機(jī)械設(shè)計畢業(yè)論文基于solidworks的落鏢沖擊試驗(yàn)儀的設(shè)計_第1頁
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文檔簡介

1、<p><b>  本科畢業(yè)論文</b></p><p><b> ?。?0 屆)</b></p><p>  基于SolidWorks的落鏢沖擊試驗(yàn)儀的設(shè)計</p><p>  所在學(xué)院 </p><p>  專業(yè)班級 機(jī)械

2、設(shè)計制造及自動化 </p><p>  學(xué)生姓名 學(xué)號 </p><p>  指導(dǎo)教師 職稱 </p><p>  完成日期 年 月 </p><p><b>  摘 要</b>

3、;</p><p>  落鏢沖擊試驗(yàn)儀又稱落鏢沖擊試驗(yàn)機(jī),是在給定高度的自由落鏢沖擊下,測定50%的試樣破損時的能量(用質(zhì)量表示)的一種試驗(yàn)機(jī),適用于塑料薄膜和薄片以及鋼板涂層。本論文的落鏢沖擊試驗(yàn)儀的設(shè)計,對傳統(tǒng)的落鏢沖擊試驗(yàn)儀結(jié)構(gòu)及工作性能進(jìn)行改進(jìn)構(gòu)思,完成了塑料薄膜沖擊性能測試儀器的設(shè)計。</p><p>  本文對沖擊性能測試儀器的工作原理、運(yùn)動機(jī)構(gòu)進(jìn)行了研究。落鏢沖擊試驗(yàn)儀測試原

4、理:試驗(yàn)開始時,首先選擇試驗(yàn)方法,估計一個初始質(zhì)量和Δm值,進(jìn)行試驗(yàn),如果第一個試樣破損,用砝碼Δm減少落體質(zhì)量;如果第一個試樣不破,須用砝碼Δm增加落體質(zhì)量依此進(jìn)行試驗(yàn)??傊庙来a減少或增加落體質(zhì)量,取決于前一個試樣是否破損。20個試樣試驗(yàn)后,計算破損總數(shù)N,如果N等于10,試驗(yàn)完成;如果N小于10,補(bǔ)充試樣后,繼續(xù)試驗(yàn)直到N等于10;如果N大于10,補(bǔ)充試樣后,繼續(xù)試驗(yàn)直到不破損的總數(shù)等于10為止,最后由系統(tǒng)自動計算沖擊結(jié)果。&

5、lt;/p><p>  通過solidworks軟件對實(shí)驗(yàn)儀器的重要部件進(jìn)行了結(jié)構(gòu)設(shè)計并進(jìn)行了裝配,利用IPA插件對沖擊實(shí)驗(yàn)過程進(jìn)行了動態(tài)模擬。所設(shè)計的儀器結(jié)構(gòu)合理,操作簡單,設(shè)備能夠?qū)Ρ∧さ臎_擊性能進(jìn)行測試,符合國家標(biāo)準(zhǔn)。通過沖擊過程的動態(tài)模擬效果顯示,能夠?qū)?shí)驗(yàn)過程以動畫的形式生動地展示出來。</p><p>  關(guān)鍵詞:落鏢沖擊實(shí)驗(yàn)儀;設(shè)計;Solidworks;IPA;模擬</p

6、><p><b>  Abstract</b></p><p>  Falling dart impact tester is also known as drop-dart impact tester. The drop is a dart at a certain height impact. Damaged 50% of the sample measured th

7、e energy (expressed by mass) of a testing machine. For plastic film and sheet and plate coating.This paper falling dart impact tester design, the traditional drop-dart impact tester structure and performance to improve i

8、deas. Complete the design of the plastic film impact performance testing equipment.</p><p>  In this paper, the impact of the working principle of the performance test equipment, sports bodies have been stud

9、ied. Falling dart impact tester testing principles: at baseline, first select the test method, estimate an initial mass and Δm in the test. If the first sample is damaged, then the falling body with a weight reduction of

10、 the quality of Δm. If the first sample is not broken, should fall with increased body mass weight Δm to test so. In short, the use of weight reduction or increase in</p><p>  Solidworks software with an imp

11、ortant component of the experimental apparatus was designed and carried out structural assembly, using IPA plug on the impact the dynamic simulation experiment. Reasonable structure of the instrument designed, simple ope

12、ration, the device can test the performance the impact the film, in line with national standards. The impact the process through the dynamic simulation results show that the ability to experiment in the form of animation

13、 vividly displayed.</p><p>  Key words: falling dart impact test instrument; design; Solidworks; IPA; simulation</p><p><b>  目錄</b></p><p><b>  前 言1</b><

14、;/p><p>  第一章 試驗(yàn)儀與使用軟件的介紹2</p><p>  1.1試驗(yàn)儀的介紹2</p><p>  1.2我國試驗(yàn)機(jī)標(biāo)準(zhǔn)化的歷史與現(xiàn)狀3</p><p>  1.3 Solidwork及IPA的介紹4</p><p>  1.3.1 Solidworks的發(fā)展4</p><p

15、>  1.3.2 Solidworks的簡介4</p><p>  1.3.3 基于Solidworks的優(yōu)點(diǎn)5</p><p>  1.3.4基于 Solidworks的設(shè)計方法5 </p><p>  1.3.5 IPA的介紹6</p><p>  第二章 實(shí)驗(yàn)儀的設(shè)計步驟7</p><p>  

16、2.1 落鏢沖擊實(shí)驗(yàn)儀的設(shè)計思想及方案確定7</p><p>  2.2 測試儀的工作原理分析7</p><p>  2.3 各關(guān)鍵零部件及整體結(jié)構(gòu)的設(shè)計7</p><p>  2.3.1 各零部件的設(shè)計7</p><p>  2.3.2 整體結(jié)構(gòu)設(shè)計16</p><p>  2.4 測試儀的調(diào)整及操作過程

17、16</p><p>  2.4.1 測試儀的調(diào)整.16</p><p>  2.4.2 落鏢沖擊測試試驗(yàn)17</p><p>  2.4.3 試驗(yàn)結(jié)果的處理17</p><p>  第三章 IPA動態(tài)模擬19</p><p>  3.1動態(tài)模擬操作19</p><p>  3.2動

