Inventor軟件是三維可視化實(shí)體模擬軟件，它包含三維建模、信息管理、協(xié)同工作和技術(shù)支持等各種特征。使用Autodesk Inventor可以創(chuàng)建三維模型和二維工程圖，可以創(chuàng)建自適應(yīng)的特征、零件和子部件，還可以管理上千個(gè)零件和大型部件。它的“連接到網(wǎng)絡(luò)”工具可以使工作組人員協(xié)同工作，方便數(shù)據(jù)共享和同事之間設(shè)計(jì)理念的溝通。另外，借助ANSYS Design Space模塊可直接進(jìn)行應(yīng)力和疲勞分析，并且可以把模型直接輸出至ANSYS產(chǎn)品中，作為進(jìn)一步分析計(jì)算的基礎(chǔ)，省卻了重新建模的麻煩。

1 三維環(huán)管反應(yīng)器設(shè)計(jì)

    1.1 反應(yīng)器描述

    目前已建成的環(huán)管反應(yīng)器幾十套，涉及聚乙烯，聚丙烯等裝置。筆者在參與的某套聚乙烯項(xiàng)目的環(huán)管反應(yīng)器設(shè)計(jì)上，首次采用了三維軟件Inventor設(shè)計(jì)開發(fā)。環(huán)管反應(yīng)器為聚乙烯裝置的關(guān)鍵設(shè)備，采用夾套管結(jié)構(gòu)。每臺(tái)反應(yīng)器由4條腿及數(shù)個(gè)彎頭組成，單腿長(zhǎng)約60.6m，兩腿間在頂?shù)淄ㄟ^(guò)180度彎頭（或兩個(gè)90度彎頭）連接，使反應(yīng)器聯(lián)為一體（見圖1）。環(huán)管反應(yīng)器設(shè)計(jì)參數(shù)見表1。

表1 環(huán)管反應(yīng)器設(shè)計(jì)參數(shù)

圖1 環(huán)管反應(yīng)器總裝示意

    1.2 設(shè)計(jì)環(huán)境定義

    設(shè)計(jì)前應(yīng)先設(shè)定符合本公司習(xí)慣的軟件環(huán)境，這就需要通過(guò)創(chuàng)建一個(gè)新的“項(xiàng)目”來(lái)標(biāo)識(shí)包含設(shè)計(jì)項(xiàng)目獨(dú)有的文件夾和包含設(shè)計(jì)項(xiàng)目引用的庫(kù)文件，定義模板的位置、樣式、資源中心配置。典型的項(xiàng)目包含專用于項(xiàng)目的零件和部件，專用于用戶公司的標(biāo)準(zhǔn)零部件，以及現(xiàn)成的零部件（例如緊圍件、連結(jié)件或電子零部件）。其次，應(yīng)創(chuàng)建一個(gè)新的工程圖模板，包括符合本公司格式的標(biāo)注樣式、圖幅、字體樣式和標(biāo)準(zhǔn)表格等。

    1.3 設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)

    完成準(zhǔn)備工作后，開始設(shè)計(jì)環(huán)管反應(yīng)器。反應(yīng)器零部件較多，宏觀上應(yīng)分成幾個(gè)大的部件，然后再一步步拆分到每個(gè)零件來(lái)創(chuàng)建模型。建模就是不斷配湊的過(guò)程，很多零部件之間存在一系列的參數(shù)關(guān)聯(lián)。因此每一個(gè)零件都不可能被單獨(dú)設(shè)計(jì)，它一定是互為閑置與約束的，只有全部組合在一起才能完成整個(gè)環(huán)管反應(yīng)器的設(shè)計(jì)。

