机械设计论文夏天展.docx
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机械设计论文夏天展
河南工学院
机械创新设计：
水滴式饲料粉碎机动画自作
姓名:
夏天展
学号：
140114230
院系：
机械工程系
绪论
随着国内经济建设形势的逐年好转以及扩大内需的需要，为加快生产步伐、提高生产效率、增加经济收益，重型加工制造业的产品正在向大、快、稳的方向发展，即产品重量大、生产速度快、产品质量稳。
在向大、快、稳的方向发展的同时，虽然的确缩短了产品设计周期，但是，也带来了一系列的、不可避免的问题。
重型机械产品结构复杂、零部件多，在安装、拆卸以及日常维护时经常出现某个零部件无法正确安装或拆卸不下来的现象，或者在维护需要查找技术文档时才发现技术文档已经与当时的设计不一致。
在投标报价时，由于没有三维模型、图片等相关技术资料或提交的技术资料已经与现有的产品设计有较大出入，而导致流标的现象也时有发生，毕竟重新制作技术文档不是短时间就能完成的。
所以，为解决上述问题以及更好地完善设计，减少安装、拆卸过程中的意外，保持技术文档随设计更改而更改的一致性，本文以3DVIA Composer为基础，以水滴饲料粉碎机为例，着重解决产品设计之后的技术文档制作的问题。
第一章水滴式饲料粉碎机特点及用途
1.1水滴式饲料粉碎机产品简介
在中国，公元前两千多年就出现了最简单的粉碎工具——杵臼。
杵臼进一步演变为公元前200～100年的脚踏碓。
这些工具运用了杠杆原理，初步具备了机械的雏形，不过，它们的粉碎动作仍是间歇的。
最早采用连续粉碎动作的粉碎机械是公元前四世纪由公输班发明的畜力磨，另一种采用连续粉碎动作的粉碎机械是辊碾，它的出现时期稍晚于磨。
公元二百年之后，中国杜预等在脚踏碓和畜力磨的基础上研制出了以水力为原动力的连机水碓、连二水磨、水转连磨等，把生产效率提高到一个新的水平。
这些机械除用于谷物加工外，还扩展到其他物料的粉碎作业上。
近代的粉碎机械是在蒸汽机和电动机等动力机械逐渐完善和推广之后相继创造出来的。
1806年出现了用蒸汽机驱动的辊式破碎机；1858年，美国的布莱克发明了破碎岩石的颚式破碎机；1878年美国发展了具有连续破碎动作的旋回破碎机，其生产效率高于作间歇破碎动作的颚式破碎机；1895年，美国的威廉发明能耗较低的冲击式破碎机。
与此同时，粉磨机械也有了相应的发展，19世纪初期出现了用途广泛的球磨机；1870年在球磨机的基础上，发展出排料粒度均匀的棒磨机；1908年又创制出不用研磨介质的自磨机。
二十世纪30～50年代，美国和德国相继研制出辊碗磨煤机、辊盘磨煤机等立轴式中速磨煤机。
这些粉碎机械的出现，大大提高了粉碎作业的功效。
但是，由于各种物料的粉碎特性互有差异，不同行业对产品的粒度要求也彼此不同，于是又先后创制出按不同工作原理进行粉碎作业的多种粉碎机械，如轮碾机、振动磨、涡轮粉碎机、气流粉碎机、风扇磨煤机、砂磨机、胶体磨等。
到了70年代初期，已制造出每小时产量为5000吨、最大给料直径达2000毫米的大型旋回破碎机,和可将物料磨细到粒度小于0.01微米的胶体磨。
其中以水滴式饲料粉碎机应用尤为普遍，水滴式饲料粉碎机有先进的水滴形粉碎室设计，W形二次粉碎结构，能有效提高产量。
充分优化的锤片排列，可调整的锤筛间隙。
包括高精度的动平衡在内的各项精密检测，确保运转更平稳，噪音更低，性能更理想。
可正反向工作的转子，大大延长易损件的使用寿命。
可移位的全开式操作门，联动式压筛机构，使操作更方便。
可配备先进技术的变频叶轮式或磁性带式喂料器，使其工作更可靠。
水滴式饲料粉碎机图片如图1-1。
图1-1水滴式饲料粉碎机
SDHM水滴式粉碎机型号如表1-2所示。
表1-2SDHM水滴式粉碎机
1.2水滴式粉碎机的结构组成
水滴式粉碎机设备的结构组成如图1-3所示。
