毕业设计（论文）-SolidwoksSolidwoks挖掘机设计.doc

兰州交通大学毕业设计 一 绪论 1solidwoks在实际中的应用及其特带。2solidwoks 界面简洁及其操作风格。3solidwoks的cosmosmotion技术，cosmosxpresss和cosmosflowworks技术。二 solidwoks功能模块简介 1零件2装配体3工程图三 挖掘机基本结构原理1挖掘机机构原理2挖掘机分类四 挖掘机零部件实体造型 1挖掘机小臂造型2挖掘机铲斗造型3挖掘机旋转体造型五 虚拟装配1挖掘机铲斗装配一、 绪论1solidwoks在实际中的应用及其特点基于特征的三维参数化设计软件中，工程师们所设计的零件是有颜色，材料，硬度，形状，尺寸等概念的三维实体，甚至是带有相当复杂的运动关系的三维实体。如果能直接以三维概念开始设计，在现有的软件的支持下，这个模型至少有可能表达出设计构思的全部几何参数，整个设计过程可以完全在三维模型上讨论，设计的全部流程都能使用同一的数据。这样就有可能比较容易地建立充分而完整的设计数据库，并以此为基础，进一步进行应力分析，质量属性分析，空间运动分析，装配干涉分析，nc控制可加工性分析，高正确率的二维工程图生成，外观色彩和造型效果评价，动画生成等。solidworks是当今最流行的三维cad软件之一，它具有基于特征，参数化，实体造型等特点。整个设计基于装配关系进行，装配基础要素是相关的零件，零件是由若干参数化的可以基于装配关系的特征堆砌而成，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，可以装配关系的二维或者是三维草图，草图是一些简单类型的图线，可以用结合关系，装配关系和驱动吃醋加以约束。所谓特征，是指可以利用参数驱动的实体模型。通常，特征，特征应满足如下条件：*必须是一个实体或零件中的具体构成之一；*能对应于某一个形状；*应该具有工程上的意义；改变与特征相关的形状与位置的定义，可以改变模型的那些形位关系。对于某个特征既可以将其与某个已有的零件相连接，也可以吧它从某个已有的零件中删除，还可以与其他多个特征共同组个创建新的实体。“基于特征”这个术语的意思是：零件模型的构造是各种特征来生成的，零件的设计过程即使特征的累积过程。solidwoks零件模型中，第一个实体特征称之为集体特征，代表零件的最基本的形状，零件的其他特征的创建往往依赖于集体特征。所谓“参数化”是指对零件上各种特征施加约束形式，。各个特征的集合形状与尺寸大小用变量的方式来表达，这个变量参数不尽可以是常数，而且可以使某种代数式。如果定义某个特征的变量参数发生了改变，则零件的这个特征的集合形状或者尺寸大小将随着参数的改变而改变，软件会随之重新生成该特征及其相关的各特征，而不需要重新绘制。一个特征的尺寸有集合形状尺寸和定位尺寸两种，与之对应，一个特征的参数也可以分为几何形状和定位尺寸参数。通过控制各种参数，既可以达到控制零件几何形体的目的。实体模型是三维模型中表达几何形体信息最完整的和最准确的。实体造型包括了几何体中点，线，面，体以及重量等特征，通过这些特征可以进行两个几何体的干涉检查，可以进行有限元分析中的自动剖分网格。2solidwoks界面简介与操作风格solidwoks完全没有命令交互的操作。所有的都是通过功能按钮，菜单，对话框和光标操作来实现的。这种操作风格不像autocad那样可以“下命令”进行，而是“商量着”进行的。因此，学会与solidwoks商量，就是最开始必须掌握的技术，这就是软件的操作规则。可以这样比喻，要做一件事情，solidwoks说：我能这样，那样做，而用户只需要选中其中的一种。