基于SolidWorks 的凸轮轴三 维实体设计

1、毕 业 论 文论文题目：基于solid works的凸轮轴三位实体设计 年级专业： 2010级电气自动化 学生姓名： 杨 强 指导教师： 顾 旭 完成日期： 2012年10月25日 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、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建议、灵活和高效。本说明书正事鉴于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，阐述了实用Solid Works设计凸轮轴的全过程，这当中包括凸轮轴的结构分析，学会实用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。重点介绍了实用Solid Works设计凸轮轴和建零件库两方面的情况，说明了汝伦州造型的基本思路。比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；系列零件设计表目 录摘 要I引 言11 汽车凸轮轴需求分析31.1 开发目标31.2 开发设计思想31.3

2、开发工具的选择31.3.1 Solid Works简介31.3.2 Solid Works的功能与作用41.3.3 确定设计工具41.4 软硬件环境的选择6741.4.1 软件环境41.4.2 硬件环境42 凸轮轴三维实体设计52.1 凸轮轴的功用和工作条件52.1.1 凸轮轴的功用52.1.2 工作条件52.2 凸轮轴材料852.3 凸轮轴的结构53 用Solid Works 创建凸轮轴三维实体设计步骤及过程73.1 熟悉软件环境界面73.2 设计步骤及过程983.2.1 建立新文93.2.2 轴段（拉伸1）进入草绘界面，开始绘图。93.2.3 轴颈5的制作103.2.4 轴段（拉伸3）的制作103.2.5 凸轮（排气门4）的制作113.2.6 轴（拉伸11）173.2.7 凸轮（进气门4）183.2.8 轴（拉伸13）183.2.9 拔模203.2.10 键槽213.2.11 切除-拉伸1213.2.12 螺纹孔213.2.13 切除-拉伸1223.2.14 倒角1，倒角2，倒角3223.2.15 编辑颜色233.2.16 对特征命名234 凸轮轴三维实体的参数化设计过程244.1

3、 零件配置的概念244.2 零件设计表配置概述244.3 创建零件设计表的主要步骤255 参数化设计的优点266 设计中遇到问题及解决267 改进方法及设想26结 论27致 谢27参 考 文 献27引 言目前，有多种基于不同CAD支撑软件的标准件库， 每种CAD撑软件下又有不同的建库方式1。例如，Auto CAD环境下的建库，是利用Auto CAD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，还可以利用Auto CAD提供的Auto lisp，VBA等编程工具，通过编辑的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，但这种建库方式变成的工作量相当大，曾加和修改零件时都需修改程序。这些基于Auto CAD的图形库大都是二维图形库。三维标准库以基于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程序借口，用户作为二次开发是可以在Visual Basic 及 v

4、isual 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拉伸、旋转、倒角、抽壳和倒圆角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性状复杂的构造曲面。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。在三维建模上标注，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 Manag

5、er）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。 本设计以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，建立汽车的图州轮三维实体参数化设计，以适应机车新产品的设计和开发，与CAD软件建库方案相比较，Solid Works具有基于特征，全尺寸的约束，尺寸驱动设计修改，全数据相关等等特点，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CAM软件之一4。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。1 汽车凸轮轴需求分析1.1

6、 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地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，采用陷阱的软件开发方案，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简介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

7、， 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。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（1）该软件可以直接画出三维图形的零件，屏幕上可以直接显示，设计尺寸、结构等方面是否合理、规范。（2）组建设计的三维视图，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

8、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，只要将尺寸结构错误的零件相应部分进行秀父爱，就能达到目的要求，这比手工绘图节省热力、物力、财力，减少浪费。（3）计算机组件、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671.4.1 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IBM或兼容机586及以上微机上运行；主机需要有16M及以上内存；硬盘需要至少有50M以上可用空间；并且配有光驱。显示器要求VGA、SVGA、TVGA、PVGA以上彩色显示器；显示卡内存1M以上。2 凸轮轴三维实体设计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，故要求凸轮轴具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。表1 凸轮轴化学成分见 CSiMnSPCrCu3.2-3.51.7-2.00.7-0.9=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非常重要的影响。凸轮轴在工作中主要承受气门间歇开

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