李明，許成文

摘要：本文簡單介紹了Autodesk公司推出的三維設(shè)計(jì)軟件Inventor，詳細(xì)分析了基于Inventor的部件設(shè)計(jì)方法，并以傳動(dòng)軸系的設(shè)計(jì)為例，利用Inventor軟件中最新的設(shè)計(jì)加速器功能，采用參數(shù)化設(shè)計(jì)及自適應(yīng)設(shè)計(jì)方法，詳細(xì)介紹了軸系零部件的整體建模過程，實(shí)現(xiàn)了軸系零部件的快速設(shè)計(jì)，極大地提高了設(shè)計(jì)效率及設(shè)計(jì)的合理性，本文所介紹的設(shè)計(jì)方法在實(shí)際生活中具有廣泛的應(yīng)用性。

關(guān)鍵詞：軸系；Inventor；參數(shù)化；自適應(yīng)

中圖分類號(hào)：G642.41 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2014）13-0146-02

參數(shù)化設(shè)計(jì)作為機(jī)械CAD的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，貫穿于從概念設(shè)計(jì)到詳細(xì)設(shè)計(jì)的全部過程。它以強(qiáng)有力的尺寸驅(qū)動(dòng)，修改圖形功能，為初始產(chǎn)品設(shè)計(jì)、產(chǎn)品建模、修改系列產(chǎn)品設(shè)計(jì)提供了有效的手段，能夠充分滿足設(shè)計(jì)具有相同或相近幾何拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的工程系列產(chǎn)品的需要。參數(shù)化設(shè)計(jì)是指參數(shù)化模型的尺寸用對(duì)應(yīng)的關(guān)系表示，而不需用確定的數(shù)值，變化一個(gè)參數(shù)值，將自動(dòng)改變所有與它相關(guān)的尺寸，也就是采用參數(shù)化模型，通過調(diào)整參數(shù)修改和控制幾何形狀，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的精確造型。參數(shù)化設(shè)計(jì)需要具有強(qiáng)大功能的設(shè)計(jì)軟件的支持，Inventor是美國Autodesk公司設(shè)計(jì)推出的一款基于Windows平臺(tái)和自適應(yīng)技術(shù)的三維設(shè)計(jì)軟件，它具有尺寸驅(qū)動(dòng)，參數(shù)化設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，本文以Inventor軟件為設(shè)計(jì)平臺(tái)，利用Inventor強(qiáng)大的參數(shù)化驅(qū)動(dòng)功能，建立軸系零部件中各個(gè)參數(shù)之間的關(guān)系，實(shí)現(xiàn)參數(shù)化建模。自適應(yīng)設(shè)計(jì)方法能夠在一定的約束條件下，自動(dòng)調(diào)整特征的尺寸、草圖的尺寸以及零件的裝配位置，因此在設(shè)計(jì)過程中給設(shè)計(jì)者帶來了很大的方便，提高了設(shè)計(jì)效率。本文列舉的傳動(dòng)軸系設(shè)計(jì)實(shí)例為常見軸系之一，主要連接齒輪傳動(dòng)與帶傳動(dòng)，在日常生活中有著廣泛的應(yīng)用。應(yīng)用Inventor本身的零件設(shè)計(jì)可以進(jìn)行相關(guān)的軸系設(shè)計(jì)與裝配，但應(yīng)用參數(shù)化設(shè)計(jì)以及自適應(yīng)設(shè)計(jì)可以使設(shè)計(jì)的模型具有更廣泛的應(yīng)用，可有效地提高設(shè)計(jì)效率。

一、INVENTOR的簡介

Autodesk Inventor是美國Autodesk公司推出的一款可視化的三維實(shí)體建模軟件，它是一款全面的設(shè)計(jì)工具，它的功能涵蓋了產(chǎn)品從草圖設(shè)計(jì)、零件設(shè)計(jì)、零件裝配、分析計(jì)算、視圖表達(dá)、模具設(shè)計(jì)、工程圖設(shè)計(jì)等全過程，還包括了專業(yè)的運(yùn)動(dòng)仿真、結(jié)構(gòu)型設(shè)計(jì)、應(yīng)力分析、三維布線、三維布管等輔助功能。用于幫助用戶創(chuàng)建和驗(yàn)證完整的數(shù)字樣機(jī)以減少物理樣機(jī)的投入，提高了設(shè)計(jì)效率，減輕了技術(shù)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，從而能夠在更短的時(shí)間內(nèi)利用較低的成本生產(chǎn)出更好的產(chǎn)品，以更快的速度將更多的新產(chǎn)品推向市場。

