邹 雯

（湖北荆州长江大学（东校区）机械工程学院工业设计系，湖北 荆州 434023）

Solid works是一款基于三维造型的计算机辅助设计软件，其便于PDM管理系统（产品设计管理系统）关于产品设计信息的采集和统一管理，从而便于实现产品设计、加工、销售过程的一体化管理[1～2]。Solid works是达索系统Solid works公司的产品[3]，目前，广泛运用于机械、航空航天等领域，逐渐成为高校理工科学生学习三维设计软件的首选软件之一[4]。

在机械制图课程的教学过程中，利用SW的动画功能，设置泵的连续动作，模拟泵的工作状态，可以完成泵的虚拟三维模型的清晰演示。

1 转子泵的实体造型与运动仿真

1.1 转子泵的实体造型

依据机械制图习题集所给的条件，用SW完成叶片转子泵各零件的实体造型[5]。运用SW软件将泵的各零件实体模型组装起来，得到泵的实体造型。打开一个画装配图的新文件，保存为所需的文件名，如转子泵。模拟泵的安装过程，依次装入即“插入”各个零件。在各个零件安装到位时，要注意各个零件与相关零件间的相对位置的确定方法，不得有“过定位“等问题出现。泵的实体造型中仅考虑与泵传输工作直接相关的零件，其他零件暂时略去，各主要零件如图1所示。

图1 转子泵

在装入叶片时，为保证叶片与转子同时旋转，必须设置合理的叶片与转子的相互位置关系。在转子中加工有四个叶片槽，其宽度方向与装在其中的叶片形成动配合，即叶片在转子槽中可以自由滑动。四个叶片装在相应的槽中，因要与衬套形成四个相对独立的油腔，在离心力的作用下，叶片应向远离转子轴线的方向滑移，直至外端与衬套的内壁接触。叶片底部与各自所在的叶片槽槽底的距离各不相同。经过计算，得出各个叶片与叶片槽槽底的距离。在安装叶片时，为便于找到叶片的正确位置，假设四个叶片分别处于水平和垂直位置。再据转子与衬套的直径和相互间的偏心距，计算出转子各叶片底面与各叶片槽槽底的距离，据此距离增加四个辅助零件。四个辅助零件均为长方体，长度为转子的轴向厚度，宽度为5 mm，高度即为计算所得的距离尺寸。这四个零件分别填实在叶片与转子叶片槽间的空隙中。作装配实体造型时，先装入这四个辅助零件，接下来叶片的装配便简化了。

在装配零件时，确定各零件位置的“配合”的选择很重要，尤其是在运动仿真中有运动要求的零件，各个配合的设定，关系到运动的实现和正确与否。以下实体造型中仅装入了一个叶片，以说明一种叶片的“配合”设置方法。

（1）装入泵体零件

点击“保持可见”图标按钮，装入零件。

（2）装入衬套零件

首先选定衬套的后端面与泵体内腔的沉孔端面“重合”配合；再选定衬套的外圆柱面，使衬套的外圆柱面与泵体的内孔圆柱面实现“同轴”配合，保存文件。在确定配合时，先后选择两个零件上相应的面，装配体需要进行三维旋转，此时，用按压鼠标的滚轮实现装配体的三维旋转比较方便。

（3）装入转子零件

选定两个配合关系即可确定其正确的位置。首先是确定转子一端面与泵体内腔的沉孔端面“重合”配合；再使转子上“直径14”的轴孔与泵体上的相同大小的孔“同轴配合”，确定，保存文件。

（4）装入轴零件

选定配合，使得轴与转子中的“直径14”轴孔“同轴”；轴上的销孔与转子上的直径为4 mm的销孔“同轴”，注意轴的伸出端的方向；装入4 mm直径圆柱销，选定销孔外圆柱面与转子上的销钉孔“同轴”，销的端面与转子上销孔所在叶片槽底面“重合”；修改轴与转子中的轴孔“同合”为“锁定”。

（5）装入辅助零件“垫块”，其宽度为5 mm，长度为50 mm，高度为9.93 mm，等于所画叶片的底面与该叶片所在转子叶片槽槽底的距离。该垫块在垂直方向向上的转子叶片槽中，用三个垫块配合确定正确位置：首先是选择垫块的一个端面，使其与转子的外端面“重合”，再选择垫块的一个侧面（距离为5 mm的两个平面之一），使其与转子叶片槽的一个侧面“重合”；注意转子叶片槽侧面一定是与叶片上所选侧面组成移动副的那一面；最后选择垫块的底面，使其与转子叶片槽的底面“重合”。

（6）装入叶片

使叶片的外端面与转子的外端面满足“重合”配合；再选择叶片的一个与转子叶片槽组成移动副的滑动侧面，即距离为5 mm的两个侧面之一，使其与转子槽的与之实现相对滑动的槽侧面满足“重合”配合；再选择一个适当配合，将叶片装到位。删除垫块2，增加关于叶片顶面左边线与衬套内孔表面的配合。

至此，叶片装配成功，其他三个叶片的作图方法与之相似。

1.2 转子泵的运动仿真

（1）马达的添加

利用SW的动画功能，实现转子泵的旋转运动。打开转子泵的实体装配图，移除轴伸出端上的螺母、带轮、泵盖等泵体外的零件；点击“运动控制树”(MotionManager)，添加旋转马达至转子泵的轴，马达转速调至30 rpm；将转子泵的时间控制栏及转子泵的键码拖到10 s，点击“计算”计算装配体的运动算例，再点击“从头播放”，使轴带动转子等零件作连续的运动。

（2）叶片的运动仿真

叶片是转子泵的主要工作组件，在转子泵工作时，叶片随着转子作同速的旋转运动。同时，各叶片在所在的转子叶片槽内，作相对于叶片槽的相对移动，保证与装在泵体内腔衬套零件的内壁在径向相切，形成封闭的、体积变化的油腔。

仔细观察作仿真运动的泵中各运动零件，发现叶片的两个动作均已实现。即各个叶片随转子的旋转而旋转，且其底面距离其所在的转子叶片槽槽底的距离随着转子的转动在作变化。泵的仿真效果如图2、图3所示。

图2 转子泵运动仿真1

图3 转子泵运动仿真2

3 结论

这一仿真运动的实现，可以把虚拟的实体模型引入课堂，虚拟的模型比实际的机械模型更加易于操作，而且重点突出，清晰明了。在实际教学过程中运用SW，还可以提高学生学习SW的积极性，帮助学生提前作好学习三维设计软件的准备。

[1]苏绍娟，刘寅东，刘晓明.基于集成平台的船舶三维协同设计流程研究[J].武汉理工大学学报（交通科学与工程版），2011，35（2）：353-356.

[2]吴 军.PDM：联想手中的关键棋子[J].中国商报，2002，（12）：21.

[3]赵 威.达索析统SolidWorks公司举行2012新闻发布会[J].中国包装，2011（10）：80.

[4]刘亚纳，田 辉.SolidWorks课程的教学探讨[J].科技信息，2011（5）：136。

[5]许纪旻，高政一，刘朝儒.机械制图习题集（第四版）[M].北京：高等教育出版社，2010.