远程与继续教育学院本 科 生 毕 业 论 文（设 计） 题 目：论 SolidWorks 在零件设计中的应用 学习中心： 层 次： 专科起点本科 专 业： 年 级： 年 春 / 秋 季 学 号： 学 生： 指导教师： 完成日期： 年 月 日 论 SolidWorks 在零件设计中的应用2 离合器的结构、组成、功能和工作原理2.1 离合器的结构离合器位于发动机和变速箱之间的飞轮壳内，用螺钉将离合器总成固定在飞轮的后平面上，离合器的输出轴就是变速箱的输入轴。在汽车行驶过程中，驾驶员可根据需要踩下或松开离合器踏板，使发动机与变速箱暂时分离和逐渐接合，以切断或传递发动机向变速器输入的动力。能按工作需要随时将主动轴与从动轴接合或分离的机械零件。可用来操纵机器传动系统的起动、停止、变速及换向等。离合器种类繁多，根据工作性质可分为：① 操纵式离合器。其操纵方法有机械的、电磁的、气动的和液力的等，如嵌入离合器（通过牙、齿或键的嵌合传递扭矩）、摩擦离合器（利用摩擦力传递扭矩）、空气柔性离合器（用压缩空气胎胀缩以操纵摩擦件接合或分离的离合器）、电磁转差离合器（用激磁电流产生磁力来传递扭矩）、磁粉离合器（用激磁线圈使磁粉磁化，形成磁粉链以传递扭矩）。② 自动式离合器。用简单的机械方法自动完成接合或分开动作，又分为安全离合器（当传递扭矩达到一定值时传动轴能自动分离，从而防止过载 ，避免机器中重要零件损坏）、离心离合器（当主动轴的转速达到一定值时，由于离心力的作用能使传动轴间自行联接或超过某一转速后能自行分离）、定向离合器（又叫超越离合器，利用棘轮-棘爪的啮合或滚柱、楔块的楔紧作用单向传递运动或扭矩，当主动轴反转或转速低于从动轴时，离合器就自动分开）。图 2-1 离合器的位置图5 论 SolidWorks 在零件设计中的应用2.2 离合器的组成离合器的组成：主动部分、从动部分、压紧部分和操纵机构四部分。 摩擦离合器的基本组成离合器盖、飞轮、轴承、从动盘、压盘、从动轴、膜片弹簧。图 2-2 摩擦离合器的基本组成2.3 离合器的功能2.3.1 保证汽车平稳起步起步前汽车处于静止状态，如果发动机与变速箱是刚性连接的，一旦挂上档，汽车将由于突然接上动力突然前冲，不但会造成机件的损伤，而且驱动力也不足以克服汽车前冲产生的巨大惯性力，使发动机转速急剧下降而熄火。如果在起步时利用离合器暂时将发动机和变速箱分离，然后离合器逐渐接合，由于离合器的主动部分与从动部分之间存在着滑磨的现象，可以使离合器传出的扭矩由零逐渐增大，而汽车的驱动力也逐渐增大，从而让汽车平稳地起步。 2.3.2 便于换档汽车行驶过程中，经常换用不同的变速箱档位，以适应不断变化的行驶条件。如果没有离合器将发动机与变速箱暂时分离，那么变速箱中啮合的传力齿轮会因载荷没有卸除，其啮合齿面间的压力很大而难于分开。另一对待啮合齿轮会因二者圆周速度不等而难于啮合。即使强行进入啮合也会产生很大的齿端冲击，容易损坏机件。利用6 论 SolidWorks 在零件设计中的应用离合器使发动机和变速箱暂时分离后进行换档，则原来啮合的一对齿轮因载荷卸除，啮合面间的压力大大减小，就容易分开。而待啮合的另一对齿轮，由于主动齿轮与发动机分开后转动惯量很小，采用合适的换档动作就能使待啮合的齿轮圆周速度相等或接近相等，从而避免或减轻齿轮间的冲击。2.3.3 防止传动系过载 汽车紧急制动时，车轮突然急剧降速，而与发动机相连的传动系由于旋转的惯性，仍保持原有转速，这往往会在传动系统中产生远大于发动机转矩的惯性矩，使传动系的零件容易损坏。由于离合器是靠摩擦力来传递转矩的，所以当传动系内载荷超过摩擦力所能传递的转矩时，离合器的主、从动部分就会自动打滑，因而起到了防止传动系过载的作用。2.4 离合器的工作原理被动部分装在飞轮与压盘之间，通过滑动花键套在变速器的输入轴上。在膜片弹簧的弹力作用下，从动盘、压盘与飞轮夹紧，发动机工作时，飞轮和压盘通过它们与摩擦片之间的摩擦带动从动盘一起旋转，将扭矩传递给变速器主动轴。当驾车者踩下离合器踏板，操纵部分的分离叉将分离轴承推向前，推动膜片弹簧下端，使膜片弹簧上端绕支点转动并拉动压盘向后移动，解除了压盘与摩擦片之间的压紧力，发动机只能带动主动部分旋转，无法将扭矩传递给变速器。当驾车者松开离合器踏板，操纵部分将分离轴承拉回来，膜片弹簧下端压力解除，恢复原位，压盘在膜片弹簧压力下又向前移动并将摩擦片压紧，发动机又可将扭矩传递至变速。图 2-3 离合器的工作原理7 论 SolidWorks 在零件设计中的应用3 基于 SolidWorks 的离合器零件设计3.1 飞轮建模（1）单击“标准”工具栏中的新建工具，新建一个零件文件。3-1 绘制草图 1（2）在特征管理器设计树中选择“前视基准面”，单击草图绘制工具进行草图1 的绘制。单击草图工具中的中心线工具绘制垂直的中心线，单击直线工具，按照如图 3-1 所示的尺寸依次绘制首尾连接的直线线段，单击图形区域右上角的退出草图图标结束草图 1 的绘制。（3）单击特征工具栏中旋转凸台/基体工具，显示旋转属性管理器，选择草图 1的轮廓 1 作为操作对象，选择中心线作为旋转轴，设置旋转角度为 360 度，单击确定按钮完成旋转 1 的特征的绘制。（4）单击特征工具栏中的圆角工具显示圆角属性管理器，选择飞轮内径 R50 边线作为圆角对象，设置圆角半径为 5mm,单击确定按钮完成圆角的特征的绘制。图 3-2 飞轮（5） 单击特 征工具栏 中的倒 角工具 显 示圆角 属性管 理器， 选择飞 轮外径R60、R100、R130 边线作为倒角对象，设置倒角半径为 2mm,单击确定按钮完成8 论 SolidWorks 在零件设计中的应用倒角的特征的绘制。如图 3-2 所示。3.2 轴承建模（1）单击“标准”工具栏中的新建工具，新建一个零件文件。