二、部件設(shè)計(jì)方法

在通常的部件設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)者和工程師首先創(chuàng)建布局，然后設(shè)計(jì)零件，最后把所有的零件通過裝配得到最終的部件，這種方法稱為自下而上的設(shè)計(jì)方法。而使用Inventor創(chuàng)建部件時(shí)，我們可以直接創(chuàng)建部件，然后在位創(chuàng)建和編輯零件或放置現(xiàn)有的零件，從而完成部件的設(shè)計(jì)，這種方法稱為自上而下的設(shè)計(jì)方法。相對(duì)于自下而上的設(shè)計(jì)方法，這種以部件為中心的設(shè)計(jì)方法，支持自上而下和自下而上二者混合的設(shè)計(jì)策略，從而使設(shè)計(jì)過程更加簡單有效，更符合設(shè)計(jì)人員的思維方式。在Inventor的部件設(shè)計(jì)中，我們可以自由使用以上兩種方法，以及二者相結(jié)合的混合設(shè)計(jì)方法。本文所采用的為自上而下的設(shè)計(jì)方法。

三、實(shí)例造型分析

1.參數(shù)化設(shè)計(jì)。打開Inventor，進(jìn)入部件（裝配）環(huán)境。利用設(shè)計(jì)加速器快速設(shè)計(jì)的功能設(shè)計(jì)軸。軸的設(shè)計(jì)在一般建模中比較復(fù)雜，需要先建立二維草圖，再通過旋轉(zhuǎn)、拉伸等操作設(shè)計(jì)完成。通過設(shè)計(jì)加速器，只需添加預(yù)定參數(shù)，就可以得到軸及軸上的鍵槽和圓角等結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)對(duì)軸的快速參數(shù)化設(shè)計(jì)，而且便于隨時(shí)修改軸的結(jié)構(gòu)參數(shù)，如圖1。同樣輸入?yún)?shù)通過設(shè)計(jì)加速器可以完成齒輪以及帶輪的設(shè)計(jì)。但是通常通過設(shè)計(jì)加速器設(shè)計(jì)的齒輪和帶輪并不能完全滿足設(shè)計(jì)要求，需對(duì)其進(jìn)行進(jìn)一步編輯。

2.在位創(chuàng)建和編輯零件。在位創(chuàng)建零件就是在部件環(huán)境中新建零件，新建的零件是一個(gè)獨(dú)立的零件，在位創(chuàng)建零件和在零件環(huán)境中創(chuàng)建零件都需要制定零件的文件名、放置位置以及創(chuàng)建草圖和特征等。但在位創(chuàng)建零件可以方便地在其他零部件的工作表面上繪制草圖，并且可以投影其他零部件的幾何圖元以及在其他零件的表面開始或終止其幾何特征，進(jìn)而同其他零件的幾何特征相關(guān)聯(lián)，在默認(rèn)情況下通過這種方法創(chuàng)建的零件都是自適應(yīng)的。在位編輯零件就是可以直接在部件環(huán)境中編輯零部件，和零件環(huán)境中編輯零件的方法和形式大致一樣?；谧陨隙碌脑O(shè)計(jì)思路，在用設(shè)計(jì)加速器完成軸、軸承、齒輪后，從資源中心庫中調(diào)入平鍵，完成軸上零件的裝配，然后以軸承端面為工作面在位創(chuàng)建支架，如圖2。同樣利用在位創(chuàng)建和編輯零件的功能完成軸套、端蓋、齒輪、帶輪等零件的設(shè)計(jì)。

3.自適應(yīng)設(shè)計(jì)。在如圖3所示的軸和軸套零件中，軸的外表面和軸套的內(nèi)表面有配合的裝配約束。在軸套設(shè)計(jì)過程中使軸套的某些草圖或幾何圖元欠約束，使之成為自適應(yīng)零件，即在在位創(chuàng)建軸套時(shí)通過投影幾何視圖得到軸套的內(nèi)徑，然后只標(biāo)注軸套的厚度，在這種欠約束的條件下，軸套的厚度永遠(yuǎn)保持不變，但是軸套的內(nèi)徑卻隨著軸外徑的變化而變化。那么如果因?yàn)槟撤N需要修改軸的直徑尺寸，軸套的內(nèi)徑也會(huì)隨著軸的直徑尺寸發(fā)生變化，而軸套的厚度始終保持不變。在端蓋、支架、齒輪、帶輪的設(shè)計(jì)中都利用了自適應(yīng)的設(shè)計(jì)。