图1-3水滴式粉碎机设备的结构组成
1．底座：
联接和支撑粉碎机各部件，使其形成整体。
粉碎后的物料由底座排出。
2．转子：
由主轴、锤架板、销轴、锤片、轴承等零件组成，是粉碎机的主要运动部件。
转子转速较高，装配后在不装销轴和锤片的情况下须进行动平衡检验。
3．联轴器：
将转子轴和电机轴相连接，传递电机动力。
4．上机壳：
上部有进料口，下部与底座联接，两侧分别装有筛板，与转子组成粉碎室。
物料在粉碎室中进行粉碎。
5．电机6．操作门：
更换筛板或锤片时须开启操作门。
操作门上装设行程开关，门在打开时，行程开关使电机控制回路断电，保证电机在该状况下不能运转。
7．导向机构：
使物料从左边或右边进入粉碎室。
进料导向板的换向由方向控制杆控制，并通过行程开关改变电机的转向，使电机旋转方向和进料方向一致。
8．压筛机构
锤片式粉碎机的构造如图1-3所示为顶部进料式水滴型锤片式粉碎机一般构造，主要有机座、操作门、进料导向机构、转子、筛片、进料设备和减震器组成。
转子由主轴、锤架板和锤片组成，由轴承支撑在机体内是锤片式粉碎机的主要运动部件。
锤片通过销轴连在锤架板上锤片之间用锤片轴套隔开，按一定规律沿轴向排列。
机座由减震器支撑，内安装筛板片，与上机壳内安装的筛片或齿板将转子包围，与粉碎机侧壁一起构成粉碎室。
打开操作门可方便的换筛，筛片采用快起式机构，能紧靠压紧。
1.3水滴式粉碎机的工作原理从粉碎定义可知，饲料粉碎是利用锤片粉碎机的锤片、筛片、齿板对物料施力，当其作用超过物料颗粒之间的内聚力（结合力）时而破碎的过程。
随着粉碎过程的进行，物料的比表面积不断地增加，固体饲料破裂成小块或细粉数随之增多。
这种过程一般只是几何形状的变化。
利用安装在粉碎室内锤片高速运转，对物料实施打击碰撞，依靠工作部件对物料的冲击力使物料颗粒碎裂的方法，它是一种无支承粉碎方式，其优点是适用性好，生产率较高，可以达到较细的产品粒度，且产品粒度相对比较均匀碎机就是利用这种方法工作的。
1.4水滴饲料粉碎机的特点
1．内藏式转子，粉碎无死角，成品粒度更均匀；
2．可移位全开式操作门，操作维修方便；
3．机体嵌入式密封，彻底避免粉尘外溢，工作环境净洁；
4．饲料粉碎机可进行普通粉碎，也可进行细粉碎及微粉碎；
1.5水滴饲料粉碎机的用途
水滴式饲料粉碎机可粉碎各种颗粒状饲料原料，如玉米、高粱、麦类、豆类、破碎后的饼类及其它物料。
第二章3DVIA Composer功能与特点
2.13DVIA Composer简介
3DVIA Composer是由达索公司出品的一款技术文档制作软件，它具有非常高的集成度，操作简便，非常适合于非专业设计人员使用，3DVIA Composer制作出的文档，并非狭义上的图样或者图文，而是广义上的图文并茂、图片动画并茂等。
利用3DVIA Composer，非CAD用户可直接从3DCAD数据中创建相关的2D和3D产品文档，通过直接利用Solidworks3D数据和其他3D软件的几何体、结构、元数据，3DVIA Composer可在文档编制、销售、市场推广、客户服务、培训、支持和制造等方面助用户一臂之力。
通过对3D数据的编辑，它能够产生出精确的工装工艺手册，专业和详细的技术文档手册，生动、逼真的维修和拆卸动画仿真。
3DVIA Composer使用3D模型中的信息，将设计更改以无缝方式直接更新到产品文档中，从而创建精确和最新的印刷及交互材料。
这种快速、简单的方式，大大缩短了产品的上市周期，为用户减少了前期的投资成本。
在3DVIA Composer面市之前，一旦产品数据有所更改，就都需要对文档进行人工修订，非常耗时。
通过使用3DVIA Composer，可以在整个组织范围内实现文档制作过程的自动化和整合。
这样不仅可以降低成本，还使得在每种产品的整个生命周期中生成的所有文档能够保持高质量和一致性。
