毕业设计论文基于solidworks的凸轮轴三维实体造型

基于Solid works的凸轮轴三维实体造型摘 要：Solid works是一个全方位的3D产品开发软件，集合了零件设计、零件装配、模具开发、NC加工、钣金设计、自行测量于一身。它采用参数化设计，具有单一数据库，可极大缩短人为的设计计算时间，给设计者前所未有的简易、灵活和高效。本说明书正是鉴于Solid works的强大功能，详细阐述说明了Solid works在三维设计方面的应用情况。本设计说明书以凸轮轴设计为实例，阐述了使用Solid works设计凸轮轴的全过程，这当中包括凸轮轴的结构分析、学会使用Solid works的各种创建特征、建零件库及二维工程图输出等多方面的工作。重点介绍了使用Solid works设计凸轮轴和建零件库两方面的情况，说明了凸轮轴造型的基本思路，较详细介绍了建零件库的主要步骤。关键词：Solid works 凸轮轴 特征 系列零件设计表 Abstract ：Solid works is a software used in 3D product development in many territory ，its functions assemble Parts design 、Component assembly 、modle development 、NC processes 、famble tab designed 、Survey by itself. Adopts the parameterization to design ，have the unitary databank ，it extremely greatly cuts down the man-made design calculation time and give the composer more than ever simple and easy 、agile and high efficiency. Based on the powerful meritorous service capacity, the manual detailedly elaborates application situation in three dimensions design. This specification book takes the camshaft as the example , elaborate the full process of using Solid works to design camshaft ，it consists of the camshaft structural analysis ,mastering how to create the different features of Solid works, how to construct date room and two dimension engineering drawing export and so on many-sides work 。Using Solid works to design camshaft and constructing parts date room are the key of the introduction， it illustrates the fundamental train of thought of camshaft moldle making ， detailed introduces how to construct the main step of constracting parts date room 。Keyword ：Solid works Feature Family Tab 引言目前，有基于不同CAD支撑软件的标准件库，每种CAD支撑软件下又有不同的建库方式1。例如，AutoCAD环境下的建库，是利用AutoCAD提供的图块功能，但是由于插入是不能对实体的局部尺寸进行修改，一般只用于诸如符号的简单图形库，此外，还可利用AutoCAD提供的Auto lisp ,VBA等编程工具，通过编程方式对零件描述其图形。这种方式可以实现参数化绘图，而且调用方便，但这种建库方式编程工作量相当大，增加和修改零件时都需修改程序。这些基于AutoCAD的图形库大都是二维图形库。三维标准件库以基于Solid Works和MDT居多。例如，基于Solid Works 的标准件库设计可通过系列零件设计表和驱动功能，使用该表对标准件模型内的各种尺寸进行驱动。Solid Works还提供了许多API函数作为OLE 程序接口，用户作为二次开发是可以在Visual Basic 及Visual C+环境下调用他们开发自己的程序，不过是用API函数出需要开发人员具备Windows 编程的能力外，过程也比较复杂。