在特征管理器设计树中选择“前视基准面”，单击草图绘制工具进行草图 1 的绘制。单击草图工具中的中心线工具绘制垂直的中心线，单击直线工具，按照如图 3-3 所示的尺寸依次绘制首尾连接的直线线段，单击图形区域右上角的结束图标结束草 1 的绘制。图 3-3 绘制草图 1(2)单击特征工具栏中旋转凸台/基体工具，显示旋转属性管理器，选择草图 1 的轮廓 1 作为操作对象，选择中心线作为旋转轴，设置旋转角度为 360 度，单击确定按钮完成旋转 1 的特征的绘制。(3)在特征管理器设计树中选择“前视基准面”，单击草图绘制工具进行草图 2的绘制。单击草图工具中的中心线工具绘制垂直和水平的中心线，单击圆心/起/终点画弧工具，绘制一个圆心位于水平中心线上距离坐标原点 34mm、半径为 6.79mm的半圆，然后单击直线工具将半圆弧封闭起来。单击圆形区域右上角的退出草图图标结束草图 2 的绘制。如图 3-4 所示。图 3-4 绘制草图 29 论 SolidWorks 在零件设计中的应用(4)单击特征工具栏中旋转凸台/基体工具，显示旋转属性管理器，选择草图 2 轮廓为操作对象，选择中心线作为旋转轴，设置旋转角度为 360 度，单击确定按钮完成旋转 2 特征的绘制。 (5)在特征管理器设计树中选择“前视基准面”，单击草图绘制工具进行草图 3绘制。单击草图工具中的中心线工具绘制垂直的中心线，单击直线工具，按照如图 3-5 示的尺寸依次绘制首尾连接的直线线段，单击图形区域右上角的退出草图图标结束草图 3 绘制。图 3-5 绘制草图 3(6)单击特征工具栏中旋转凸台/基体工具，显示旋转属性管理器，选择草图 3 轮廓作为操作对象，选择中心线作为旋转轴，设置旋转角度为 360 度，单击确定按钮完成旋转 3 特征的绘制。（7）单击特征工具栏中的圆周阵列工具，显示圆周阵列属性管理器，选择旋转2 实体作为要阵列的对 ，设置实体数为 15，勾选“等间距”复选框，单击确定按钮完成阵列圆周 1 的特征绘制。如图 3-6 所示。图 3-6 轴承10 论 SolidWorks 在零件设计中的应用3.3 轴建模（1）单击“标准”工具栏中的新建工具，新建一个零件文件。（2）在特征管理器设计树中选择“前视基准面”，单击草图绘制工具进行草图1 的绘制。单击草图工具中的中心线工具绘制垂直的中心线，单击直线工具，按照如图 3-7 示的尺寸依次绘制首尾连接的直线线段，单击图形区域右上角的结束图标结束草图 1 的绘制。（3）单击特征工具栏中旋转凸台/基体工具，显示旋转属性管理器，选择草图 1的轮廓 1 作为操作对象，选择中心线作为旋转轴，设置旋转角度为 360 度，单击确定按钮完成旋转 1 的特征的绘制。（4）单击特征工具栏中的倒角工具显示圆角属性管理器，选择轴 R20 为倒角对象，设置倒角半径为 2mm,单击确定按钮完成倒角的特征的绘制。（5）在特征管理器设计树中选择“上视基准面”，单击草图绘制工具进行草图2 的绘制。单击草图工具中的中心线工具绘制垂直和水平的中心线，单击圆工具，以坐标原点圆心，分别绘制半径为 25mm 和 35mm 的同心圆，单击草图工具栏的直线工具，绘制关于垂直中心线对称的两条垂直直线段。（6）单击草图工具栏中达到剪裁实体工具，在“剪裁”属性管理器中设置剪裁方式为“剪裁到最近段”修剪草图图形。（7）单击草图工具栏中的圆周阵列的实体，设置实体数为 10，勾选“等间距”“复选框”，单击确定按钮完成阵列圆周的特征绘制。如图 3-8 所示。单击图形区域右上角的退出草图的绘制。（8）单击特征工具栏中的拉伸凸台/基体工具，显示“拉伸”属性管理器，在“终止条件”选项框中选择“给定深度”，设置深度为 30mm，选择草图 2 个轮廓作为所选轮廓，单击确定按钮完成拉伸特征的绘制。如图 3-9 所示。 图 3-7 绘制草图 1 图 3-8 阵列圆周的特征绘制 图 3-9 轴11 论 SolidWorks 在零件设计中的应用3.4 弹簧建模（1）单击“标准”工具栏中的新建工具，新建一个零件文件。（2）在特征管理器设计树中选择“上视基准面”，单击草图绘制工具进行草图1 的绘制。单击草图工具中的圆工具，绘制一个半径为 15mm 的圆单击图形区域右上角的结束图标结束草图 1 的绘制。（3）单击“曲线”工具栏中的螺旋线/涡状线工具，显示螺旋线/涡状线属性管理器。设置螺距为 5mm，圈数为 11.25，起始角度为 135°。（4）按住，<Ctrl>键选择“螺旋线/涡状线 1”和它的端点，单击“参考几何体”工具栏中的基准面工具，显示基准面属性管理器，单击“垂直于曲线”按钮，单击确定按钮完成基准面 1 的绘制。接着在基准面 1 上绘制一个圆，注意圆心与螺旋曲线的“穿透”几何关系。（5）单击特征工具栏的少面工具，显示扫描属性管理器，选择草图 2 作为扫描轮廓，选择“螺旋线/涡状线 1”作为扫描的路径，单击确定按钮完成扫描 1 特征的绘制。完成弹簧造型。如图 3-10。图 3-10 弹簧3.5 弹簧盖建模（1）单击“标准”工具栏中的新建工具，新建一个零件文件。（2）在特征管理器设计树中选择“前视基准面”，单击草图绘制工具进行草图1 的绘制。单击草图工具中的中心线工具绘制垂直的中心线，单击直线工具，按照如图 3-11 所示的尺寸依次绘制首尾连接的直线线段，单击图形区域右上角的退出草图图标结束草图 1 的绘制。（3）单击特征工具栏中旋转凸台/基体工具，显示旋转属性管理器，选择草图 1的轮廓 1 作为操作对象，选择中心线作为旋转轴，设置旋转角度为 360 度，单击确定按钮完成旋转 1 的特征的绘制。（4）单击特征工具栏中的倒角工具显示圆角属性管理器，选择弹簧盖 R18 边线作为倒角对象，设置倒角半径为 2mm,单击确定按钮完成倒角的特征的绘制。如图 3-12。