18、態(tài)模擬效果23</p><p><b>  結(jié) 論26</b></p><p><b>  致 謝27</b></p><p><b>  參考文獻(xiàn)28</b></p><p><b>  前 言</b></p><p&g

19、t;  落鏢式?jīng)_擊試驗(yàn)儀是滿足ISO7765《塑料薄膜和薄片抗沖擊性能的測定-自由落鏢法》,同時符合GB/T9639《塑料薄膜和薄片抗沖擊性能試驗(yàn)方法自由落鏢法》,及ASTMD1709《聚乙烯塑料抗自由落鏢沖擊的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法》主要用于在給定高度的自由落鏢沖擊下,測定50%塑料薄膜,薄片材料試樣破損時的能量值(以沖擊破損質(zhì)量g表示);適用于工礦企業(yè)、科研單位、質(zhì)檢部門及學(xué)校等行業(yè)。</p><p>  落體式?jīng)_擊試

20、驗(yàn)臺是進(jìn)行沖擊振動試驗(yàn)的一種主要的試驗(yàn)設(shè)備。它被廣泛應(yīng)用于航天、航海的試驗(yàn)領(lǐng)域,各種電子類產(chǎn)品的模擬公路運(yùn)輸試驗(yàn)也缺不了落體式?jīng)_擊試驗(yàn)臺。檢定沖擊試驗(yàn)臺的標(biāo)準(zhǔn)裝置是振動動態(tài)信號分析儀套組(PULSE 3560C),由標(biāo)準(zhǔn)振動測量儀(加速度傳感器+電荷放大器)、數(shù)據(jù)采集前端和函數(shù)分析軟件組成[1]。</p><p>  沖擊臺是利用重物自由落體以激勵起系統(tǒng)瞬態(tài)擾動加速度突然變化的一套裝置。該裝置可產(chǎn)生半正弦波、后峰

21、鋸齒波和梯形波等基本沖擊波形。它通常由臺體、控制系統(tǒng)、試驗(yàn)參數(shù)測量顯示系統(tǒng)及緩沖器所組成[2]。</p><p>  塑料薄膜和薄片是目前應(yīng)用最為廣泛的包裝材料之一[3],但目前薄膜的種類繁多,性能存在重大的差異。為了發(fā)揮包裝薄膜在產(chǎn)品的儲存、運(yùn)輸過程中的最大優(yōu)勢,需要研究薄膜的厚度、成分等工藝參數(shù)對薄膜的性能影響。而薄膜的韌性、沖擊性能是考察其物理性能的一個重要指標(biāo)。</p><p> 

22、 薄膜韌性、沖擊性能的測定方法有很多,其中利用落鏢沖擊的方法測定材料的沖擊性能是一種高效而又快捷的方法。目前國內(nèi)外落鏢試驗(yàn)大都是以人工使用機(jī)械、電子等儀器對薄膜和薄片材料進(jìn)行實(shí)際的落鏢沖擊性能測試。落鏢試驗(yàn)要求在所規(guī)定的試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)下進(jìn)行并得出精確的數(shù)據(jù),這依賴于落鏢試驗(yàn)儀器的先進(jìn)性、試驗(yàn)者操作的規(guī)范性以及避免或減少環(huán)境因素的影響。</p><p>  目前先進(jìn)的落鏢測試儀將數(shù)據(jù)用微型計算機(jī)處理,試驗(yàn)過程智能化[4]

23、,如試樣氣動夾緊、釋放,減少了試驗(yàn)誤差與試驗(yàn)時間;試驗(yàn)過程也無需人工畫圖標(biāo)記,數(shù)據(jù)參數(shù)系統(tǒng)液晶顯示;試驗(yàn)數(shù)據(jù)系統(tǒng)自動識別、計算,無需人工干預(yù);試驗(yàn)自動結(jié)束,結(jié)果多種單位顯示,微型打印機(jī)輸出。抗沖擊性,國內(nèi)外落鏢試驗(yàn)器械的研究方向是智能化操作控制及儀器精密性,著重于提高操作簡便性、準(zhǔn)確率及效率,尚未涉及材料能的記憶查詢功能,不利于材料的統(tǒng)一管理。</p><p>  第一章 試驗(yàn)儀與使用軟件的介紹</p&g

24、t;<p><b>  1.1試驗(yàn)儀的介紹</b></p><p>  落鏢沖擊實(shí)驗(yàn)儀測量厚度小于1mm的塑料薄膜或薄片在給定高度的自由落鏢沖擊下,50%薄膜或薄片式樣破損時的沖擊質(zhì)量[5]。有兩種方法可供選擇:A法和B法。A法適用于沖擊破損質(zhì)量為50-2000g的材料,沖擊高度為660mm;B法適用于沖擊破損質(zhì)量300-2000g的材料,沖擊高度為1500mm。圖1.1為常見

25、落鏢沖擊試驗(yàn)儀所示圖。1、試樣夾具:采用二個環(huán)形夾具,下夾具固定在水平面上,上夾具(動夾具)與下夾具須保持平行。2、環(huán)形夾具與試樣接觸表面須附有橡膠墊圈。3電磁鐵:須能吸住或放開質(zhì)量為2000克的落體。基本操作步驟:系統(tǒng)上電→選擇試驗(yàn)方法→估計初始沖量和Δm→根據(jù)沖擊結(jié)果增加或減少Δm→系統(tǒng)自動計算進(jìn)度→自動判斷是否滿足結(jié)束條件→顯示試驗(yàn)結(jié)果→打印試驗(yàn)報告→試驗(yàn)結(jié)束。</p><p>  具體操作如下:1.接通電

