈簧種類的相關理論知識，掌握彈簧造型的基本技能；（2）通過對彈簧造型的三種畫法，學會彈簧的基本設計步驟；（3）掌握曲線的光滑橋接及編輯方法；（4）掌握UG掃掠的基本概念以及掃掠建模的方法；（5）了解曲線與曲面光順的各種技巧；（6）熟練使用各種查詢工具；（7）在學習已有彈簧設計的基礎上，設計一款圓柱壓縮彈簧。學習活動3：任務目標項目四

彈簧設計任務簡述（1）觀察生活、實踐中常見的彈簧，思考其應具備的功能及其造型特點；（2）利用所學的UG外觀造型設計方法，供參考的彈簧機構造型設計案例，如圖4-2所示；（3）完成規(guī)格為2.5mm×30mm×80mm，有效圈數12圈，兩端磨平的圓柱壓縮彈簧設計。學習活動4：任務內容圖4-2圓柱壓縮彈簧3D模型項目四

彈簧設計1.創(chuàng)建一圓柱彈簧方法1學習活動5：任務實施（1）應用“GC工具箱”工具?！静藛巍看翱谙抡业健綠C工具箱】工具，選擇【彈簧設計】→【圓柱壓縮彈簧】，如圖a和圖b所示。a）彈簧設計

b）類型設置項目四

彈簧設計1.創(chuàng)建一圓柱彈簧方法1學習活動5：任務實施（2）圓柱壓縮彈簧設計應用。例：設計一規(guī)格為2.5×30×80，有效圈數12圈，兩端磨平的圓柱壓縮彈簧，指定【矢量】、【原點】，并輸入參數，如圖a和圖b所示。a）彈簧設計

b）類型設置項目四

彈簧設計a）原點與矢量b）參數設置1.創(chuàng)建一圓柱彈簧方法1學習活動5：任務實施（3）自動生成圓柱壓縮彈簧。點擊【完成】，即可生成相應規(guī)格圓柱壓縮彈簧，如圖所示。a）彈簧設計

b）類型設置項目四

彈簧設計圓柱壓縮彈簧3D模型2.創(chuàng)建一圓柱彈簧方法2學習活動5：任務實施（1）應用“螺旋線”工具繪制彈簧。例：設計一規(guī)格為外徑為20mm，截面為1.6×5mm的兩端磨平的圓柱壓縮彈簧。新建模型，【菜單】窗口下找到【曲線】→【螺旋線】，如圖所示。a）彈簧設計

b）類型設置項目四

彈簧設計圖螺旋線2.創(chuàng)建一圓柱彈簧方法2學習活動5：任務實施（2）生成螺旋線。輸入相應參數，例如“外徑為20mm，螺距為5mm，圈數為10圈”，指定矢量后點擊【確定】生成螺旋線，如圖4-7所示。a）彈簧設計

b）類型設置項目四

彈簧設計圖設置螺旋線參數2.創(chuàng)建一圓柱彈簧方法2學習活動5：任務實施（3）繪制彈簧截面。彈簧截面為“1.6×5mm”的矩形截面。調整視角，【創(chuàng)建草圖】，并繪制截面，選擇“起點”，向內側繪制“矩形”，【完成草圖】，如圖4-8a和圖4-8b所示。a）彈簧設計

b）類型設置項目四

彈簧設計a）創(chuàng)建草圖

b）彈簧截面繪制2.創(chuàng)建一圓柱彈簧方法2學習活動5：任務實施（4）完成彈簧設計。利用【掃掠】命令，如圖4-9所示，“截面曲線”選擇矩形草圖，引導線選擇螺旋線，矢量選擇“Z軸”，點擊完成生成彈簧，如圖4-10所示。a）彈簧設計

b）類型設置項目四

彈簧設計圖4-9掃掠命令3.創(chuàng)建一圓柱彈簧方法3學習活動5：任務實施（1）設計一個兩端壓緊的彈簧。創(chuàng)建中間段螺旋線后，分別在兩端方向創(chuàng)建坐標系，如圖4-11所示。a）彈簧設計

b）類型設置項目四

彈簧設計圖4-11創(chuàng)建中間螺旋線3.創(chuàng)建一圓柱彈簧方法3學習活動5：任務實施（2）兩端創(chuàng)建“緊密”螺旋線。兩端創(chuàng)建的螺旋線螺距于線徑一致，如圖4-12所示。a）彈簧設計