4.軸的校核。在軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)完成時(shí)，可以在設(shè)計(jì)加速器的軸生成器中進(jìn)入“計(jì)算”選項(xiàng)卡，為軸添加材料、載荷和支承進(jìn)行剛度計(jì)算，對(duì)軸進(jìn)行校核。

5.創(chuàng)建裝配模型，生成工程圖。在部件環(huán)境中從資源中心庫中調(diào)入螺釘、平鍵、墊圈等標(biāo)準(zhǔn)件，選擇合適的尺寸，利用裝配工具完成總裝配。在設(shè)計(jì)完成后對(duì)裝配模型可進(jìn)行干涉檢查，檢查模型是否正確，設(shè)計(jì)是否合理，裝配定位是否準(zhǔn)確。進(jìn)一步可以創(chuàng)建表達(dá)視圖，生成爆炸視圖，制作動(dòng)畫，觀察部件的裝配過程，便于實(shí)際裝配及維修，如圖4。再利用Inventor 2013的工程圖模板創(chuàng)建零件及部件的工程圖。

參數(shù)化設(shè)計(jì)以及自適應(yīng)技術(shù)是現(xiàn)代化設(shè)計(jì)的一種趨勢，產(chǎn)品的研發(fā)并非一蹴而就，而是一波三折，因?yàn)樘幱谘邪l(fā)階段的各項(xiàng)特征都具有不確定性，需要根據(jù)其他研發(fā)人員及客戶的反饋信息對(duì)設(shè)計(jì)的產(chǎn)品進(jìn)行反復(fù)論證、修改甚至重新設(shè)計(jì)，從而不斷改進(jìn)和完善。利用Inventor進(jìn)行參數(shù)化及自適應(yīng)設(shè)計(jì)，可以按照設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)意圖靈活修改，從而加快設(shè)計(jì)時(shí)間，減少設(shè)計(jì)步驟，提高設(shè)計(jì)效率。此外，使用此種設(shè)計(jì)方法便于保存已經(jīng)設(shè)計(jì)的元件參數(shù)，管理所得數(shù)據(jù)。因此，本文介紹的設(shè)計(jì)方法具有良好的前景，值得加以推廣。

參考文獻(xiàn)：

[1]曹彤，萬靜，王新，等.機(jī)械設(shè)計(jì)制圖[M].北京：高等教育出版社，2011.

[2]葉玉駒，焦永和，張彤.機(jī)械制圖手冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2012.

[3]胡仁喜，康士廷，劉昌麗，等.Autodesk Inventor Professional 2012中文版從入門到精通[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2011.

[4]陳伯雄.Inventor機(jī)械設(shè)計(jì)解析與實(shí)戰(zhàn)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2013.

基金項(xiàng)目：北京科技大學(xué)“研究型教學(xué)示范課”建設(shè)資助項(xiàng)目（KC2012YJX10）。

作者簡介：李明（1992-），男，河南駐馬店人，本科生，主要研究方向?yàn)闄C(jī)械設(shè)計(jì)方面。endprint

摘要：本文簡單介紹了Autodesk公司推出的三維設(shè)計(jì)軟件Inventor，詳細(xì)分析了基于Inventor的部件設(shè)計(jì)方法，并以傳動(dòng)軸系的設(shè)計(jì)為例，利用Inventor軟件中最新的設(shè)計(jì)加速器功能，采用參數(shù)化設(shè)計(jì)及自適應(yīng)設(shè)計(jì)方法，詳細(xì)介紹了軸系零部件的整體建模過程，實(shí)現(xiàn)了軸系零部件的快速設(shè)計(jì)，極大地提高了設(shè)計(jì)效率及設(shè)計(jì)的合理性，本文所介紹的設(shè)計(jì)方法在實(shí)際生活中具有廣泛的應(yīng)用性。

關(guān)鍵詞：軸系；Inventor；參數(shù)化；自適應(yīng)

中圖分類號(hào)：G642.41 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2014）13-0146-02