26、源和氣源。2.夾好試樣。3.打開控制器左側(cè)開關(guān),屏幕顯示軟件開發(fā)商名稱,按面板右下角開關(guān),進(jìn)入實(shí)驗(yàn)界面:a、按“方法”鍵,選定試驗(yàn)方法(A或B法)。b、按“m”鍵,設(shè)定初始質(zhì)量(根據(jù)材料,選定一個估計質(zhì)量),被選定數(shù)字下面有“__”橫線閃爍,即可修改此數(shù)字,按“←”或“→”箭頭,來設(shè)定數(shù)值大小,然后按數(shù)字鍵,即可設(shè)定初始質(zhì)量。C、按“△m”鍵,設(shè)置“變化質(zhì)量”既增加或減少質(zhì)量,按“←”或“→”箭頭,再按數(shù)字鍵,就可以設(shè)定“變化質(zhì)量”。d

27、、m和△m設(shè)定好后,按下“新實(shí)驗(yàn)”鍵,顯示“當(dāng)前質(zhì)量”,此時數(shù)值不可更改。4.按照試驗(yàn)方法,在相應(yīng)鏢頭上加上砝碼(A法:50g+砝碼=初始質(zhì)量,B:150g+砝碼=初始質(zhì)量)[6]。</p><p>  圖1.1 落鏢沖擊試驗(yàn)儀</p><p>  1.2我國試驗(yàn)機(jī)標(biāo)準(zhǔn)化的歷史與現(xiàn)狀</p><p>  為了闡明我們試驗(yàn)機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)化工作,首先就要重述一下國際標(biāo)準(zhǔn)化組織

28、制定的ISO/IEC指南2(1996年版)和國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 20000.122002中給標(biāo)準(zhǔn)化下的定義“:為在一定范圍內(nèi)獲得最佳秩序,對現(xiàn)實(shí)問題或潛在問題制定共同使用和重復(fù)使用的條款的活動?!币陨蠘?biāo)準(zhǔn)化所述的活動主要包括編制、發(fā)布和實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)的過程。其標(biāo)準(zhǔn)化的主要作用是在于為了能夠達(dá)到預(yù)期目的改進(jìn)產(chǎn)品、過程或服務(wù)的適用性,防止貿(mào)易壁壘,并促進(jìn)技術(shù)合作。我國試驗(yàn)機(jī)產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化起始于早期的材料試驗(yàn)機(jī)產(chǎn)品的機(jī)械化、系列化生產(chǎn)。試驗(yàn)機(jī)產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)

29、化隨著試驗(yàn)機(jī)產(chǎn)品的發(fā)展而發(fā)展,而其標(biāo)準(zhǔn)化的領(lǐng)域是隨著試驗(yàn)機(jī)產(chǎn)品種類的不斷擴(kuò)大而擴(kuò)大。追根溯源,試驗(yàn)機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)化距今己有45年的歷史了,最早面世的試驗(yàn)機(jī)標(biāo)準(zhǔn)是在1961年,由當(dāng)時的第一機(jī)械工業(yè)部發(fā)布,并由當(dāng)時的試驗(yàn)機(jī)行業(yè)技術(shù)研究所———長春材料試驗(yàn)機(jī)研究所提出并制定的下述九項(xiàng)儀器儀表專業(yè)標(biāo)準(zhǔn):</p><p>  1)儀(Y)62261洛氏硬度試驗(yàn)機(jī)技術(shù)條件;</p><p>  2)儀(Y)

30、63261液壓萬能材料試驗(yàn)機(jī)技術(shù)條件;</p><p>  3)儀(Y)64261液壓式壓力試驗(yàn)機(jī)技術(shù)條件;</p><p>  4)儀(Y)65261機(jī)械式拉力試驗(yàn)機(jī)技術(shù)條件;</p><p>  5)儀(Y)66261扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)技術(shù)條件;</p><p>  6)儀(Y)67261線材扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)技術(shù)條件;</p><p

31、>  7)儀(Y)68261擺錘式?jīng)_擊試驗(yàn)機(jī)技術(shù)條件;</p><p>  8)儀(Y)69261懸臂梁彎曲疲勞試驗(yàn)機(jī)技術(shù)條件;</p><p>  9)儀(Y)70261純彎曲疲勞試驗(yàn)機(jī)技術(shù)條件[7]。</p><p>  所以這九項(xiàng)儀器儀表專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布填補(bǔ)了我國試驗(yàn)機(jī)專業(yè)無產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的空白,這也是我國試驗(yàn)機(jī)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化工作起始點(diǎn)的標(biāo)志。在當(dāng)時技術(shù)水平和生產(chǎn)條

32、件下,試驗(yàn)機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)化領(lǐng)域還只局限在金屬材料試驗(yàn)機(jī)這一小類試驗(yàn)機(jī)產(chǎn)品的范圍內(nèi)。</p><p>  而當(dāng)今拉伸試驗(yàn)方法已經(jīng)從機(jī)械化進(jìn)入了數(shù)字化,沖擊試驗(yàn)在我國尚處于20世紀(jì)60年代以前的落后狀態(tài)。而這種落后狀態(tài)表現(xiàn)在如下幾個方面:</p><p>  (1)試驗(yàn)機(jī)落后。無論是擺錘式彎沖試驗(yàn)機(jī),還是落錘式?jīng)_擊試驗(yàn)機(jī),仍以從一定高度落下的錘頭勢能損失計量沖斷試樣消耗能量一沖擊功;</p&g

33、t;<p>  (2)90%以上的沖擊試驗(yàn)機(jī)以指針顯示沖擊功;</p><p>  (3)自動控制部分仍以電磁繼電器控制方法為主,還沒有進(jìn)人數(shù)字控制,甚至有的試驗(yàn)機(jī)還使用手動;</p><p>  (4)最重要的是不能測定沖擊力一位移曲線,因此就不能給出定量的、具有物理意義的和反映材質(zhì)彈性、塑性及斷裂性能的沖擊數(shù)據(jù);</p><p>  (5)由于沖擊

