1、1基于 solidworks的主锥单轴拧紧机设计摘要：三维模型是物体的三维多边形表示，通常用计算机或者其它视频设备进行显示。显示的物体是可以是现实世界的实体，也可以是虚构的东西，既可以小到原子，也可以大到很大的尺寸。任何物理自然界存在的东西都可以用三维模型表示。三维模型广泛用于任何使用三维图形的地方。实际上，它们的应用早于个人电脑上三维图形的流行。现在，三维模型已经用于各种不同领域。本文即为主锥单轴拧紧机的三维建模设计说明书，详细介绍了机械结构分析和三维建模过程。以此为例，说明三维建模的基本过程。关键词：三维建模， Solid Works，零件，装配The design of the main
2、 cone uniaxial tightening machine based on SolidWorksAbstract：3 d model is 3 d polygonal representation of object, usually use a computer or other video device for display. Shows that can be a real world entity objects, also can be imaginary things, can be small to atoms, can also big to big size. A
3、ny physical nature is expressed in 3 d model. 3 d models are widely used in any place using 3 d graphics. In fact, their application as early as in the popularity of personal computer 3 d graphics. Now, 3 d model has been used in various fields. This article mainly single cone shaft screw machine 3
4、d modeling design specifications, detailed introduces the mechanical structure analysis and 3 d modeling process. So, for example, explain the basic process of 3 d modeling. Keywords: Three-dimensional modeling，CAD，Solid Works，part, assembly parts，coordinate1 前言1.1 三维建模三维模型是物体的三维多边形表示，通常用计算机或者其它视频设备
5、进行显示。显示的物体是可以是现实世界的实体，也可以是虚构的东西，既可以小到原子，也可以大到很大的尺寸。任何物理自然界存在的东西都可以用三维模型表示。 三维模型经常用三维建模工具这种专门的软件生成，但是也可以用其它方法生成。作为点和其它信息集合的数据，三维模型可以手工生成，也可以按照一定的算法生成。2尽管通常按照虚拟的方式存在于计算机或者计算机文件中，但是在纸上描述的类似模型也可以认为是三维模型。 三维模型广泛用任何使用三维图形的地方。实际上，它们的应用早于个人电脑上三维图形的流行。许多计算机游戏使用预先渲染的三维模型图像作为 sprite 用于实时计算机渲染。 现在，三维模型已经用于各种不同的
6、领域。在医疗行业使用它们制作器官的精确模型；电影行业将它们用于活动的人物、物体以及现实电影；视频游戏产业将它们作为计算机与视频游戏中的资源；在科学领域将它们作为化合物的精确模型；建筑业将它们用来展示提议的建筑物或者风景表现；工程界将它们用于设计新设备、交通工具、结构以及其它应用领域；在最近几十年，地球科学领域开始构建三维地质模型。 三维模型本身是不可见的，可以根据简单的线框在不同细节层次渲染的或者用不同方法进行明暗描绘（shaded）。但是，许多三维模型使用纹理进行覆盖，将纹理排列放到三维模型上的过程称作纹理映射。纹理就是一个图像，但是它可以让模型更加细致并且看起来更加真实。例如，一个人的三维