3DVIA Composer可无缝读取SolidWorks数据，同时还可以采用CATIA、Pro/ENGINEER和其他许多标准CAD格式的3DCAD数据，还可创建高度压缩的轻化文件格式。
3DVIA Composer可输出许多标准文件格式，包括MicrosoftOffice、PDF、HTML、Office、SVG或CGM等，允许用户将3DVIA Composer生成的内容集成到现有产品文档中,如：
装配说明，客户服务程序，市场营销资料，用户手册，现场服务修理手册，培训材料，基于Web的目录。
使用3DVIA Composer，您可以完成以下工作：
1.实现自动化，避免代价高昂的错误，并加快所有产品文档的更新速度。
2.加快新产品上市速度，赢得竞争优势。
3.利用多种CAD格式的现有3D设计制作出精确的最新产品文档。
4.使技术和非技术人员能够在文档制作过程中进行有效协作。
5.提高客户服务质量。
2.23DVIA Composer功能
1.全新概念的3D文件：
利用3DVIAOMPOSER将传统的2D产品文件，转变成全新的3D形态。
2.3D交互式产品文件以及Digger放大、透视等功能：
3DVIA Composer提供人性化的3D互动浏览以及各种放大、透视、剖面等功能，方便用户了解产品文件。
3.各种产品视图：
储存制作完成的产品视图，并且发布至3D交互式文件中，提供各类产品细节的说明。
4.3D动画制作模式：
3DVIA Composer提供简单易学的3D动画制作模式，将以往需要大量文字说明的2D组装拆卸文件，以浅显易懂的3D动画模式来表现。
5.快速简单的建立交互式零件表：
3DVIA Composer提供制作产品零件表的功能，可以快速的完成交互式表格的制作，加速文件的发布。
6.自动爆炸轴向控制：
3DVIA Composer拥有自动爆炸轴向控制功能，能让您方便快速的制作爆炸视图以及动画。
7.多元化的档案发布：
能够发布成各种档案形式，方便与各类文件整合。
2.33DVIA Composer特色
·全新概念的3D文件整合方案，加快产品组装拆卸、技术说明、交互式3D动画、培训手册与销售工具等文件的制作。
·3D动画与交互式的产品文件档案，提供更为完整的各项说明，降低使用者花费大量时间来阅读传统式的手册。
·利用3DVIA Composer内建的功能，可以快速建立各种3D组装动画、产品爆炸图、各类视图与交互式零件表等需求。
·以XML为基础的架构，能够整合多元的3D文件格式，提供企业内部各种沟通之需求。
（CATIAV5、V5、PRO/ENGINEER、Solidworks、DELMIA、ENOVIA、Alisa、IGES）
·利用3DVIA Composer内建的图解技术，能够以自有的SMG文件格式，有效压缩汇入图档的大小（压缩比最高可达100：
1），便于档案管理与传输，以及有利执行于各种等级的计算机上。
·强大的档案更新能力，有效降低设计变更时，文件重制所花费的人力及时
间成本。
·免费下载的3D播放平台3DVIAPlayer，方便不同工程人员或第三方之沟通，降低企业花费大量成本采购昂贵的CAD/CAM系统。
·直觉化的操作系统，减少企业导入时间，只需一天基础训练课程即可开始进行3D文件制作。
·多元化的支持模块，强化测试分析与PLM系统整合之功能，提供各类人员不同之需求。
·多元化的档案发布（PDF、AVI、CGM、SVG、TIFF、HTML、OFFICE、SMG），方便与各类文件整合。
2.43DVIA Composer应用范围
·3DVIA Composer可为销售、营销、客服、培训、技术支持和制造等领域的客户提供支持，内容包括:
·技术文件:
3D产品分解图、爆炸图、产品零件图、产品说明手册。
·制造流程:
生产线3D动画组装训练、制造流程说明、辅助设计沟通。
·维修训练:
3D操作手册、3D维修训练教材、在线维修指导说明。