34、功沒有明確的物理意義,因此不能象拉伸試驗(yàn)數(shù)據(jù)那樣被設(shè)計、檢驗(yàn)和分析材質(zhì)作為可靠的依據(jù),限制了其應(yīng)用范圍。</p><p>  從20世紀(jì)90年代起,已經(jīng)有了比較成熟和先進(jìn)的儀器化(數(shù)字化)沖擊試驗(yàn)機(jī)問世。這種試驗(yàn)機(jī)不僅可以進(jìn)行力一位移曲線的測定,而且可以給出反映材料沖擊性能的特征參數(shù)。于是使沖擊試驗(yàn)全面地、徹底地向前推進(jìn)了一大步,從原理到數(shù)字化都提高到可以與拉伸試驗(yàn)的同等水平。使沖擊試驗(yàn)從一個原始的落后的狀態(tài),一

35、躍進(jìn)入了試驗(yàn)儀器和試驗(yàn)方法的先進(jìn)行列。這種變化不僅僅反映在了沖擊試驗(yàn)機(jī)的飛速發(fā)展上,而且從沖擊試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)上得到肯定。</p><p>  2000年國際標(biāo)準(zhǔn)化組織頒布了ISO14556:2000(E)“鋼材v型缺口沖擊試驗(yàn)儀器化方法”標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會國標(biāo)委計劃[2002141號文的要求,2003年由北京航空航天大學(xué)負(fù)責(zé),鋼鐵研究總院及中國重工集團(tuán)725所參加共同制定我國“金屬材料沖擊試驗(yàn)儀器化方法

36、”國家標(biāo)準(zhǔn)[8]。</p><p>  1.3 Solidwork及IPA的介紹</p><p>  1.3.1 Solidworks的發(fā)展</p><p>  Solidworks是美國SolidWorks公司開發(fā)的三維CAD產(chǎn)品,在操作平臺上基于windows,在技術(shù)內(nèi)核上基于先進(jìn)的parasolid圖形語言平臺,因而在使用的方便性和技術(shù)的先進(jìn)性兩方面均趨于完美

37、。SolidWorks是一個目前流行的參數(shù)化三維特征造型機(jī)械設(shè)計自動化軟件,它操作方便,簡單易學(xué),容易掌握,功能強(qiáng)大。采用它作為開發(fā)平臺適合我國當(dāng)前中小企業(yè)中以微型機(jī)為主的現(xiàn)狀[9]。</p><p>  90年代初,國際微機(jī)市場發(fā)生了根本性的變化,微機(jī)性能大幅提高,而價格一路下滑,微機(jī)卓越的性能足以運(yùn)行三維CAD軟件。為了開發(fā)世界空白的基于微機(jī)平臺和Windows操作系統(tǒng)下的三維CAD系統(tǒng),SolidWorks

38、公司成立,完全致力于新的3D軟件的開發(fā),并于1995年成功推出了SolidWorks 3D軟件,引起世界相關(guān)領(lǐng)域的一片驚喜和贊嘆。</p><p>  1997年,世界超一流3D CAD/CAE/PDM廠商法國達(dá)索集團(tuán)看到了SolidWorks優(yōu)秀的產(chǎn)品特點(diǎn)和巨大的發(fā)展空間,重金收購。在達(dá)索的支持下,SolidWorks吸收了達(dá)索3D產(chǎn)品CATIA的許多優(yōu)點(diǎn),對SolidWorks進(jìn)行完善和優(yōu)化,使SolidWo

39、rks功能和性能迅速達(dá)到世界一流水平。按照達(dá)索集團(tuán)的規(guī)劃,CATIA 占領(lǐng)著航天、航空、轎車等高端市場,SolidWorks則搶占了主流機(jī)械制造領(lǐng)域,使達(dá)索集團(tuán)在三維CAD領(lǐng)域無可匹敵,許多原來的三維CAD廠商被迫紛紛轉(zhuǎn)向特殊行業(yè)應(yīng)用或單獨(dú)的PLM領(lǐng)域。同年,SRAC公司也看到了SolidWorks的發(fā)展前景,給SolidWorks做無縫集成的分析。在2001年,DS又看到了SRAC和SolidWorks集成的優(yōu)勢,通過股權(quán)收購了SRA

40、C,從此,cosmos和SolidWorks無縫集成在一起。經(jīng)歷隨后十多年的發(fā)展,Solidworks 3D軟件已經(jīng)躋身國際一流三維軟件之列,尤其在歐美日等發(fā)達(dá)國家,用戶數(shù)量已飆升至第一,許多原來使用其它三維軟件的用戶在初試Solidworks軟件之后,無不感嘆其優(yōu)異的功能、性能和易用性,毫不猶</p><p>  SolidWorks軟件是全球第一個Windows原創(chuàng)的實(shí)體建模系統(tǒng),該系統(tǒng)在1999年就獲得全球

41、微機(jī)平臺CAD系統(tǒng)評比第一名。至今已經(jīng)蟬聯(lián)了數(shù)次業(yè)界第一名。</p><p>  1.3.2 Solidworks的簡介</p><p>  功能強(qiáng)大、易學(xué)易用和技術(shù)創(chuàng)新是SolidWorks 的三大特點(diǎn)[11],使SolidWorks 成為領(lǐng)先的、主流的三維CAD解決方案。SolidWorks 它能夠減少設(shè)計過程中的錯誤、提供不同的設(shè)計方案以及提高產(chǎn)品的質(zhì)量。它不僅僅能夠提供這么強(qiáng)大的功

42、能,同時它還對每一個設(shè)計者和工程師來說,它的使用操作更加的簡單方便、易學(xué)易用。</p><p>  如果熟悉微軟的Windows系統(tǒng),那你基本上就可以用SolidWorks 來進(jìn)行繪制設(shè)計了。SolidWorks獨(dú)特?fù)碛械耐献Чδ芸梢允鼓隳軌蛲瓿纱笮脱b配設(shè)計,而所花的時間則較少。SolidWorks資源管理器是同Windows資源管理器一樣的CAD文件管理器,用它可以方便地管理CAD文件。使用SolidWorks

43、 這個軟件,讓我們能夠在花比較少的時間內(nèi)可以完成更多的工作量,能夠使高質(zhì)量的產(chǎn)品更快的投放到市場。</p><p>  想要在設(shè)計過程中更加簡便、更加方便的設(shè)計,在目前的市場上所使用的三維CAD解決方案中莫過于使用SolidWorks了。就像美國的著名的咨詢公司Daratech所做出來的評論那樣:“在基于Windows平臺的三維CAD軟件中,SolidWorks是最著名的品牌,是市場快速增長的領(lǐng)導(dǎo)者?!?lt;/