这样商量的过程有时候很罗嗦，虽然从原理上应当可以直接的告诉solidwoks做某件事情。在商量的过程中，solidwoks会“感应，推测”用户的像发疯，并用动态的一些标记反馈他的判断，所以，必须十分注意光标移动过程中的提示标记。在经过一段时间的磨合后，就会比较熟练的操作了。这些操作规则的掌握，出了做联系外，充分的利用solidwoks优良的，本地化的在线帮助和教学指导功能，是十分必要的。按照solidwoks的规则，选定任何条目，在任何功能执行过程中，单击右键，都可以弹出与当前操作相关的菜单。在这个菜单中，列出了可以继续执行的所有功能选项。当发生了操作错误的时候重复的约束，不可能的装配关系，跟新零件之后发生的问题等，solidwoks会发出相关提示，并引导用户一步一步地定位和解决这个问题。展现然是一个十分有用的功能。solidwoks有一个称为“自适应”的功能，实际上就是“基于装配关系的设计数据关联“。当采用”自顶向下“的方法进行设计时，当基于装配关系的某个零件尺寸发生错误时，基于这个尺寸的其他零件也会自动按照尺寸的改变完成新的计算，得到新的零件。3solidwoks的cosmosmotion技术，cosmosxpresss和cosmosflowworks技术。美国的mdi最早开发了adams软件，应用虚拟仿真领域，后被美国msc公司收购后改为msc.adams。cosmosmotion正是基于adams解决方案引擎常见的。通过cosmosmotion可以在cad系统构建的原机型上查看其他的工作情况，从而检测设计的结果，例如电机尺寸，连接方式，压力过载，齿轮传动率，运动零件干涉等设计中可能出现的问题。进而修改设计，得到了一步优化了的结果。同时cosmosmotion用户界面是solidwoks界面的无缝扩展，它使用solidwoks数据存储库，不需要solidwoks数据的复制/导出，给用户带来了方便性和安全性。虚拟样机技术指在制造第一台物理样机之前，以机械系统运动学，多体动力学，有限元分析和控制理论为核心，将产品个零件部分的设计和分析集成在一起，建立机械系统的数字模型，从而为产品的设计，研究，优化提供基于计算机虚拟现实的研究平台。因此虚拟样子亦被称为数字化功能样机。一般来讲，虚拟产品开发有如下的三个特点。*以数字化方式进行新产品的开发；*开发过程涉及新产品开发的全生命周期；*虚拟产品的开发时开发网络协同工作的结果。为了实现上述的三个特点，虚拟样机的开发工具一般实现如下的四个技术功能：*采用数字化的手段对新产品进行建模；*以产品数据管理pdm/产品生命周期plm的方式控制产品信息的表示，储存和操作；*产品模型的本地/异地的协同技术；*开发过程业务流程重组。与传统的仿真分析相比，传统仿真的一般是针对单个子系统的仿真，而虚拟样机技术则是强调整体的优化，他通过虚拟整机与虚拟环境的耦合，对产品的多种设计方案进行测试，评估，并不断改进设计方案，知道获得最优的整机性能。而且，传统的产品设计方法是一个串行的过程，各子系统的设计都是独立的，忽略各子系统之间的动态交互协同求解，因此设计的不足往往到产品开发的后期才被发现，造成严重浪费。运用虚拟样机技术可以快速地建立包括控制系统，液压系统，气动系统在内的多体动力学虚拟样机，实现产品的并行设计，可在产品设计初期及时的发现问题，解决问题，把系统的测试分析作为整个产品设计过程的驱动。虚拟样机技术已被广泛的应用到航空航天，汽车制造，工程机械，铁道，造船，军事装备，机械电子，以及娱乐设备等各个领域。在航空航天领域有许多成功的应用：空间系统的捕捉与对接，飞船与空间发射器，对接，着陆过程仿真，太阳帆板展开结构分析与设计，飞机起落架等。