3D打印造型设计 课件 项目11、12 齿轮泵的装配与仿真、3D打印机的装配与仿真

项目十一齿轮泵的装配与仿真学习活动1：项目描述任务一：齿轮泵装配任务二：装配体爆炸视图创建任务三：运动算例应用学习活动1：项目描述项目十一

齿轮泵的装配与仿真

齿轮是机械传动的关键核心零部件，其被广泛应用于汽车、工程机械等装备的传动系统中。就核心组成部件齿轮而言，主要由公法线齿轮泵和圆弧齿轮泵。

本项目在熟悉齿轮泵相关知识后，学习对齿轮泵的三维模型进行仿真装配和运动仿真测试。学习活动1：项目描述项目十一

齿轮泵的装配与仿真装配一般流程任务一齿轮泵装配学习活动2：任务目标学习活动3：任务内容学习活动4：必备知识学习活动5：任务实施学习活动2：任务目标项目十一

齿轮泵的装配与仿真（1）掌握零部件的基本操作：插入、复制、删除、移动和旋转等；（2）掌握利用装配约束关系实现零件装配的方法，熟悉常用配合种类；（3）掌握在装配体中进行干涉检查的方法。学习活动3：任务内容项目十一

齿轮泵的装配与仿真

利用SolidWorks软件的装配功能，建立齿轮泵的装配模型，如图11-1所示。图11-1齿轮泵总装图学习活动4：必备知识项目十一

齿轮泵的装配与仿真1.配合

这里是指零部件之间的配合关系，分为标准配合、高级配合、机械配合。

标准配合常用的是角度、重合、同心、距离、锁定、平行、垂直和相切配合。高级配合常用的是限制、线性/线性耦合、路径、对称和宽度配合。机械配合则包括凸轮推杆、齿轮、合叶、齿条和小齿轮、螺钉和万向节配合等。学习活动4：必备知识项目十一

齿轮泵的装配与仿真2.装配体环境中零件的移动和旋转

插入的零件可以是固定或者浮动的。对于浮动的零件，可以通过鼠标对其进行拖动或者旋转，以使它处在一个合适的方向和位置，便于选择零件上的配合部位。学习活动4：必备知识项目十一

齿轮泵的装配与仿真3.干涉

干涉指本应保持适当间距的零件相互有部分重叠（接触）或阻挡，造成无法正常安装或活动。

零部件装配好后一般都要进行不同运动状态下的干涉检查，用于找出零部件设计或配合部位的错误。学习活动5：任务实施项目十一

齿轮泵的装配与仿真

完成齿轮泵装配任务的思路是：

先建立子装配体再完成总装配体的创建，标准件插入后进行零部件的插入，必要时可进行零部件阵列以简化操作步骤。装配完，进行干涉检查。学习活动5：任务实施项目十一

齿轮泵的装配与仿真1.创建支撑轴子装配体学习活动5：任务实施项目十一

齿轮泵的装配与仿真2.创建传动轴子装配体学习活动5：任务实施项目十一

齿轮泵的装配与仿真3.齿轮泵总体装配学习活动5：任务实施项目十一

齿轮泵的装配与仿真4.干涉检查任务二齿轮泵装配体爆炸视图创建学习活动6：任务目标学习活动7：任务内容学习活动8：任务实施学习活动6：任务目标项目十一

齿轮泵的装配与仿真（1）掌握创建爆炸视图的方法；（2）掌握装配体中解除爆炸的方法；（3）了解SolidWorks中配置的概念。学习活动7：任务内容项目十一

齿轮泵的装配与仿真在生成的装配体的基础上，创建装配爆炸视图。学习活动7：任务实施项目十一

齿轮泵的装配与仿真

创建齿轮泵爆炸视图的思路是：

先建立子装配体爆炸视图再完成总装配体的爆炸，在总装配爆炸过程中直接使用子装配中创建的爆炸视图。学习活动7：任务实施项目十一

齿轮泵的装配与仿真1.创建支撑轴子装配体的爆炸视图学习活动7：任务实施项目十一

齿轮泵的装配与仿真2.创建传动轴子装配体的爆炸视图学习活动7：任务实施项目十一

齿轮泵的装配与仿真3.创建齿轮泵总装的爆炸视图任务三运动算例应用学习活动9：任务目标学习活动10：任务内容学习活动11：必备知识学习活动12：任务实施学习活动13：任务拓展学习活动9：任务目标项目十一

