基于SOLIDWORKS的旋阀的造型设计

1、论文题目：基于solidworks的旋阀的造型设计design of the spin valve solidworks 学生姓名： 所在院系： 所学专业： 导师姓名：完成时间： 摘 要本文主要是应用solidworks软件来完成旋阀的零件设计及装配。首先讨论了solidworks的特色功能和其在给机械设计行业带来的革命性变化。接下来对组成旋阀的各个零件造型进行了分别设计，在零件设计的基础上，通过solidworks装配图功能，完成了对旋阀所有零件的装配。另外，为了更形象的展现装配效果，又制作了动画演示，最终实现了设计目的。关键词：旋阀，设计，solidworks，装配design of th

2、e spin valve solidworks abstractin this paper, the application software to complete solidworks rotary valve design and assembly of parts. first discuss the features of solidworks and its mechanical design to bring about revolutionary changes in the industry. the composition of the next spin of the v

3、arious parts of the valve shape, respectively, for the design, part design, based on the adoption of solidworks.assembly function, completed all parts of the rotary valve assembly. in addition, in order to better show the image of the assembly results, has also developed animated presentations, desi

4、gned to achieve the ultimate.keywords：rotary valve，design，solidworks，assembly目 录1 绪论12 solidworks系统的简介和旋阀的简介1 2.1 solidwork的特点1 2.2 solidworks的特色功能1 2.3 solidworks的前景2 2.4 旋阀的介绍22.5 旋阀造型方案设计23.阀杆零件的设计3 3.1 圆柱和圆锥的拉伸造型3 3.2平面和圆孔的切除造型44 压盖零件的设计5 4.1圆柱和复合孔的旋转造型5 4.2 底板和圆孔的拉伸造型65 手柄零件设计7 5.1柄头的拉伸和切除造型7 5

5、.2柄杆的拉伸和圆角造型76 阀体零件设计8 6.1 阀体外形和复合孔的造型8 6.2 螺孔的造型97 螺栓零件设计10 7.1 单个螺栓零件的设计10 7.2 系列螺栓零件的设计118 旋阀的装配13 8.1 辅助零件的设计和装配方案的设计13 8.2 阀杆装配线的设计14 8.3 压盖装配线的设计15 8.4 旋阀装配动画制作169 结束语17致谢17参考文献181 绪论作为工程技术和美学艺术相结合的一门新科学-产品造型设计，是现代工业产品设计中的一种现代设计方法。它来源于社会的物质生产，与人类的工业生产和日常生活紧密的结合在一起。随着人类物质生活和文化艺术水平的提高，产品造型设计渗透到社

6、会的各个方面，已经成为现代工业产品设计中不可缺少的重要部分。合理美观的造型设计可以在市场竞争中吸引更多的用户，争取市场的占有率，创造更多的经济价值。传统的产品造型设计，一般是在市场调研、制定需求表之后，先展开平面简图的设计，形成比较完整的方案之后，开始绘制三维简图，完全定型后再根据需要绘制效果图、三视图或制作简易的模型。在设计过程当中，需要工程技术人员、产品造型人员、工人通力协作，以使产品能充分表达设计者的构思。但是对每一种方案都制作实物样品，不仅需要付出大量的劳动，还存在精度低，修改调整困难，设计周期长以及成本费用搞等问题。计算机技术的发展，掀起了第三次技术革命的浪潮，计算机辅助设计则是计算

7、机在工业领域应用中最活跃的一支。其中solidworks软件的强大功能使传统产品造型设计的种种弊端得到了根本性的改变，极大的促进了产品设计的效率。本论文就是论述solidworks在零件三维造型、装配图、工程图中的应用，并结合实例来突出其相较于传统设计方法的优势。2 solidworks系统的简介2.1 solidworks软件的特点（1）solidworks是一款基于造型的三维机械设计软件，它的基本思路是:实体造型-虚拟装配-二维图样。（2）solidworks是通过尺寸来驱动的。改变尺寸就会改变零件的大小和形状。 （3）一个solidworks模型包括零件、装配、及工程图等。零件、装配、及