12 论 SolidWorks 在零件设计中的应用图 3-11 弹簧盖建模图 3-12 弹簧盖3.6 压盘建模图 3-13 绘制草图 1（1）单击“标准”工具栏中的新建工具，新建一个零件文件。（2）在特征管理器设计树中选择“前视基准面”，单击草图绘制工具进行草图1 的绘制。单击草图工具中的中心线工具绘制垂直的中心线，单击直线工具，按照如13 论 SolidWorks 在零件设计中的应用图 3-13 所示的尺寸依次绘制首尾连接的直线线段，单击图形区域右上角的退出草图图标结束草图 1 的绘制。（3）单击特征工具栏中旋转凸台/基体工具，显示旋转属性管理器，选择草图 1的轮廓 1 作为操作对象，选择中心线作为旋转轴，设置旋转角度为 360 度，单击确定按钮完成旋转 1 的特征的绘制。（4）在特征管理器设计树中选择“上视基准面”，单击草图绘制工具进行草图2 的绘制。单击草图工具中的中心线工具绘制垂直和水平的中心线，单击圆工具，以坐标原点圆心，分别绘制半径为 R80 的圆，单击草图工具栏的圆工具，在 R80 的圆上做半径为 R15 的圆。（5）单击草图工具栏中的圆周阵列的实体，设置实体数为 6，勾选“等间距”“复选框”，单击确定按钮完成阵列圆周的特征绘制。单击图形区域右上角的退出草图的绘制。（6）单击特征工具栏中拉伸/切除工具，给定深度 10mm，选择草图 2 个轮廓作为所选轮廓，单击确定按钮完成拉伸特征的绘制。如图 3-14 所示。图 3-14 压盘3.7 摩擦片建模图 3-15 绘制草图 1（1）单击“标准”工具栏中的新建工具，新建一个零件文件。（2）在特征管理器设计树中选择“前视基准面”，单击草图绘制工具进行草图1 的绘制。单击草图工具中的中心线工具绘制垂直的中心线，单击直线工具，按照如14 论 SolidWorks 在零件设计中的应用内容摘要SolidWorks 是基于 Windows 平台的全参数化特征造型软件,它可以十分方便地实现复杂的三维零件实体造型、复杂装配和生成工程图。 SolidWorks 是世界上最早的能够直接模拟接触式的机械机构运动干涉的运动情况的 CAD 软件之一,减少了建造样机所需的时间和费用。本文以 SolidWorks 为基础工具，重点研究离合器组件。在本文的第一部分着重介绍了 CAD 的发展使用以及 SolidWorks 的优点和特色功能。在第二部分中，对离合器组件的组成及工作原理做了详细的介绍。本文的主体部分先利用 Solidworks 强大的实体造型功能并参照摩擦式离合器的主要参数将主动部分和从动部分的三维实体模型构造出来，再利用 SolidWorks 的动态模拟装配功能进行装配并完成动态模拟。在装配的环境里，可以方便地设计和修改零件部件，在动态模拟的过程中。根据模拟结果，可以按照具体的情况对各构件的尺寸进行修改。最终实现完美的配合。利用 SolidWorks 设计离合器的组件，简单、方便、直观、省时、经济。可以广泛的应用于其他机械机构的设计中。关键词： SolidWorks；离合器；CADI 论 SolidWorks 在零件设计中的应用图 3-15 所示的尺寸依次绘制首尾连接的直线线段，单击图形区域右上角的退出草图图标结束草图 1 的绘制。（3）单击特征工具栏中旋转凸台/基体工具，显示旋转属性管理器，选择草图 1的轮廓 1 作为操作对象，选择中心线作为旋转轴，设置旋转角度为 360 度，单击确定按钮完成旋转 1 的特征的绘制。（4）在特征管理器设计树中选择“上视基准面”，单击草图绘制工具进行草图2 的绘制。单击草图工具中的中心线工具绘制垂直和水平的中心线，单击圆工具，以坐标原点圆心，分别绘制半径为 25mm 和 35mm 的同心圆，单击草图工具栏的直线工具，绘制关于垂直中心线对称的两条垂直直线段。（5）单击草图工具栏中达到剪裁实体工具，在“剪裁”属性管理器中设置剪裁方式为“剪裁到最近段”修剪草图图形。（6）单击草图工具栏中的圆周阵列的实体，设置实体数为 10，勾选“等间距”“复选框”，单击确定按钮完成阵列圆周的特征绘制。单击图形区域右上角的退出草图的绘制。（7）单击特征工具栏中的拉伸凸台/基体工具，显示“拉伸”属性管理器，在“终止条件”选项框中选择“给定深度”，设置为完全贯通，选择草图 2 个轮廓作为所选轮廓，单击确定按钮完成拉伸特征的绘制。如图 3-16 所示。图 3-16 摩擦片3.8 离合器盖建模 图 3-17 绘制草图 1（1）单击“标准”工具栏中的新建工具，新建一个零件文件。15 论 SolidWorks 在零件设计中的应用（2）在特征管理器设计树中选择“前视基准面”，单击草图绘制工具进行草图1 的绘制。单击草图工具中的中心线工具绘制垂直的中心线，单击直线工具，按照如图 3-17 所示的尺寸依次绘制首尾连接的直线线段，单击图形区域右上角的退出草图图标结束草图 1 的绘制。（3）单击特征工具栏中旋转凸台/基体工具，显示旋转属性管理器，选择草图 1的轮廓 1 作为操作对象，选择中心线作为旋转轴，设置旋转角度为 360 度，单击确定按钮完成旋转 1 的特征的绘制。（4）特征管理器设计树中选择“上视基准面”，单击草图绘制工具进行草图 2的绘制。单击草图工具中的中心线工具绘制垂直和水平的中心线，单击圆工具，以坐标原点圆心，分别绘制半径为 R80 的圆，单击草图工具栏的圆工具，在 R80 的圆上做半径为 R18 的圆。（5）单击草图工具栏中的圆周阵列的实体，设置实体数为 6，勾选“等间距”“复选框”，单击确定按钮完成阵列圆周的特征绘制。单击图形区域右上角的退出草图的绘制。（6）单击特征工具栏中拉伸/切除工具，给定深度完全贯通，选择草图 2 个轮廓作为所选轮廓，单击确定按钮完成拉伸特征的绘制。如图 3-18 离合器盖所示。 图 3-18 离合器盖3.9 离合器的动态模拟装配动态模拟装配（IPA）自动从 SolidWorks 中获得装配模型，然后生成产品的动态装配仿真过程。