44、p><p>  在它簡單易用的操作和獨(dú)特的設(shè)計功能(包括Windows風(fēng)格的拖/放、點(diǎn)/擊、剪切/粘帖),使用SolidWorks ,零件設(shè)計、裝配設(shè)計和工程圖之間是全相關(guān)的并且它的整個產(chǎn)品設(shè)計是可以對它進(jìn)行編輯的。</p><p>  SolidWorks它能夠使得設(shè)計者和工程師能夠以相當(dāng)快的速度完成大型裝配件和創(chuàng)造產(chǎn)品的三維圖和工程圖[12]。這是因?yàn)樗鼡碛兄鴱?qiáng)大的繪圖自動化的強(qiáng)化性能。它

45、使得用戶不需要加載每一個部件到內(nèi)存就能夠創(chuàng)建出裝配圖,因?yàn)樗鼡碛行碌妮p化制圖工具。只需要拖拽并釋放一個裝配件到工程圖中,我們就能夠在很短的時間內(nèi)生成包括10,000個組件的裝配件二維圖。然而,其它的很多系統(tǒng)不能創(chuàng)建出這樣的一個大型的裝配視圖。SolidWorks 2008 還擁有其特定的功能,它使得設(shè)計者和工程師能夠?yàn)楦鞣N各樣很多復(fù)雜的多個項(xiàng)目生成出一個單一的材料清單來,這是一個加速從設(shè)計到生產(chǎn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié),它可以讓我們的產(chǎn)品更快的面向市

46、場。SolidWorks產(chǎn)品相對其它能夠更好,性能更佳,這跟它省時、提高生產(chǎn)力這樣的特性有相當(dāng)大的關(guān)系,同時它在市場上同類產(chǎn)品中也更受歡迎。SolidWorks是吸引2D軟件用戶遷移到3D軟件的一個重要原因[13]。這是因?yàn)樗軌虿蝗笔淙S功能的情況下比那些2D產(chǎn)品快10倍時間就能夠生成工出程圖來。</p><p>  1.3.3 基于Solidworks的優(yōu)點(diǎn)</p><p>  我們

47、選用SolidWorks軟件作為設(shè)計的開發(fā)平臺,這是主要基于它在下面所列舉的幾方面的優(yōu)點(diǎn)[14]:</p><p>  a)造型功能相比較其它同類型軟件強(qiáng)大很多。SolidWorks可以對基本上的工程進(jìn)行設(shè)計,滿足它的設(shè)計需要;</p><p>  b)擁有靈活的用戶界面,直觀的顯示和簡單易學(xué)的操作。SolidWorks采用典型的Windows軟件風(fēng)格,可以對零件和草圖進(jìn)行動態(tài)修改;<

48、;/p><p>  c)可以輕松、安全、放心的使用二維和三維的體系結(jié)構(gòu)。可以為三維零件圖形自動產(chǎn)生二維工程圖,包括尺寸、視圖和標(biāo)注等表現(xiàn);</p><p>  d)擁有相對的性價比。它能滿足基本上的設(shè)計需求,但是它的價格又比其它軟件相對較低,因此SolidWorks很適用于那些經(jīng)濟(jì)條件不是很足的中小企業(yè)的產(chǎn)品設(shè)計[15]。</p><p>  1.3.4基于 Solid

49、works的設(shè)計方法</p><p>  當(dāng)隨著三維設(shè)計的應(yīng)用軟件和技術(shù)的不斷發(fā)展[16]。當(dāng)前使用Solidworks軟件的設(shè)計方法主要有兩種:作為設(shè)計者和工程師,它可以自下而上設(shè)計,或自上而下進(jìn)行設(shè)計,或兩種方法結(jié)合使用。而Solidworks2008這個繪制軟件則更加傾向自上而下的設(shè)計方法[17]。</p><p>  1)自下而上設(shè)計方法</p><p> 

50、 自下而上的設(shè)計方法是一個比較傳統(tǒng)的一種方法。在自下而上的設(shè)計中,先生成零件并將之插入裝配體,然后根據(jù)設(shè)計要求配合零件。當(dāng)您使用以前生成的不在線的零件時,自下而上的設(shè)計方案是一個比較好的方法。</p><p>  自下而上的設(shè)計方法的另一個優(yōu)點(diǎn)是零部件的相互關(guān)系和重建行為更為簡單,這是因?yàn)樗牧悴考仟?dú)立設(shè)計的,與其他軟件有所區(qū)別。使用自下而上設(shè)計方法可以讓我們更加的專注于單個零部件的設(shè)計。當(dāng)我們在不需要建立控制

51、零件大小和尺寸的參考關(guān)系時,那么用這個方法比較適用[18]。</p><p>  2)自上而下設(shè)計方法</p><p>  自上而下的設(shè)計方法是從裝配體中開始做設(shè)計工作,這種方法與自上而下的設(shè)計方法有相當(dāng)多的不同之處。我們把設(shè)計的開端設(shè)為布局草圖,然后定義設(shè)計所需要的零件位置、基準(zhǔn)面等,接著我們就可以參考這些定義來進(jìn)行設(shè)計零件[19]。</p><p>  1.3.