在MDT 平台上建立图形库同在Solid Works平台上相类似2，总之，三维标准件库的优点是创建尽管容易，但具体操作视不同系统而定。Solid Works有全面的零件实体建模功能，变量化的草图轮廓绘制，并能够自动进行动态过约束检查。用Solid Works的拉伸、旋转、倒角、抽壳和倒圆等功能可以更简便地得到要设计的实体模型。高级的抽壳可以在同一实体上定义不同的抽壳壁厚。在用户可定义坐标系，能自动计算零部件的物性和进行可控制的几何测量。用高级放样、扫描和曲面拱顶等功能可以生成形状复杂的构造曲面。通过直接对曲面的操作，能控制参数曲面的形状。通过简单地点取并延伸分型线，能生成非平面的分型面。典型应用是模具的设计。在三维模型上标注，标注的内容支持超级连接。把有公共边界线的曲面缝接成单一曲面。所有特征都可以用拖动手柄改变尺寸，并有动态的形状变化预览。从独特的的特征模板中用拖动放置的操作引用特征。变半径倒圆、指定区域倒圆、填角和圆角过渡。特征管理器(Feature Manager)对模型捕捉设计意图，双重支持几何选择，拖动放置特征换序。支持产品配置的控制和设计表的系列定义3。本设计采用美国Solid Works公司开发的CADCAM软件Solid Works为平台，利用其强大的参数化造型技术和Solid Works提供的二次开发模块，建立汽车的凸轮轴三维实体参数化设计，以适应机车新产品的设计与开发。与上述CAD软件建库方案相比较，Solid Works具有基于特征，全尺寸约束，尺寸驱动设计修改，全数据相关的特点，并因其基于参数化的设计思想，目前已成为业界应用最广， 技术相对成熟的专业CAD/CAM软件之一4。1 汽车凸轮轴需求分析1.1开发目标参数化设计是Solid Works的最基本的设计思想。通过Solid Works对零件参数化设计，可使得在机械设计时，对一些复杂件或性能要求高的零件、类似性大的零件不必重复建模，只要在应用时调出零件表中任意零件的名称即可产生一个照零件表所示尺寸比例的零件，从而大大提高了设计效率5，对于企业来说，大大缩短了产品的设计周期，企业中的工程设计人员必须准确高效的设计出适合社会需求的产品，提高了设计效率，提高了企业的市场竞争力。1.2 开发设计思想尽量利用市场上现有的软硬件环境，采用先进的软件开发方案，从而达到充分利用现有的资源，以提高开发水平和应用效果的目的，从而提高工程设计人员的设计效率，缩短设计周期，满足工业企业使用的需要，使企业在激烈的竞争中立于不败之地。1.3 开发工具的选择1.3.1 Solid works的优点Solid works是一个非常庞大的全面的机械设计软件，具有强大的装配、工程图、分析、模具、曲面、钣金、布线、复合件、管道、焊接、数控加工等功能。其优点有：(1)全动感的用户界面(2)配置管理(3)协同工作(4)按照工程设计思路进行设计 (5)全相关性(6)基于特征的参数化造型(7)数据管理 (8)容易使用1.3.2 Solid works的功能与作用该软件可以直接画出3维图形的零件，屏幕上可以直接显示，设计尺寸、结构等方面是否合理、规范。组建设备的三维视图，方法是将该机械零件装配后，形成三维组件，通过组合键我们可以从任何一个位置或角度去观察单个零件或三维视图，如果设计结构不合理或比例失调，很容易就被发现，并对零件加以修改，既可以保证零件组合的协调性，又可避免出现零件在结构上的相互干涉，如果出现零件的相互干涉，可以及时进行修改，且在修改中极为方便，只要将由尺寸结构错误的零件相应部分进行修改，就能达到目的要求，这比手工绘图节省人力、物力、财力，减少浪费。计算机器组件、零件重量和表面积。当我们设计完成机器的一个零件，一个组件后，在很多时候要确定它的外形尺寸、整体重量、外表面积等外观因素。1.3.3 确定设计工具正是Solid works软件本身所具有的强大功能及其优点，我最终决定使用它来完成我的毕业设计。1.4软硬件环境的选择6 71.4.1软件环境WINDOWS 9.X 、WINNT 4.0（PACK 3）、WINDOWS 2000 SERVER、WINDOWS 2000 STATION操作系统。1.4.2硬件环境 本系统需在或兼容机586及以上微机上运行；主机需要有16及以上内存；硬盘需要至少有50以上可用空间；并且配有光驱。显示器要求、以上彩色显示器;显示卡内存1M以上。2 凸轮轴2.1 凸轮轴的功用和工作条件2.1.1 凸轮轴的功用凸轮轴是气门传动组主要零件。它对气门的运动规律和配气系统的工作性能具有规非常重要的影响。它的基本功用是根据内燃机工作过程的需要有序有规律地开启和关闭气门。 2.1.2 工作条件凸轮轴在工作中主要承受气门间歇开闭的周期性冲击载荷。