所有的操作以人们在 Windows 下熟悉的方式进行，如“拖动、释放”等，没有太多 CAD 使用经验的人也可以驾轻就熟。所述的动态仿镇过程不但生动地体现了零部件的关系和装配作业方式，而且还逼真的视觉效果，如丰富的光源和视角、以及色彩斑斓的纹理和赏心悦目的动画。IPA 已经成为企业各个部门三维机械产品设计结果交流的标准工具。IPA 使得您的设计阶段真实地看到产品的实际形状，并对产品进行交互操作。16 论 SolidWorks 在零件设计中的应用3.9.1 离合器各部件装配（1）单击菜单栏中的“文件”“新建”命令，弹出“新建 SolidWorks 文件”对话框，选择“装配体”模板，单击“确定”按钮，创建一个新的装配体文件。（2）在“插入零部件”属性管理器中，单击“浏览”按钮，在“打开”对话框中选择“飞轮”。单击打开按钮，单击确定零件的摆放位置，完成零件的插入。（3）单击“装配体”工具栏中的插入零部件工具，显示“插入零部件”属性管理器。单击“浏览”按钮，在“打开”对话框中选择“轴承”，单击“打开”按钮，单击确定零件的摆放位置，完成零件的插入。（4）按住<Shift>键，选择轴承的外圆表面和飞盘的内圆表面，然后单击“装配体”工具栏中配合工具，显示“配合”属性管理器，在“标准配合”选项栏中选择同轴心配合，单击确定按钮，完成“同心 1”的配合。（5）按住<Shift>键，选择轴承的外圆上表面和飞盘的内圆下表面，然后单击“装配体”工具栏中配合工具，显示“配合”属性管理器，在“标准配合”选项栏中选择重合配合，单击确定按钮，完成“重合 1”的配合，如图 3-19 所示。 图 3-19 轴承和飞轮的配合结果（6）在“插入零部件”属性管理器中，单击“浏览”按钮，在“打开”对话框中选择“轴”。单击打开按钮，单击确定零件的摆放位置，完成零件的插入。（7）按住<Shift>键，选择轴承的内圆表面和轴的外圆柱面，然后单击“装配体”工具栏中配合工具，显示“配合”属性管理器，在“标准配合”选项栏中选择同轴心配合，单击确定按钮，完成“同心 2”的配合。（8）按住<Shift>键，选择轴的上表面和飞盘的内表面，然后单击“装配体”工具栏中配合工具，显示“配合”属性管理器，在“标准配合”选项栏中选择重合配合，单击确定按钮，完成“重合 2”的配合，完成轴的装配如图 3-20 所示。（9）在“插入零部件”属性管理器中，单击“浏览”按钮，在“打开”对话框中选择“摩擦盘”。单击打开按钮，单击确定零件的摆放位置，完成零件的插入。（10）按住<Shift>键，选择摩擦盘的侧面和轴的外圆柱面，然后单击“装配体”工具栏中配合工具，显示“配合”属性管理器，在“标准配合”选项栏中选择同轴心配合，单击确定按钮，完成“同心 3”的配合。（11）按住<Shift>键，选择摩擦盘的齿端面和轴的齿端面，然后单击“装配体”工具栏中配合工具，显示“配合”属性管理器，在“标准配合”选项栏中选择重17 论 SolidWorks 在零件设计中的应用合配合，单击确定按钮，完成“重合 3”的配合，完成摩擦盘的装配如图 3-21 所示。图 3-20 轴装配图图 3-21 摩擦盘的装配 图 3-22 压盘的装配（12）在“插入零部件”属性管理器中，单击“浏览”按钮，在“打开”对话框中选择“压盘”。单击打开按钮，单击确定零件的摆放位置，完成零件的插入。（13）按住<Shift>键，选择压盘的内圆柱表面和轴的外圆柱面，然后单击“装配体”工具栏中配合工具，显示“配合”属性管理器，在“标准配合”选项栏中选择18 论 SolidWorks 在零件设计中的应用同轴心配合，单击确定按钮，完成“同心 4”的配合。（14）按住<Shift>键，选择摩擦盘下表面和压盘的上表面，然后单击“装配体”工具栏中配合工具，显示“配合”属性管理器，在“标准配合”选项栏中选择重合配合，单击确定按钮，完成“重合 4”的配合，完成压盘的装配如图 3-22 所示。 （15）在“插入零部件”属性管理器中，单击“浏览”按钮，在“打开”对话框中选择“离合器盖”。单击打开按钮，单击确定零件的摆放位置，完成零件的插入。（16）在“插入零部件”属性管理器中，单击“浏览”按钮，在“打开”对话框中选择“弹簧盖”单击打开按钮，单击确定零件的摆放位置，完成零件的插入。（17）按住<Shift>键，选择弹簧套内表面和弹簧盖外圆柱面，然后单击“装配体”工具栏中配合工具，显示“配合”属性管理器，在“标准配合”选项栏中选择同轴心配合，单击确定按钮，完成“同心 5”的配合。（18）按住<Shift>键，选择弹簧盖下表面和离合器盖的内表面，然后单击“装配体”工具栏中配合工具，显示“配合”属性管理器，在“标准配合”选项栏中选择重合配合，并在“配合对齐”选项组中选择反向对齐，单击确定按钮，完成“重合5”的配合，完成弹簧盖的装配。其他 5 个弹簧盖安装同理。如图 3-23 所示。图 3-23 弹簧盖的装配 （19）按住<Shift>键，选择轴的外圆柱面和弹簧盖内圆柱面，然后单击“装配体”工具栏中配合工具，显示“配合”属性管理器，在“标准配合”选项栏中选择同轴心配合，单击确定按钮，完成“同心 6”的配合。（20）按住<Shift>键，选择压盘的弹簧槽和弹簧盖内圆柱面，然后单击“装配体”工具栏中配合工具，显示“配合”属性管理器，在“标准配合”选项栏中选择同轴心配合，单击确定按钮，完成“同心 7”的配合。（21）在“插入零部件”属性管理器中，单击“浏览”按钮，在“打开”对话框中选择“弹簧”。单击打开按钮，单击确定零件的摆放位置，完成零件的插入。弹簧被放置在弹簧套内和压盘上的弹簧槽固定。（22）按住<Shift>键，选择离合器盖上表面和飞轮的下表面，然后单击“装配体”工具栏中配合工具，显示“配合”属性管理器，在“标准配合”选项栏中选择重合配合，单击确定按钮，完成“重合 6”的配合，完成离合器盖的装配。