7、模型如果带有皮肤与服装的纹理那么看起来就比简单的单色模型或者是线框模型更加真实。 除了纹理之外，其它一些效果也可以用于三维模型以增加真实感。例如，可以调整曲面法线以实现它们的照亮效果，一些曲面可以使用凸凹纹理映射方法以及其它一些立体渲染的技巧。 三维模型经常做成动画，例如，在故事片电影以及计算机与视频游戏中大量地应用三维模型。它们可以在三维建模工具中使用或者单独使用。为了容易形成动画，通常在模型中加入一些额外的数据，例如，一些人类或者动物的三维模型中有完整的骨骼系统，这样运动时看起来会更加真实，并且可以通过关节与骨骼控制运动。目前，在市场上可以看到许多优秀建模软件，比较知名的有 3DMAX,
8、SoftImage, Maya 以及 AutoCAD 等等。它们的共同特点是利用一些基本的几何元素，如立方体、球体等，通过一系列几何操作，如平移、旋转、拉伸以及布尔运算等来构建复杂的几何场景。利用建模软件构建三维模型主要包括几何建模(Geometric Modeling)、行为建模(KinematicModeling)、物理建模(Physical Modeling)、对象特性建模(Object Behavior)以及模型切分(Model Segmentation)等。其中，几何建模的创建与描述，是虚拟场景造型的重点。1.2 CAD与 Solid Works3计算机辅助设计(CAD-Comput
9、er Aided Design)指利用计算机及其图形设备帮助设计人员进行设计工作。 在设计中通常要用计算机对不同方案进行大量的计算、分析和比较，以决定最优方案；各种设计信息，不论是数字的、文字的或图形的，都能存放在计算机的内存或外存里，并能快速地检索；设计人员通常用草图开始设计，将草图变为工作图的繁重工作可以交给计算机完成；由计算机自动产生的设计结果，可以快速作出图形，使设计人员及时对设计作出判断和修改；利用计算机可以进行与图形的编辑、放大、缩小、平移和旋转等有关的图形数据加工工作。SolidWorks 软件是世界上第一个基于 Windows 开发的三维 CAD 系统，由于技术创新符合 CAD
10、 技术的发展潮流和趋势，SolidWorks 公司于两年间成为 CAD/CAM 产业中获利最高的公司。良好的财务状况和用户支持使得 SolidWorks 每年都有数十乃至数百项的技术创新，公司也获得了很多荣誉。该系统在 1995-1999 年获得全球微机平台CAD 系统评比第一名；从 1995 年至今，已经累计获得十七项国际大奖，其中仅从1999 年起，美国权威的 CAD 专业杂志 CADENCE 连续 4 年授予 SolidWorks 最佳编辑奖，以表彰 SolidWorks 的创新、活力和简明。至此，SolidWorks 所遵循的易用、稳定和创新三大原则得到了全面的落实和证明，使用它，设计
11、师大大缩短了设计时间，产品快速、高效地投向了市场。 由于 SolidWorks 出色的技术和市场表现，不仅成为 CAD 行业的一颗耀眼的明星，也成为华尔街青睐的对象。终于在 1997 年由法国达索公司以三亿一千万美元的高额市值将 SolidWorks 全资并购。公司原来的风险投资商和股东，以一千三百万美元的风险投资，获得了高额的回报，创造了 CAD 行业的世界纪录。并购后的 SolidWorks以原来的品牌和管理技术队伍继续独立运作，成为 CAD 行业一家高素质的专业化公司，SolidWorks 三维机械设计软件也成为达索企业中最具竞争力的 CAD 产品。 由于使用了 Windows OLE
12、技术、直观式设计技术、先进的 parasolid 内核（由剑桥提供）以及良好的与第三方软件的集成技术，SolidWorks 成为全球装机量最大、最好用的软件。资料显示，目前全球发放的 SolidWorks 软件使用许可约 28 万，涉及航空航天、机车、食品、机械、国防、交通、模具、电子通讯、医疗器械、娱乐工业、日用品/消费品、离散制造等分布于全球 100 多个国家的约 3 万 1 千家企业。在教育市场上，每年来自全球 4，300 所教育机构的近 145，000 名学生通过 SolidWorks 的培训课程。 据世界上著名的人才网站检索，与其它 3D CAD 系统相比，与 SolidWorks
