Inventor動畫展示技術在《機械設計基礎》教學中的應用

丁宇寧

（江西冶金職業技術學院機電工程系，江西 新余338015）

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Inventor動畫展示技術在《機械設計基礎》教學中的應用

丁宇寧

（江西冶金職業技術學院機電工程系，江西 新余338015）

摘要：Inventor是一款全面的三維設計軟件，具有簡單易用、二維與三維數據無縫轉換等特性，在教育、機械制造等領域得到迅猛發展和普及。以高職學院《機械設計基礎》課程教學中的圓柱齒輪減速器機構為例，總結使用Inventor軟件對圓柱齒輪減速器機構進行三維裝配的方法，還對在裝配體中如何能實現齒輪嚙合運動展示動畫的問題提出了具體可行的技術方案。

關鍵詞：圓柱齒輪減速器；裝配約束；展示動畫

高職教師在《機械設計基礎》教學過程中經常使用一級圓柱齒輪減速器為例題，對“齒輪嚙合”特點和“齒輪傳動比”等方面教學內容進行講解，對于一般的教學過程，學生普遍感到機構復雜，難以掌握知識要領。Inventor軟件具有簡單易用、產品直觀性強的特點，在教育領域得以普及和發展，教師可利用Inventor軟件虛擬機構動畫展示技術來演示運動機構的組成和運動過程，讓學生輕松掌握知識要領。

1　一級圓柱齒輪減速器各零件的設計

一般來講，高職學院《機械設計基礎》課程中使用的一級圓柱齒輪減速器教學模型通常由減速器下箱體、減速器上箱體、齒輪、軸、墊片、軸承、軸承端蓋、鍵、窺測孔、擋油環和吊耳和標準連接件等零件組成[1]。

1.1零件的特征建模

雖然圓柱齒輪減速器零件眾多，但是Inventor是基于特征建模[2]，除了嚙合齒輪外，各零件的設計方法基本相似，現以減速器下箱體為例說明。

首先采用零件測繪的方式，把減速器下箱體零件的特征尺寸和定位尺寸測量出來。進入Inventor軟件操作環境，然后進入草繪，輸入零件特征的尺寸，通過Inventor給定的“拉伸”、“旋轉”、“掃掠”、“放樣”等基本命令，創建出零件的基礎特征，在使用“打孔”、“倒角”、“抽殼”命令，創建零件的附加特征，生成減速器下箱體零件的三維模型，如圖1所示。

圖1　減速器下箱體

1.2圓柱齒輪的設計

由于齒輪有固定的傳動比，而且圓柱齒輪減速器兩軸間的距離即嚙合齒輪之間的中心距已定，故在Inventor軟件中必須通過“設計加速器”工具欄中的“正齒輪零部件生成器”對話框來設定參數，從而生成兩嚙合齒輪。

在齒輪設計時，在“正齒輪零部件生成器”對話框中輸入以中心距為導向，輸入傳動比，讓軟件自行生成模數和兩嚙合齒輪齒數。如圖2所示，在文中筆者按減速器下箱體兩孔之間距離設定中心距為60，傳動比為i=1.9，軟件自動生成其它參數，其結果是齒輪模數m=2；小齒輪齒數Z1=21；大齒輪齒數Z2=39.

圖2　“正齒輪零部件生成器”對話框

點擊“正齒輪零部件生成器”對話框“確定”按鈕，生成兩齒輪三維模型，如圖3所示。

圖3　齒輪三維模型

2　一級圓柱齒輪減速器的三維裝配

圓柱齒輪減速器采用自下而上的裝配方法，裝配時以第一個裝入減速器下箱體零件為基礎零件，其它零件的裝配以基礎零件為準，選擇不同的約束方式使其空間位置完全確定。其步驟主要按下列順序進行：

（1）先裝配軸承端蓋，采用“軸對齊”和“配合”約束方式。

（2）相同的方法裝配墊片、軸承和兩軸，見圖4零件裝配示意圖。

圖4　零件裝配約束示意圖

（3）裝配兩齒輪，裝配采用“軸對齊”和“配合”約束方式，使之放置在軸承和軸上。

（4）兩齒輪嚙合裝配，這是裝配的重點所在，裝配不好，齒輪嚙合運動將不能進行。具體操作步驟是先將兩齒輪齒面采用“相切”約束，如圖5所示，然后在運動約束中將傳動比設置為1.9，接著設置傳動軸的鍵槽底平面與水平面的夾角為0°，最后刪除兩齒面的“相切”約束，這樣兩齒輪嚙合裝配就約束好了。

圖5　齒輪嚙合約束

（5）鍵和減速器上箱體的裝配，最后是連接件的裝配。

3　一級圓柱齒輪減速器的運動展示動畫設計

為了方便觀察圓柱齒輪減速器的內部結構和齒輪嚙合運動過程，可對此運動機構作運動動畫展示和淡顯動畫展示的設計。Inventor studio軟件提供了比較快捷的制作機構淡顯運動動畫方法。進入Inventor studio界面環境中，點擊“約束動畫制作”對話框，設置動畫時間為20 s與傳動軸轉動的角度為1 080°，并在“動畫時間軸”上顯示出來；接下來在“淡顯動畫制作”對話框中設置減速器上箱體零件為淡顯對象，在20 s的運動時間內5~15 s為淡顯過程，即減速器上箱體在5~10 s內逐漸變透明，以便觀察減速器內部結構，10~15 s內零件由透明變成實體，具體如圖6所示。淡顯動畫與運動動畫可同時在時間軸進行剪輯，滿足機構動畫展示的不同群體要求。為了方便展示動畫與多媒體網絡鏈接，把在Inventor studio生成的淡顯動畫輸出為AVI格式的多媒體文件。

圖6　齒輪減速器淡顯動畫設置

4　結束語

教師利用Inventor對圓柱齒輪減速器進行裝配和展示動畫制作，并將展示動畫應用在課堂教學上，能準確向學生展示機械機構的組成與工作原理，學生能以不同角度觀察機構，教學方法由靜變動，增強學生的感性思維，能使學生在短時間內掌握知識要領。

參考文獻：

[1]馬曉麗.機械產品設計[M].北京：機械工業出版社，2005.

[2]李錦標.Pro/E三維造型設計教程與實例精講[M].北京：清華大學工業出版社，2009.

中圖分類號：TP391

文獻標識碼：B

文章編號：1672-545X（2016）04-0241-03

收稿日期：2016-01-14

作者簡介：丁宇寧（1982-），男，江西萬年人，講師，工程碩士，研究方向為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