參數(shù)化設(shè)計(jì)作為機(jī)械CAD的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，貫穿于從概念設(shè)計(jì)到詳細(xì)設(shè)計(jì)的全部過程。它以強(qiáng)有力的尺寸驅(qū)動(dòng)，修改圖形功能，為初始產(chǎn)品設(shè)計(jì)、產(chǎn)品建模、修改系列產(chǎn)品設(shè)計(jì)提供了有效的手段，能夠充分滿足設(shè)計(jì)具有相同或相近幾何拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的工程系列產(chǎn)品的需要。參數(shù)化設(shè)計(jì)是指參數(shù)化模型的尺寸用對(duì)應(yīng)的關(guān)系表示，而不需用確定的數(shù)值，變化一個(gè)參數(shù)值，將自動(dòng)改變所有與它相關(guān)的尺寸，也就是采用參數(shù)化模型，通過調(diào)整參數(shù)修改和控制幾何形狀，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的精確造型。參數(shù)化設(shè)計(jì)需要具有強(qiáng)大功能的設(shè)計(jì)軟件的支持，Inventor是美國Autodesk公司設(shè)計(jì)推出的一款基于Windows平臺(tái)和自適應(yīng)技術(shù)的三維設(shè)計(jì)軟件，它具有尺寸驅(qū)動(dòng)，參數(shù)化設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，本文以Inventor軟件為設(shè)計(jì)平臺(tái)，利用Inventor強(qiáng)大的參數(shù)化驅(qū)動(dòng)功能，建立軸系零部件中各個(gè)參數(shù)之間的關(guān)系，實(shí)現(xiàn)參數(shù)化建模。自適應(yīng)設(shè)計(jì)方法能夠在一定的約束條件下，自動(dòng)調(diào)整特征的尺寸、草圖的尺寸以及零件的裝配位置，因此在設(shè)計(jì)過程中給設(shè)計(jì)者帶來了很大的方便，提高了設(shè)計(jì)效率。本文列舉的傳動(dòng)軸系設(shè)計(jì)實(shí)例為常見軸系之一，主要連接齒輪傳動(dòng)與帶傳動(dòng)，在日常生活中有著廣泛的應(yīng)用。應(yīng)用Inventor本身的零件設(shè)計(jì)可以進(jìn)行相關(guān)的軸系設(shè)計(jì)與裝配，但應(yīng)用參數(shù)化設(shè)計(jì)以及自適應(yīng)設(shè)計(jì)可以使設(shè)計(jì)的模型具有更廣泛的應(yīng)用，可有效地提高設(shè)計(jì)效率。

一、INVENTOR的簡介

Autodesk Inventor是美國Autodesk公司推出的一款可視化的三維實(shí)體建模軟件，它是一款全面的設(shè)計(jì)工具，它的功能涵蓋了產(chǎn)品從草圖設(shè)計(jì)、零件設(shè)計(jì)、零件裝配、分析計(jì)算、視圖表達(dá)、模具設(shè)計(jì)、工程圖設(shè)計(jì)等全過程，還包括了專業(yè)的運(yùn)動(dòng)仿真、結(jié)構(gòu)型設(shè)計(jì)、應(yīng)力分析、三維布線、三維布管等輔助功能。用于幫助用戶創(chuàng)建和驗(yàn)證完整的數(shù)字樣機(jī)以減少物理樣機(jī)的投入，提高了設(shè)計(jì)效率，減輕了技術(shù)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，從而能夠在更短的時(shí)間內(nèi)利用較低的成本生產(chǎn)出更好的產(chǎn)品，以更快的速度將更多的新產(chǎn)品推向市場。

二、部件設(shè)計(jì)方法

在通常的部件設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)者和工程師首先創(chuàng)建布局，然后設(shè)計(jì)零件，最后把所有的零件通過裝配得到最終的部件，這種方法稱為自下而上的設(shè)計(jì)方法。而使用Inventor創(chuàng)建部件時(shí)，我們可以直接創(chuàng)建部件，然后在位創(chuàng)建和編輯零件或放置現(xiàn)有的零件，從而完成部件的設(shè)計(jì)，這種方法稱為自上而下的設(shè)計(jì)方法。相對(duì)于自下而上的設(shè)計(jì)方法，這種以部件為中心的設(shè)計(jì)方法，支持自上而下和自下而上二者混合的設(shè)計(jì)策略，從而使設(shè)計(jì)過程更加簡單有效，更符合設(shè)計(jì)人員的思維方式。在Inventor的部件設(shè)計(jì)中，我們可以自由使用以上兩種方法，以及二者相結(jié)合的混合設(shè)計(jì)方法。本文所采用的為自上而下的設(shè)計(jì)方法。

