基于AutodeskInventor的千斤顶虚拟装配技术探讨

赵慧一

摘要：虚拟装配技术的应用，根源上改变了传统产品设计、制造的模式。这种技术可应用的软件较多，本篇文章基于Autodesk Inventor软件，利用其提供的动画功能模块，实现设计的产品模拟机械运动。文章首先介绍Autodesk Inventor的动画功能模块，然后再提出千斤顶虚拟装配技术应用。

关键词：Autodesk Inventor;虚拟装配设计;功能模块;实体模型

中图分类号：TP393        文献标识码：A        文章编号：1009-3044（2019）03-0221-02

传统的产品设计，通常是在草图上勾勒好大致的形状，为了验证产品运动时结构的正确性、完整性，还要制作出实物模型来确认设计作品的成效。通常这种设计模式，需要经历好几次的修改才能得出功能较为完善的产品。而虚拟装配技术，则透过软件直接模拟设计产品的运动状态，通过设置较为真实的模拟条件，能够更高效地验证设计作品的正确性、完整性。

1 Autodesk Inventor动画功能模块概述

这种软件是一种3D建模软件，具有多种功能模块，其中它的驱动约束和装配分解模块，在设计应用中有非常突出的表现。首先是驱动约束，利用这个功能模块，能够实现设计的零部件运动模拟，同时可以根据需要增加装配约束。软件自动为设计的零部件设置相互偏移距离。设置相应的约束变量，就能很好地模拟零部件实际运行环境，以此测试设计作品的性能和结构。其次是装配分解，以动画的方式，让使用者了解装配体零部件之间的连接关系和相互作用。直观地了解，各零部件组成的步骤，对于一些没有露出在表面、容易忽略的零部件，通过装配分解的功能模块，能够帮助使用者发现并改正设计错误[1]。

Inventor Studio功能模块，这种模块是环境模块的附加功能，它能够在原环境模塊的基础之上，在进行环境渲染和动画制作，使整个设计产品真实感更强，获得的渲染图片质量更高。然后是运动仿真功能，这一功能模块，主要是模拟真实的环境，并以构建的产品模型模仿真实的运动轨迹，进行旋转、升降等运动。通过这个模块，设计者可以知道各零部件的应力情况，然后分析模型在进行某一运动过程时，所呈现的动态载荷。这一模块，主要测试设计产品的力学性能。

2 Autodesk Inventor的千斤顶虚拟装配技术应用

所谓“千斤顶”，是一种由顶盖、底座、旋转杆等组成的起重设备。使用千斤顶，首先在其螺杆上部扳动旋转杆，在设计上考虑到底座、起重螺杆之间发生的螺纹啮合作用，可以实现上下运动，同时托举起大于自身重量的物体。

千斤顶的零件结构形状采用回转体，在设计此类设备时，要特别注意不同角度观察零部件衔接的合理性。使用Autodesk Inventor软件，可以制作、生成千斤顶的模型，并且使用相应的功能模块，还可让设计的千斤顶转动展示，由此让设计者观察物体运动状态和过程。鉴于以上要求，建议采用IPart、iFeature、fx的模块，然后再建立一个Excel表格，创建千斤顶的参数化模型。这样设置，可以按照需要构建不同规格的零件模型，只需要在原基础上修改相应的参数，由此简化构件零部件模型的过程，提高设计效率，对于需要多次修改的模型，更有创建参数化模型的必要。底座还与起重螺杆使用矩形螺纹传动，为了强化设计模型的真实感，首先绘制矩形草图，勾勒出零部件的大致形状，然后在从“零件特征”工具栏，选择下级工具“螺旋扫掠”来绘制零部件表面的螺纹。为了提高创建模型的效率，可以采用跨零件、自适应投影功能，快速完善零部件的特征。例如，顶盖与起重螺杆接触面、大小相同，因此可以使用以上两种功能创建零件特征。这种软件使用窍门，对于设计拥有众多零部件的设备来说，有效简化其模型构建流程[2]。

3千斤顶的虚拟装配及干涉检查

采用Autodesk Inventor软件提供的装配环境，在现有模型基础上，逐个添加零部件的装配约束。例如，装配千斤顶的底座与起重螺杆，首先在模型上添加平面装配约束，然后再添加插入约束，观察两者在此装配环境下，是否出现不能有效衔接的问题，如果是则进行适当的调整。

完成上述操作后，使用软件的“干涉检查”功能，通过这个功能模块来确认底座与起重螺杆之间有无干涉。需要特别注意的而是，在进行“干涉检查”的环节，需要记录各零件的干涉发生次数，干涉因素应包括零件的体积、质心位置等参数。“干涉检查”功能，通常用以设计前期，检查零件之间是否存在冲突的情况，帮助设计者发现存在的问题，针对性地修改零件模型的错误，然后再使用“干涉检查”，确保零件间无冲突状态，方可进入下一步操作。相比起传统设计，虚拟装配设计在“干涉检查”方面，有着更大的设计优势，不必等到制作实物模型的环节，就能够发现设计缺陷。能够及时修改和验证零部件缺陷。