8、工程图其实都是一个模型的不同表现形式，对其中任意一个的改变都会使其他两个自动跟着改变。（4）可以利用特征造型来建立零件的模型。2.2.solidworks的特色功能（1）易用性以及对传统数据格式的支持。solidworks系统完全采用了微软windows的标准技术，使设计者在进行三维产品设计过程中可以自始至终享受windows系统带来的便捷和优势。（2）基于几何关系建立的草图绘制方法，让草图的绘制变的快捷而简单。（3）以拉伸、旋转、放样、扫描方式变成三维实体，并通过圆角、倒角、变形、分割等操作对生成的实体进行加工。（4）solidworks提供了完善的产品级的装配功能，以便创建和记录特定的装配

9、图设计过程。（5）solidworks可以允许二维工程图暂时与三维模型脱离关系，从而大大加速了工程图生成的过程。（6）钣金设计功能强大。（7）solidworks提供了直接绘制三维草图的功能，可以在空间直接绘制草图。（8）solidworks提供了众多的曲面创建和修改工具，而且完全参数化的，设计者借助这些工具可以快捷、方便的设计出具有任意复杂外形的产品。（9）solidworks提供了动画功能，利用animator插件用户可以记录屏幕上的三维造型和操作过程。（10）solidworks提供了产品的渲染功能。2.3 solidworks的前景随着信息时代的到来，传统的工业都会朝着计算机化，高效化

10、，无纸化的方向发展，solidworks软件完善的功能会满足机械设计工业未来发展的要求，熟练掌握solidworks软件的功能，将会成为以后进入这个行业的人员必须具备的一项基本技能。而solidworks软件的广泛运用必将促进产品设计功能的进一步发展。当前大学里开设的这门课程必须加大课时量，培养同学们对这款系统的掌握，这无疑将会使他们拥有一个强大的本领，对未来我们国家机械设计整个领域素质和水平的提高也是大有裨益的。 2.4 旋阀的简单介绍作为阀的一种，旋阀也是应用很广泛的一种，在机械工程的许多系统当中都起着控制系统运行的作用，因此，旋阀的质量直接关系到系统的整体性能。旋阀的质量主要由它的结构来

11、决定，所以，合适和可靠的结构造型设计就越来越来受到机械设计人员的重视。其结构有几部份组成，如图1所示： 图1 旋阀整体图 2.5 旋阀的造型设计方案旋阀是一个整体，本身有许多的零件组成，为了设计的方便，我们可以把它分割成多个独立的单元，然后我们可以利用装配图，把它们组装起来。必须指出的是，本论文的重点是在为了突出实体通过运用solidworks来完成造型设计的强大功能。所以，我们这里就不对旋阀的基本的力学设计作分析和说明，直接进行软件中的旋阀的各个零件的设计，之后还要对所有的零件做装配图的组装。另外，我还要做一个动画演示。3 阀杆零件设计阀杆零件的形状由圆柱、圆锥、切平面、和切孔4部分组成，主

12、要应用拉伸、切除特征来完成造型。 3.1 圆柱和圆锥的拉伸造型圆柱和圆锥是阀杆零件的形状主体，建模过程如下：（1）选择设计树的“右视基准面”作为草图平面，激活“草图绘制”命令，以原点为中心，15mm为直径画圆，如图2所示： 图2 圆弧草图 （2）激活“拉伸凸台”命令，弹出“拉伸特征”对话框，在“终止条件”列表对话框中选择“给定深度”选项，在“深度”文本框中输入64mm，并单击“确定”按钮，如图3所示： 图3拉伸凸台（3）选择“插入、参考几何体、基准面”命令，弹出“基准面”对话框，选择圆柱端面为参考面，在“距离”文本框中输入54mm，单击“确定”按钮，生成“基准面1”。（4）单击工具栏上的“标准