·市场销售:
产品3D销售文件、3D产品使用手册、在线3D互动产品简介。
第三章应用3DVIA Composer之前的准备工作
3.1三维数字模型的准备
由于通过3DVIA Composer制作技术文档的所有数据均直接来源于3D模型，所以操作者可以使用关键部位结构的部分装配体来制作文档资料，也可以在使用3DVIA Composer之前提前建立好完整的（不缺少零部件）、包含零部件属性信息（材料、重量、图号和名称等）的三维数字模型，甚至一些辅助的场景角色（如地面、厂房等）都要事先建立三维模型并添加到三维装配体中。
可通过目前比较主流的三维设计软件来建立三维模型，在本文中，操作机的三维模型是通过SolidWorks2015建立的，模型整体效果如图3-1所示。
图3-1水滴式粉碎机整体模型
3.2设置零部件颜色
一般情况下，大多数的设计师在进行机械产品三维设计时往往采用三维机械设计软件默认的颜色，对于重型机械产品和复杂零部件来说，采用同一种颜色或比较相近的颜色会给人一种非常单调的感觉，难以吸引别人的眼球，很难制作出图文并茂的技术文档资料和生动的动画。
图3-1给人的感觉就比较灰白，所以在
利用3DVIA Composer时，可按照产品外观实际RGB值设定零部件的颜色。
设置零部件的颜色有两种方法：
1.在三维机械设计软件中设置好每一个零部件的颜色，保存后再导入3DVIA Composer中。
2.将三维数据模型直接导入3DVIA Composer中，在3DVIA Composer中设置每一个角色的颜色属性、纹理以及背景和光源（注：
角色为3DVIA Composer中的专用术语，每一个零部件或一个装配体均可看成是一个角色）。
（1）我们首先要对模型的颜色进行细致的调节，这一步也是非常关键的，搭配合理的颜色会让人们对我们的产品满意度大增，往往在某些特定的关键时刻会起到决定性作用。
图3-2颜色属性调整
因此根据产品的特点以及使用的环境和消费群体，多方面考虑颜色的调配。
（2）其次是模型纹理的处理，模型的纹理贴图是完全可以进行自定义处理的，一个好的贴图对于模型外表的包装也是非常重要的，对于常见的一些金属零部件，我们甚至可以添加一些金属纹理，以表现其菲涅尔衍射的特殊效果，当然在3DVIA Composer中也提供了几种环境效果供我们使用：
图3-3纹理属性调整
图3-4环境属性调整
3DVIA Composer中还提供了多种渲染模式，包括平滑渲染、着色图解、技术渲染、平面渲染等：
图3-5渲染属性调整
这些渲染模式可以单独村在，也可以在同一组件中并存。
（3）如何让模型表现的更加自然真实呢？
这就需要我们对模型的环境灯光进行处理了，3DVIA Composer中提供了软件自带的多种灯光渲染模式，两个光源、柔和、中度、金属、重金属等，这些照明模式效果也是非常不错的，如果我们还不满足这些照明模式的话，我们还可以在渲染中创建自定义的光源，自定义的光源包括聚光光源、定位光源、定向光源三种：
图3-6灯光照明的创建
我们通过对光源的细致调节，完全可以给模型一个真实、自然的外观表现，好的动画当然是离不开好的渲染的，这需要我们不断的去修改和调整。
当水滴式粉碎机设备添加了角色的颜色属性、纹理以及背景和光源等渲染，如图3-7所示。
图3-7渲染后的水滴式粉碎机整体模型
3.3创建选择集
除了渲染完成之后，我们还需要对某些成组的组件在3DVIA Composer中进行组合，利用创建选择集来选择成组的零部件，这样对我们做动画是非常有利的：
图3-8创建选择集
选择集也是3DVIA Composer中的专业术语，可以是一个角色，也可以是多个角色的组合，目的是在制作技术文档时便于选择角色，通过属性设置可使被选择的角色，即选择集内的所有角色具有相同的属性信息。
本例中在升降、摆移和缓冲装置中零部件总数达到1000个，共创建选择集256个，每个选择集内包含的角色数量不等。
