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三维设计软件Inventor在环管反应器设计中的应用

数控产品网 www.cncproduct.com   2014-06-23   来源:网络转载   阅读:859次

   Inventor软件是三维可视化实体模拟软件,它包含三维建模、信息管理、协同工作和技术支持等各种特征。使用Autodesk Inventor可以创建三维模型和二维工程图,可以创建自适应的特征、零件和子部件,还可以管理上千个零件和大型部件。它的“连接到网络”工具可以使工作组人员协同工作,方便数据共享和同事之间设计理念的沟通。另外,借助ANSYS Design Space模块可直接进行应力和疲劳分析,并且可以把模型直接输出至ANSYS产品中,作为进一步分析计算的基础,省却了重新建模的麻烦。

1 三维环管反应器设计

    1.1 反应器描述

    目前已建成的环管反应器几十套,涉及聚乙烯,聚丙烯等装置。笔者在参与的某套聚乙烯项目的环管反应器设计上,首次采用了三维软件Inventor设计开发。环管反应器为聚乙烯装置的关键设备,采用夹套管结构。每台反应器由4条腿及数个弯头组成,单腿长约60.6m,两腿间在顶底通过180度弯头(或两个90度弯头)连接,使反应器联为一体(见图1)。环管反应器设计参数见表1。

表1 环管反应器设计参数

环管反应器设计参数 

环管反应器总装示意 

图1 环管反应器总装示意

    1.2 设计环境定义

    设计前应先设定符合本公司习惯的软件环境,这就需要通过创建一个新的“项目”来标识包含设计项目独有的文件夹和包含设计项目引用的库文件,定义模板的位置、样式、资源中心配置。典型的项目包含专用于项目的零件和部件,专用于用户公司的标准零部件,以及现成的零部件(例如紧围件、连结件或电子零部件)。其次,应创建一个新的工程图模板,包括符合本公司格式的标注样式、图幅、字体样式和标准表格等。

    1.3 设计环节

    完成准备工作后,开始设计环管反应器。反应器零部件较多,宏观上应分成几个大的部件,然后再一步步拆分到每个零件来创建模型。建模就是不断配凑的过程,很多零部件之间存在一系列的参数关联。因此每一个零件都不可能被单独设计,它一定是互为闲置与约束的,只有全部组合在一起才能完成整个环管反应器的设计。

    1.4 设计手段

    1.4.1 衍生功能

    衍生是通过引用现有零件或现有零件的某些特征来生成新零件。基础零部件产生改变时,衍生零件将随之改变。在零件的创建过程中应该尽量采用衍生功能,把有装配关系的零件用衍生功能创建,这样不但精简了参数,而且为以后调整参数提供了很大的便利(只需要修改一个参数,避免漏改);并且在后续的大装配过程中由于衍生关系,各个零部件之间的坐标系完全相同,可以直接对齐坐标系就完成装配,简单快捷。把这个零件的坐标系和衍生零件的坐标系直接做重合约束就可以正确定位(见图2),很方便实用。

支座设计中引入衍生功能 

图2 支座设计中引入衍生功能

   1.4.2 Fx参数表

    Fx参数表是存储了当前零件设计参数的一个电子表格,其中包括模型参数、用户参数和参考参数,并可以通过Fx参数表将本模型的参数输出或引用其它模型的参数。Inventor制图是采用参数驱动模型的,因而通过关联引用Fx参数表中的参数便可以实现零件间的关联。

    环管反应器零件多,设计中应尽量简化参数,做到同一个参数只出现一次。另外把反应器的所有参数集中在一个零件(如Data.ipt)的Fx表(略)中,用中文准确定义其名称,方便后续的检索及修改。在其它零部件的创建过程中可通过引入Data.ipt数据文件中相应的参数来完成。这样做将对后续参数的修改、调整以及重复利用起到重要作用。

    1.4.3 自适应

    自适应是指在零件设计时并不指定零件某个方向上的具体参数,而是由软件根据该零件在装配体中的相互约束关系来确定具体的参数,使该零件可以根据其关联关系而更新。在环管反应器设计中,环管之间的自支撑工字梁就采用了自适应功能,它的长度根据环管的水平距离及平台之间的间距来确定,可随着环管间距的调整而变化,这样做的好处是显而易见的。

    1.4.4 iPart部件库

    在零件创立过程中把类似零件做成系列标准件,并放到Inventor的库里,可以大大提高效率。下面以标准法兰创建标准件的实例进行说明。

    (1)建立模型。由于“系列零件”是一组形体相似零件的集合,而尺寸、特征、参数等不完全相同。系列化零件设计之前首先要创建通用的普通模型,再根据此零件生成相似的零件。最好对相应尺寸名称用中文明确标注出其准确的意义,方便后续创建过程的识别。

    (2)零件的系列化设计。在Inventor中将产生系列化零件的基础iPart称为“iPart工厂”,这是一个形象化的名称,意指“iPart工厂”能派生出多个不同规格的同形零件。通过列表把系列零件需要变更的参数添加到列表中,其中还可添加自定义列,如法兰公称等级、公称直径、材料、标准号等。法兰内径还可设定为自定义参数输入(略)。

    (3)利用“iPart工厂”进行装配。在部件中插入刚建成的ipart零件或者直接从库中调用,然后根据先前预定义的列表选择需要的零件系列插入即可。

    1.4.5 应力分析

    Inventor中的ANSYS Design Space模块可直接对模型进行应力和疲劳分析,还可以把模型直接输出至ANSYS产品中,作为进一步分析计算的基础。图3为环管反应器底部大弯管的应力分析实例。

ANSYS分析示意 

图3 ANSYS分析示意

    1.4.6 三维空间在位创建零件

    Inventor中可根据已经定位的零件确定其空间位置及尺寸,直接在三维空间创建零部件。图4中环管反应器顶部的三维弯管结构,常规设计中需要对这个弯管在多个平面进行角度、长度、间距的繁琐计算才能得到准确的定位尺寸,而通过Inventor的三维空间在位创建零件功能则只需要指定两端的定位位置、弯管半径及直管长度就可以直接生成弯管,方便快捷。

在位创建零件示意 

图4 在位创建零件示意

3 问题及建议

    (1)接管与简体连接处(特别是弯管和切向管口)中心点无法定位,不能自动标注尺寸。这时只能通过新建一个草图手动画上两条线进行标注,但是这样会缺失关联,见图5。

切向管中心点尺寸标注示意 

图5 切向管中心点尺寸标注示意

    (2)明细表中的文字缺少字宽和行高。缺少字宽很麻烦,需要多建立几个常用的字体,来定义不同的字宽以方便引用,这一点不如直接定义字宽选项更加方便。对于行高的缺失,虽然可以通过调整“行间隙”来完成,但“行间隙”功能比较难用,不如直接变成行高选项更为简捷。

    (3)镜像零件的装配约束丢失。每次镜像都需要重新约束镜像出来的零件,不如直接添加一个想对于原零件的约束更加方便。

    (4)预装配定义(Imate)的使用。在大量零件的装配中由于各个零件掺杂在一起,经常会互相影响。如果每个零件都提前设定了Imate,装配时直接调用,方便实用。

    (5)详细显示等级的重要性。Inventor三维软件对计算机的软硬件要求比较高,应预先定义好各种详细等级(如只显示主体或全部显示等),在设计过程中可以去除不必要零件的影响,提高程序运行速度。

    (6)通过衍生、自适应等功能来实现参数精简,为后续工作提供便利。

CncProduct.Com(编辑:小朱)
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