52、5 IPA的介紹</p><p>  IPA(Interactive Product Animator)是由Immersive Design,Inc.公司出品的一款CAE(Computer-Aided Engineering)類型的軟件。IPA應(yīng)用在工程項(xiàng)目、產(chǎn)品說明編寫、制造、質(zhì)量保障、市場宣傳和演示、銷售及售后服務(wù)等眾多領(lǐng)域里,當(dāng)產(chǎn)品設(shè)計完成時應(yīng)用IPA可對產(chǎn)品進(jìn)行諸如動態(tài)拆裝、裝配分析、使用說明、功能演示等

53、處理。不僅使產(chǎn)品設(shè)計的效率大大提高,而且使原本枯燥無味的工作變得生動、直觀、有趣。IPA可應(yīng)用于設(shè)計工程師,客戶,制造工程師,現(xiàn)場組裝人員,實(shí)現(xiàn)費(fèi)用低廉,真實(shí)重現(xiàn)等效果和目的。</p><p>  本次設(shè)計中,solidworks用來制作落鏢沖擊試驗(yàn)儀的動態(tài)模擬,展示落鏢沖擊試驗(yàn)儀的外觀特征,其做出的結(jié)構(gòu)裝配體,用來供IPA插件做二次開發(fā),作出動畫來模擬落鏢沖擊試驗(yàn)儀的工作過程。</p><p

54、>  第二章 實(shí)驗(yàn)儀的設(shè)計步驟</p><p>  2.1 落鏢沖擊實(shí)驗(yàn)儀的設(shè)計思想及方案確定</p><p>  根據(jù)落鏢沖擊試驗(yàn)儀的原理,構(gòu)思出整臺儀器的結(jié)構(gòu),然后根據(jù)零部件的作用和功能,對各零部件進(jìn)行結(jié)構(gòu)的設(shè)計,最后進(jìn)行各零部件的裝配。試驗(yàn)機(jī)主要由導(dǎo)柱、升降手柄、支架、吸鏢電磁鐵、鏢體試樣夾具,捕捉器、機(jī)機(jī)座試樣夾具手柄及電控機(jī)構(gòu)組成。落鏢沖擊試驗(yàn)儀技術(shù)參數(shù):1、鏢頭質(zhì)量;2

55、、 鏢頭半徑;3、試樣夾具;4、沖擊高度; 5、沖擊能量; 6、外形尺寸;7、重量。</p><p>  根據(jù)裝配的效果圖,進(jìn)行動態(tài)實(shí)驗(yàn)?zāi)M,實(shí)現(xiàn)塑料薄膜落鏢沖擊實(shí)驗(yàn)的一個動態(tài)模擬。本設(shè)計用Solidworks建立靜態(tài)模型,并用IPA進(jìn)行動態(tài)模擬。在機(jī)械設(shè)計時,盡量減少機(jī)械零部件的數(shù)量,以達(dá)到外形美觀、容易運(yùn)輸、安裝的效果。</p><p>  2.2 測試儀的工作原理分析</p&g

56、t;<p>  就算是同一塊薄膜,由于外界因素的影響,每次試驗(yàn)的結(jié)果也會不盡相同,因此本實(shí)驗(yàn)的就是測定50%的式樣破損時的能量,過程如下:試驗(yàn)開始時,首先選擇試驗(yàn)方法,估計一個初始質(zhì)量和Δm值,進(jìn)行試驗(yàn),這時吸持機(jī)構(gòu)工作,電磁鐵通電,將一頭為金屬桿的落鏢吸住,上夾具抬起,放入式樣后,與底座上的下夾具夾緊式樣。然后開始落鏢,點(diǎn)擊“電磁”按鈕,這時,吸持機(jī)構(gòu)中的電磁鐵就會斷電,落鏢開始自由下落。如果第一個試樣破損,用砝碼Δm減

57、少落體質(zhì)量;如果第一個不破,須用砝碼Δm增加落體質(zhì)量依此進(jìn)行試驗(yàn)。總之,利用砝碼減少或增加落體質(zhì)量,取決于前一個試樣是否破損。20個試樣試驗(yàn)后,計算破損總數(shù)N,如果N等于10,試驗(yàn)完成;如果N小于10,補(bǔ)充試樣后,繼續(xù)試驗(yàn)直到N等于10;如果N大于10,補(bǔ)充試樣后,繼續(xù)試驗(yàn)直到不破損的總數(shù)等于10為止,最后按照特定的公式計算沖擊結(jié)果。</p><p>  2.3 各關(guān)鍵零部件及整體結(jié)構(gòu)的設(shè)計</p>

58、<p>  2.3.1 各零部件的設(shè)計</p><p><b>  (1)底座</b></p><p>  采用SolidWorks三維軟件進(jìn)行落鏢沖擊試驗(yàn)儀各個零部件的繪制,圖2.1顯示SolidWorks繪制界面底座是整臺測定儀的基礎(chǔ),它是用來支撐和固定其他零件和結(jié)構(gòu),其立體效果如圖2.2所示。考慮到底座的平衡性,設(shè)計成為長方體,底座的四個支撐都是可以

59、調(diào)節(jié)的,通過調(diào)整下方的圓臺螺旋結(jié)構(gòu)可以使測定儀達(dá)到水平的效果。底座的氣動加緊薄膜處有一金屬蓋,其中心位置有一“十”字形,用于調(diào)節(jié)底座平衡。使平衡錘在吸持結(jié)構(gòu)中電磁鐵的磁力作用下垂直向下,如果平衡錘的錘尖正好指向“十”字中心,則證明,平衡調(diào)節(jié)完成。圖2.3是底座的平面圖。</p><p>  圖2.1 繪制界面</p><p>  圖2.2 底座立體效果圖</p><

60、p>  圖2.3 底座的平面圖</p><p><b>  (2)上夾具:</b></p><p>  上夾具是用于夾持薄膜的裝置。如圖2.4所示,尺寸與下蓋一一對應(yīng),上夾具的兩個支柱與底座內(nèi)部連接,能夠在內(nèi)部氣囊的作用下上下運(yùn)動,與下夾具的壓力至少為300KPa。環(huán)形夾具與式樣接觸表面有橡膠墊圈,能夠很好的夾住薄膜。與底座的裝配圖如圖2.5所示。</p

61、><p>  圖2.4 上夾具效果圖</p><p>  圖2.5 上夾具與底座裝配圖</p><p><b>  (3)立柱:</b></p><p>  立柱,固定在底座之上,它也起著用來支撐和固定其它零部件和結(jié)構(gòu)的作用。圖2.6是支架和底座的整體效果圖。上面的軸孔用來連接測試儀的頭部裝置,下面的軸孔用來來接底座。通三角

