Inventor軟件在農(nóng)機輔助設計中的應用

劉忠澤

摘要：為縮短農(nóng)機設計周期，介紹一種可與AutoCAD無縫結(jié)合的三維參數(shù)化實體模擬設計軟件Autodesk Inventor。以農(nóng)業(yè)機械設計中常用的軸設計為例，詳細介紹Inventor軟件的具體應用步驟及方法，為提高農(nóng)機設計的效率及準確性提供參考。

關鍵詞：Inventor軟件；設計加速器；軸；生成器

中圖分類號：S220.2 文獻標識碼：A 文章編號：1674-1161（2017）01-0035-04

近年來，隨著我國農(nóng)業(yè)機械逐步向大型化、智能化、高效化方向發(fā)展，農(nóng)機研究方法也隨之而變化。長期以來，由于農(nóng)業(yè)機械的作業(yè)對象（土地和作物）具有特殊性和復雜性，導致農(nóng)業(yè)機械研發(fā)創(chuàng)新存在較大困難。每次產(chǎn)品的研發(fā)到定型，均需經(jīng)過設計、樣機試制、試驗、改進設計、再試驗等過程，研發(fā)周期長、成本高、設計精度低。隨著計算機技術的發(fā)展，許多新成果被引入優(yōu)化設計，進而推動了設計方法的革命。在二維制圖軟件中，CAD應用較為廣泛，對整個機械設計有很大影響。Autodesk Inventor軟件是一種三維參數(shù)化實體模擬設計軟件，可與AutoCAD無縫結(jié)合，操作簡單，工程圖可以直接轉(zhuǎn)化為CAD圖紙，既簡化產(chǎn)品設計，又提高設計質(zhì)量，還節(jié)約大量設計時間。

1 Inventor 軟件設計加速器概述

Inventor軟件中的設計加速器能夠為設計過程提供決策支持和設計計算，使設計者不必花費大量的時間翻查手冊，以及進行繁瑣的設計計算，且避免在建模上浪費時間，可達到設計加速的目的。

設計加速器為使用者提供一組零件生成器和計算器，此為功能設計的重要組件之一。它提供工程計算和決策支持，可以識別標準零部件或創(chuàng)建基于標準的幾何圖元，并驗證是否符合設計要求，通過改進初始設計參數(shù)修正設計，從而提高設計速度和質(zhì)量。使用設計加速器工作時，僅需要根據(jù)窗口提示輸入相應的機械屬性，就可以自動創(chuàng)建符合機械原理的零部件或得到一組計算數(shù)據(jù)。例如：設計者選擇零件、螺栓安裝孔，并將零部件裝配在一起后，使用螺栓聯(lián)接生成器就可以插入螺栓連接。通過輸入相應的設計參數(shù)，還可實現(xiàn)螺栓連接設計計算和結(jié)構(gòu)設計。

設計加速器必須在部件環(huán)境或焊接件環(huán)境中工作，在功能區(qū)上單擊“設計”選項卡，將會顯示可用的生成器和計算器命令。生成器和計算器根據(jù)功能區(qū)域編組，例如將所有焊縫功能編為一組。在工作中，只有生成器調(diào)入軟件資源中心的文件才能完成設計，因此，在開始使用任意生成器或計算器前，必須先保存部件。

2 Inventor 軟件設計加速器應用實例

在農(nóng)業(yè)機械設計中，軸是最常應用的部件之一。軸是組成機具的重要零件，主要功能是傳遞機具的運動和轉(zhuǎn)矩。在實際應用中，一般把軸設計成階梯軸，這是因為階梯軸的強度接近于等強度，容易加工，也便于軸上零部件的裝配。在機具設計中，影響軸結(jié)構(gòu)的因素很多，需要根據(jù)軸的受力情況和安裝條件確定其構(gòu)造外形和尺寸。在確定軸的構(gòu)造外形和尺寸時，還要考慮軸和安裝在軸上的零件裝配位置、軸的強度和剛度、軸加工和裝配的工藝、減少應力集中等諸多因素。現(xiàn)以開溝機變速箱的軸設計為例，介紹Inventor軟件設計加速器的應用。

