基于inventor的齿轮泵的三维建模和运动仿真

姜广美，史银花

（镇江高等职业技术学校，江苏 镇江 212003）

基于inventor的齿轮泵的三维建模和运动仿真

姜广美，史银花

（镇江高等职业技术学校，江苏 镇江 212003）

利用inventor软件对齿轮泵的三维建模和运动仿真为例，对齿轮泵各组成零部件的实体造型、虚拟装配、拆装动画和运动轨迹仿真的描述，真实地展示了齿轮泵的实际装配和工作过程，为其他产品的的虚拟设计提供参考。

inventor软件；齿轮泵；三维建模；运动仿真

随着现代科学技术的发展，三维CAD技术得到普及，利用虚拟制造技术解决了传统产品设计上周期长、费用高、离不开实验室等不足，在虚拟的环境中，通过三维软件进行实体建模，真实的模拟设计产品装配过程，及时发现装配中存在的缺陷：如干涉，并模拟拆装动画和运动仿真，检验产品的可装配性，提高产品的设计质量。本文通过inventor软件对齿轮泵各组成零部件的实体造型、虚拟装配、拆装动画和运动轨迹仿真的描述，真实地展示了齿轮泵的实际装配和工作过程，及时发现设计中存在的问题，解决问题，从而降低了成本，提高了设计效率，缩短了时间。

1 齿轮泵三维实体建模

图1 为齿轮泵基本结构示意图

图1为齿轮泵基本结构示意图，它主要由泵体、泵盖、齿轮轴、齿轮、传动齿轮轴、垫片、螺钉、填料、压盖、压紧螺母、圆柱销等零件组成。要实现齿轮泵虚拟装配和运动仿真，首要的是零件实体造型。从齿轮泵的组成零件我们知道，部分零件是标准件可以直接从资源库中直接调用：如螺钉、螺母、垫片和圆柱销等，其他的复杂零件需三维实体造型。

2 齿轮泵泵体的三维建模

图2为齿轮泵泵体，在齿轮润滑系统中起支撑安装作用，是整个润滑系统的承载基体，它和两个齿轮、端盖、壳体许多密封工作腔。从而看出，它与其它零件配合关系较多，在三维建模时首先要对形体进行分析，搞清楚该零件的主要结构，并将复杂的形体进行分解简化。根据它们之间的组合形式和相互位置关系，选择合理的造型方式。

图2 齿轮泵泵体

在inventor中复杂的零件都是由简单的特征堆砌而成，特征是一些与机械设计的表达意图相关的一些简单的几何形体，这些几何形体的基础是参数化的，可以编辑。在inventor中，有基础特征（拉伸、旋转、打孔、扫掠等）、零件特征、放置特征（倒角、圆角、螺纹、镜像等）、定位特征（工作面、工作轴、工作点）和草图特征。齿轮泵泵体就是利用以上三维造型工具实现造型的。选择新建文件，点击创建二维草图，选择泵体的xoz平面作为第一个基本特征开始建模，或任意选择平面作为第一个基本特征开始建模，发现选错了，单击右键后选将当前视图设为主视图，后根据需要选择，通过拉伸和求并、求差运算，生成泵体的主体特征，通过拉伸、镜像、旋转、凸台创建（放样）、螺纹、倒圆角、打孔，进而逐步构建出复杂的齿轮泵泵体的实体模型。同时利用草图的几何约束和尺寸约束功能，通过尺寸值进行更改，草图及特征也会随之自动更新，从而创建出的零件模型精确度比较高。

3 其他零件的三维创建

如图3所示通过绘制草图并使用拉伸、旋转、打孔、螺纹、设计加速器、螺旋扫掠等特征工具，可以方便快捷创建出其他零件的三维实体。

图3 齿轮泵其他零件三维造型

4 齿轮泵泵体的虚拟装配

齿轮泵各零件创建完成后，新建一个装配文件进入装配环境进行零件组装如图4所示。

首先，装入齿轮泵的泵体，它是整个装配体的装配基础，并被默认为固定零件，以泵体为参照体，利用inventor提供的配合，对准角度、相切、插入等装配约束，可完成齿轮轴、齿轮、垫片、端盖、螺钉、圆柱销、填料、填料压盖、传动齿轮、弹簧、垫圈、压紧螺母等后续零件的安装。在装配过程中齿轮与齿轮轴啮合是不是能实现连续转动、泵体与齿轮间的间隙的大小等问题，通过定义“自适应”，问题即可解决，可见，inventor软件对齿轮泵进行虚拟装配的过程能清晰明了表达各装配零件之间的关系，并且所有的安装都能根据实际情况进行有效调整。整个装配完成后，重新命名并保存。