三、實(shí)例造型分析

1.參數(shù)化設(shè)計(jì)。打開Inventor，進(jìn)入部件（裝配）環(huán)境。利用設(shè)計(jì)加速器快速設(shè)計(jì)的功能設(shè)計(jì)軸。軸的設(shè)計(jì)在一般建模中比較復(fù)雜，需要先建立二維草圖，再通過旋轉(zhuǎn)、拉伸等操作設(shè)計(jì)完成。通過設(shè)計(jì)加速器，只需添加預(yù)定參數(shù)，就可以得到軸及軸上的鍵槽和圓角等結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)對(duì)軸的快速參數(shù)化設(shè)計(jì)，而且便于隨時(shí)修改軸的結(jié)構(gòu)參數(shù)，如圖1。同樣輸入?yún)?shù)通過設(shè)計(jì)加速器可以完成齒輪以及帶輪的設(shè)計(jì)。但是通常通過設(shè)計(jì)加速器設(shè)計(jì)的齒輪和帶輪并不能完全滿足設(shè)計(jì)要求，需對(duì)其進(jìn)行進(jìn)一步編輯。

2.在位創(chuàng)建和編輯零件。在位創(chuàng)建零件就是在部件環(huán)境中新建零件，新建的零件是一個(gè)獨(dú)立的零件，在位創(chuàng)建零件和在零件環(huán)境中創(chuàng)建零件都需要制定零件的文件名、放置位置以及創(chuàng)建草圖和特征等。但在位創(chuàng)建零件可以方便地在其他零部件的工作表面上繪制草圖，并且可以投影其他零部件的幾何圖元以及在其他零件的表面開始或終止其幾何特征，進(jìn)而同其他零件的幾何特征相關(guān)聯(lián)，在默認(rèn)情況下通過這種方法創(chuàng)建的零件都是自適應(yīng)的。在位編輯零件就是可以直接在部件環(huán)境中編輯零部件，和零件環(huán)境中編輯零件的方法和形式大致一樣?；谧陨隙碌脑O(shè)計(jì)思路，在用設(shè)計(jì)加速器完成軸、軸承、齒輪后，從資源中心庫中調(diào)入平鍵，完成軸上零件的裝配，然后以軸承端面為工作面在位創(chuàng)建支架，如圖2。同樣利用在位創(chuàng)建和編輯零件的功能完成軸套、端蓋、齒輪、帶輪等零件的設(shè)計(jì)。

3.自適應(yīng)設(shè)計(jì)。在如圖3所示的軸和軸套零件中，軸的外表面和軸套的內(nèi)表面有配合的裝配約束。在軸套設(shè)計(jì)過程中使軸套的某些草圖或幾何圖元欠約束，使之成為自適應(yīng)零件，即在在位創(chuàng)建軸套時(shí)通過投影幾何視圖得到軸套的內(nèi)徑，然后只標(biāo)注軸套的厚度，在這種欠約束的條件下，軸套的厚度永遠(yuǎn)保持不變，但是軸套的內(nèi)徑卻隨著軸外徑的變化而變化。那么如果因?yàn)槟撤N需要修改軸的直徑尺寸，軸套的內(nèi)徑也會(huì)隨著軸的直徑尺寸發(fā)生變化，而軸套的厚度始終保持不變。在端蓋、支架、齒輪、帶輪的設(shè)計(jì)中都利用了自適應(yīng)的設(shè)計(jì)。

4.軸的校核。在軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)完成時(shí)，可以在設(shè)計(jì)加速器的軸生成器中進(jìn)入“計(jì)算”選項(xiàng)卡，為軸添加材料、載荷和支承進(jìn)行剛度計(jì)算，對(duì)軸進(jìn)行校核。

5.創(chuàng)建裝配模型，生成工程圖。在部件環(huán)境中從資源中心庫中調(diào)入螺釘、平鍵、墊圈等標(biāo)準(zhǔn)件，選擇合適的尺寸，利用裝配工具完成總裝配。在設(shè)計(jì)完成后對(duì)裝配模型可進(jìn)行干涉檢查，檢查模型是否正確，設(shè)計(jì)是否合理，裝配定位是否準(zhǔn)確。進(jìn)一步可以創(chuàng)建表達(dá)視圖，生成爆炸視圖，制作動(dòng)畫，觀察部件的裝配過程，便于實(shí)際裝配及維修，如圖4。再利用Inventor 2013的工程圖模板創(chuàng)建零件及部件的工程圖。