完成离合器整体装配。如图 3-24 所示。19 论 SolidWorks 在零件设计中的应用图 3-24 离合器整体装配3.9.2 离合器的动态模拟点击模拟工具中的螺旋马达，选择摩擦盘一端面，确定马达运动方向。点击模拟工具中的线性马达。确定马达运动方向。点击录制模拟，开始录制离合器的运动。点击播放，装配提产生运动。图 3-25 模拟图 1图 3-26 模拟图 2IPA 除了上述功能外，还可以动态模拟整个装配体的从零件到产生装配体的全部20 论 SolidWorks 在零件设计中的应用安装方式和安装过程。并且可以产生 AVI 格式，使得任何人都可以脱离软件本身，独立播放。这样就可以在离合器生产出之前，使客户在产品的设计阶段就能够真实地看到产品的实际形状和安装过程。另外，在实际产品出厂后，也可以用它提供给用户的设计师、操作和维修人员等。使他们能够在熟悉的环境里对产品的各个方位进行操作。21 论 SolidWorks 在零件设计中的应用4 结论与展望本文以功能强大的 3D 软件 SolidWorks 为工具，以离合器作为设计参考。完成了离合器组件的建模、装配和动态仿真模拟。在动态模拟的过程中，通过各构件的运动分析，干涉检查，不断对各构件的尺寸进行修改。最终达到了运动无干涉，机器性能好的效果。通过本次设计，将 SolidWorks 的特色功能展现在了读者面前，证明了SolidWorks 是对 CAD 技术前沿的推进，是一个功能强大，易学易用，技术创新的三维 CAD 软件。利用 SolidWorks 对离合器进行动态模拟，省时、省力、节约成本。由于作者水平有限，本文只重点对离合器的主动件和从动件进行了研究、分析、设计。读者可在此基础上，对离合器的其他机构进行研究。相信 SolidWorks 一定会有一个广阔的发展空间，会越来越广泛的被设计这们应用。利用它来设计离合器，在经济实用的同时，会使设计出的产品质量更好，性能更优，推进我国自主研制生产的离合器早日达到世界先进水平。22 论 SolidWorks 在零件设计中的应用参考文献[1] 赵汝嘉.SolidWorks2007 精通篇.化学工业出版社，2008.[2] 实威科技.SolidWorks 原厂培训手册.中国铁道出版社，2011.[3] 巩云鹏,田万禄,张祖力,黄秋波.机械设计课程设计.东北大学出版社，2012.[4] 谢永奇.SolidWorks 实例教程.清华大学出版社，2011.[5] 隆飞.SolidWorks 设计与应用.电子工业出版社，2010.[6] 陈家瑞.汽车构造.人民交通出版社，2013.[7] 吴际璋. 汽车构造. 人民交通出版社，2009[8] 盛伯浩.机械产品设计与 CAD 技术.清华大学出版社，2009.[9] 周静卿,张淑娟,赵凤芹.机械制图与计算机绘图，2012.[10] 王隆太.机械 CAD/CAM 技术.机械工业出版社，2012.[11] 单忠臣.机械 CAD 技术基础.哈尔滨工程大学出版社，2012.[12] 殷国富.SolidWorks 模具设计实例精解.机械工业出版社，2011.[13] 郭新华.汽车发动机构造与维修.哈尔滨工业大学出版社，2012.[14] 徐石安,江发潮 .汽车离合器/汽车设计丛书.清华大学出版社，2010.[15] 孙志成.汽车构造与实训.合肥工业大学出版社，2011.[16] 冯晋祥. 汽车构造. 人民交通，2012.[17] 林家让.汽车构造. 北京电子工业出版社， 2010.[18] 江洪.SolidWorks 实例解析—曲线、曲面、仿真、渲染。机械工业出版社，2010.[19] 胡仁喜.SolidWorks2005 中文版机械设计高级应用实例.机械工业出版社，2009.[20] DAVID MURRAY.精通 SolidWorks2003.清华大学出版社， 2011.23 论 SolidWorks 在零件设计中的应用目 录内容摘要............................................................................................................................I引 言................................................................................................................................11 绪言...............................................................................................................................11.1 CAD 技术及其发展应用..................................................................................11.2 Solidworks 的功能及特点.............................................................................21.2.1 清晰、直观、整齐、的“全动感”用户界面......................................21.2.2 零件建模..................................................................................................21.2.3 