在军事装备方面有目标跟踪系统与控制系统设计，武器装填与发射系统仿真，履带式和轮式车辆动力学仿真，重型坦克跨越障碍能力，坦克行驶稳定性优化和炮塔控制等。通过机械方面，虚拟样机技术在机器人，纺织机械，工业机床，包装机械等生产领域有根广泛的应用。solidwoks为用户提供了初步的应力分析工具cosmosxpres，利用它可以帮助用户判断目前设计的零件是否能够承受实际工作环境下的载荷，他是cosmosworks产品的一部分。cosmosxpres利用谁家分析向导为用户提供一个易用的，一步一步地设计分析方法。向导要求要求用户提供利用零件分析的信息，如材料，约束和载荷，这些信息代表了零件的实际应用情况。comosfloworks作为一种cfd分析软件，在流体流动和传热分析领域有这广泛的应用背景。典型的应用场合如下：1 流体流动的内流和外流；2 定常和非定常流动；3 可压缩和不可压缩流动4 自由，强迫和混合对流；5 考虑边界层的流动；6 层流饿湍流流动；7 多种情况下流固的热传导；8 多孔介质流动；9 非牛顿流体流动问题；10 可压流体流动问题；11 两相液体和固体颗粒流动问题；12 水蒸气等体积压缩问题，以及对流动的传热的影响。13 作用于移动呢和旋转壁面的流动问题。 二 solidwoks功能简介在solidwoks中有三大模块，分别是零件、装配体、工程图，其中零件造型包括草图设计、零件设计、曲面设计、钣金设计以及模具等。1 零件solidworks零件模块主要可以实现实体建模、曲面建模、模具建模、钣金设计以及焊件设计等。1） 实体建模solidworks提供了十分强大的、基于特征的实体建模功能。通过拉伸、旋转、扫描特征、放样特征、特征的阵列以及打孔等操作来实现产品的设计；通过对特征和草图的动态修改，用拖拽的方式实现实时的设计修改；solidworks中提供了三维草图功能，该功能可以为扫描、放样等特征生成三维草图路径，或为管道、电缆线和管线生成路径。2） 曲面建模通过带控制线的扫描曲面、放样曲面、边界曲面以及拖动可控制的相切操作产生非常复杂的曲面，并可以直观地对已存在曲面进行修剪、延伸、缝合和圆角等操作。3） 模具设计solidworks使用内置模具设计工具，可以自动穿件核芯及型腔。moldflow xpress是一个基于向导设计的验证工具，使用它可以方便、快捷地对塑料注模零部件的可制造性进行测试。在整个模具的生成过程中，可以使用一系列的工具加以控制。solidworks模具设计的主要过程包括生成以下部分：分型线的自动生成，分型面的自动生成，关闭曲面的自动生成，型芯-型腔的自动生成。4）钣金设计solidworks提供了顶端的、全相关的钣金设计技术。可以直接使用各种类型的法兰、薄皮等特征，正交切除、角处理以及边线切口等使钣金操作变得非常容易。5）焊件设计solidworks提供了在单个零件文档中设计机构焊件和平板悍件。悍件工具主要包括：圆角焊缝、角撑板、顶端盖、结构构件库、悍件切割、剪裁和延伸结构构件。2 装配体solidworks提供了非常强大的装配功能，优点如下：1)在solidworks的装配环境中，可以方便地设计及修改零部件。2)solidworks可以动态地观察整个装配体中的所有运动，并且可以对运动的零部件进行动态的干涉检查及间隙检测。3)对于由上千个零部件组成的大型装配体，solidworks的功能也可以得到充分发挥。4)镜像零部件是solidworks技术的一个巨大突破，通过镜像零部件，用户可以将现有的对称设计创建出新的零部件及装配体。5)在solidworks中，可以用捕捉配合的智能化装配技术进行快速地总体装配。