參數(shù)化設(shè)計(jì)以及自適應(yīng)技術(shù)是現(xiàn)代化設(shè)計(jì)的一種趨勢，產(chǎn)品的研發(fā)并非一蹴而就，而是一波三折，因?yàn)樘幱谘邪l(fā)階段的各項(xiàng)特征都具有不確定性，需要根據(jù)其他研發(fā)人員及客戶的反饋信息對(duì)設(shè)計(jì)的產(chǎn)品進(jìn)行反復(fù)論證、修改甚至重新設(shè)計(jì)，從而不斷改進(jìn)和完善。利用Inventor進(jìn)行參數(shù)化及自適應(yīng)設(shè)計(jì)，可以按照設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)意圖靈活修改，從而加快設(shè)計(jì)時(shí)間，減少設(shè)計(jì)步驟，提高設(shè)計(jì)效率。此外，使用此種設(shè)計(jì)方法便于保存已經(jīng)設(shè)計(jì)的元件參數(shù)，管理所得數(shù)據(jù)。因此，本文介紹的設(shè)計(jì)方法具有良好的前景，值得加以推廣。

參考文獻(xiàn)：

[1]曹彤，萬靜，王新，等.機(jī)械設(shè)計(jì)制圖[M].北京：高等教育出版社，2011.

[2]葉玉駒，焦永和，張彤.機(jī)械制圖手冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2012.

[3]胡仁喜，康士廷，劉昌麗，等.Autodesk Inventor Professional 2012中文版從入門到精通[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2011.

[4]陳伯雄.Inventor機(jī)械設(shè)計(jì)解析與實(shí)戰(zhàn)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2013.

基金項(xiàng)目：北京科技大學(xué)“研究型教學(xué)示范課”建設(shè)資助項(xiàng)目（KC2012YJX10）。

作者簡介：李明（1992-），男，河南駐馬店人，本科生，主要研究方向?yàn)闄C(jī)械設(shè)計(jì)方面。endprint

摘要：本文簡單介紹了Autodesk公司推出的三維設(shè)計(jì)軟件Inventor，詳細(xì)分析了基于Inventor的部件設(shè)計(jì)方法，并以傳動(dòng)軸系的設(shè)計(jì)為例，利用Inventor軟件中最新的設(shè)計(jì)加速器功能，采用參數(shù)化設(shè)計(jì)及自適應(yīng)設(shè)計(jì)方法，詳細(xì)介紹了軸系零部件的整體建模過程，實(shí)現(xiàn)了軸系零部件的快速設(shè)計(jì)，極大地提高了設(shè)計(jì)效率及設(shè)計(jì)的合理性，本文所介紹的設(shè)計(jì)方法在實(shí)際生活中具有廣泛的應(yīng)用性。

關(guān)鍵詞：軸系；Inventor；參數(shù)化；自適應(yīng)

中圖分類號(hào)：G642.41 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2014）13-0146-02

參數(shù)化設(shè)計(jì)作為機(jī)械CAD的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，貫穿于從概念設(shè)計(jì)到詳細(xì)設(shè)計(jì)的全部過程。它以強(qiáng)有力的尺寸驅(qū)動(dòng)，修改圖形功能，為初始產(chǎn)品設(shè)計(jì)、產(chǎn)品建模、修改系列產(chǎn)品設(shè)計(jì)提供了有效的手段，能夠充分滿足設(shè)計(jì)具有相同或相近幾何拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的工程系列產(chǎn)品的需要。參數(shù)化設(shè)計(jì)是指參數(shù)化模型的尺寸用對(duì)應(yīng)的關(guān)系表示，而不需用確定的數(shù)值，變化一個(gè)參數(shù)值，將自動(dòng)改變所有與它相關(guān)的尺寸，也就是采用參數(shù)化模型，通過調(diào)整參數(shù)修改和控制幾何形狀，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的精確造型。參數(shù)化設(shè)計(jì)需要具有強(qiáng)大功能的設(shè)計(jì)軟件的支持，Inventor是美國Autodesk公司設(shè)計(jì)推出的一款基于Windows平臺(tái)和自適應(yīng)技術(shù)的三維設(shè)計(jì)軟件，它具有尺寸驅(qū)動(dòng)，參數(shù)化設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，本文以Inventor軟件為設(shè)計(jì)平臺(tái)，利用Inventor強(qiáng)大的參數(shù)化驅(qū)動(dòng)功能，建立軸系零部件中各個(gè)參數(shù)之間的關(guān)系，實(shí)現(xiàn)參數(shù)化建模。自適應(yīng)設(shè)計(jì)方法能夠在一定的約束條件下，自動(dòng)調(diào)整特征的尺寸、草圖的尺寸以及零件的裝配位置，因此在設(shè)計(jì)過程中給設(shè)計(jì)者帶來了很大的方便，提高了設(shè)計(jì)效率。本文列舉的傳動(dòng)軸系設(shè)計(jì)實(shí)例為常見軸系之一，主要連接齒輪傳動(dòng)與帶傳動(dòng)，在日常生活中有著廣泛的應(yīng)用。應(yīng)用Inventor本身的零件設(shè)計(jì)可以進(jìn)行相關(guān)的軸系設(shè)計(jì)與裝配，但應(yīng)用參數(shù)化設(shè)計(jì)以及自適應(yīng)設(shè)計(jì)可以使設(shè)計(jì)的模型具有更廣泛的應(yīng)用，可有效地提高設(shè)計(jì)效率。

