Inventor機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)戰(zhàn)教程基于裝配關(guān)系的關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)技巧

1、2007. 8產(chǎn)品設(shè)計(jì)部漢略（上海）信息技術(shù)有限公司Autodesk Inventor Professional 2008機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)戰(zhàn)教程 基于裝配關(guān)系的關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)技巧第10章基于裝配關(guān)系的關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)技巧為了方便討論和讀者尋找實(shí)例模型，本章的模型文件將分成若干個(gè)文件夾放置。例如002.IAM這個(gè)文件，將放在-100102件夾中，而其參與模型文件也在這里。00儀件夾中白“刨床.IAM是一個(gè)機(jī)構(gòu)趣味造型，可作為實(shí)驗(yàn)的例子1 .對(duì)CAD次件中進(jìn)行裝配的再認(rèn)識(shí)1.1 為什么要在CAD進(jìn)行裝配？在前邊我們討論過(guò)“任何零件都不可能單獨(dú)被設(shè)計(jì)出來(lái)”的具體原因。顯而易見(jiàn)，脫離了工程關(guān)系、起碼是裝配關(guān)系的約束和限制

2、，零件設(shè)計(jì)就是無(wú)源之水、無(wú)本之木，完全無(wú)法進(jìn)行。因此，可用的CAM件必須具有裝配功能，否則就僅僅是繪圖、建模工具而不是設(shè)計(jì)系統(tǒng)。能不能實(shí)現(xiàn)基于裝配的關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)，是CAD軟件裝配功能的主要評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。注意：是基于裝配的關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)的能力和相關(guān)支持功能，而不僅是能裝配、堆砌零件的數(shù)量。在傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中，工程關(guān)系是存在于工程師的頭腦中、甚至是在成熟工程師的潛意識(shí)中，并且用工程圖做有限的輔助記憶和表達(dá)。說(shuō)到關(guān)聯(lián)，則主要是工程師在操心。所以，設(shè)計(jì)的差錯(cuò)總是難以避免的；所以，多次拆、裝繪制裝配圖就是必要的；所以，審核校對(duì)就是不可缺少的。在CAD軟件中如果能夠?qū)崿F(xiàn)這些裝配關(guān)系的定義，進(jìn)而做到關(guān)聯(lián)的零部件設(shè)計(jì)，工程師就可

3、以大大地省心，而設(shè)計(jì)的差錯(cuò)也因此被大幅度減少，這就是提高設(shè)計(jì)質(zhì)量的根本原因。設(shè)計(jì)質(zhì)量提高，必然帶來(lái)設(shè)計(jì)效率提高。因此我們需要使用CADa件進(jìn)行設(shè)計(jì)輔助。1.2 為什么必須從三維設(shè)計(jì)開(kāi)始？只有從三維模型開(kāi)始，才有可能真正實(shí)現(xiàn)基于裝配的關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)。無(wú)論是老產(chǎn)品的修改還是新產(chǎn)品的研發(fā)，其效果將是十分明顯的。只有三維設(shè)計(jì)，才有實(shí)現(xiàn)基于裝配關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)條件。而二維設(shè)計(jì)直到目前，還看不到明確的可能性。認(rèn)識(shí)到這些，才有可能將三維CAD軟件當(dāng)作設(shè)計(jì)工具，而不僅僅是建模工具（三維電子圖版）來(lái)使用；也就不會(huì)把精力過(guò)分地投放到并無(wú)必要的復(fù)雜模型構(gòu)建方法的研究上（例如創(chuàng)建蝸輪）；也就能很快體驗(yàn)到三維設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)而不舍得

4、離開(kāi)這樣的軟件。1.3 Inventor的基于裝配關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)能力現(xiàn)狀人在設(shè)計(jì)中，所有的零部件都是“基于裝配關(guān)系”的關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)，人的頭腦能夠相當(dāng)從容地把握住這種極其復(fù)雜的關(guān)聯(lián)層次，對(duì)復(fù)雜程度幾乎是沒(méi)有限制的。例如從一臺(tái)專(zhuān)用多軸車(chē)床開(kāi)始，工程師的設(shè)計(jì)思維可以跨越幾十個(gè)層次達(dá)到一個(gè)小軸，這很容易。可是對(duì)于軟件來(lái)說(shuō)，距離人能把握的程度，可就相差甚遠(yuǎn)了。我們可以這樣認(rèn)為：總體上說(shuō)，Inventor的方向確實(shí)是沿著“變量化設(shè)計(jì)”的數(shù)據(jù)處理模式在發(fā)展。但是，變量化設(shè)計(jì)的技術(shù)方法還沒(méi)有達(dá)到參數(shù)化設(shè)計(jì)那樣成熟，其穩(wěn)定性也沒(méi)有達(dá)到參數(shù)化設(shè)計(jì)的程度。但是，畢竟變量化設(shè)計(jì)能更為充分地表達(dá)人的設(shè)計(jì)構(gòu)思。最后，在Invent