图4 齿轮泵装配体

5 拆装动画和运动仿真动画制作

（1）拆装动画的制作。使用inventor的“表达视图”工具可以分解齿轮泵装配体中各零件，并制作其拆装动画。首先，新建一个文件，进入部件中表达视图环境，单击面板上“创建视图”工具，装入齿轮泵装配文件，并设定成手动分解方式。接着利用“调整零部件位置”工具定义各个零件的动作。零件的活动非常灵活，既可以单个零件的平移或转动，也可以是多个零件共同的动作。最后，调整各零件的动作顺序，使其满足实际的拆装顺序，能清晰地看到各零件的移动方向和距离以看清各零件的结构为准。此外，可以“编辑任务及顺序”界面的“设置照相机”功能，设置每个动作的查看角度和显示大小，图5为齿轮泵的表达视图，其清楚展示了各零件的形状特征。所有零件的分解动作和播放顺序设置结束后，在表达视图工具面板中点击“动画”按钮，设置合适的时间间隔，开始录制齿轮泵装配和拆卸动画，并将其保存为avi或者wmv动画文件，随时用于多媒体演示。视屏尺寸可更改,选择avi格式时采用视屏压缩中的全帧（非压缩），若选择wmv格式在导出特性窗口中图像大小选择800*600。

图5 齿轮泵表达视图

图6 制作动画图

（2）运动仿真动画的制作。图6为齿轮泵动画图，Inventor运动仿真制作有很多种方法，下面介绍其中两种：①利用驱动约束制作动画。在制作齿轮泵泵体仿真动画前，对齿轮的转动的转角，添加装配约束，然后点击需要约束的零件，右击跳出画的约束，选择驱动，在弹出的对话框中设定齿轮转动的起始角度和终止角度，点确定并点动画时间轴上播放动画按钮，我们可以看到主动轮带动从动轮旋转，并与泵体、端盖形成密封容积变化，同实际运动过程一样，并点击录制动画进行录制动画文件，还可以对动画进行渲染，最后以avi或wmv此方法做出的视频简单快捷但是比较粗糙。②利用inventor中studio制作动画。Inventor打开studio，打开动画时间轴，点击需要约束零件，右击需要驱动的约束，点击约束动画制作，弹出出对话框，调节开始、结束时间，并选择角角度转动速度，点击确定，在时间轴以蓝色条显示每个动作在动画中的时间段，直观现象，还可以点击播放动画观察效果，设置齿轮泵上齿轮的相关参数，使得主从动齿轮啮合紧密而且协调。多个蓝色条可以调节先后顺序，也可同时进行。设置好动画动作后，点击工具面板上的“渲染动画”，在弹出的窗口中设置材质、光源、场景、动画的存放位置、动画的时间等参数，然后点击“渲染”，并开始录制动画。

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3D M odeling and M otion Sim ulation of the Gear Pum p Based on the Inventor

JIANG Guang-mei，SHI Yin-hua
（Zhengjiang Higher Vocational and Technical School，Zhenjiang，Jiangsu 212003，China）

This paper uses the inventor software to 3D modeling and motion simulation of gear pump as an example，and describes the simulation of the solid modeling of the components of the gear pump，virtual assembly，assembly animation and motion trajectory，and truly displays the actual assembly and the working process of gear pump，which provides a reference for the design of the virtual product.

inventor software；gear pump；three dimensionalmodeling；motion simulation

TP391.9

A

2095-980X（2015）08-0062-02

2015-07-07

姜广美（1978-），女，汉族，江苏南通人，大学本科，讲师，主要研究方向:机械加工与零件设计。