3D打印造型設計課件：彈簧設計

彈簧設計學習活動1：必備知識學習活動4：任務內(nèi)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：任務拓展彈簧設計知識點一：學習活動1：必備知識

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(chǎn)生較大的彈性變形，把機械功或動能轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(jié)構(gòu)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。

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(zhì)及循環(huán)特性、工作強度、周圍介質(zhì)、熱處理和經(jīng)濟性等因素，同時，也要參照現(xiàn)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

彈簧設計彈簧結(jié)構(gòu)不同的彈簧的結(jié)構(gòu)不同，這里重點介紹圓柱螺旋彈簧的結(jié)構(gòu)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(zhuǎn)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(xiàn)。（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(zhuǎn)彈簧。圓柱螺旋扭轉(zhuǎn)彈簧簡稱扭簧。扭簧適用于普通冷卷圓柱扭轉(zhuǎn)彈簧，鋼絲直徑D≥0.5mm。知識點四：學習活動1：必備知識

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(chǎn)品規(guī)模品種的擴大、質(zhì)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(jù)應用場合的不同，也有多種結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)構(gòu)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(jīng)出現(xiàn)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(jù)這一原理，1776年，使用螺旋壓縮彈簧的彈簧秤問世。不久，根據(jù)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

彈簧設計結(jié)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(shù)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

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

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(gòu)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(shù)12圈，兩端磨平的圓柱壓縮彈簧設計。學習活動4：任務內(nèi)容圖4-2圓柱壓縮彈簧3D模型

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

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(shù)12圈，兩端磨平的圓柱壓縮彈簧，指定【矢量】、【原點】，并輸入?yún)?shù)，如圖a和圖b所示。a）彈簧設計

b）類型設置

彈簧設計a）原點與矢量b）參數(shù)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

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

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(shù)，例如“外徑為20mm，螺距為5mm，圈數(shù)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

彈簧設計圖設置螺旋線參數(shù)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(diào)整視角，【創(chuàng)建草圖】，并繪制截面，選擇“起點”，向內(nèi)側(cè)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

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

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

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

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

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

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

彈簧設計a）管道命令b）設置參數(shù)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

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(jù)現(xiàn)場需要設計一款帶彈簧的調(diào)節(jié)器。該調(diào)節(jié)器需要滿足以下幾點要求：（1）該調(diào)節(jié)器屬于維修配件，需要根據(jù)現(xiàn)場設備和條件，選擇合適的指標參數(shù)，完成機構(gòu)方案圖設計；（2）該調(diào)節(jié)器機構(gòu)要求：簡單實用、動作合理、安全可靠，同時繪制出結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)簡單，容易安裝、維護；（5）達到要求的調(diào)節(jié)效果，保證良好的工作效率；（6）要求該調(diào)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

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(gòu)裝置的原理草圖及其動作仿真效果圖，并對機構(gòu)裝置的基本工作原理作簡要說明。盡可能詳細的擬訂實現(xiàn)對該機構(gòu)具體要求的工作計劃、設計制作方案、生產(chǎn)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(xiàn)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，