凸轮轴与挺柱之间有很高的接触应力和相对滑动速度，而润滑条件交差，故要求凸轮轴距有足够的韧性和刚度的同时，凸轮工作表面具有高的带模型耐磨性。2.2 凸轮轴材料8凸轮轴材料为HT25-47,GB976-67,冷激铸铁。铸铁硬度HB240-280,凸轮表面硬度HRC45-55。基圆硬度层深度1.5-3mm,表面硬度可降低5，桃尖硬度不低于HRC55。也可用球墨铸铁作为代替。凸轮轴化学成分见表1。键槽排气门凸轮轴化学成分见表1CSiMnSPCrcu3.2-3.51.7-2.00.7-0.9=0.12=0.30.15-0.250.6-0.82.3 凸轮轴的结构卡块槽轴颈进气门图12.4凸轮轴的尺寸417mm图33 用Solid works创建462Q凸轮轴三维实体设计步骤及过程3.1 熟悉软件环境界面主菜单的主要功能是在制作模型时控制Solid works的整体环境。其中包括这些菜单的选项：文件、编辑、视图、插入、工具、窗口、帮助，如图4所示。图4特征工具条：图5-1草图绘制工具条：图5-2软件用户界面，如图6所示。特征工具栏主菜单绘图窗口系统工具栏特征管理窗口图6 用户界面3.2 设计步骤及过程9用拉伸、切除、扫描、旋转、倒角、倒圆角等工具设计462Q型发动机凸轮轴，其三维效果图如图7所示。图73.2.1建立新文件启动Solid works,在主菜单中选取【文件】|【新建】选项，系统将弹出新建对话框,选中零件单选按钮,在名称文本框中输入新的文件名：tulunzhou，模板选零件，单击 。图8图83.2.2轴段(拉伸1)进入草绘界面，开始绘图（1）在草图状态下，点击“草图绘制工具”中的圆命令在中心绘制一个圆；（2）设置参数半径为13.5mm，如图9；图9（3）在“特征工具条”选拉伸命令并设置长度为13mm,单击确定。完成后如图10图10用鼠标单击实体的左平面，使它成为草绘平面,继续画下一段轴;3.2.3轴颈5的制作（1）同理，在新的工作面上画一个圆，半径设为21.925mm（2）拉伸长度设为12.5，如图11图113.2.4 轴段（拉伸3）的制作（1）同理，用鼠标单击轴颈实体的左平面，使它成为草绘平面继续画下一段轴;（2）拉伸长度设为13.5，如图12图123.2.5凸轮（排气门4）的制作凸轮是凸轮轴上的重要部分设计要求精度比较高，我们采用图解法绘制草图，轮廓上的点有表上的数据确定 10 凸轮轴的凸轮形状直接影响气门的运动规律，因此，凸轮的升程尺寸要求是严格的，在测量凸轮的外形时，排气凸轮左侧和进气凸轮右侧在067o范围内升程误差不大于0.035mm（但在零时误差不大允许超过0.025mm），且在每5o范围内，相邻升高量误差的差数不得大于0.03mm，在68o98o范围内，误差不允许超过0.025mm，且在每3o范围内，相邻升高量误差的差数不得大于0.013mm，排气凸轮右侧和进气凸轮左侧在060o范围内，升程误差不大于0.035mm，且在每5o范围内，相邻升高量误差的差数不得大于0.03mm；在61o92o范围内，升程误差不允许大于0.025mm，且在每3o范围内，相邻升高量误差的差数不允许大于0.013mm（1）用鼠标单击实体的左平面，使它成为草绘平面，首先绘制凸轮的草图，以中心为圆心，基圆半径R=15.5，画一个圆；（2）用点击“草图绘制工具”中的直线命令，以中心为起点画一条直线，在参数项中设长度为R+H=15.5+5.1520=20.6520,角度为=90，如图13图13（3）同理，做下一条直线，参数见表2，表3排气凸轮左侧（进气凸轮右侧）升程曲线表211(o)升程(mm)(o)升程(mm)(o)升程H(mm)05.1520333.5352660.260015.1510343.4422670.250025.1468353.3471680.241635.1392363.2499690.232445.1283373.1506700.223855.1141383.0493710.215265.0965392.9460720.206675.0756402.8408730.198085.0514412.7337740.189495.0240422.6248750.1808104.9935432.5141760.1722114.9600442.4017770.1636124.9235452.2876780.1550134.8841462.1719790.1464144.8418472.0546800.1378154.7967481.9358810.1292164.7488491.8156820.1206174.6982501.6942830.1120184.6449511.5719840.1034194.5889521.4489850.0946204.5302531.3254860.0860214.4688