一、INVENTOR的簡介

Autodesk Inventor是美國Autodesk公司推出的一款可視化的三維實(shí)體建模軟件，它是一款全面的設(shè)計(jì)工具，它的功能涵蓋了產(chǎn)品從草圖設(shè)計(jì)、零件設(shè)計(jì)、零件裝配、分析計(jì)算、視圖表達(dá)、模具設(shè)計(jì)、工程圖設(shè)計(jì)等全過程，還包括了專業(yè)的運(yùn)動(dòng)仿真、結(jié)構(gòu)型設(shè)計(jì)、應(yīng)力分析、三維布線、三維布管等輔助功能。用于幫助用戶創(chuàng)建和驗(yàn)證完整的數(shù)字樣機(jī)以減少物理樣機(jī)的投入，提高了設(shè)計(jì)效率，減輕了技術(shù)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，從而能夠在更短的時(shí)間內(nèi)利用較低的成本生產(chǎn)出更好的產(chǎn)品，以更快的速度將更多的新產(chǎn)品推向市場。

二、部件設(shè)計(jì)方法

在通常的部件設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)者和工程師首先創(chuàng)建布局，然后設(shè)計(jì)零件，最后把所有的零件通過裝配得到最終的部件，這種方法稱為自下而上的設(shè)計(jì)方法。而使用Inventor創(chuàng)建部件時(shí)，我們可以直接創(chuàng)建部件，然后在位創(chuàng)建和編輯零件或放置現(xiàn)有的零件，從而完成部件的設(shè)計(jì)，這種方法稱為自上而下的設(shè)計(jì)方法。相對(duì)于自下而上的設(shè)計(jì)方法，這種以部件為中心的設(shè)計(jì)方法，支持自上而下和自下而上二者混合的設(shè)計(jì)策略，從而使設(shè)計(jì)過程更加簡單有效，更符合設(shè)計(jì)人員的思維方式。在Inventor的部件設(shè)計(jì)中，我們可以自由使用以上兩種方法，以及二者相結(jié)合的混合設(shè)計(jì)方法。本文所采用的為自上而下的設(shè)計(jì)方法。

三、實(shí)例造型分析

1.參數(shù)化設(shè)計(jì)。打開Inventor，進(jìn)入部件（裝配）環(huán)境。利用設(shè)計(jì)加速器快速設(shè)計(jì)的功能設(shè)計(jì)軸。軸的設(shè)計(jì)在一般建模中比較復(fù)雜，需要先建立二維草圖，再通過旋轉(zhuǎn)、拉伸等操作設(shè)計(jì)完成。通過設(shè)計(jì)加速器，只需添加預(yù)定參數(shù)，就可以得到軸及軸上的鍵槽和圓角等結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)對(duì)軸的快速參數(shù)化設(shè)計(jì)，而且便于隨時(shí)修改軸的結(jié)構(gòu)參數(shù)，如圖1。同樣輸入?yún)?shù)通過設(shè)計(jì)加速器可以完成齒輪以及帶輪的設(shè)計(jì)。但是通常通過設(shè)計(jì)加速器設(shè)計(jì)的齒輪和帶輪并不能完全滿足設(shè)計(jì)要求，需對(duì)其進(jìn)行進(jìn)一步編輯。