曲面建模..................................................................................................21.2.4 大型装配..................................................................................................31.2.5 工程图和电子工程图..............................................................................31.3 本论文研究的内容.............................................................................................31.4 本论文研究的目的和意义.................................................................................32 离合器的结构、组成、功能和工作原理...................................................................52.1 离合器的结构...................................................................................................52.2 离合器的组成...................................................................................................62.3 离合器的功能...................................................................................................62.3.1 保证汽车平稳起步..................................................................................62.3.2 便于换档..................................................................................................62.3.3 防止传动系过载......................................................................................72.4 离合器的工作原理...........................................................................................73 基于 SolidWorks 的离合器零件设计...........................................................................83.1 飞轮建模...........................................................................................................83.2 轴承建模...........................................................................................................93.3 轴建模.............................................................................................................113.4 弹簧建模.........................................................................................................12II 论 SolidWorks 在零件设计中的应用3.5 弹簧盖建模.....................................................................................................123.6 压盘建模.........................................................................................................133.7 摩擦片建模.....................................................................................................143.8 离合器盖建模.................................................................................................153.9 离合器的动态模拟装配.................................................................................163.9.1 离合器各部件装配................................................................................173.9.2 离合器的动态模拟................................................................................204 结论与展望.................................................................................................................22参考文献.........................................................................................................................23III 论 SolidWorks 在零件设计中的应用引 言CAD 是计算机辅助设计（Computer Aided Design）的英文缩写，是一项利用计算机软件、硬件协助完成产品的设计的技术。在工程和产品设计中，计算机可以帮助设计人员担负计算、信息存储和制图等项工作。在设计中通常要用计算机对不同方案进行大量的计算、分析和比较，以决定最优方案；各种设计信息，不论是数字的、文字的或图形的，都能存放在计算机的内存或外存里，并能快速地检索；设计人员通常用草图开始设计，将草图变为工作图的繁重工作可以交给计算机完成；由计算机自动产生的设计结果，可以快速做出图形显示出来，使设计人员及时对设计做出判断和修改；利用计算机可以进行与图形的编辑、放大、缩小、平移和旋转等有关的图形数据加工工作。cad 能够减轻设计人员的劳动，缩短设计周期和提高设计质量。 CAD 技术产生于 20 世纪 50 年代末、60 年代初，在近 40 年的发展和应用历程中，对国民经济的快速发展、促进科学技术的进步产生了深远的影响，做出了重大的贡献。CAD 技术的发展和应用已成为衡量一个国家科技现代化和工业化水平的重要标志之一。发展概况 20 世纪 50 年代在美国诞生第一台计算机绘图系统，开始出现具有简单绘图输出功能的被动式的计算机辅助设计技术。60 年代初期出现了 cad 的曲面片技术，中期推出商品化的计算机绘图设备。70 年代，完整的 cad 系统开始形成，后期出现了能产生逼真图形的光栅扫描显示器 ， 推出了手动游标、图形输入板等多种形式的图形输入设备，促进了 cad 技术的发展。80 年代，随着强有力的超大规模集成电路制成的微处理器和存储器件的出现，工程工作站问世 ，cad 技术在中小型企业逐步普及。80 年代中期以来，cad 技术向标准化、集成化、智能化方向发展。一些标准的图形接口软件和图形功能相继推出，为 cad 技术的推广、软件的移植和数据共享起了重要的促进作用；系统构造由过去的单一功能变成综合功能，出现了计算机辅助设计与辅助制造联成一体的计算机集成制造系统；固化技术、网络技术、多处理机和并行处理技术在 cad 中的应用，极大地提高了 cad 系统的性能；人工智能和专家系统技术引入cad，出现了智能 cad 技术，使 cad 系统的问题求解能力大为增强，设计过程更趋自动化。现在，cad 已在电子和电气、科学研究、机械设计 、软件开发、机器人、服装业 、出版业、工厂自动化、土木建筑、地质、计算机艺术等各个领域得到广泛应用。1 论 SolidWorks 在零件设计中的应用1 绪言1.1 CAD 技术及其发展应用CAD 技术的发展与计算机技术的发展有着紧密的联系。20 世纪 40 年代中期美国麻省理工学院（MIT）研制成功世界上第一台计算机。由于它的高速运算能力和大容量的信息储存能力，使得有限元等数值分析的方法能在计算机上实现。 1952 年美国 MIT 试制成功了世界上第一台数控铣床，解决了复杂零件的加工自动化，促进了数控编程技术的发展。20 世纪 50 年代中期，MIT 研制开发了自动编程语言（APT），提出了被加工零件的描述、刀具轨迹的计算、后置处理及数控指令自动生成等技术。1963 年美国 MIT 教授 I.E.Sutherland 成功研制了世界上第一套实时交互的计算机图形系统 SKETCHPAD,该系统允许设计者坐在图形显示器前操作键盘和光笔，在屏幕上显示图形，实现人机交互作业。这项研究在今天看来是很粗糙和不完美的，但它标志着 CAD 技术的诞生。在此后的 30 多年，CAD 系统的硬件和软件技术相辅相成地发展，使之经历了如下的几个发展阶段：1.单元技术的发展和应用阶段 在这个发展阶段跨越于 20 世纪 60-70 年代，计算机图形软件得到了商品化，出现了各式各样的交互式图形系统，简化了图像、图表的生成和处理；三维线框模型和曲面模型得到应用，20 世纪 70 年代末出现了实体模型；计算机图形显示于数控加工零件编程系统；成组技术开始用于计算机辅助设计和工艺规 程 编 制 ； 著 名 的 商 品 化 CAD 软 件 如CADAM 、 CATIA 、 UNITGAPHICS 、 IDEAS 、 EUCLID ， 以 及 如ADAN、AN、SYS、NASTRAN 等工程分析软件推向市场。这个阶段的主要特征是CAD 各功能模块已经基本形成，但数据结构尚不统一，集成性差，企业尚处于单元技术的应用阶段。2.CAD 的集成阶段 20 世纪 80 年代时 CAD 技术迅速发展时期。