Inventor动画展示技术在《机械设计基础》教学中的应用

丁宇宁

（江西冶金职业技术学院机电工程系，江西 新余338015）



Inventor动画展示技术在《机械设计基础》教学中的应用

丁宇宁

（江西冶金职业技术学院机电工程系，江西 新余338015）

摘要：Inventor是一款全面的三维设计软件，具有简单易用、二维与三维数据无缝转换等特性，在教育、机械制造等领域得到迅猛发展和普及。以高职学院《机械设计基础》课程教学中的圆柱齿轮减速器机构为例，总结使用Inventor软件对圆柱齿轮减速器机构进行三维装配的方法，还对在装配体中如何能实现齿轮啮合运动展示动画的问题提出了具体可行的技术方案。

关键词：圆柱齿轮减速器；装配约束；展示动画

高职教师在《机械设计基础》教学过程中经常使用一级圆柱齿轮减速器为例题，对“齿轮啮合”特点和“齿轮传动比”等方面教学内容进行讲解，对于一般的教学过程，学生普遍感到机构复杂，难以掌握知识要领。Inventor软件具有简单易用、产品直观性强的特点，在教育领域得以普及和发展，教师可利用Inventor软件虚拟机构动画展示技术来演示运动机构的组成和运动过程，让学生轻松掌握知识要领。

1　一级圆柱齿轮减速器各零件的设计

一般来讲，高职学院《机械设计基础》课程中使用的一级圆柱齿轮减速器教学模型通常由减速器下箱体、减速器上箱体、齿轮、轴、垫片、轴承、轴承端盖、键、窥测孔、挡油环和吊耳和标准连接件等零件组成[1]。

1.1零件的特征建模

虽然圆柱齿轮减速器零件众多，但是Inventor是基于特征建模[2]，除了啮合齿轮外，各零件的设计方法基本相似，现以减速器下箱体为例说明。

首先采用零件测绘的方式，把减速器下箱体零件的特征尺寸和定位尺寸测量出来。进入Inventor软件操作环境，然后进入草绘，输入零件特征的尺寸，通过Inventor给定的“拉伸”、“旋转”、“扫掠”、“放样”等基本命令，创建出零件的基础特征，在使用“打孔”、“倒角”、“抽壳”命令，创建零件的附加特征，生成减速器下箱体零件的三维模型，如图1所示。

图1　减速器下箱体

1.2圆柱齿轮的设计

由于齿轮有固定的传动比，而且圆柱齿轮减速器两轴间的距离即啮合齿轮之间的中心距已定，故在Inventor软件中必须通过“设计加速器”工具栏中的“正齿轮零部件生成器”对话框来设定参数，从而生成两啮合齿轮。

在齿轮设计时，在“正齿轮零部件生成器”对话框中输入以中心距为导向，输入传动比，让软件自行生成模数和两啮合齿轮齿数。如图2所示，在文中笔者按减速器下箱体两孔之间距离设定中心距为60，传动比为i=1.9，软件自动生成其它参数，其结果是齿轮模数m=2；小齿轮齿数Z1=21；大齿轮齿数Z2=39.

图2　“正齿轮零部件生成器”对话框

点击“正齿轮零部件生成器”对话框“确定”按钮，生成两齿轮三维模型，如图3所示。

图3　齿轮三维模型

2　一级圆柱齿轮减速器的三维装配

圆柱齿轮减速器采用自下而上的装配方法，装配时以第一个装入减速器下箱体零件为基础零件，其它零件的装配以基础零件为准，选择不同的约束方式使其空间位置完全确定。其步骤主要按下列顺序进行：

（1）先装配轴承端盖，采用“轴对齐”和“配合”约束方式。

（2）相同的方法装配垫片、轴承和两轴，见图4零件装配示意图。

图4　零件装配约束示意图

（3）装配两齿轮，装配采用“轴对齐”和“配合”约束方式，使之放置在轴承和轴上。

（4）两齿轮啮合装配，这是装配的重点所在，装配不好，齿轮啮合运动将不能进行。具体操作步骤是先将两齿轮齿面采用“相切”约束，如图5所示，然后在运动约束中将传动比设置为1.9，接着设置传动轴的键槽底平面与水平面的夹角为0°，最后删除两齿面的“相切”约束，这样两齿轮啮合装配就约束好了。

图5　齿轮啮合约束

（5）键和减速器上箱体的装配，最后是连接件的装配。

3　一级圆柱齿轮减速器的运动展示动画设计

为了方便观察圆柱齿轮减速器的内部结构和齿轮啮合运动过程，可对此运动机构作运动动画展示和淡显动画展示的设计。Inventor studio软件提供了比较快捷的制作机构淡显运动动画方法。进入Inventor studio界面环境中，点击“约束动画制作”对话框，设置动画时间为20 s与传动轴转动的角度为1 080°，并在“动画时间轴”上显示出来；接下来在“淡显动画制作”对话框中设置减速器上箱体零件为淡显对象，在20 s的运动时间内5~15 s为淡显过程，即减速器上箱体在5~10 s内逐渐变透明，以便观察减速器内部结构，10~15 s内零件由透明变成实体，具体如图6所示。淡显动画与运动动画可同时在时间轴进行剪辑，满足机构动画展示的不同群体要求。为了方便展示动画与多媒体网络链接，把在Inventor studio生成的淡显动画输出为AVI格式的多媒体文件。

图6　齿轮减速器淡显动画设置

4　结束语

教师利用Inventor对圆柱齿轮减速器进行装配和展示动画制作，并将展示动画应用在课堂教学上，能准确向学生展示机械机构的组成与工作原理，学生能以不同角度观察机构，教学方法由静变动，增强学生的感性思维，能使学生在短时间内掌握知识要领。

参考文献：

[1]马晓丽.机械产品设计[M].北京：机械工业出版社，2005.

[2]李锦标.Pro/E三维造型设计教程与实例精讲[M].北京：清华大学工业出版社，2009.

中图分类号：TP391

文献标识码：B

文章编号：1672-545X（2016）04-0241-03

收稿日期：2016-01-14

作者简介：丁宇宁（1982-），男，江西万年人，讲师，工程硕士，研究方向为CAD/CAM。

Inventor Software Assembly and Animation Display Technology in the Application of the Cylindrical Gear Reducer

DING Yu-ning
（Jiangxi Metallurgy Vocational and Technical College，Mechanics Engineering Department，Xinyu Jiangxi 338015，China）

Abstract:Inventor is a full 3D design software，has a simple easy to used，and has 2D and 3D data seamlessly features.Inventor software in areas such as education、machinery manufacturing，has rapid development and popularization.The author in the mechanical design basis curriculum teaching of high vocational colleges of cylindrical gear reducer as an example，the author concluded using inventor software 3D assembly was carried out on the cylindrical gear reducer mechanism methods.The author also put forward the technical scheme on how to realized the gear meshing motion movement.

Key words:cylindrical gear reducer；assembly constraints；animation show