齿轮泵的装配与仿真（1）掌握SolidWorks创建运动算例的一般方法；（2）以齿轮泵装配体为例利用动画向导进行爆炸、解除爆炸动画操作；（3）给传动轴添加马达，创建齿轮旋转动画；（4）把运动算例结果导出为视频动画文件。学习活动10：任务内容项目十一

齿轮泵的装配与仿真在生成的装配体的基础上，创建齿轮泵装配体运动算例。学习活动11：必备知识项目十一

齿轮泵的装配与仿真1.运动算例运动算例是把装配体模型的运动进行动画模拟，且不更改装配体模型或其属性。SolidWorks运动算例有三种模式，分别是动画、基本运动和motion分析。学习活动11：必备知识项目十一

齿轮泵的装配与仿真2.动画“动画”从本质上讲就是一段时间内连续播放的一定数量的画面。SolidWorks中一般用动画来表达和显示装配体的运动，是通过在不同时间设定键码点来规定装配体零部件的位置，并使用插值来定义键码点之间零部件的运动来实现的。“动画”在使用时不考虑零部件的质量或引力。学习活动11：必备知识项目十一

齿轮泵的装配与仿真3.基本运动“基本运动”可以在装配体上模仿马达、弹簧、碰撞和引力，在计算运动时需要考虑到零部件的质量。“基本运动”计算相当快，可将其用来生成使用基于物理模拟的演示性动画。学习活动11：必备知识项目十一

齿轮泵的装配与仿真4.Motion分析Motion分析”则需要在SolidWorksPremium的SolidWorksMotion插件中使用。一般可利用“Motion分析”功能对装配体进行精确模拟和运动单元的分析（包括力、弹簧、阻尼和摩擦）。“Motion分析”使用计算能力强大的动力学求解器，在计算中考虑到了材料属性、质量及惯性。学习活动11：必备知识项目十一

齿轮泵的装配与仿真5.设计树设计树包括视向及相机视图选项、光源、相机等，包含零部件实体诸如马达、力或弹簧等模拟元素。设计树包含的元素是与时间轴一一对应的。设计树及其对应关系如下图。学习活动11：必备知识项目十一

齿轮泵的装配与仿真6.时间轴时间轴位于设计树的右方区域。用来显示算例中动画事件的时间和类型，包括时间栏、更改栏、关键帧、键码点等。时间轴上的时间线被竖直网格线均分，这些网络线对应于表示时间的数字标记。数字标记从00:00:00开始，其间距取决于窗口和缩放程度的大小。学习活动11：必备知识项目十一

齿轮泵的装配与仿真7.时间栏时间线上的纯黑灰色竖直线即为时间栏。它代表当前时间，用鼠标可以左右拖动进行调整，移动时间栏会更改动画的当前时间并更新模型显示，注意移动或者选择时间栏时不要点击关键帧和键码点。如图11-56所示样例中时间栏的时间长度设为六秒钟（00:00:00到00:00:06）。学习活动11：必备知识项目十一

齿轮泵的装配与仿真8.更改栏更改栏是连接键码点的水平栏。根据实体的不同，更改栏使用不同的颜色来直观地识别零部件和类型的更改。学习活动11：必备知识项目十一

齿轮泵的装配与仿真9.关键帧和键码点关键帧指的是，在构成一段动画的若干帧中，起到决定性作用的2-3帧。关键帧通常是1秒动画的第一帧和最后一帧。在SolidWorks中用键码点代表动画位置更改的开始或结束的那张画面。无论何时定位一个新的键码点，它都会对应于运动或画面的更改。学习活动12：任务实施项目十一

齿轮泵的装配与仿真1.创建齿轮泵爆炸动画（1）打开齿轮泵总装配体文件，并把装配体调整为等轴测视图，并点击左下“运动算例”按钮，默认进入动画界面。（2）点击“动画向导”按钮，选择对话框中的“爆炸”，并点击“下一页”。（3）输入时间长度为15秒，开始时间为0，并点击“完成”。（4）点击“计算”按钮，爆炸动画会实时播放。学习活动12：任务实施项目十一