541.2019870.0774224.4048551.0792880.0688234.3382560.9580890.0602244.2690570.8390900.0516254.1972580.7230910.0475264.1229590.6120920.0434274.0461600.5110930.0285283.9668610.4250940.0172293.8851620.3590950.0099303.8010630.3150960.0046313.7146640.2880970.0013323.6260650.2720980.000排气凸轮右侧（进排凸轮左侧）升程曲线表3(o)升程(mm)(o)升程(mm)(o)升程(mm)05.152372.9539740.132615.151382.833675123825.147392.7104760.115035.140402.5844770.106245.130412.4557780.097455.117422.3244790.088665.1009432.1906800.079875.0817442.0544810.071085.0593451.9518820.062295.0036461.7750830.0534105.0046471.6320840.0446114.9722481.4870850.0358124.9364491.3400860.0270134.8972501.1920870.0190144.8545511.0440880.0122154.8083520.8920890.0069164.7586530.7520900.0032174.7054540.6110910.0010184.6488550.4800920.000194.5888560.374093204.5254570.316094214.4587580.288095224.3887590.270096234.3155600.257097244.2390610.247098254.1593620.2382264.0763630.2294273.9900640.2206283.9004650.2118293.8076660.2030303.7116670.1942313.6125680.1854323.5103690.1766333.4051700.1678343.2968710.1590353.1855720.1502363.0712730.1414 图14（4）用点击“草图绘制工具”中的样调曲线命令，连接以上各点；（5）删去没有的辅助线，如直线，如图14（6）用点击“草图绘制工具”中的剪切命令，完成后，如图15图15（7）在“草图绘制工具”选修改草图项，设置值如图16，完成后，如图17 图16 图17（8）拉伸草图深度为16mm，如图18图18（9）至此排气门凸轮4就画出了，其它排气门，进气门凸轮的画法类似，只不过旋转的角度不同，462Q发动机凸轮轴有4对进排气凸轮，它们按顺时针方向旋转，并按发动机的各缸工作顺序(1342)控制进排气门开闭。进排气凸轮各成90排列，如图19图19凸轮轴上各排气凸轮与进气凸轮之间的角度，表4排气1232进气门1306.5排气2142进气门2216.5排气352进气门3126.5排气4-38进气门436.5表43.2.6轴（拉伸11）草图半径是13.5，拉伸深度是5，如图20图203.2.7凸轮（进气门4）（1）在编辑窗口用鼠标双击实体排气门4使其处于选中状态，同时按住Ctrl键不放托动凸轮实体到轴（拉伸11）左平面，此时就生成一个新的凸轮了（2）调整角度，在“草图绘制工具”选修改草图项，设置值为74.5，如图21图213.2.8轴（拉伸13） 草图半径是13.5，拉伸深度是10，如图22图22各段轴几何尺寸见表5 属性名称草图半径 mm拉伸深度 mm拉伸113.513拉伸513.513.5拉伸1113.55拉伸1313.510拉伸1713.513拉伸1913.55拉伸2113.57拉伸2413.511拉伸2613.55拉伸2813.510拉伸3013.513拉伸3213.55拉伸3613.53拉伸3712.030拉伸3913.54拉伸4013.54拉伸4111.020 属性名称草图直径 mm拉伸深度 mm轴颈144.2512.0轴颈244.0512.0轴颈343.8517.0轴颈443.8512.0轴颈543.4512.5表53.2.9 用同样的方法绘出各段轴，数值参照上表 其中轴（拉伸40）中设置拔摸斜度30，如图23，24，25 图23 图24图253.2.10 键槽（1）在实体拉伸37上开一个半圆键槽，击活右视图，使其称为草绘平面，使用放大命令圈选实体拉伸37部使其局部放大，在高出实体2mm开一个R=7.00mm的圆；（2）在“特征工具条”选切除命令，设置为如图26图263.2.11 切除-拉伸1草图圆半径为5mm, 切除深度为22mm;3.2.12 螺纹孔（1）在以上第10部的基础上，画一个同样的圆，在主菜单中选取【插入】【曲线】【螺旋线涡旋线】，如图27，图28 图27 图28（2）建立“基准面1”，【插入】【参考几何体】【基准面】【垂直于曲线】，选螺旋线的起点和螺旋线，单击完成。