2.在位創(chuàng)建和編輯零件。在位創(chuàng)建零件就是在部件環(huán)境中新建零件，新建的零件是一個(gè)獨(dú)立的零件，在位創(chuàng)建零件和在零件環(huán)境中創(chuàng)建零件都需要制定零件的文件名、放置位置以及創(chuàng)建草圖和特征等。但在位創(chuàng)建零件可以方便地在其他零部件的工作表面上繪制草圖，并且可以投影其他零部件的幾何圖元以及在其他零件的表面開始或終止其幾何特征，進(jìn)而同其他零件的幾何特征相關(guān)聯(lián)，在默認(rèn)情況下通過這種方法創(chuàng)建的零件都是自適應(yīng)的。在位編輯零件就是可以直接在部件環(huán)境中編輯零部件，和零件環(huán)境中編輯零件的方法和形式大致一樣?；谧陨隙碌脑O(shè)計(jì)思路，在用設(shè)計(jì)加速器完成軸、軸承、齒輪后，從資源中心庫中調(diào)入平鍵，完成軸上零件的裝配，然后以軸承端面為工作面在位創(chuàng)建支架，如圖2。同樣利用在位創(chuàng)建和編輯零件的功能完成軸套、端蓋、齒輪、帶輪等零件的設(shè)計(jì)。

3.自適應(yīng)設(shè)計(jì)。在如圖3所示的軸和軸套零件中，軸的外表面和軸套的內(nèi)表面有配合的裝配約束。在軸套設(shè)計(jì)過程中使軸套的某些草圖或幾何圖元欠約束，使之成為自適應(yīng)零件，即在在位創(chuàng)建軸套時(shí)通過投影幾何視圖得到軸套的內(nèi)徑，然后只標(biāo)注軸套的厚度，在這種欠約束的條件下，軸套的厚度永遠(yuǎn)保持不變，但是軸套的內(nèi)徑卻隨著軸外徑的變化而變化。那么如果因?yàn)槟撤N需要修改軸的直徑尺寸，軸套的內(nèi)徑也會(huì)隨著軸的直徑尺寸發(fā)生變化，而軸套的厚度始終保持不變。在端蓋、支架、齒輪、帶輪的設(shè)計(jì)中都利用了自適應(yīng)的設(shè)計(jì)。

4.軸的校核。在軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)完成時(shí)，可以在設(shè)計(jì)加速器的軸生成器中進(jìn)入“計(jì)算”選項(xiàng)卡，為軸添加材料、載荷和支承進(jìn)行剛度計(jì)算，對(duì)軸進(jìn)行校核。

5.創(chuàng)建裝配模型，生成工程圖。在部件環(huán)境中從資源中心庫中調(diào)入螺釘、平鍵、墊圈等標(biāo)準(zhǔn)件，選擇合適的尺寸，利用裝配工具完成總裝配。在設(shè)計(jì)完成后對(duì)裝配模型可進(jìn)行干涉檢查，檢查模型是否正確，設(shè)計(jì)是否合理，裝配定位是否準(zhǔn)確。進(jìn)一步可以創(chuàng)建表達(dá)視圖，生成爆炸視圖，制作動(dòng)畫，觀察部件的裝配過程，便于實(shí)際裝配及維修，如圖4。再利用Inventor 2013的工程圖模板創(chuàng)建零件及部件的工程圖。

參數(shù)化設(shè)計(jì)以及自適應(yīng)技術(shù)是現(xiàn)代化設(shè)計(jì)的一種趨勢，產(chǎn)品的研發(fā)并非一蹴而就，而是一波三折，因?yàn)樘幱谘邪l(fā)階段的各項(xiàng)特征都具有不確定性，需要根據(jù)其他研發(fā)人員及客戶的反饋信息對(duì)設(shè)計(jì)的產(chǎn)品進(jìn)行反復(fù)論證、修改甚至重新設(shè)計(jì)，從而不斷改進(jìn)和完善。利用Inventor進(jìn)行參數(shù)化及自適應(yīng)設(shè)計(jì)，可以按照設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)意圖靈活修改，從而加快設(shè)計(jì)時(shí)間，減少設(shè)計(jì)步驟，提高設(shè)計(jì)效率。此外，使用此種設(shè)計(jì)方法便于保存已經(jīng)設(shè)計(jì)的元件參數(shù)，管理所得數(shù)據(jù)。因此，本文介紹的設(shè)計(jì)方法具有良好的前景，值得加以推廣。

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基金項(xiàng)目：北京科技大學(xué)“研究型教學(xué)示范課”建設(shè)資助項(xiàng)目（KC2012YJX10）。

作者簡介：李明（1992-），男，河南駐馬店人，本科生，主要研究方向?yàn)闄C(jī)械設(shè)計(jì)方面。endprint