选择集的设置为操作者进行相同颜色和相同属性的角色创建提供了强有力的帮助，通过这样的选择集设置，大大减少了重复性工作，节省了大量的时间。
第四章制作视图
在本文中，我们的目的之一是想制作出升降、摆移和缓冲装置的安装、拆卸说明书。
单纯的文字说明书，会让用户难以理解，同时由于文字的多样性，也可能带来很多的理解偏差，所以用尽可能多的视图来表达要比枯燥的文字叙述要好得多。
在3DVIAComposer中打开锻压操作机后，在工作区的左上角有一个“影片”样的按钮，当鼠标放置在该按钮上时，显示“切换到视图模式”，点击该按钮并切换到视图模式。
在工作区中，按住鼠标右键（该按键可以根据操作习惯进行设置）来旋转升降、摆移和缓冲装置，摆放到满意的位置，松开鼠标右键，这时，在“视图”标签下单击“创建视图”按钮，保存后系统自动生成一张包含所有角色的视图，如图4-1所示。
图4-1创建视图
如果要生成下一张视图，则需要：
（1）首先对工作区内的角色进行编辑，将角色旋转或者平移到合适的位置达到满意的效果；
（2）点击“创建视图”，即可生成新的视图，如果要对当前试图进行更改，那么改变当前角色的位置或其他属性，点击“更新视图”选项即时更新，如图4-3所示；
（3）保存视图。
图4-2更新视图按钮
4.1隐藏不需要的角色
打开的升降、摆移和缓冲装置角色中，包含我们需要的角色，也包含一些我们不需要的角色，这时为了便于说明，需要隐藏一部分角色（在需要时还可以显示出来）。
方法一：
在装配体标签下，直接将所需要隐藏的角色前面的勾去掉便可以隐藏。
方法二：
在“装配”标签下的“选择集”中，选择前6个角色，然后在“属性”的“不透明性”中将滑块滑到最左端，将其隐藏。
方法三：
直接选择角色，点击右键，然后选择“隐藏选定角色”。
如图4-3所示。
图4-3隐藏选定角色
4.2安装、拆卸过程的表达
在工作区中看见的是完整装配后的状态，要表达装配过程。
方法一：
（1）事先移动或旋转角色至另一位置，记住移动的距离或旋转角度，保存视图状态；
（2）在此基础上反向移动或旋转上一步中的距离或角度，保存视图状态。
方法二：
（1）保持装配后的状态，保存当前视图；
（2）移动或旋转角色至另一位置，保存当前视图状态；
（3）在“视图”标签下将步骤1中保存的视图移动到步骤2中保存的视图之后。
相比较而言，实践中多采用方法二，不易出错，效果如图4-4所示。
图4-4移动效果
4.3Digger的应用
重型机械结构复杂、零部件多，在某些特殊部件环节我们既想让购买的客户看见整体效果，同时，又想表达出某些细节或关键位置的零部件间位置关系。
在本文中，我们应用Digger工具来创建局部放大视图和一些特殊效果图。
Digger是一项专业技术，它可以在模型不同区域放大，剥落角色以查看内部结构等等。
如图所示，Digger可以重点显示模型的一部分，剥落（隐藏）上面的角色以显示它下面（被它遮盖）的角色。
Digger的工具如下：
图4-5Digger工具
Digger工具（如图4-5所示）包含以下功能：
（1）局部放大；
（2）切除面；（3）X射线；（4）洋葱皮；（5）改变光源。
应用Digger的一般过程：
（1）将主要角色位置摆放到合适位置，并预留出放置Digger工具的位置，该位置以不遮挡其他角色为宜；
（2）按住鼠标左键，更改兴趣点（即需要放大的位置）；
（3）根据实际情况，确定使用哪种功能；（4）对不能图像进行截图；（5）更新、保存视图。
4.4爆炸视图
爆炸视图能够显示模型中的零件位置关系，爆炸视图一般用在手册中以显示零件的位置，它可以联系BOM表和零件标号指明零件清单。
在3DVIAComposer中有多种方法创建爆炸视图，你可以拖动被选择的角色至新的位置，也可以采用线性、球面、圆柱面分解模式自动地分离角色至新的位置。
如图4-6是水滴式饲料粉碎机的一个子装配体的爆炸视图。
图4-6爆炸视图