智能化装配技术可以自动地捕捉并定义装配关系。6)使用智能零件技术可以自动完成重复的装配设计3 工程图solidworks的工程图模块具有如下优点：1) 可以从零件的三维模型中自动生成工程图，包括各个视图及尺寸的标注等。2) solidworks提供了生成完整的、生产过程认可的详细工程图工具。工程图是完全相关的，当用户修改图样时，零件模型、所有视图及装配体都会自动被修改。3) 使用交替位置显示视图可以方便地表现出零部件的不同位置，以便了解运动的顺序。交替位置显示视图是专门为具有运动关系的装配体所设计的独特的工程图功能。4) rapiddraft技术可以将工程图与零件模型（或装配体）脱离，进行单独操作，以加快工程图的操作，但仍保持与零件模型（或装配体）的完全相关。5) 增强了详细视图及剖视图的功能，包括生成剖中剖视图、支持零部件的图层、熟悉的二维草图功能以及详图中的属性管理。 三、 挖掘机基本机构原理1 液压式挖掘机概要挖掘系列以挖掘机为主流。可分为机械式挖掘机和液压式挖掘机。其中，由于液压挖掘机运行灵活，维修简便，配备了多种工作装置，因此近年来成了挖掘机的主流型。 图12 液压挖掘机的结构液压式挖掘机由上部回转体发动机，驾驶室等，下部行走体行走部分，工作装置组成。所谓上部回转体，既是与下部行走体呈360度旋转地机构，在机体固定的状态下，利用强有力的工作装置进行作业。液压挖掘机由图中所示的上部回转体，下部行走体，和工作装置三部分组成。图23 挖掘机的分类 液压式挖掘机的分类方法有很多种，但主要有以下几种。 a. 按铲斗容量分类 b按行走形式分类 c按工作装置分类 1按铲斗容量分类 * 00.2 m 微型挖掘机 * 0.25m0.45m 小型挖掘机 * 0.51.2m 中型挖掘机 * 1.4m 大型挖掘机 图2 2 按行走形式分类 * 履带式 * 轮式 * 汽车式 大部分的挖掘机是履带式，主要有两个原因。a 挖掘机一旦进入作业现场就不大移动，只行走较短的距离。b 地面接触面积大，能够在较松软的地方作业。在凸凹不平的地面行驶时，能够承受猛烈的冲击。3 按工作装置分类 挖掘机机械手前端附属装置因工作内容而异。另外，附属装置的开发工作仍在积极进行其品种也在增加。反铲装置：主要使用于从地表面向下挖掘，更换铲斗可进行各种作业。 四 挖掘机零部件实体造型一下介绍挖掘机部分零部件实体造型过程步骤。1 挖掘机小臂实体造型1）在前世基准面上绘制如图4.1.1所示草图 图12）选贼绘制完成的草图，点击工具栏“拉伸凸台”功能按钮。选定一拉伸方给定拉伸深度为30mm，点击确定。图24） 在完成的拉伸凸台表面绘制草图。选择拉伸凸台的一个表面点击“草图绘制”，在工具栏上点击：“转换实体应用按钮”选择拉伸凸台草图绘制面的边框，点击确定完成新草图部分边缘线绘制，在草图上运用绘图工具绘制如图所示的草图，点击工具栏草图选项卡上的“剪裁实体”按钮切除草图中用转换实体应用产生的多余的线条。编辑特征点击“拉伸凸台”给定拉伸高度60mm。完成小臂中间部分实体的拉升。 图35） 编辑小臂外侧拉伸特征。选择上面拉升的凸台表面点击“草图绘制”功能按钮在拉伸的凸台表面绘制草图。点击“转化实体应用”按钮选贼最开始拉伸的凸台特征的边缘线完成如图4所示的草图，使用“剪裁实体”功能按钮切除多余的线条使新草图成为一个完整的环。选择拉伸功能按钮给定拉深深度为30mm完成外侧凸台的拉伸特征。图46） 在拉伸的凸台表面功过快速捕捉在图中位置上绘制四个圆半径如图5所示，点击特征选项卡选择“拉伸切除”按钮，选择“完全贯穿”选项卡。 图57） 用同样的方法完成小臂上凸台的切除特征。8） 选择前视基准面，点击“参考几何体”功能按钮中的基准面，建立小臂对称面。