13、视图、正视于”按钮，激活“草图绘制”命令，以原点为中心，以24.7mm为直径画圆，单击工具栏上的“标准视图、等轴测”按钮。（5）激活“拉伸凸台、基体”命令，弹出“拉伸特征”对话框，在“终止条件”列表中选择“成型到一面”选项，选取圆柱端面，打开“拔模开关”，拔模角取4.0856。选中“向外拔模”复选框，单击“确定”按钮，如图4所示： 图4圆柱造型3.2 平面和圆孔的切除造型 圆柱端部被四个平面切除，圆锥还需钻孔。（1）选择设计树的”右视基准面”,单击工具栏上的“标准视图、左视”按钮，激活“草图绘制”命令。（2）以原点为中心，做变长为12mm的正方形，此时，需要单击工具栏的添加几关系按钮，保证正方

14、形邻边两直线的几何关系为垂直且相等。（3）单击工具栏上的“标准视图”等轴测按钮，启动“拉伸切除”命令，弹出在“终止条件”列表中选择“给定深度”选项，“深度”文本框中输入14mm，并选择“反 向切除”复选框，单击“确定”按钮，如图5所示： 图5切除造型（4）在设计树选择“上视基准面”，激活“草图绘制”命令，单击工具栏按钮，进入绘制。（5）单击工具栏上的“标准视图/等轴测”，启动“拉伸切除”令。方向一的“终止条件”列表框内选择“完全贯穿”；方向2的“终止条件”列表框内同样选择“完全贯穿”选项，单击确定按钮。（6）单击“保存”按钮，如图6所示： 图6 阀杆零件4 压盖零件设计 压盖零件的形状，主要由

15、圆柱、底板、两个圆柱孔和一个复合孔组成。底及两小孔宜采用拉伸造型；圆柱及复合孔的建模有多种方法，这里专门讨论旋转特征的应用。还要注意，底板形状的对称情况，草图绘制需充分借助镜像功能。 4.1 圆柱和复合孔的旋转造型（1）选择前视基准面，单击工具栏上的标准视图正视于按钮，启动草图绘制命令。用矩形工具，通过原点画矩形。（2）启动旋转凸台基体特征，取中心线为旋转轴，旋转类型设置为单向，角度设置为360.单击确定按钮后，生成圆柱，如图7所示： 图7 圆柱造型 （3）选择“前视基准图”为草图面，执行“标准视图/正视于”，启动”草图绘制”命令，用中心工具画图。用中心线工具，通过原点画中心线。 （4）启动旋

16、转切除特征，在对话框中，取中心线为旋转轴，旋转类型设置为单向，角度设置为360。单击确定按钮，复合孔造型如图8所示： 图8复合孔4.2 底板和圆孔的拉伸造型（1）选择圆柱顶面为草图基准面，单击工具栏上的“准视图、视于”，启动草图绘制命令。（2）启动“中心线”工具，通过原点画直线和竖直线。（3）单击“镜像实体”工具，取所画直线为“要镜像的实体”，取竖直中心线为“镜像点”，并选中“复制”复选框。单击“确定”按钮，完成上半部分的直线草图。（4）同理，选择所画的全部直线为“要镜像的实体”，取水平中心线为“镜像点”得到下半部分的直线草图，如图9所示： 图9底板草图 （5）借助“镜像实体”工具，生成小圆，

17、标注尺寸20、40、18、54、11。（6）启动“拉伸凸台基体”，从而成型所预计的零件。（7）单击工具栏上的“旋转视图”按钮，选择复合孔底面为草图基面，启动“草图绘制”命令，并在草图基准面内复制一个草图圆。（8）选择“拉伸切除”特征，取终止条件为“完全贯穿”。（9）单击工具栏上的“标准视图、视图定向”按钮。从而建立一个“底部轴测图”选项。（10）单击“保存”按钮， 如图10所示： 图10 底板 5手柄零件设计手柄设计的形状主要由手柄头部、手柄杆两部分组成。手柄头部的圆柱、方孔及低槽结构，可使用拉伸、切除造型；柄杆及圆孔则在拉伸、切除的基础上，还需要采用圆角造型。 5.1 柄头的拉伸与切除造型（