62、鐵與各部分連接。三角鐵的效果圖如圖2.7,圖2.8為裝配圖。</p><p>  圖2.6 立柱效果圖</p><p><b>  圖2.7三角鐵</b></p><p><b>  圖2.8結(jié)構(gòu)圖</b></p><p><b> ?。?)吸持機(jī)構(gòu):</b></p>

63、;<p>  吸持機(jī)構(gòu)主要的作用就是吸持落鏢,里面有電磁鐵,通電時夾持主落鏢,斷電后力消失,能夠使落鏢自由下落。它與支架通過三角鐵相連,內(nèi)部有電磁鐵,電磁鐵最小吸附質(zhì)量為2000g。如圖2.9 頭部三角鐵效果圖如圖2.10裝配圖如圖2.11。</p><p>  圖2.9 吸持機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)圖</p><p>  圖2.10 頭部三角鐵結(jié)構(gòu)圖</p><p&g

64、t;  圖2.11 裝配圖</p><p><b>  (5)落鏢:</b></p><p>  用來沖擊塑料薄膜或薄片的落鏢通過磁力被吸持在吸持機(jī)構(gòu)上,磁力消失時,能夠自由下落,落鏢上可以放砝碼該變其質(zhì)量。落鏢的總長度為300mm,其中,下部圓柄的半徑為20mm,圓柄鏈接在落鏢頭部平整面的中央,其縱軸垂直于此平整面,圓柄由非磁性材料制成。其效果圖如圖2.12。&l

65、t;/p><p>  圖2.12 落鏢效果圖</p><p><b> ?。?)顯示器:</b></p><p>  測試儀的工作需要顯示器來控制,不論是薄膜的夾緊與松弛,還是落鏢的左右下落,都需要顯示器來完成,試驗(yàn)結(jié)果也有顯示器輸出。其效果圖如圖2.13。</p><p>  圖2.13 顯示器效果圖</p>

66、<p>  2.3.2 整體結(jié)構(gòu)設(shè)計</p><p>  本儀器經(jīng)過裝配后,效果圖如圖2.14所示。</p><p>  簡單的裝配過程,底座和支架通過兩個相反的三角鐵緊固的連在一起,支架和吸持機(jī)構(gòu)也通過三角鐵連接,當(dāng)完成裝配后,達(dá)到如圖14的效果。</p><p>  圖2.14 總體效果圖</p><p>  2.4 測試

67、儀的調(diào)整及操作過程</p><p>  2.4.1 測試儀的調(diào)整</p><p>  落鏢沖擊試驗(yàn)儀放一水平面上,平衡錘懸掛于吸持落鏢的位置,當(dāng)平衡錘靜止后,調(diào)節(jié)底座下的圓臺螺旋機(jī)構(gòu),使平衡錘的錘尖正好指在金屬蓋的“十”字中心,那么證明測試儀調(diào)整完畢。</p><p>  2.4.2 落鏢沖擊測試試驗(yàn)</p><p>  落鏢沖擊試驗(yàn)儀調(diào)整后

68、開始試驗(yàn),首先是向底座充氣,使上夾具升起,放上薄膜后,上夾具壓緊薄膜開始試驗(yàn)(注意,不要將手放于氣缸兩夾頭之間),試驗(yàn)操作系統(tǒng)如圖2.15:</p><p>  圖2.15 顯示器操作面板</p><p>  試驗(yàn)可選擇A法和B法,二者的區(qū)別在1.2已經(jīng)介紹,在實(shí)驗(yàn)過程中若出現(xiàn)故障,可按“復(fù)位”鍵,強(qiáng)制歸位。試驗(yàn)開始首先估算一△m值,按“電磁”鍵,放上落鏢,開始試驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果會出現(xiàn)薄膜“

69、沖破”或“未破”兩種情況,若薄膜被沖破,則減少落鏢上的砝碼以減少落體質(zhì)量,如果未被沖破,則增加砝碼數(shù),20個式樣試驗(yàn)后,計算破損總數(shù)N,如果N等于10,實(shí)驗(yàn)完成,如果N不等于10,試驗(yàn)應(yīng)按如下進(jìn)行:a. 如果N小于10,補(bǔ)充式樣后,繼續(xù)試驗(yàn),知道N等于10為止;b. 如果N大于10,補(bǔ)充式樣后,繼續(xù)試驗(yàn),直到不破損的總數(shù)等于10為止。試驗(yàn)過程中應(yīng)注意檢查式樣任何滑動的跡象,該實(shí)驗(yàn)結(jié)果應(yīng)舍棄。</p><p>  

70、2.4.3 試驗(yàn)結(jié)果的處理</p><p>  沖擊破損質(zhì)量Mf=M0+△M(A/N-0.5) (2-1)</p><p>  式中:M0——造成試驗(yàn)破損時的最小落體質(zhì)量;△M——增減用的相同的砝碼質(zhì)量。</p><p><b>  (2-2)</b></p><

71、;p>  式中: ni——落體質(zhì)量為Mi時的式樣破損數(shù);</p><p>  Zi——落體質(zhì)量由M0到Mi時的砝碼數(shù)(M0時,Z為0)。</p><p>  其中 (2-3)</p><p>  上面的計算式比較復(fù)雜難懂,但它的本質(zhì)是:破損質(zhì)量為造成破損時的落鏢質(zhì)量的均

72、值減去砝碼增減量ΔM 的一半。增減ΔM 的一半的原因是每次加減的數(shù)量均為ΔM,而破損質(zhì)量應(yīng)在破與不破之間。</p><p>  設(shè)造成破損的落鏢質(zhì)量有 ,在該質(zhì)量下破損次數(shù)為,顯然上式成立。那么根據(jù)上面陳述的原理,沖擊破損質(zhì)量可化簡為:</p><p><b>  (2-4)</b></p><p>  化簡后的公式表達(dá)更加清晰,所表示的意思也