    1.4 設(shè)計(jì)手段

    1.4.1 衍生功能

    衍生是通過(guò)引用現(xiàn)有零件或現(xiàn)有零件的某些特征來(lái)生成新零件�；�礎(chǔ)零部件產(chǎn)生改變時(shí)，衍生零件將隨之改變。在零件的創(chuàng)建過(guò)程中應(yīng)該盡量采用衍生功能，把有裝配關(guān)系的零件用衍生功能創(chuàng)建，這樣不但精簡(jiǎn)了參數(shù)，而且為以后調(diào)整參數(shù)提供了很大的便利（只需要修改一個(gè)參數(shù)，避免漏改）；并且在后續(xù)的大裝配過(guò)程中由于衍生關(guān)系，各個(gè)零部件之間的坐標(biāo)系完全相同，可以直接對(duì)齊坐標(biāo)系就完成裝配，簡(jiǎn)單快捷。把這個(gè)零件的坐標(biāo)系和衍生零件的坐標(biāo)系直接做重合約束就可以正確定位（見圖2），很方便實(shí)用。

圖2 支座設(shè)計(jì)中引入衍生功能

    1.4.2 Fx參數(shù)表

    Fx參數(shù)表是存儲(chǔ)了當(dāng)前零件設(shè)計(jì)參數(shù)的一個(gè)電子表格，其中包括模型參數(shù)、用戶參數(shù)和參考參數(shù)，并可以通過(guò)Fx參數(shù)表將本模型的參數(shù)輸出或引用其它模型的參數(shù)。Inventor制圖是采用參數(shù)驅(qū)動(dòng)模型的，因而通過(guò)關(guān)聯(lián)引用Fx參數(shù)表中的參數(shù)便可以實(shí)現(xiàn)零件間的關(guān)聯(lián)。

    環(huán)管反應(yīng)器零件多，設(shè)計(jì)中應(yīng)盡量簡(jiǎn)化參數(shù)，做到同一個(gè)參數(shù)只出現(xiàn)一次。另外把反應(yīng)器的所有參數(shù)集中在一個(gè)零件（如Data.ipt）的Fx表（略）中，用中文準(zhǔn)確定義其名稱，方便后續(xù)的檢索及修改。在其它零部件的創(chuàng)建過(guò)程中可通過(guò)引入Data.ipt數(shù)據(jù)文件中相應(yīng)的參數(shù)來(lái)完成。這樣做將對(duì)后續(xù)參數(shù)的修改、調(diào)整以及重復(fù)利用起到重要作用。

    1.4.3 自適應(yīng)

    自適應(yīng)是指在零件設(shè)計(jì)時(shí)并不指定零件某個(gè)方向上的具體參數(shù)，而是由軟件根據(jù)該零件在裝配體中的相互約束關(guān)系來(lái)確定具體的參數(shù)，使該零件可以根據(jù)其關(guān)聯(lián)關(guān)系而更新。在環(huán)管反應(yīng)器設(shè)計(jì)中，環(huán)管之間的自支撐工字梁就采用了自適應(yīng)功能，它的長(zhǎng)度根據(jù)環(huán)管的水平距離及平臺(tái)之間的間距來(lái)確定，可隨著環(huán)管間距的調(diào)整而變化，這樣做的好處是顯而易見的。

    1.4.4 iPart部件庫(kù)

    在零件創(chuàng)立過(guò)程中把類似零件做成系列標(biāo)準(zhǔn)件，并放到Inventor的庫(kù)里，可以大大提高效率。下面以標(biāo)準(zhǔn)法蘭創(chuàng)建標(biāo)準(zhǔn)件的實(shí)例進(jìn)行說(shuō)明。

    (1)建立模型。由于“系列零件”是一組形體相似零件的集合，而尺寸、特征、參數(shù)等不完全相同。系列化零件設(shè)計(jì)之前首先要?jiǎng)?chuàng)建通用的普通模型，再根據(jù)此零件生成相似的零件。最好對(duì)相應(yīng)尺寸名稱用中文明確標(biāo)注出其準(zhǔn)確的意義，方便后續(xù)創(chuàng)建過(guò)程的識(shí)別。