18、1）取“上视基准面”，激活“草图绘制”命令，画一个圆和矩形。（2）标注尺寸直径36mm和12mm。（3）启动“拉伸凸台基体”特征，给定深度14mm。（4）单击工具栏“旋转视图”，成型下图。（5）启动“拉伸切除”特征，给定深度4mm。5.2 柄干的拉伸和圆角造型（1）选择“右视基准面”为草图平面，启动“草图绘制”命令。完成两条平行线的绘制并和实体零件连接。（2）激活“拉伸凸台基体”特征，在对话框中设置“终止条件”为“两侧对称”，“深度”设置为20mm，最终拉伸成型。（3）选柄干顶平面为草图基面，启动草图绘制命令。绘制一个圆，直径为8mm，定位尺寸为10mm。（4）启动拉伸切除特征，作一个“完全贯

19、穿”的通孔。（5）取柄干顶平面为草图基面，正视观测，启动草图绘制命令。用三点画弧的命令，在此过程中保证两端点与圆心呈水平几何关系。（6）激活“拉伸切除”特征，取终止条件为完全贯穿。（7）激活圆角特征，对柄干上表面进行圆角处理。（8）同理，设置圆角半径为2mm，对饼干下表面进行圆角处理，这样，柄干的零件造型就好了。（9）单击“保存”按钮，对其进行保存，如图11所示： 图11 手柄6 阀体零件设计阀体零件形状特点是，其外形简单，内腔复杂，含有一个复合孔，两个水平螺孔，连个竖直螺孔。阀体建模需要使用拉伸、切除和旋转特征。6.1 阀体外形和复合孔的造型（1）选取“上视基准面”为草图基面，启动“草图绘制

20、”命令，画矩形，尺寸为42、45、21、22.5。（2）启动拉伸凸台基体特征，给定深度为17mm，生成底部长方体。（3）以长方体上表面为草图基面，启动草图绘制命令。画矩形，尺寸如下102、51。（4）启动拉伸凸台基体特征，给定深度68mm，生成顶部长方体。（5）选取“前视基准面”为草图基面。启动“草图绘制”命令，标注尺寸为17.5、16、12.9、13.5、10、5、27。（6）启动“旋转切除”命令，以中心线为特征，单向旋转360、生成竖直复合孔。（7）选择前视基准面，单击工具栏上的“剖面试图”按钮，则生成阀体的剖切图，清楚的显示复合孔的内部情况。（8）单击剖面视图，返回阀体的外形视图。6.2

21、 螺孔的造型（1）取阀体的左端面为草图基图，启动“草图绘制”命令。画圆，尺寸为直径15mm，定位尺寸为50、22.5。（2）启用拉伸切除特征，终止条件设置为完全贯穿，生成从左至右的通孔。并选择“剖面视图”命令，做剖切处理。（3）单击“剖面视图”，返回阀体外形视图。（4）选择阀体上表面，单击工具栏上的“异型孔导向”，在孔规格对话框中选择螺纹孔，激活类型，设置为底部螺纹孔，尺寸设置为10mm，钻孔深度为24.5mm，螺孔深度为20mm，添加装饰螺纹线。（5）单击“位置”标签，标注定位尺寸24、22.5，生成一个柱型螺孔。（6）启用“镜像”特征，并完成柱型螺孔的镜像。（7）选择右视基准面，单击工具栏

22、上的剖面视图，观测并返回。（8）选择阀体左端面为基准面，单击工具栏上的“异型孔导向”按钮，对螺纹进行设置，具体为类型设置“锥形管螺纹”，设置尺寸为05英寸，钻孔深度为31mm，并添加装饰螺纹线。（9）单击“位置”尺寸，标注定位尺寸为50、22.5，从而生成一个锥形螺孔。（10）启动“镜像”特征。选择“前视基准面”为镜像基面，完成锥形螺孔的镜像。（11）选择右视基准面，单击工具栏上的“剖面视图”，最终完成阀体的全部造型。（12）对其进行保存，如图12所示： 图12阀体7.螺栓零件设计 螺栓属于标准件，在机械设计中大量应用。螺栓由螺帽、螺杆两部分组成。螺栓造型需要使用拉伸、倒角和切除等特征。7.1