13、相关的招聘广告比其它软件的总合还要多，这比较客观地说明了越来越多的工程师使用4SolidWorks，越来越多的企业雇佣 SolidWorks 人才。据统计，全世界用户每年使用SolidWorks 的时间已达 5500 万小时。 在美国，包括麻省理工学院（MIT）、斯坦福大学等在内的著名大学已经把SolidWorks 列为制造专业的必修课，国内的一些大学（教育机构）如清华大学、哈尔滨工业大学、北京航空航天大学、大连理工大学、北京理工大学、上海教育局等也在应用 SolidWorks 进行教学。1.3 建模工具选择Solidworks 软件功能强大，组件繁多。 Solidworks 功能强大、易学易
14、用和技术创新是 SolidWorks 的三大特点，使得 SolidWorks 成为领先的、主流的三维 CAD 解决方案。SolidWorks 能够提供不同的设计方案、减少设计过程中的错误以及提高产品质量。SolidWorks 不仅提供如此强大的功能，同时对每个工程师和设计者来说，操作简单方便、易学易用。 对于熟悉微软的 Windows 系统的用户，基本上就可以用 SolidWorks 来搞设计了。SolidWorks 独有的拖拽功能使用户在比较短的时间内完成大型装配设计。SolidWorks资源管理器是同 Windows 资源管理器一样的 CAD 文件管理器，用它可以方便地管理CAD 文件。使
15、用 SolidWorks ，用户能在比较短的时间内完成更多的工作，能够更快地将高质量的产品投放市场。 在目前市场上所见到的三维 CAD 解决方案中，SolidWorks 是设计过程比较简便而方便的软件之一。美国著名咨询公司 Daratech 所评论：“在基于 Windows 平台的三维 CAD 软件中，SolidWorks 是最著名的品牌，是市场快速增长的领导者”。 综上，使用 Solid Works 建模软件。2 二维图纸分析 【1】拧紧系统的机械系统由主要六部分组成：1、反力矩装置；2、拧紧轴安装箱；3、拧紧轴；4、滑板装置；5、气路系统 ；6、机架。结构总体如下所示：56543212.1
16、反力矩装置 【2】反力矩装置是起到平衡扭矩的作用。当拧紧套筒套在锁紧螺母上将锁紧螺母拧到主锥上时，需要套筒带动锁紧螺母旋转，而主锥不旋转。主锥是通过花键与凸缘总成配合的，因此只要将凸缘总成固定不转，主锥就不转。反力矩装置是起平衡扭矩的作用的实质就是使凸缘不转。反力矩装置由反力臂座、反力套筒、反力键、凸缘过度盘、反力销、弹簧和弹簧导柱等组成。反力臂座通过螺钉安装在拧紧轴安装箱的下部，随拧紧轴安装箱沿直线导轨上下移动，这样就可以带动反力套筒、反力键、凸缘过度盘等上下移动。弹簧和弹簧导柱可以使得反力套筒压紧在凸缘过度盘上，随着反力臂座的转动，通过两个反力销带动反力套筒旋转，反力套筒上的凸部就插入凸缘
17、过度盘的凹部，凸缘过度盘又通过反力销固定在主锥的凸缘总成上。图 1 拧紧机总图Fig .l The drawing of tighten the machine assemble153后 桥 主 锥反 力 销弹 簧 导 柱弹 簧 凸 缘 过 度 盘反 力 套 筒反 力 键反 力 臂 座图2 反力矩装置Fig. 2 Reverse torque device6此圆周在反力臂座中，可上下移动反力键固定孔，两键成120分布3 个弹簧导柱安装孔，起支撑弹簧作用 120均布反力套筒的凸部，插在凸缘过度盘的凹部6 个螺钉安装孔，使反力臂座安装在拧紧轴安装箱的下部反力臂座与拧紧轴安装箱的定位止口3 个弹簧和
18、弹簧导柱的安装孔两个止转键安装孔，止转键可上下移动凸缘过度盘做成两种形式，一种如图5所示，用于后桥主锥的凸缘总成，共做3件，用于3个不同的后桥品种；另一种如图6所示，用于中桥主锥的凸缘总成，共做2件，用于2个不同的中桥品种。4 个反力销固定在凸缘过度盘上，另一端插在主锥凸缘的螺栓孔中凸缘过度盘的凹部，与反力套筒的凸部相配2.2 拧紧轴安装箱拧紧轴安装箱起到容纳拧紧轴的作用，拧紧轴安装在箱体的上表面，通过止口定位，用圆周上 6 个螺钉拧紧；箱体的下表面安装反力距装置，同样采用止口定位，用圆周上 6 个螺钉拧紧；箱体是用 8 个 8 个螺孔用螺钉将拧紧轴安装箱固定在滑板装置上，随滑板装置上下，从而