73、更加明朗。</p><p>  第三章 IPA動態(tài)模擬</p><p><b>  3.1動態(tài)模擬操作</b></p><p>  IPA插件的功能強(qiáng)大,在Solidworks有廣泛的應(yīng)用,但是目前看來國內(nèi)用的人較少。這次設(shè)計所用的是IPA v8.1英文版,由于沒有漢化版的下載,所以我對著英文操作面板翻譯學(xué)習(xí)了一個下午才學(xué)會如何去使用它,下面

74、將詳細(xì)介紹其操作過程。</p><p>  安裝IPA插件,并運(yùn)行它,依次點(diǎn)擊“File”,“open”,彈出對話框,找到用已經(jīng)solidworks做好的測定儀裝配體文件(*.SLDASM),將其打開。如下圖3.1所示。</p><p>  圖3.1 用IPA打開測定儀模型</p><p>  打開后的文件,上方有一些命令面板,其左邊有樹狀結(jié)構(gòu)的測定儀部件圖,右邊是

75、效果圖。圖3.2為打開測定儀裝配體文件后的效果,雖然會出現(xiàn)裝配體顯示較小,但還是可以很直觀地看到測定儀,從左邊的樹狀結(jié)構(gòu)圖中還可以看到各零部件的基本關(guān)系。</p><p>  圖3.2打開后的效果圖</p><p>  在左面的面板里選擇想要運(yùn)動的對象,依次點(diǎn)擊“Schedule”,“Add Object”添加要運(yùn)動的零件,如圖3.3-(a),下方的Progress狀態(tài)條上就會出現(xiàn)剛才添加

76、的零件名稱。再依次點(diǎn)擊“Paths”,“Create Path”創(chuàng)造運(yùn)動路徑,如圖3.3-(b)。此時將會彈出一個對話框,圖3.4為對話框的內(nèi)容,下面的復(fù)選框Add to schedule是用來設(shè)置想要將零件初始位置添加到的幀數(shù),Steps between是零件運(yùn)動的幀數(shù),將零件放置到需要的初始位置,可點(diǎn)擊綠色的對號按鈕,0 of 0會變成1 of 1,再將零件放置到運(yùn)動的末位置,在點(diǎn)擊綠色按鈕,1 of 1會變成2 of 2,也就是零

77、件的下一個位置標(biāo)號,可以在移動或旋轉(zhuǎn)零件到下一個目標(biāo)位置,以此類推。當(dāng)設(shè)置完成后,單擊“OK”即可。</p><p>  圖3.3添加物體和創(chuàng)建路徑命令</p><p>  圖3.4 創(chuàng)造路徑面板</p><p>  此時上方面板中的播放按鈕就會從灰色變成綠色,點(diǎn)擊就可以看零件的運(yùn)動過程,下方面板中對應(yīng)運(yùn)動的零件的時間軸也會變成綠色,圖3.5。如果想再讓其他零件運(yùn)動

78、,可以再添加零件,設(shè)置其運(yùn)動過程。</p><p><b>  圖3.5 時間軸圖</b></p><p>  完成后可保存文件,同時也可以生成動態(tài)的錄像,依次點(diǎn)擊“File”,“Save Animation”,彈出對話框,可設(shè)置保存類型,鑒于目前常用的播放軟件,通常選用保存成avi(*.avi)格式的文件,可以在Frames per后添入每秒鐘需要播放的幀數(shù),點(diǎn)擊O

79、ptions可以進(jìn)入到高級設(shè)置,來確定保存文件性質(zhì)的更多性質(zhì),如圖3.6-(a)。設(shè)置完成后,單擊“保存”,又彈出一個對話框,可以設(shè)置視頻文件的壓縮質(zhì)量等其他細(xì)節(jié),如圖3.6-(b),最后設(shè)置完畢,確定即可。在目標(biāo)文件夾中就會出現(xiàn)剛才保存過的視頻文件,可以看到整個裝配體各個零部件的運(yùn)動過程和配合過程,最終達(dá)到動態(tài)模擬的效果。</p><p><b> ?。╝)</b></p>

80、<p><b>  (b) </b></p><p>  圖3.6 輸出視頻文件和調(diào)整文件性質(zhì)</p><p><b>  3.2動態(tài)模擬效果</b></p><p>  圖3.7展示了由IPA所生成的動態(tài)模擬過程截圖。1為開始試驗(yàn)時,各個零部件的初始位置,塑料薄膜或薄片還未放入,落鏢被吸持機(jī)構(gòu)所吸持。2為上夾具

81、的抬起。3為放入薄膜后,上夾具下落,上下兩夾具加緊式樣。4、5、6是落鏢的下落過程,電磁鐵失去磁性,是落鏢自由下落。</p><p><b>  2</b></p><p>  3 4</p><p>  5 6</p>

82、<p>  圖3.7 動態(tài)模擬截圖</p><p>  將動態(tài)模擬保存為視頻文件如圖3.8所示,圖3.9、圖3.10為動態(tài)模擬的視頻播放效果的片段。</p><p><b>  圖3.8 視頻文件</b></p><p>  圖3.9 動態(tài)模擬視頻播放效果(一)</p><p>  圖3.10 動態(tài)模擬視頻播

83、放效果(二)</p><p><b>  結(jié) 論</b></p><p>  落鏢沖擊測試儀是一種測試塑料薄膜或薄片沖擊破損質(zhì)量(破損能量)的儀器。本文根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)對于沖擊性能測試的要求,設(shè)計出一臺落鏢沖擊測試儀。對其工作原理、操作規(guī)程進(jìn)行了研究分析,用SolidWorks軟件設(shè)計了各個零部件,并且將其配合起來,完成了整體效果圖的展示,并論證了實(shí)際應(yīng)用的可行性。該儀

84、器操作簡單、實(shí)用方便,能夠準(zhǔn)確對塑料薄膜的落鏢沖擊性能進(jìn)行測試。利用IPA插件做出了動態(tài)模擬過程,將實(shí)驗(yàn)通過動畫生動地展示出來,給人更直觀的感覺。</p><p><b>  參考文獻(xiàn)</b></p><p>  董平. 落體式?jīng)_擊試驗(yàn)臺的不確定度分析與評定[J]. 江蘇省計量科學(xué)研究院報, 2008(2): 65~69.</p><p>  

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