建立如图6所示的凸台特征，选择基准面1点击“镜像”点击镜像特征栏然后选择拉伸的凸台特征。完成如图所示的实体模型。 图69） 选择小臂表面绘制如图7所示草图，使用“拉伸切除”功能形成小臂表面边缘特征，选择基准面1点击“镜像”在镜像特征栏里面选择拉伸切除形成的特征，点击确定按钮。 图79）选择“圆角”功能按钮，输入倒角半径为20mm，分别面组1、2中选择凸台圆柱面和凸台与小臂的接触面，点击确定。在拉升的凸台面绘制草图完成拉伸切除形成通孔，小臂模型建立完成。 图82 挖掘机铲斗模型1）选择前世基准面，点击“草图绘制”绘制如图9所示的草图。点击特征选项卡，选择“拉伸特征”功能按钮给定拉伸深度为20mm，完成凸台拉伸。 图9 图102）在拉伸表面点击“草图绘制”按钮，并进行草图绘制，完成如图11所示草图 图113）选择上一步绘制的草图，点击“拉伸实体”按钮，给定拉伸深度为30mm，完成如下图12所示的实体。 图124）选择上一步拉伸的实体表面进行草图绘制。选择“转换实体引用”按钮并选择拉伸实体内侧边缘线，绘制铲斗吊耳图形。使用“实体剪裁”切除多余线条。完成拉伸草图。选择“特征”选项卡，点击“拉伸实体”完成如图13所示的拉伸特征。 图135）选择上一步拉伸的实体表面绘制草图，选择“转化实体引用”按钮选择上一步拉伸凸台边缘线条，在“显示样式”中选择线架图，选择铲斗吊环边缘线。完成如图14所示草图，拉伸完成草图生成拉伸特征。 图146）选择上一步拉伸的凸台表面，进行草图绘制。选择“转换实体引用”按钮选择相关实体边缘作为新草图的构造线。完成如图15所示草图。选择剪切实体按钮切除多余线条并检查草图是否是闭环，在检查完成之后点击“拉伸实体” 按钮，给定拉深深度为150mm。 图157）用同样方法完成对应面的的拉伸特征。如图16所示。 图168）选择上一步拉伸的凸台表面进行草图绘制，选择“转换实体引用”按钮选择拉伸凸台外边缘的边缘线条作为新草图的构造线，用绘图工具绘制其他线条，如图17所示。完成铲斗箱体外壳草图的绘制。使用“剪裁实体”按钮切除多余的线条。在完成草图之后选择“拉伸实体”按钮给定拉伸深度为15,mm完成铲斗外壳的实体造型。 图17 9）用同样的方法实现铲斗壳体另一侧铲斗壁面。完成铲斗初步模型如图18所示。 图1810)选择参考“几何体按钮”创建新基准面进行铲斗下部挡板造型。选择铲斗下边缘线重点作为新基准面第一参考选择重合选项，点击第二参考栏选择铲斗下部边线选择垂直选项。选择新建基准面作为草图绘制平面，绘制一长方形，保证长方形一边在铲斗壁面上（可以使用转换实体引用来绘制长方形的一边）长方形尺寸如图19所示。完成长方形草图绘制之后，选择“拉伸凸台”生成铲斗挡板模型。 图1911)选择铲斗挡板的一个表面进行草图绘制。选择“转换实体引用”选择挡板的两相邻边线作为草图构造线，使用绘图工具绘制另一线条。完成上述步骤之后，选择“剪裁实体”按钮切除多余的线条并保证草图闭合。选择特“征选”项卡，点击“拉伸切除”按钮，设定拉伸深度或“成型到下一面”选项。选择“参考几何体”按钮，选择基准面作为镜像另一个挡板的对称面。选择前世基准面作为第一参考并选择平行选项，给定偏移距离为80。退出草图绘制，选择“镜像”按钮。在基准面/镜像面栏中选择基准面4，在要镜像的特征栏中选择凸台和切除特征，点击确定完成铲斗挡板的造型。12）形成挡板螺栓孔。在铲斗壁面绘制如图21所示草图。草图完成之后选择“拉伸切除”功能按钮，实现螺栓孔设计。选择绘制螺栓孔草图的平面绘制沉孔草图，点击“拉伸切除”给定深度6mm。选择基准面4镜像螺栓孔和沉孔特征到另一侧铲斗壁。 