在这个时期内，几何实体造型已经成熟，并发展了特征建模等领域；工程数据库得到了发展；超级微型计算机、工程工作站以其卓越的性能价格使其一出现就占领了 CAD 硬件市场。这个阶段的主要特征是 CAD 以及计算机辅助计划管理各大模块之间信息流实现一体化，系统集成性好，企业应用已从二维计算机绘图向着三维 CAD 建模、CAD 集成化应用方向发展。3.面向产品并行设计制造环境里 CAD 阶段 到了 20 世纪 90 年代，全球化商品市1 论 SolidWorks 在零件设计中的应用场的形成，市场竞争更趋激烈。为使企业提高市场的响应和应变能力，缩短产品生产周期，CAD 技术正从传统的面向零件的 CAD 集成阶段向面向产品并行设计、制造协同工作环境方向发展。并行工程是并行的、集成的产品设计和开发过程，它要求产品开发人员在设计阶段就考虑产品整个生命周期的所有因素，包括制造、装配、检测和销售等要求产品一次成功。在本阶段，面向产品全生命周期的建模技术，基于工程数据库的企业级产品数据管理（PDM），由工程工作站或高档微机组成的客户机/服务器（C/S）的网络系统，支持群体小组的协同工作模式，是整个 20 世纪 90 年代CAD 技术研究的热点问题。1.2 Solidworks 的功能及特点1.2.1 清晰、直观、整齐、的“全动感”用户界面SolidWorks 软件在用户界面方面的方便程度是世界公认的，但 SolidWorks 公司还是努力地改进软件的用户界面，使得设计工作更加自动化。SolidWorks 去掉了一些多余的对话框，而以隐含的右键菜单所代替，最明显的是能够将特征管理器沿水平拆分。这使得进行某些特殊命令操作时，如检查装配关系，而不会迷失在特征树的位置。这对于大型装配体和复杂零件的操作也非常重要，因为零件复杂以后，特征管理树会很长，有时很难同时观察特征树的最上端和特征树的最下端。有了特征管理器的拆分功能，这一切都成为可能。1.2.2 零件建模SolidWorks 提供了无与伦比的、基于特征的实体建模功能。通过拉伸、旋转、薄壁特征、高级抽壳、特征阵列以及打孔等操作来实现产品的设计。通过对特征和草图的动态修改，用拖拽的方式实现实时的设计修改。1.2.3 曲面建模也许是因为 SolidWorks 以前在实体和参数化设计方面太出色，人们可能会忽略其在曲面建模方面的强大功能。在 SolidWorks 中，曲面建立后，可以一很多方式对曲面进行延伸。你可以将曲面延伸到某个已有的曲面，与其缝合或延伸到指定的实体表面，或者输入固定的延伸长度，或者直接拖动去红色箭头手柄，也可以用另一个复杂的曲面进行修剪。首先，选取特定的曲面作为剪切工具，以绿色表示；然后，选取要保留的那一部分曲面，以淡绿色表示；没有选取的那部分曲面，以灰色表示，就会2 论 SolidWorks 在零件设计中的应用立刻被切除。你还可以将两个曲面或一个曲面一个尸体进行弯曲操作，SolidWorks软件将保持其相关性，即当其中一个发生改变时，其他另一个会同时相应改变。1.2.4 大型装配用户不仅用 SolidWorks 软件来解决一般的零部件设计问题，越来越多的用户开始用 SolidWorks 软件处理系统级的大型装配设计，对大型装配体上载的速度也是要求越来越高。面对用户的需要，SolidWorks 公司的研发部门设法从不同的角度对大型装配体的上载的速度进行的改进，包括分布式数据的处理和图形压缩技术的运用，使得大型装配体的性能提高了几十倍。1.2.5 工程图和电子工程图在 SolidWorks 的 工 程 制 图 中 引 入 了 一 个 崭 新 的 快 速 制 图 功 能 （ 即RapidDraft），它能迅速生成与三维零件和装配体暂时脱开的二维工程图，但依然保持与三维的全相关性。这样的功能使得从三维到二维的瓶颈问题得以彻底的解决 。SolidWorks 是一个非常优秀的软件产品。SolidWorks 公司在技术上的投入和技术的先进性不断保持 SolidWorks 软件在机械三维设计领域的领先地位。1.3 本论文研究的内容本文的主要是利用功能强大的 3D 软件 SolidWorks，对离合器的主动部分和从动部分进行建模、模拟装配和仿真，在模拟的过程中，可以动态地查看装配体的所有运动，并且可以对运动的零部件进行动态的干涉检查和间隙检测。根据模拟的结果，可以按照具体情况对各构件的尺寸进行修改，最终得到实用、经济、美观的设计。1.4 本论文研究的目的和意义本文主要目的为利用 SolidWorks 的动态模拟功能，充分表现出 SolidWorks 软件的强大功能。读者可以脱离 CAD 环境，观察离合器的设计情况。对装配体可以直观地显示并对其各个零部件进行操纵，可以验证产品是否满足设计要求，可以监测所设计的产品。从另一角度讲，动态模拟装配（IPA）将设计横向延伸至制造作业；纵向延伸至产品的维护，甚至市场销售和广告宣传。如果说在数年前一类新的软件工具的应用还需相当长的时间进行观念的转变和使用学习的话，那么今天像 IPA 这样的技术以其实在的易用性，可以让用户拿来即用。本文的意义在于，通过对离合器的计算机辅助设计，一方面使自己学会了使用SolidWorks 这个软件研究问题，另一方面将 SolidWorks 的强大 IPA 功能展现在读3 论 SolidWorks 在零件设计中的应用者面前，对离合器的尺寸做了相应的优化改进。交互式动态模拟 IPA 可以为设计方案、用户交流、产品再现以及培训产生交互式模拟过程。将模拟结果存成 Windows 的AVI 格式，使得任何人都可以脱离软件本身，单独播放。同时还可以产生 VRML 格式，供 Internet 另外一端的同事观察产品的设计状况。使用 IPA 很容易产生装配模拟。您可以直接点取屏幕上的零件或装配体，动态地放在您所需要的位置。您不必是一位CAD 专家或模拟编程员，也可以自如地对装配系统进行模拟仿真。4