b）類型設置項目四

彈簧設計圖4-12連續(xù)創(chuàng)建兩端螺旋線3.創(chuàng)建一圓柱彈簧方法3學習活動5：任務實施（3）光滑連接三段螺旋線。應用【菜單】→【編輯】→【曲線】→【長度】，修剪相鄰兩段螺旋線交界處，使得交界處先行分開一定距離，如圖4-13所示。a）彈簧設計

b）類型設置項目四

彈簧設計圖4-13修剪連接處3.創(chuàng)建一圓柱彈簧方法3學習活動5：任務實施（4）光滑橋接三段螺旋線。應用【插入】→【派生的曲線】→【橋接】指令，光滑連接三段螺旋線，如圖4-14a和圖4-14b所示。a）彈簧設計

b）類型設置項目四

彈簧設計a）橋接指令b）光滑橋接三段螺旋線3.創(chuàng)建一圓柱彈簧方法3學習活動5：任務實施（5）創(chuàng)建彈簧。應用【插入】→【掃掠】→【管道】工具，設置“外徑”，選擇“單段”，最后生成彈簧，如圖4-15a、圖4-15b和圖4-15c所示。a）彈簧設計

b）類型設置項目四

彈簧設計a）管道命令b）設置參數3.創(chuàng)建一圓柱彈簧方法3學習活動5：任務實施（5）創(chuàng)建彈簧。應用【插入】→【掃掠】→【管道】工具，設置“外徑”，選擇“單段”，最后生成彈簧，如圖4-15a、圖4-15b和圖4-15c所示。a）彈簧設計

b）類型設置項目四

彈簧設計c）生成兩端壓緊的彈簧任務場景學習活動6：任務拓展某企業(yè)維修設備，根據現場需要設計一款帶彈簧的調節(jié)器。該調節(jié)器需要滿足以下幾點要求：（1）該調節(jié)器屬于維修配件，需要根據現場設備和條件，選擇合適的指標參數，完成機構方案圖設計；（2）該調節(jié)器機構要求：簡單實用、動作合理、安全可靠，同時繪制出結構原理簡圖；（3）具有良好的性價比，在滿足功能要求的前提下，盡量節(jié)約成本；（4）盡量做到美觀實用，結構簡單，容易安裝、維護；（5）達到要求的調節(jié)效果，保證良好的工作效率；（6）要求該調節(jié)裝置具有良好的適應性和擴展性，以滿足其它場所和環(huán)境的需要。a）彈簧設計

b）類型設置項目四

彈簧設計任務要求學習活動6：任務拓展請設計并繪制機構裝置的原理草圖及其動作仿真效果圖，并對機構裝置的基本工作原理作簡要說明。盡可能詳細的擬訂實現對該機構具體要求的工作計劃、設計制作方案、生產流程等，并做必要的成本分析。假如你還有其他問題，需要與現場維修人員討論的話，請你寫下這些問題。請你全面詳細地陳述你的建議方案，并說明理由。a）彈簧設計

b）類型設置項目四

彈簧設計

項目重點：學習圓柱壓縮彈簧的設計。

學生了解：各類彈簧及其應用。

拓展閱讀：學習設計一款帶彈簧的調節(jié)器。本項目小節(jié)項目四

彈簧設計

4-1簡述彈簧的定義。

4-2簡述圓柱壓縮彈簧的設計步驟。課外作業(yè)：項目四

彈簧設計項目四結束

謝謝使用！項目五外觀造型設計學習活動1：任務描述學習活動2：任務目標學習活動3：任務實施項目五外觀造型設計學習活動1：任務描述項目五

外觀造型設計

吹風機的種類雖然很多，但是結構大同小異，都是由殼體、手柄、電動機、風葉、電熱元件、擋風板、開關、電源線等組成。

結合前面所學習的外觀造型等相關知識，設計一款吹風機的外觀造型。學習活動2：任務目標項目五

外觀造型設計（1）學習產品外觀造型的相關理論知識，掌握產品外觀造型的基本技能；（2）通過對吹風機殼體外觀的曲面造型設計，學會產品外觀造型的基本設計步驟；（3）掌握曲線的各種創(chuàng)建及編輯方法；（4）掌握UG曲面特征建模的基本概念以及建模方法；（5）了解曲線與曲面光順的各種技巧；（6）熟練使用各種查詢工具；（7）在學習已有產品外觀造型設計的基礎上，創(chuàng)新設計1款新型吹風機殼體外罩。學習活動3：任務內容與要求項目五