齿轮泵的装配与仿真2.创建齿轮泵解除爆炸动画（1）继续点击“动画向导”按钮，选择对话框中的“解除爆炸”，并点击“下一页”（2）输入时间长度为15秒，开始时间为15，并点击“完成”（3）点击“计算”按钮，解除爆炸动画会从第15秒实时播放学习活动12：任务实施项目十一

齿轮泵的装配与仿真3.创建齿轮旋转动画（1）生成一个新运动算例，并对其重新命名为“齿轮旋转”。（2）点击动画工具栏上的“马达”按钮，在打开的马达对话框选择“旋转马达”，并点击传动轴外圆柱面，确定马达位置和马达旋转方向，转速选择为100（3）点击“确定”按钮后进行“计算”，生成动画学习活动12：任务实施项目十一

齿轮泵的装配与仿真4.保存动画文件（1）点击动画工具栏上的“保存动画”按钮，在“保存到动画文件”对话框中选择好“文件名”、“保存格式”、“画面尺寸”、“每秒钟画面数量”、“动画时间范围”等参数（2）本例中共有两个运动算例，分别进行动画文件保存。学习活动13：任务拓展项目十一

齿轮泵的装配与仿真1.任务场景

某企业根据实际生产需要，要求对现有齿轮泵进行优化升级。上一任务中齿轮泵设计过于简单，存在缺少轴承、密封垫、噪音大、容易泄露等诸多问题。现需进行升级优化设计，改进后需要满足以下几点要求。（1）增加传动轴承，改进传动轴、支撑轴的旋转工况，减少噪音，根据现有零部件尺寸进行轴承选型；（2）增加密封垫，减少齿轮泵流体损失，提高泵的运行效率100%；（3）要求在原有前盖、后盖结构基础上进行完善性改造设计，尽可能少的或不改变前盖、后盖原有外形的前提下，增加轴承安装位置和结构，并绘制简图，标注配合部分的尺寸公差；学习活动13：任务拓展项目十一

齿轮泵的装配与仿真1.任务场景（4）具有良好的性价比，在满足功能要求的前提下，尽量节约成本；（5）尽量做到结构简单，容易安装、维护；（6）要求该设计不改变原整体尺寸，方便与原产品进行替换的需要。学习活动13：任务拓展项目十一

齿轮泵的装配与仿真2.任务要求

请设计并绘制新的前盖、后盖的草图及其把选型后的轴承、密封垫进行装配仿真，并对升级后的齿轮泵的优点进行作简要说明。尽可能详细地拟订实现该升级优化方案的具体工作计划、流程等，并做必要的成本分析。学习活动13：任务拓展项目十一

齿轮泵的装配与仿真3.劳动工具与辅助工具

为了完成给出的任务，允许使用所有学校常用的辅助工具，如：手册、专业书籍、游标卡尺、装有CAD/CAM等相关应用软件的计算机、笔记、计算器等。

本项目小节项目十一

齿轮泵的装配与仿真

项目重点：学习齿轮泵的装配及运动仿真。

学生了解：齿轮泵的工作原理。

拓展阅读：齿轮泵有哪些应用？

课外作业：项目十一

齿轮泵的装配与仿真11-1简述齿轮泵的定义。

11-2简述齿轮泵装配爆炸图的创建步骤。项目十一结束

谢谢使用！项目十二3D打印机的装配与仿真学习活动1：任务描述项目十二3D打印机的装配与仿真3D打印机（3DPrinters）简称（3DP）是一位名为恩里科·迪尼（EnricoDini）的发明家设计的一种神奇的打印机，它不仅可以“打印”一幢完整的建筑，甚至可以在航天飞船中给宇航员打印任何所需的物品的形状。房子、器官、汽车、衣服、机器人等等，你能想象这些东西都可以打印出来吗？此前，部件设计完全依赖于生产工艺能否实现，而3D打印机的出现，将颠覆这一生产思路，任何复杂形状的设计均可以通过3D打印机来实现。学习活动1：任务描述项目十二3D打印机的装配与仿真3D打印机本质上是一类多轴联动的数控设备，主要包括控制模块、驱动装置、传动装置、机架、打印平台、料盘、进料装置、打印喷头、冷却装置等功能模块。它是快速成型的一种工艺，采用层层堆积的方式分层制作出三维模型，其基本原理是通过改变材料的状态和喷头的三维运动合成，将“1D”丝材堆积成“3D”物体。