23、单个螺栓零件设计（1）选取“右视基准面”为草图基面，激活“草图绘制”命令，画圆，尺寸如下直径17.6mm。（2）启动“拉伸凸台基体”特征，给定深度6.4mm，反向拉伸，生成螺帽圆柱体。（3）启动“倒角”特征，选择圆柱前边为倒角边线，选中“角度距离”复选框，设置距离为1.2mm，角度为30。（4）以“右视基准面”为草图基面，激活“草图绘制”命令。选择“工具”，做圆的内接六边形，标注尺寸为15.24mm。（5）单击工具栏上的“标准视图、等轴测”按钮，启动“拉伸切除”命令，终止条件设置“完全贯穿”并选中“反向切除”复选框。确认后生成螺栓帽形状。（6）单击工具栏上的“标准视图、等轴测”按钮，取“右视基

24、准面”为草图基面，激活“草图绘制”命令。画圆，标注尺寸直径为101mm。（7）启动“拉伸凸台/基体”命令，给定深度为25mm，选中“合并结果”复选框，生成螺栓。（8）选择“插入，注解、装饰螺纹线”命令，选取圆柱的圆形边线，终止条件设置为成型到下一面，次要直径为8.5mm。（9）启动“倒角”命令，选择螺栓杆的圆边线，使“角度距离”选项有效，并设置距离为1mm，角度为45，生成螺杆的倒角。（10）单个螺栓造型完成，选择保存，如图13： 图13螺栓总结：螺栓的制作要点。选择合理的造型顺序。螺栓帽造型采用先拉伸，后倒角，再切除的方法。而螺栓杆的造型采用先拉伸，后装饰，再倒角的方法。7.2系列螺栓的设计

25、在一般机器部件中，往往装有多个螺栓等标准件，而且其大小、规格不等。solidworks提供一种快速生成系列零件的工具系列零件设计表。使用前，需在电脑软件系统电子表格microsoft excel。可利用“系列零件设计表”制作系列螺栓。在系列螺栓设计前，应将螺栓尺寸规范化，让螺栓的所有尺寸由几个主要的尺寸来决定。不妨选择4个尺寸：螺帽直径d/螺杆直径d、螺帽厚度和；螺杆长度。根据螺栓结构中，螺帽和螺杆的几何形状，不难找出螺帽和螺杆相关的几何关系： chamfer1=d/2*(1-cos30) ploygon1=d*cos30 diameter2=d*0.85 chamfer2=d/10式子中，c

26、hamfer1为螺栓帽倒角大小；ploygon1为螺帽扳手大小；diameter为螺杆螺纹内径；chanfer2为螺杆倒角大小。由上面的关系式，调用“方程式”命令，规范螺栓尺寸。（1）双击设计树的子项“倒角1”，图形区将显示螺帽倒角的相关尺寸1.2mm。（2）选择“工具、方程式”命令，出现“方程式螺栓”对话框。（3）单击“添加”按钮，弹出“添加方程式”对话框。单击螺帽倒角倒角尺寸1.2，此时在编辑中出现尺寸变量“d1倒角1”，再双击设计树的子项“拉伸1”，使图形区出现螺帽的直径尺寸17.60mm。在编辑框中输入“2*（1-cos30）。（4）操作螺帽倒角方程式进入“方程式螺栓“对话框。（5）同

27、理，双击“切除拉伸“没在图形区内显示螺帽多边形尺寸。（6）用菜单调出“方程式螺栓“对话框，单击”添加“按钮，进行螺帽扳手的方程式建立。（7）同样，这一步的操作我们建立起螺杆的螺纹方程式。（8）同样，建立螺杆的倒角方程式。（9）对螺栓模型以文件名进行存盘。至此，我们已经对螺栓建立起四个方程式，那么，经过规范后的螺栓尺寸将由且仅有这四个方程式来确定。当然，为了便于识别螺栓尺寸，我们还应该讲尺寸变量重新命名。（10）通过选择“工具|选项”命令，激活“系统选项”标签，并选中“显示尺寸名称”复选框。相应操作最终在图形区域内显示螺栓的尺寸变量和尺寸值。很显然，可选择四个主要尺寸来控制系列螺栓的结构形状，他

28、们是17.60、6.4、10、25.分别是螺帽直径、螺杆直径、螺帽厚度和螺杆长度。为了便于观测，我们通过一个隐藏指令。(11)右击某一个尺寸，在弹出的快捷菜单中选择“隐藏”命令就可以了。这步操作之后，我们就可以对尺寸变量更名，可以根据我们的需要来对相应的尺寸进行操作。下面我们进行系列零件设计表的设计。（12）选择“插入/系列零件设计表”命令，在图形去形成一个空白表格。（13）在弹出的对话框中，按住ctrl键，用鼠标依次选择相应的各相关尺寸，solidworks将向表格内自动输入各个尺寸的变量名和变量值，如表1：表1螺栓的主要尺寸系列序号螺栓规格螺帽径螺帽厚螺杆径螺杆长1m10*2517.86.