如图29图293.2.13 切除-拉伸1 草图圆半径为5mm, 切除深度为12mm;3.2.14 倒角1，倒角2，倒角3 在“特征工具条”选倒角工具，选取5个支撑轴颈的曲面，进行倒角；选取实体拉伸37拉伸41 进行再次倒角； 现在已经完成凸轮轴的绘图模型，如图30图303.2.15 编辑颜色选择标准工具调中的编辑颜色命令，从编辑器中选择自己喜欢的颜色，如图31，图32图31图323.2.15 对特征命名 单击管理器中特征的名称，此时名称备击活输入熟悉的名字即可，如图33图334 462Q凸轮轴三维实体的参数化设计过程4.1 零件配置的概念“配置”是指在零件或装配体中通过隐藏或压缩特征（或零部件），或者用设计表控制零件的系列尺寸或参数，完成在单一文件中对零件或产品的系列化设计及对零件版本及产品结构进行管理。具体来讲，在零件设计中应用配置，可以设计不同尺寸，特征和属性的系列化零件。在装配体文件中，应用配置可以简化装配关系，还可以应用不同的零件配置，不同的特征参数或不同的尺寸来完成产品的系列化设计。因此，Solid works的配置功能在当今产品的多样化和系列产品中具有重要的应用价值。4.2 零件设计表配置概述零件设计表实际上是一个Microsoft Excel电子表格（请在零件表配置之前，在计算机上安装Microsoft Excel 97以上软件），它同样可以在一个零件文件中控制和管理配置的治村和属性，特征的压缩状态等，生成一系列零件配置。零件设计表是用于生成和管理零件配置的，在生成零件设计表示，必须定义生成的配置名称，制定有零件设计表控制的项目及其相应的数值。4.3 创建零件设计表的主要步骤在主菜单中选【插入】|【系列零件设计表】|【自动生成】，如图34；然后添加特征尺寸，此时生成一个Excel电子表格，找到各尺寸之间的关系，在电子表格输入关系式，如图35， 在电子表中可以设置自己需要的零件类型，如配置1，配置2，等等图34图355 参数化设计的优点Solid works使用用户熟悉的特征 作为产品设计几何模型的构造要素。这些特征是一些普通的机械对象，并且可以按照预先设置很容易地进行修改。通过给这些特征设置参数（不但包括几何尺寸，而且包括非几何属性），然后修改参数，这样很容易进行多次设计叠代，实现产品开发12。在实际设计工作中，经常用到通用件或形状相似的零件，如果把这些零件逐个设计后保存，工作量即大，管理起来也不方便。SolidWorks软件在零件设计中提供了一个非常好的配置（configuration）功能，这个功能允许你建立一个零件而有几个不同的配置，而这个零件在不同配置中可以屏蔽不同的特征；或同样的特征在不同的配置情况下有不同的特征参数值，而这些不同的配置都被保存在同一个文件内；使用时只需选择其中任意一个配置，就可以得到想要的零件13。6 设计中遇到问题和解决要很好的应用一个新的软件来设计标准件库，首先要对该软件的基本功能有一定的了解，然后涉及到具体的东西需要自己捉摸，反复试验，这都需要一定的耐心与时间。要建立标准件库需要对模型零件的建模，建模时最重要的是需要考虑建模的最佳路径，从而避免在下一步的建库过程当中对零件尺寸、特征、参数等的选取拖沓、繁杂。使零件库的编辑难以进行。所以在建模当中要对模型进行分析，通过反反复复的实践，通过对大量书籍的学习，通过在实践中积累经验，从而在分析、实践、学习、经验、揣摩当中得到建模最佳路径。7 改进方法及设想我认为应用软件因尽量采用最先进的版本从而在应用时更加直观、方便。软件应用人员应对开应用对象和应用工具有足够的了解，以避免应用思想不明确，应用工具不能充分利用，造成不必要的资源浪费。进行软件应用时，应不同人员负责不同模块，这样不仅节省时间，而且可使功能更加完善，所以进行合理的人员分工合作，这对缺乏开发经验的我们尤其重要。随着社会节奏的不断加快，企业中的工程设计人员必须准确高效的设计出适合社会需求的产品，设计人员对标准件库的应用越来越广泛，从而避免了对一些标准件的频繁建模，提高了设计效率。8 致谢在设计过程中得到郑立新老师的悉心指导和帮助，并提供了我们大量的有关书籍和资料，为我们的设计顺利的完成帮助很大。在这里衷心感谢郑老师,同时也感谢在设计中同学们对我的帮助。参考文献：1张洪波. 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