图21 13） 选择基准面4绘制铲斗前齿式装置，如图22所示。选择“拉伸凸台”生成装置。点击“镜像”，方向选择铲斗前边缘选择双向，阵列数给定五个。如图22所示。 图2214）在铲斗吊环面上绘制草图，生成吊环孔特征。给定孔直径均为40，铲斗模型绘制完成。3 挖掘机旋转体模型1）选择前视基准面绘制一以坐标原点为中心的长方形。选择“拉伸凸台”给定高度30mm。在长方体表面绘制草图，在长方体表面一交绘制一长方形，保证长方形两边与长方体变重合。选择“拉伸凸台”给定高度600mm，生成挖掘机操纵室。在拉伸的长方体的另一角绘制一长方形，选择“拉伸凸台”给定高度300mm。在拉伸的长方体平台上绘制发动机机箱草图，给定高度350mm。拉伸后图形如图22所示。 图232）选择上视基准面绘制草图，通过“转换实体引用”绘制在长方体薄板上面的曲线。完成如图23所示草图，选择拉伸凸台，方向选择两侧对称，给定拉伸深度为150mm。 图233）在上一步拉升的实体低端绘制长方形草图，给定长方形宽度为70mm。选择拉伸切除按钮，选择完全贯通选项。4）在拉伸的土台侧面绘制轴孔草图，给定圆直径为40，选择拉伸切除选项完成轴孔。5）在如图24所示区域绘制一长方形草图，选择拉伸切除，完全贯穿。 图246）在切除后的长方体空缺的一侧选择一侧面，作为基准绘制新的基准面。选择新建基准面（基准面1）绘制草图。在基准面上绘制如图25所示图形。选择“拉伸凸台”给定深度为35mm。在新拉伸的凸台的一侧面上绘制轴孔草图，给定圆直径为40mm，完成之后选择“拉伸切除”，完全贯通。 图257）选择上视基准面作为镜像基准面，在“要镜像的特征或实体”栏中选择拉伸和切除特征。完成另一侧轴孔的造型。8）选择操控室外侧面作为草图绘制平面，绘制如图26所示的驾驶室轮廓图，边界线可以通过“转换实体引用”来完成。草图绘制完成之后，选择“拉伸切除”成型的另一面。完成驾驶室基本轮廓造型。通过“圆角”实现驾驶室后侧轮廓。 图269) 制作驾驶室空间，绘制一与现有驾驶室轮廓基本平行的草图进行“拉伸切除”选择方向“到指定面指定的距离”选择驾驶室的另一侧面，给定距离20mm。10) 选择驾驶室内侧面绘制如图27所示草图，选择“拉伸切除”。清除驾驶室前方实体面。在驾驶室顶部制作天窗孔。 图2711）在驾驶室内部绘制如图28a所示长方体。选择长方体侧面作为新基准面的基准，建立新基准面。在新基准面上绘制如图28b线条并在长方体上表面绘制一长方形。选择“扫描”选择长方形作为扫描轮廓，新基准面上的线条作为扫描路径。在图28a所示的长方体的前端绘制一长方形选择“拉伸切除”“成型到另一面”，椅子模型绘制完成。 图28 a 图28 b12）选择驾驶室地面作为基准形成新基准面。给定基准面到基准的高度为20mm。在驾驶室地面前方绘制如图29a所示圆给定直径为36mm。在新基准面上绘制另一圆环给定直径为30mm。点击“放样”在轮廓栏中选择两圆，确定完成。选择“阵列”点击地面前端直线，在阵列个数里面输入3，在放样凸台上表面，绘制圆，在垂直方向建立新基准面绘制一曲线，选择扫描完成机械手档杆造型。图29a 图29b13）选择上步建立的基准面绘制一矩形，选择“拉伸凸台”生成脚踏板。点击阵列，选择地面前端直线作为阵列方向，给定阵列个数为3。选择档杆放样端面点 图30击原定给定半径为10mm。完成档杆模型。14）在驾驶员座位下面生成工具箱，点击“圆角”选择工具箱上表面和前端面，给定圆角半径为10mm。15）在驾驶室前方抛开侧面绘制草图，拉伸到另一侧面。右击特征树中的拉伸特征选择“外观”，“颜色”蓝选择黄色，“生成新样块”栏中选择透明。完成驾驶室前方玻璃造型。 图3116）选择发动机