    (2)零件的系列化設(shè)計(jì)。在Inventor中將產(chǎn)生系列化零件的基礎(chǔ)iPart稱為“iPart工廠”，這是一個(gè)形象化的名稱，意指“iPart工廠”能派生出多個(gè)不同規(guī)格的同形零件。通過(guò)列表把系列零件需要變更的參數(shù)添加到列表中，其中還可添加自定義列，如法蘭公稱等級(jí)、公稱直徑、材料、標(biāo)準(zhǔn)號(hào)等。法蘭內(nèi)徑還可設(shè)定為自定義參數(shù)輸入（略）。

    (3)利用“iPart工廠”進(jìn)行裝配。在部件中插入剛建成的ipart零件或者直接從庫(kù)中調(diào)用，然后根據(jù)先前預(yù)定義的列表選擇需要的零件系列插入即可。

    1.4.5 應(yīng)力分析

    Inventor中的ANSYS Design Space模塊可直接對(duì)模型進(jìn)行應(yīng)力和疲勞分析，還可以把模型直接輸出至ANSYS產(chǎn)品中，作為進(jìn)一步分析計(jì)算的基礎(chǔ)。圖3為環(huán)管反應(yīng)器底部大彎管的應(yīng)力分析實(shí)例。

圖3 ANSYS分析示意

    1.4.6 三維空間在位創(chuàng)建零件

    Inventor中可根據(jù)已經(jīng)定位的零件確定其空間位置及尺寸，直接在三維空間創(chuàng)建零部件。圖4中環(huán)管反應(yīng)器頂部的三維彎管結(jié)構(gòu)，常規(guī)設(shè)計(jì)中需要對(duì)這個(gè)彎管在多個(gè)平面進(jìn)行角度、長(zhǎng)度、間距的繁瑣計(jì)算才能得到準(zhǔn)確的定位尺寸，而通過(guò)Inventor的三維空間在位創(chuàng)建零件功能則只需要指定兩端的定位位置、彎管半徑及直管長(zhǎng)度就可以直接生成彎管，方便快捷。

圖4 在位創(chuàng)建零件示意

3 問(wèn)題及建議

    (1)接管與簡(jiǎn)體連接處（特別是彎管和切向管口）中心點(diǎn)無(wú)法定位，不能自動(dòng)標(biāo)注尺寸。這時(shí)只能通過(guò)新建一個(gè)草圖手動(dòng)畫上兩條線進(jìn)行標(biāo)注，但是這樣會(huì)缺失關(guān)聯(lián)，見圖5。

圖5 切向管中心點(diǎn)尺寸標(biāo)注示意

    (2)明細(xì)表中的文字缺少字寬和行高。缺少字寬很麻煩，需要多建立幾個(gè)常用的字體，來(lái)定義不同的字寬以方便引用，這一點(diǎn)不如直接定義字寬選項(xiàng)更加方便。對(duì)于行高的缺失，雖然可以通過(guò)調(diào)整“行間隙”來(lái)完成，但“行間隙”功能比較難用，不如直接變成行高選項(xiàng)更為簡(jiǎn)捷。

    (3)鏡像零件的裝配約束丟失。每次鏡像都需要重新約束鏡像出來(lái)的零件，不如直接添加一個(gè)想對(duì)于原零件的約束更加方便。

    (4)預(yù)裝配定義(Imate)的使用。在大量零件的裝配中由于各個(gè)零件摻雜在一起，經(jīng)常會(huì)互相影響。如果每個(gè)零件都提前設(shè)定了Imate，裝配時(shí)直接調(diào)用，方便實(shí)用。

    (5)詳細(xì)顯示等級(jí)的重要性。Inventor三維軟件對(duì)計(jì)算機(jī)的軟硬件要求比較高，應(yīng)預(yù)先定義好各種詳細(xì)等級(jí)（如只顯示主體或全部顯示等），在設(shè)計(jì)過(guò)程中可以去除不必要零件的影響，提高程序運(yùn)行速度。

    (6)通過(guò)衍生、自適應(yīng)等功能來(lái)實(shí)現(xiàn)參數(shù)精簡(jiǎn)，為后續(xù)工作提供便利。

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