外觀造型設計（1）觀察生活中常見的吹風機，思考其外殼零件應具備的功能及其造型特點；（2）利用所學的UG曲面知識進行吹風機殼體外觀造型設計，供參考的吹風機殼體外觀造型設計案例，如圖5-2所示；（3）在完成上述吹風機殼體外觀造型設計的基礎上，創(chuàng)新設計1款新型的吹風機殼體。吹風機殼體外觀造型案例3D模型學習活動4：任務實施項目五

外觀造型設計1.創(chuàng)建機體殼

（1）創(chuàng)建5個基準平面。

創(chuàng)建與XC-YC平面分布相距-10，0，40，50，120的五個基準平面，如圖5-3所示；然后在各個基準平面上繪制圓或橢圓等草圖，如圖5-4所示。學習活動4：任務實施項目五

外觀造型設計（2）繪制草圖2

依次在五個基準平面上畫出五個草圖：基準平面1繪制草圖1如圖5-5a，依次如圖5-5b、圖5-5c、圖5-5d和圖5-5e所示。

學習活動4：任務實施項目五

外觀造型設計（3）選擇【插入】→【網格曲面】→【通過曲線組】選項，在工作區(qū)中依次選擇草圖2，3，5（注意指示箭頭方向，如無法讓三個圓指向同一方向，可以畫一條穿過三個圓圓心的樣條線），創(chuàng)建機體腰部，如圖5-6所示。（4）選擇【插入】→【網格曲面】→【通過曲線組】選項，在工作區(qū)中依次選擇2個橢圓，創(chuàng)建機體出風口，如圖5-7所示。（5）布爾運算：求和，如圖5-8所示。

學習活動4：任務實施項目五

外觀造型設計

（6）選擇【插入】→【設計特征】→【球】選項，類型選擇“圓弧”選項，選中工作區(qū)中Φ75的圓，創(chuàng)建球體如圖5-9所示。（7）選擇【插入】→【修剪】→【修剪體】選項，在工作區(qū)中選擇球體為目標體，選擇基準平面5（草圖5所在的基準平面）為刀具體，修剪球體如圖5-10所示。（8）布爾運算：求和，如圖5-11所示。（9）抽殼：在工作區(qū)中選中出風口底面，設置殼體厚度為1，完成抽殼操作如圖5-12所示。學習活動4：任務實施項目五

外觀造型設計

2.創(chuàng)建散熱槽（1）創(chuàng)建基準平面6：創(chuàng)建與XC-YC平面距離為140的基準平面，如圖5-13所示。（2）繪制草圖6：在基準平面6上繪制草圖如圖5-14所示。（3）拉伸草圖6：開始距離為0，結束距離為20，布爾運算求差，如圖5-15所示。

學習活動4：任務實施項目五

外觀造型設計（4）選擇【插入】→【關聯(lián)復制】→【陣列特征】選項，選擇布局“線性”選項，在工作區(qū)中選擇散熱槽，在間距中選擇“數量與節(jié)距”，數量為8，節(jié)距為4.5，選擇XC方向為指定矢量，并開啟“對稱”選項，如圖5-16所示。學習活動4：任務實施項目五

外觀造型設計

3.創(chuàng)建手柄殼體（1）創(chuàng)建基準平面7、8、9：創(chuàng)建與XC-ZC平面分別相距40，55，122的基準平面，如圖5-17所示，并在各基準平面上繪制圓角矩形具體尺寸參見圖5-18a和圖5-18b、圖5-19a和圖5-19b、圖5-20a和圖5-20b所示。學習活動4：任務實施項目五

外觀造型設計

（2）選擇【插入】→【派生曲線】→【投影】選項，選擇草圖7為投影曲線，投影平面選擇機體和球體的內表面，投影曲線如圖5-21所示。（3）創(chuàng)建基準平面10：創(chuàng)建YC-ZC基準平面，如圖5-22所示。學習活動4：任務實施項目五

外觀造型設計

（5）選擇【插入】→【掃掠】→【掃掠】選項，在工作區(qū)選擇縱向的輪廓線為截面，選擇藝術樣條為引導線，注意方向，并設置相關設計參數，如圖5-24所示。

（6）選擇【插入】→【曲面】→【有界平面】選項，選擇手柄端面邊緣線，創(chuàng)建有界平面如圖5-25所示。（4