本项目在熟悉3D打印机相关知识后，学习对3D打印机的三维模型进行仿真装配和运动仿真测试，完成如下三项任务：任务一、3D打印机装配；任务二、装配爆炸图创建；任务三、运动仿真。任务一3D打印机装配学习活动2：任务目标学习活动3：任务内容学习活动4：任务实施项目十二3D打印机的装配与仿真

学习活动2：任务目标（1）观察生活中常见的3D打印机，思考其应具备的功能及其装配特点；（2）利用所学的UG装配知识进行3D打印机的装配设计，供参考的3D打印机设计案例，如图12-1所示；（3）在完成上述3D打印机装配设计的基础上，设计装配一款新的产品。项目十二3D打印机的装配与仿真学习活动3：任务内容与要求学习活动4：任务实施1.搭建装配环境。2.研究装配规则。3.学习零件添加。项目十二3D打印机的装配与仿真任务二装配爆炸图创建学习活动5：任务目标学习活动6：任务内容学习活动7：任务实施学习活动5：任务目标1.掌握创建爆炸视图的方法。2.掌握装配体中解除爆炸的方法。3.了解SolidWorks中配置的概念。项目十二3D打印机的装配与仿真学习活动6：任务内容爆炸图是装配结构的一种图示说明，可以在装配环境下把组成装配的组件拆分开来，清晰地展示整个装配的组成状况。本次任务要求在任务1生成装配体的基础上，创建如上图所示的装配爆炸视图。项目十二3D打印机的装配与仿真学习活动7：任务实施1.创建爆炸图；2.爆炸拆分组件；3.编辑爆炸图；4.取消爆炸图；5.删除爆炸图；6.隐藏和显示爆炸图。项目十二3D打印机的装配与仿真任务三运动仿真学习活动8：必备知识学习活动9：任务环境学习活动10：任务实施学习活动11：任务效果学习活动12：任务拓展学习活动8：必备知识1、构件

机器中每一个独立的运动单元体称为一个构件。2、运动副

由两个构件组成的可动联接称之为运动副，通过点或线接触而构成运动副统称高副，通过面接触的称为低副。两个构件上能够参加接触而构成运动副表面称为运动副元素。3、自由度

自由度是指一个系统在运动或变形时所能够独立改变的参数的个数，常利用自由度描述系统的状态和行为。项目十二3D打印机的装配与仿真学习活动8：必备知识4、约束

约束是指对物体运动所加的限制或限定，可以防止物体进行不必要的运动。例如，两个构件没有形成运动副前有6个自由度，当两者联接形成运动副时，其相对运动受到一定的限制。5、机构自由度的计算

机构自由度总数=活动构件数X6-约束总数-原动件独立输入运动数。常用运动副约束数需要查表获取。项目十二3D打印机的装配与仿真学习活动9：任务环境1.点击“应用模块”功能区“仿真”组中的“运动按钮”；2.弹出右侧的“运动导航器”面板；3.右击“运动导航器”面板中模型，新建仿真；4.设置“机构运动副向导”对话框；5.对仿真模型进行自定义操作。项目十二3D打印机的装配与仿真学习活动10：任务实施1、解算方案

整个过程包括定义分析类型、解算方案类型及特定传动副驱动类型等，可根据实际需求对同一物体进行不同的解算。步骤如下：（1）点击“菜单”；（2）在“插入”栏中点击“解算方案”按钮；（3）打开的界面如右图所示。项目十二3D打印机的装配与仿真学习活动10：任务实施2、求解完成解算方案设置后即可进行求解阶段。步骤如下：（1）点击“主页”功能区；（2）点击“解算方案”组中的“求解”按钮。其中，铰链运动驱动和电子表格驱动方案，需要用户设置传动副，定义步长和输入电子表格完成仿真分析。项目十二3D打印机的装配与仿真学习活动11：任务效果运动分析模块可以通过动画、XY结果视图、仿真动画等多种手段输出结果。1、动画动画是基于时间的机构动态仿真，包括静力平衡分析和静力/动力分析两类仿真分析。动画仿真包括以下两种方式：（1）点击状态栏中“动画”命令；（2）单击“分析”功能区“运动”组中的“动画按钮。”项目十二3D