拖拉機后輸出軸的轉(zhuǎn)速為540 r/min，開溝機所需動力18 kW。在實際應用中經(jīng)常使用的軸一般開有鍵槽（平鍵、花鍵），用以傳遞扭矩，所以設計加速器的生成器應包括軸生成器和各種鍵生成器。如果軸上有凸輪等，設計加速器中還應包含凸輪生成器?，F(xiàn)主要介紹軸和鍵的生成方法（凸輪等生成器的應用與之相類似，可參照使用）。

2.1 軸生成器

使用軸生成器設計的軸可以包含無限多個截面，每個截面可以具有2個邊特征和無限個中間特征，并在Autodesk Inventor窗口中顯示軸的預覽。當用戶在“設計”選項卡（可選）上進行設計時，軸的形狀將根據(jù)“設計”選項卡中的設定（截面數(shù)、截面形狀、空心軸形狀等）而更改。

設計者使用軸生成器設計時，可以根據(jù)構(gòu)想和設計經(jīng)驗插入軸的各個截面（圓柱、圓錐、多邊形），并給出軸結(jié)構(gòu)特征（倒角、圓角、螺紋），將包含各界面直徑、長度和特征的軸保存到模板庫。向軸設計框內(nèi)添加軸的各種載荷和支承（如生成器執(zhí)行強度校核），并在Inventor中生成軸。根據(jù)減速器結(jié)構(gòu)和設計者經(jīng)驗，構(gòu)想軸的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

3.2 啟動軸生成器

1） 在啟動軸生成器前，在功能區(qū)上單擊“設計”選項卡，出現(xiàn)如圖2所示的界面。

2） 在以上界面功能區(qū)上單擊“動力傳動”面板框內(nèi)的“軸”，出現(xiàn)如圖3所示的界面。

3） 點擊“確認”，保存文件，出現(xiàn)如圖4所示的對話框。

3.3 軸生成器應用

設計者按照構(gòu)想的草圖添加相應的軸段和修改軸端的界面形狀，如圖5所示。

完成軸段輸入后點擊“計算”，出現(xiàn)如圖6所示的計算選項卡。

選擇軸的材料，給定徑向力。已知軸傳輸動力為18 kW，轉(zhuǎn)速540 r/min，齒輪設計分度圓160 mm，則徑向力為A=9 550×=3 979（N）。輸入“徑向力”項，點擊“計算”，出現(xiàn)如圖7所示設計結(jié)果。

通過計算結(jié)果，設計者可查看所有應力系數(shù)，判斷其是否合適，以確定軸設計是否合理。也可以點擊“圖形”鈕查看軸的載荷圖（如圖8所示）。通過軸的載荷圖可查看彎矩、彎曲應力、剪切應力、扭應力、拉伸應力等，進一步了解所設計的軸的受力情況，為軸的優(yōu)化設計提供支持。

4 花鍵連接設計

在設計加速器下選擇“矩形花鍵連接生成器”，彈出如圖9 所示的對話框。

根據(jù)設計需要和國際標準選擇花鍵類型。為在軸上放置鍵槽選取幾何圖元，在“引用1”選項中選擇鍵槽所在的圓柱面，在“引用2”選項中選取鍵槽的起始平面，“方向”選擇一個平面確定鍵槽在軸面的位置，完成后點擊“計算”，彈出如圖10所示的界面。

輸入傳輸功率、轉(zhuǎn)速、花鍵長度后，選擇花鍵軸的材料和熱處理狀態(tài)，點擊“計算”，出現(xiàn)如圖11所示的界面。表明設計正確，完成設計。

3 結(jié)語

Inventor的設計加速器為設計過程提供決策支持，使設計者不必花費大量的時間和精力查找手冊和進行工程計算，提高設計效率和精準度，降低計算誤差。設計加速器是功能設計的重要組成部分，其通過自動提供選項和自動創(chuàng)建基于標準的幾何圖元來簡化設計，通過確認設計要求自動完成工程計算，并通過為相同任務選擇相同的零部件增加標準化，從而使設計過程簡便，有利于優(yōu)化設計，在工程設計中發(fā)揮非常重要的作用。

參考文獻

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