29、410252m10*3019.97.512303m10*4026.210.016404m10*5033.012.52050通过这些操作，系列零件实际上已经建立完毕，如图14： 图14系列螺栓我们可以在图形区内做验证。（16）激活“配置”标签。（17）依次双击子项“m12*30”、“m16*40”、“m20*50”。可以发现图形区的螺栓大小规格产生相应的变化。8 旋阀装配8.1 辅助零件的设计和装配方案的设计现在我们看一下已经完成的已有零件，发现缺少两个辅助零件“垫圈”和“填料”。我们可以启动“零件编辑器”，用“拉伸”和“切除”特征，按零件的尺寸建模，并用文件名来实现存盘。垫圈零件如图15所示：

30、 图15垫圈填料图形如图16： 图16 填料此时，我们可以对各个零件开始进行装配设计了。首先我们运用“自下而上”的设计，来根据零件之间的装配位置和配合关系，按顺序一个一个地将零件组装成产品。在此过程当中，我们首先应该把最重要的零件作为第一个要插入的零件，它能对其他零件起到定位作用，所需零件如图17所示： 图17 旋阀零件分析上图，我们可以发现，旋阀装配体是以阀体为主体，按阀杆、垫圈、填料、压盖、螺栓和手柄的顺序组装的，主要包含两条组装线：阀杆装配线和压盖装配线。现在开始按照组装顺序，分别对两条装配线作“自上而下”的装配设计。8.2 首先按照阀杆装配线开始装配（1）打击工具栏中启动“旋转零部件”

31、命令，拖动阀杆零件成竖直放置。（2）单击工具栏中的“配合”按钮，同时我们选择阀杆的圆柱面和垫圈的圆柱面，配合方式采用“同轴心。（3）同时选择阀杆的圆锥上端面和垫圈底面，配合方式为“重合”。成图18所示： ” 图18 阀杆和垫圈配合（4）同理，对填料进行“同心配合”和“重复配合”，完成填料和整体的配合，如图19所示： 图19 填料和整体配合（5）下面对压盖和整体进行“同心”和“重合”配合。（6）下面我们把手柄和整体作配合，配合如图20所示。8.3压盖装配线的设计（1）启动“配合”特征，选择阀杆和阀体的圆锥面，进行同心定位。（2）同时，在进行重合定位，选择阀体圆柱面和手柄圆柱面，进行“重合”配合。

32、如图21所示： 图20阀体和手柄同心配合 图21 阀体和手柄重合配合（3）插入螺栓零件，并通过按住ctrl的方式，再生成另外一个螺栓。（4）此时进行螺栓的装配，首先选择螺栓帽的底面和压盖的上表面进行“配合然后在螺栓的圆柱面和压盖螺栓孔面“同心”配合，从而最终完成螺栓的装配，如图22所示。（5）下面我们对系列零件进行操作。打开“系列螺栓”零件，通过激活“配置标签，可以将其拖入“装配体编辑器。（6）至此我们已经完成对转配体的操作。8.4 旋阀装配动画制作利用solidworks的爆炸视图特征，通过单个零件的分拆和组装，制作了旋阀的动画演示。视频动画以短片的形式另存。 图22 阀体组装图 9 结束语通过这次设计，培养了我的综合运用所学知识的能力，分析和解决实际中所遇到问题的能力，并且能巩固和深化我所学的专业知识，使我在调查研究和收集资料等方面有了显著的提高。在做论文的过程中，我对solidworks的特点和功能有了进一步更清晰的了解，自己的能力也得到了进一步