課程設(shè)計是中職《機械制圖》課程學(xué)習(xí)的重要實踐環(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“實踐出真知”的真諦,所以《機械制圖》教學(xué)應(yīng)安排一定課時的實體零件測繪課程設(shè)計環(huán)節(jié)。本文以二級直齒圓柱齒輪減速器裝配體的測繪為載體,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《機械制圖》中已掌握的繪圖和識圖技能,并且在此基礎(chǔ)上使繪圖和識圖能力上一個新的臺階,為后續(xù)課程打下堅實的基礎(chǔ)。
         二級圓柱齒輪減速器是應(yīng)用于原動機和工作機之間的獨立傳動裝置,具有結(jié)構(gòu)緊湊、傳動效率較高、傳遞運動準(zhǔn)確可靠、使用維護(hù)方便和可成批生產(chǎn)等特點,如圖l。而傳統(tǒng)的減速器課程設(shè)計環(huán)節(jié)教學(xué)手段,通常是采用直接手工鉛筆或者計算機二維軟件繪制二維工程圖來實現(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,而且對于一個視圖上某些尺寸的修改,還不能自動反應(yīng)在其它對應(yīng)視圖上;這種傳統(tǒng)的教學(xué)手段對學(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為載體來實施滿足教學(xué),體現(xiàn)參數(shù)化內(nèi)涵—修改一個尺寸參數(shù)所有的將會自動更新,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)行運動模擬仿真,通過運動模擬仿真同學(xué)們還可以非常直觀的認(rèn)識零件的結(jié)構(gòu)、干涉、強度、剛度、動力情況,運動是否正確。
         
     
1    測繪零件,實現(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實體減速箱的測繪得來。首先觀察減速器各部分的結(jié)構(gòu),判斷傳動方式、級數(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。
            
        分析整個結(jié)構(gòu),測量各零件尺寸;如先測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,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,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)生機械制圖的視圖表達(dá)能力。并對工程圖進(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)識到該產(chǎn)品的性能與結(jié)構(gòu)是否滿足要求,通過分析評估改進(jìn)產(chǎn)品的設(shè)計和裝配體的結(jié)構(gòu),實現(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)生對整個裝配體進(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,若與其他零件發(fā)生碰撞,則零件無法移動到正確的位置,就會影響減速器的正常裝配。利用碰撞檢查,可以檢測裝配過程中的碰撞問題,碰撞部分會以高亮顯示,以此對裝配體進(jìn)行修改和規(guī)劃合理的裝配路線。對已建立好的靜態(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,裝配體會高亮地顯示干涉區(qū)域,通過在裝配體中直接點擊或單獨打開零件,即可快速地對零件進(jìn)行調(diào)整修改,達(dá)到正確合理狀態(tài)。
                       
       
3    運動仿真分析
        工nventor自帶的運動仿真模塊,可以讓學(xué)生自己實現(xiàn)減速器的動態(tài)仿真,該模塊主要進(jìn)行機械系統(tǒng)運動仿真,可分析減速器各運動部件的速度、位移、受力、干涉等情況,并可以輸出相應(yīng)的實驗數(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)行運動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動仿真參數(shù)設(shè)置。
       點擊環(huán)境下的運動仿真功能,進(jìn)人仿真模塊。學(xué)生因為初次進(jìn)人仿真模塊,系統(tǒng)會自動定義固定件,所以應(yīng)該取消“自動將約束轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)接”和“當(dāng)機械裝置被過約束時發(fā)出警告”。隱藏上蓋,以便不會影響分析傳動結(jié)構(gòu),如圖7。
                 
 
          把每一軸上的構(gòu)件設(shè)置為一個部件整體,其中包括構(gòu)件有軸、齒輪、軸承、鍵,這樣構(gòu)件將會作為一個整體轉(zhuǎn)動起來,設(shè)置主動軸。在減速器中涉及到的約束主要有固定副、旋轉(zhuǎn)福、齒輪副。首先定義傳動形式為外齒輪嚙合運動,并且保證為一個約束傳動,特別要注意的定義齒輪傳動關(guān)系時,一定要保證齒輪與齒輪之間的嚙合關(guān)系,一個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取兩分度圓。依次定義好兩兩傳動關(guān)系,形成傳動結(jié)構(gòu)。分析機構(gòu)狀態(tài),包括自由度、實體數(shù)和運動實體數(shù),保證整個機構(gòu)有確定的運動方案。為齒輪添加運動動力,選擇高速級輸人軸,定義運動為恒定角速度為繞z軸旋轉(zhuǎn)。齒輪實際工作中會受到力的相互作用,可以添加作用力矩,分析受力,也可以導(dǎo)出受力分析表,至此就可以運動仿真了。點擊“仿真播放器”,運行播放,觀察整個系統(tǒng)運行情況,分析運行狀態(tài),查看有沒有運動干涉情況。若有,則修改裝配關(guān)系和調(diào)整各零件基本尺寸,無則可以錄制動畫視頻。這樣學(xué)生就掌握了齒輪的傳動關(guān)系,認(rèn)識了二級減速器的運轉(zhuǎn)情況。
       
4   總結(jié)
        通過工nVentor實現(xiàn)二級減速器零件和裝配圖的繪制,首先,為中職《機械圖》實踐環(huán)節(jié)—課程設(shè)計提供一個全新的學(xué)習(xí)手段和方法,改變原有傳統(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。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,并且可以實現(xiàn)二級圓柱齒輪減速器的運動仿真,使整個齒輪傳動系統(tǒng)的分析具有良好的交互性。最后,分析二級圓柱齒輪減速器各部件之間的尺寸約束關(guān)系,并運用自底向上的思路建立二級圓柱齒輪減速器總裝圖,并對整個系統(tǒng)進(jìn)行動力分析。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。