4利用Autodesk Inventor软件装配分解千斤顶、动作顺序调整

4.1分解千斤顶

在菜单栏选择创建带.ipn扩展名的模板，再然后在分属工具栏上，选择“表达式图面板”→“创建表达视图”→选定要装配的千斤顶装配文件[3]。

在操作上，首先操作螺钉沿着轴线向上移动12.5mm的距离，这是螺距呈现为1.25mm，在此条件下旋转螺钉10圈，保证装配动作真实感。具体操作过程：1、选定螺钉，点击鼠标右键，选中弹出选择栏的“调整零部件位置”按钮;2、在弹出的选择框，先将位置参数类型设置为“线性”，在相应的Z轴位置输入12.5;3、当螺钉Z轴呈现蓝色反应，可以按下“应用”按钮;4、同第一步的操作，进入“调整零部件位置”操作，在位置参数类型设置为“旋转”，在Z轴的参数为10*360。需要特别注意的而是，为避免螺钉在旋转时遮挡住其他零部件的装配效果，需要将螺钉水平移动125mm，操作方式可以参照上述步骤进行。

起重螺杆装配也是需要沿着模型的轴线向上移动，为了解这一设置的运动轨迹，需要添加两个约束变量来测试，即让起重螺杆同时进行向上移动和旋转。这一运动和分解过程，可以参考千斤顶螺钉的装配思路。在这个创建的起重螺杆模型中，它的螺距设置为4mm，所以在设置沿着轴线向上移动约束变量的数值，数值应设置为4的倍数。基于这个要求，在弹出的设置框上设置为56mm。转动圈数为14圈，即将56除以4得到数值。

4.2动作顺序调整

在模型动作调整方面，主要设置向上移动和旋转移动两个动作，为了方便调整这些动作的变量，应分开创建模型的两个动作，然后又设置为组合运动。具体操作如下：1、首先在浏览器选中漏斗形状的图标，然后在弹出的下拉菜单中，选择“顺序视图”的按钮，显示模式也因此变为可以展示模型动作顺序的视图。通过这个视图，能够让软件使用者更加快速地管理和操作，模型所设置和添加的动作。2、点开下拉菜单的，可以发现动作顺序的界面，出现默认动作名，如“任务1”>“顺序xx”“任务2”>“顺序xx”。3、选中属于起重螺杆的向上移动动作，为了便于识别此项动作，建议将此动作命名为“起重螺杆向上移动”。完成上述操作后，按住此动作拾取键将这一动作拖入起重螺杆“移动和旋转”的组合运动中。

其他组合运动，都参考以上步骤操作，通过按住拾取键，调整各项动作的顺序和运动时间。为了更方便地让软件使用者理解各项动作对应的运动，需要在创建运动时进行命名。此外，还可利用Excel记录各动作的数值，当设置某类动作类型时，可以快速地选取相似动作，稍加修改后就可使用。

5零件虚拟动画装配和设计建模流程

5.1虚拟动画装配

Autodesk Inventor的表达视图子环境，可以将设计产品的组合零件进行分解，为了更好地发现零件的细节，可以使用“设置照相机”的功能，能够为软件使用者以不同角度、视点来观察零件的组装情况，通过视图形象再现装配体特征，由此展现千斤顶的虚拟动画装配过程。设置好零件的分解参数，然后再设置照相机的位置（视点、角度），然后再点开“动画命令”，由此生成部件的分解动作。

使用虚拟动画装配，表现为以下几个流程：1、组织装配，创建内部零部件，装入内部参照，引用内部部件或外部参照;2、添加装配约束，进行配合、表面平齐、对准角度和插入;3、管理装配的零部件，修改、替换和复制部件定义，实现内部化、外部化的拆离和删除;4、装配分析，这一过程能够现显示自由度，分析它的质量特征，同时进行干涉检查和最小三维距离测试。

5.2设计建模流程

设计建模流程，需要经过分为两个步骤。第一步骤有以下接种流程：1、分析零件外形轮廓，定义草图轮廓，然后下分为设计尺寸变量和施加约束;2、设计尺寸变量完成后，再进行施加约束;3、修改约束尺寸变量。

第二步骤有以下几个流程：1、实体拉伸、旋转、扫描三维模型，然后确认是否要继续添加特征;2、如果需要添加特征，则进行定义草图平面、添加约束和尺寸变量、得到实体（三维旋转），然后修整倒角和圆角，得到零件模型;3、如果不需要添加特征，那么直接进入修整倒角、圆角的环节，得到零件模型。

为了提高部件建模的速度，建议构建模型的参数，在设计类似零件的情况下，稍加修改即可，由此节省了建模和动画装配的时间，提高设计效率。

6 结论

综合上述，虚拟装配技术相比传统设计手段，能够及时发现和修正零部件的缺陷。同时基于Autodesk Inventor软件的虚拟装配，有效提升了构建零部件模型的效率和质量，能够呈现各种复杂的机械运动，对于产品设计、开发有非常大的促进作用。

参考文献：

[1]官鑫，刘建成.基于Autodesk inventor的矿山机械设备数字样机虚拟拆装实验系统的思考与设计[J].民营科技，2018（6）：140.

[2]南愛强，王锋宪.BIM技术Autodesk Revit软件在桥梁外形、配筋以及桥位3D建模中的应用[J].微型电脑应用，2018，34（4）：67-69.

[3]陈钢.设计改变世界 创造美好未来——访欧特克公司亚太区数字制造销售总监Koji Tsujino、欧特克数字制造区域销售经理游波[J].制造技术与机床，2017（6）：40-41.

【通联编辑：唐一东】