5、or中使用參數(shù)化設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)處理模式，是完全沒(méi)有問(wèn)題的。在這個(gè)估計(jì)的基礎(chǔ)上，將參數(shù)化設(shè)計(jì)和變量化設(shè)計(jì)的技術(shù)聯(lián)合使用，就能描述十分復(fù)雜的、多層次的裝配關(guān)系，達(dá)到設(shè)計(jì)構(gòu)思的完整、準(zhǔn)確、可靠的表達(dá)。完完全全把設(shè)計(jì)關(guān)系交給軟件，至少目前還很難做到。就是說(shuō)，人還是要操心，只是比過(guò)去少了許多。也許有一天，軟件會(huì)像一個(gè)優(yōu)秀的總管，雖然不能決定大事，但是交辦的事情則完全可以放心。對(duì)于“變量化設(shè)計(jì)”的數(shù)據(jù)處理模式，相對(duì)于“參數(shù)化設(shè)計(jì)”來(lái)說(shuō)，在描述工程師的設(shè)計(jì)思維角度看，確實(shí)更像人的思維模式；但是，其穩(wěn)定性不如參數(shù)化設(shè)計(jì)的模式。在Inventor中，這兩種模式并存。我們使用軟件，是為了更多地進(jìn)行設(shè)計(jì)過(guò)程的輔助，而穩(wěn)

6、定性，則是這種輔助是否可靠的關(guān)鍵性能。因此，在設(shè)計(jì)思維比較明確的條件下，就是說(shuō)，人能說(shuō)清楚的條件下，還是盡量利用比較穩(wěn)定的模式進(jìn)行設(shè)計(jì)構(gòu)思的表達(dá)。利用Inventor所謂的“自適應(yīng)”，也就是“基于裝配約束”的關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)方法，雖然比較方便和形象，但是由于在這種“變量化設(shè)計(jì)”模式下，Inventor算法核心能力有限，畢竟還有許多限制，也就不能完全解決問(wèn)題。相關(guān)文件在002文件夾中。2.1用裝配約束建立設(shè)計(jì)關(guān)聯(lián)在裝配環(huán)境中，新設(shè)計(jì)零件是在位創(chuàng)建或引進(jìn)的“自適應(yīng)”的零件，之后再利用裝配約束操作，利用建立起需要的裝配關(guān)系來(lái)牽動(dòng)零件的尺寸，達(dá)到符合設(shè)計(jì)需要的目標(biāo)。這種方法適用于設(shè)計(jì)參數(shù)尚不太清楚，只是能夠確

7、認(rèn)幾何結(jié)構(gòu)和裝配關(guān)系的條件下。這是典型的“變量化設(shè)計(jì)”模式，原理上最貼近人的思維。當(dāng)然，零件上準(zhǔn)備按裝配關(guān)系確定尺寸的特征，就不能施加尺寸約束。這樣的方法從數(shù)據(jù)的關(guān)系上說(shuō)，其可靠的的程度取決于使用者對(duì)Inventor規(guī)則的理解和有效的使用。由于Inventor規(guī)則比設(shè)計(jì)需要的類(lèi)型要少許多（參見(jiàn)圖10-1）,而且并不十分清晰，在施加裝配約束的時(shí)候，Inventor常常不會(huì)有任何提醒，但在基礎(chǔ)零件修改，企圖帶動(dòng)相關(guān)零件更新的過(guò)程中，才會(huì)發(fā)出裝配約束有問(wèn)題的提示。這時(shí)，即使借助Inventor的診斷功能也無(wú)濟(jì)于事，尤其是跨多個(gè)零件產(chǎn)生裝配關(guān)聯(lián)。因?yàn)樵\斷功能只能提交“有矛盾”的結(jié)論，而不能準(zhǔn)確說(shuō)明“為