4.5添加必要的标注
只有图片没有文字描述的说明是不完整的说明，所以，两者必须结合才能表达出更完美的效果。
（1）在3DVIAComposer中依次选择“协同→标注→标签”，如图4-7所示。
（2）在工作区，添加“标签”后，在属性管理器中设置“标签”的相关属性（如名称、不透明性、文本内容、大小、颜色和附加线类型等），这些属性信息以达到说明效果、美观为主。
（3）所添加的“标签”在“协同”下的“标注”勾选状态下均为可见，添加标签后的效果如图4-7所示。
图4-7标签工具
图4-8标签效果
第五章动画制作过程
5.1根据产品特性以及运动原理，模拟出运动的大概流程
前一阶段我们将动画所需的模型建立完成并且进行了初期的处理，下面我们就要使用3DVIA Composer进行动画制作。
我们要确定整个动画都有哪些零部件进行运动、运动的动作是哪些、分清主次关系，最好是将这些运动分步骤罗列出来，以免在制作过程中出现遗漏现象。
3DVIA Composer中也提供了一些较为便捷的操作命令，例如复制变换，设置枢轴、对齐、链接父子关系、创建选择集等工具，对这些工具的灵活运用会起到事倍功半的效果。
根据运动的侧重点不同，我们要合理的安排每部分动画的时间。
这里需要强调一些地方，软件默认的频率是30Fps，也就是一秒钟30张画面：
图5-1动画频率的调节
尽可能将所有的运动及时长分步骤列出来（建议创建一个Excel清单）。
在3DVIA Composer中默认的动画速度为30Fps（每秒传输30张画面），我们可以在【文档属性】动画中设置此值（图5-1），越高的频率会越流畅，但对显卡和CPU要求也高，我们可以根据需求来设置频率和像素。
越高的频率会越感觉流畅，但是超过65Fps效果就不是很明显了，当然越高的频率对显卡以及CPU的要求也是非常高的，我们可以在文档属性中进行设定，一般的电影采用25Fps，电视根据标准有25Fps和29.9Fps。
电脑的处理的像素量可以根据分辨率和频率乘积来计算，所以大家可以酌情设置频率和像素。
通过对频率的了解，我们就可以控制每部分模型运动的动画时间长度，时间长度的合理安排，不会让观众感到动画繁冗复杂，并且可以尽可能的缩短动画总时间长度。
5.2确定摄像机视角位置，估算摄像机数量
摄像机的摆放位置以及产品和设备的放置位置都是要和所有运动结合起来考虑的，在这里我们首先要设定好我们所创建动画的纸张大小，纸张大小是在文档属性里进行设置的，我们在进行动画制作时，一定保证我们的模型放置在纸张内，也就是安全框内：
图5-2动画界面的安全框
这样我们在利用摄像机进行旋转和平移等动画时就不会出现模型转到屏幕外，看不到的情况了。
摄像机关键帧能够给观众展示产品的不同角度的详细结构，通过摄像机关键帧我们可以进行产品的放大、缩小、平移、局部观察以及走查功能。
在设定了摄像机关键帧后，我们就需要对各个摄像机关键帧进行时间上的调控，以保证我们看到的视角切换平滑、流畅。
必要的时候我们还需要对某一视角暂停观看。
摄像机关键帧默认情况下是非自动记录的，也就是说我们需要手动更新关键帧，当然如果我们非常确定所更新的视角是我们所需要的视角，也可以将其设定成自动更新。
图5-3自动更新关键帧
5.3设置协同角色
什么是协同角色？
协同角色即就是帮助我们展示产品的一些辅助角色，包括：
标签、箭头、2D图片和文本、编号、非关联路径、标记、测量、照明、坐标系、切除面等：
图5-4协同角色
图5-5协同面板
这些都是能够帮助我们更好的展示产品的一些角色。
在动画制作前，我们首先确定我们所需要哪些协同角色，并且通过样式制定来创建我们常用的协同角色，样式的创建给我们创建动画节约了很多的时间，我们可以一次性定制样式，重复进行利用。
通常情况下，一个完整的动画
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