19、带动拧紧轴和反力距装置上下。图 3 反力套筒图Fig. 3 The drawing of power socket figure图 4 反力臂座图Fig. 4 The drawing of lever block diagram2 个齿形插销固定在凸缘过度盘上，另一端插在中桥主锥凸缘的齿轮齿槽中凸缘过度盘的凹部，与反力套筒的凸部相配图 5 凸缘过度盘图 aFig. 5 The drawing of flange plate of figure a图 6 凸缘过度盘图 bFig. 6 The drawing of flange plate of figure b7安装反力矩装置，采用止口定位，螺
20、钉拧紧拧紧轴安装孔 固定拧紧轴8 个螺孔用螺钉将拧紧轴安装箱固定在滑板装置上2.3 拧紧轴图 8 是拧紧轴模块结构图，它由伺服电机、减速器和扭矩输出装置三大部分组成，是整个拧紧机的核心部件。伺服电机伺服减速器扭矩输出装置2.4 滑板装置滑板装置主要由两根直线导轨、四个滑块和一块滑动板组成。直线导轨的长度为1015 毫米，型号为 BRH30AL2L1015NZ1，为台湾 ABBA 品牌。四个滑块在直线导轨上可上下滑动，滑动板通过螺钉固定在四个滑块上，直线导轨安装在机身上。汽缸安装板呈 L 形，一面用四个螺钉固定在滑板上，另一面安装在汽缸伸出轴端，这样汽缸可以带动滑板沿着直线导轨作上下运动。图 7
21、 拧紧轴安装箱Fig .7 Tighten the axle box installation图 8拧紧轴Fig 8 Screw down the shaft此面固定在滑板上图 9 汽缸安装板Fig .9 Cylinder mounting plate安装汽缸伸出端8图 10 滑板装置Fig. 10 The skateboard device直线导轨滑动板滑块汽缸连接板2.5气路系统气路系统有一个型号为 SMC 公司的 MDBF80-300-Z73（图 11） ，缸径为 80mm，行程为 300mm。电磁阀为 SMC 公司的 SY9320-5D2D-03，节流阀为 AS3201F-03-10S
22、，气源处理三联件为 Aw30-03BDG，在汽缸的伸出端装有一个浮动接头，型号为 JA80-22-150。92.6 机架机架分为两部分，一部分为机身架，另一部分为底座。机身架放置在底座上，通过 8 个 M20 的螺栓连接。机身架起支撑作用，在机身架上开设有两道凹槽，用来安装直线导轨，在图 12 上所示位置开有通孔和螺纹孔，用来安装汽缸。机身架是焊接件，整体用冷弯方形空心钢 180x100x6 的材料焊接而成。底座上装有机身架，另外还装有电控柜，在底座上分别安装地脚螺栓和用于调整整机高度的调整螺栓。底座主要用冷弯方形空心钢 60x60x5 的材料焊接。安装位置机身架底座8 个M20的螺栓连接机身
23、架和底座两个凹槽用来安装直线导轨地脚螺栓孔高度调整螺栓孔3 三维建模3.1 总体思路和计划大致按照上文提到的 6 大部分分别绘制三维图纸。先分别绘制零件的三维图纸，再生成装配体。总装配体的零件虽然多，但是结构清晰，层次分明，故除单独有装配图 12 机身Fig. 12 The fuselage图 11 气路系统原理图Fig. 11 The principle drawing of the gas circuit system system10图的 1200Nm 拧紧轴外，其他零件均可在总图中装配。标准件可以用 Toolbox 插件在装配图上插入生成，不必单独画出。综上，建模计划如下：零件1200
24、Nm 拧紧轴标准件 总装配图零件标准件3.2 拧紧轴先分别绘制零件的三维图纸，再生成装配体。标准件可以用 Toolbox 插件在装配图上插入生成，不必单独画出。3.2.1 弹簧 【3】此零件需要先建立一螺旋线模型，再扫描成螺旋状的弹簧，最后切平端面。螺旋线：先在所需面上画一圆，再用螺旋线命令，输入属性数值，点。如图 3-1 所示。扫描：选择扫描命令，再选择正确的轮廓、引导线，点。如图 13、14 所示。拉伸切除：选择所需面，绘制草图如图 15 所示，再退出草图，设置数值，点。图 13 螺旋线参数 图 14 扫描轮廓 图 15 扫描参数Fig. 13 Spiral parameters Fig. 14 scanning profile Fig.15 The scanning parameters