8、什么發(fā)生矛盾”的原因。圖10-2由系安裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)例圖10-1裝配關(guān)系002.IAM是典型（參見(jiàn)圖 10-2）,其中包括了 4個(gè)齒輪的嚙合關(guān)系、中心距要求等工程關(guān)系，盡管關(guān)系比較復(fù)雜，殼體零件上的約束為“水平線”結(jié)構(gòu)在軸向和徑向都有關(guān)聯(lián)參數(shù)，但是因?yàn)槭腔谘b配關(guān)系約束，結(jié)果相當(dāng)可靠。設(shè)計(jì)過(guò)程如下：1 )已經(jīng)有了4個(gè)齒輪軸的模型；圖 10-3約束用的草圖2 )創(chuàng)建約束齒輪位置的草圖，參見(jiàn)圖2Inventor10-4的實(shí) 感應(yīng)到草圖10-3和002-Base.IPT,其中，d15尺寸是Z20和Z19的中心連線長(zhǎng)度，使用表達(dá)式；而d13和d14d16尺寸是上級(jí)設(shè)計(jì)提出的條件，草圖中的圓，是為了在裝配

9、中使用，的規(guī)則是：草圖圓也有自己的軸線，可以參與裝配。3）開(kāi)始新裝配，引入4個(gè)齒輪和002-Base.IPT,將齒輪依照草圖裝配好，例如圖例，先選定齒輪軸線，再將光標(biāo)在草圖圓附近移動(dòng)，注意查看，當(dāng)Inventor圓，并顯示推理得出的軸線，拾取。圖10-炳輪軸線與草圖圓軸線重合4）Z17介輪用相切約束裝配到位，各齒輪的端面“表面平齊”完成后保存為002-輪系.IAM。參見(jiàn)圖10-5。5）開(kāi)始新零件，這是一個(gè)按照裝配關(guān)系確定尺寸大小的零件，因此草圖暫時(shí)不需要標(biāo)注驅(qū)動(dòng)尺寸，按大致的位置創(chuàng)建草圖即可，拉伸。6）逐個(gè)創(chuàng)建各個(gè)孔的安裝凸緣，全部設(shè)置為自適應(yīng)，保存為002-殼體板.IPT。參見(jiàn)圖10-6。7

10、）開(kāi)始新裝配，裝入002-殼體板.IPT和002-輪系.IAM,將002-殼體板.IPT設(shè)置成“固定”和“自適應(yīng)”。8）齒輪軸徑與安裝孔配合，完成各個(gè)安裝孔尺寸確定。9）約束Z19齒輪軸端面與安裝孔凸緣端面貼合，完成輪系軸向定位。10）約束其他齒輪軸端面與安裝孔凸緣端面貼合，完成個(gè)凸緣的高度尺寸確定。11）有必要的話，可以添加安裝孔到殼體板邊沿的驅(qū)動(dòng)尺寸。結(jié)果參見(jiàn)002.IAM。修改某齒輪軸參數(shù)，回到裝配，可見(jiàn)002-殼體板.IPT的相關(guān)結(jié)構(gòu)跟隨改變。2.2用關(guān)聯(lián)投影建立設(shè)計(jì)關(guān)聯(lián)在裝配環(huán)境中，在特征草圖中利用已有的相關(guān)零件的輪廓實(shí)施“跨零件投影”，并在此基礎(chǔ)上創(chuàng)建本零件的草圖，進(jìn)而創(chuàng)建其結(jié)構(gòu)特

11、征。這種方法適用于設(shè)計(jì)構(gòu)思已經(jīng)比較清楚，并能夠確認(rèn)裝配關(guān)系和輪廓關(guān)系的條件下；這也是“變量化設(shè)計(jì)”模式。還是這個(gè)例子，但是殼體板的創(chuàng)建方法就是另外的樣子了。過(guò)程如下：1）開(kāi)始新裝配，裝入002-輪系.IAM。2）參見(jiàn)圖10-7。創(chuàng)建新零件002-殼體板a.IPT,在最長(zhǎng)的軸端面創(chuàng)建關(guān)聯(lián)草圖。投影軸的圓到草圖上；圖10-破影結(jié)果3）這是在裝配中的跨零件投影，需要注意Inventor的參數(shù)設(shè)置。圖10-8中的結(jié)果是必要的，否則可能會(huì)出錯(cuò)4）繪制邊框矩形草圖，拉伸成板。5）在反面做草圖，投影齒輪軸的端面圓，作凸緣草圖，結(jié)果參見(jiàn)圖10-9。匚立時(shí)尸新匚：州零幽祥隹列汽匚啟用妁變?nèi)吣劭偹竽嵝泄た谥猩?所匚