Inventor軟件是三維可視化實體模擬軟件，它包含三維建模、信息管理、協(xié)同工作和技術支持等各種特征。使用Autodesk Inventor可以創(chuàng)建三維模型和二維工程圖，可以創(chuàng)建自適應的特征、零件和子部件，還可以管理上千個零件和大型部件。它的“連接到網(wǎng)絡”工具可以使工作組人員協(xié)同工作，方便數(shù)據(jù)共享和同事之間設計理念的溝通。另外，借助ANSYS Design Space模塊可直接進行應力和疲勞分析，并且可以把模型直接輸出至ANSYS產(chǎn)品中，作為進一步分析計算的基礎，省卻了重新建模的麻煩。

1 三維環(huán)管反應器設計

    1.1 反應器描述

    目前已建成的環(huán)管反應器幾十套，涉及聚乙烯，聚丙烯等裝置。筆者在參與的某套聚乙烯項目的環(huán)管反應器設計上，首次采用了三維軟件Inventor設計開發(fā)。環(huán)管反應器為聚乙烯裝置的關鍵設備，采用夾套管結構。每臺反應器由4條腿及數(shù)個彎頭組成，單腿長約60.6m，兩腿間在頂?shù)淄ㄟ^180度彎頭（或兩個90度彎頭）連接，使反應器聯(lián)為一體（見圖1）。環(huán)管反應器設計參數(shù)見表1。

表1 環(huán)管反應器設計參數(shù)

圖1 環(huán)管反應器總裝示意

    1.2 設計環(huán)境定義

    設計前應先設定符合本公司習慣的軟件環(huán)境，這就需要通過創(chuàng)建一個新的“項目”來標識包含設計項目獨有的文件夾和包含設計項目引用的庫文件，定義模板的位置、樣式、資源中心配置。典型的項目包含專用于項目的零件和部件，專用于用戶公司的標準零部件，以及現(xiàn)成的零部件（例如緊圍件、連結件或電子零部件）。其次，應創(chuàng)建一個新的工程圖模板，包括符合本公司格式的標注樣式、圖幅、字體樣式和標準表格等。

    1.3 設計環(huán)節(jié)

    完成準備工作后，開始設計環(huán)管反應器。反應器零部件較多，宏觀上應分成幾個大的部件，然后再一步步拆分到每個零件來創(chuàng)建模型。建模就是不斷配湊的過程，很多零部件之間存在一系列的參數(shù)關聯(lián)。因此每一個零件都不可能被單獨設計，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環(huán)管反應器的設計。

    1.4 設計手段

    1.4.1 衍生功能

    衍生是通過引用現(xiàn)有零件或現(xiàn)有零件的某些特征來生成新零件。基礎零部件產(chǎn)生改變時，衍生零件將隨之改變。在零件的創(chuàng)建過程中應該盡量采用衍生功能，把有裝配關系的零件用衍生功能創(chuàng)建，這樣不但精簡了參數(shù)，而且為以后調(diào)整參數(shù)提供了很大的便利（只需要修改一個參數(shù)，避免漏改）；并且在后續(xù)的大裝配過程中由于衍生關系，各個零部件之間的坐標系完全相同，可以直接對齊坐標系就完成裝配，簡單快捷。把這個零件的坐標系和衍生零件的坐標系直接做重合約束就可以正確定位（見圖2），很方便實用。

圖2 支座設計中引入衍生功能

    1.4.2 Fx參數(shù)表

    Fx參數(shù)表是存儲了當前零件設計參數(shù)的一個電子表格，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)驅動模型的，因而通過關聯(lián)引用Fx參數(shù)表中的參數(shù)便可以實現(xiàn)零件間的關聯(lián)。

    環(huán)管反應器零件多，設計中應盡量簡化參數(shù)，做到同一個參數(shù)只出現(xiàn)一次。另外把反應器的所有參數(shù)集中在一個零件（如Data.ipt）的Fx表（略）中，用中文準確定義其名稱，方便后續(xù)的檢索及修改。在其它零部件的創(chuàng)建過程中可通過引入Data.ipt數(shù)據(jù)文件中相應的參數(shù)來完成。這樣做將對后續(xù)參數(shù)的修改、調(diào)整以及重復利用起到重要作用。

    1.4.3 自適應

    自適應是指在零件設計時并不指定零件某個方向上的具體參數(shù)，而是由軟件根據(jù)該零件在裝配體中的相互約束關系來確定具體的參數(shù)，使該零件可以根據(jù)其關聯(lián)關系而更新。在環(huán)管反應器設計中，環(huán)管之間的自支撐工字梁就采用了自適應功能，它的長度根據(jù)環(huán)管的水平距離及平臺之間的間距來確定，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

    在零件創(chuàng)立過程中把類似零件做成系列標準件，并放到Inventor的庫里，可以大大提高效率。下面以標準法蘭創(chuàng)建標準件的實例進行說明。

    (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。系列化零件設計之前首先要創(chuàng)建通用的普通模型，再根據(jù)此零件生成相似的零件。最好對相應尺寸名稱用中文明確標注出其準確的意義，方便后續(xù)創(chuàng)建過程的識別。

    (2)零件的系列化設計。在Inventor中將產(chǎn)生系列化零件的基礎iPart稱為“iPart工廠”，這是一個形象化的名稱，意指“iPart工廠”能派生出多個不同規(guī)格的同形零件。通過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、公稱直徑、材料、標準號等。法蘭內(nèi)徑還可設定為自定義參數(shù)輸入（略）。

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

    1.4.5 應力分析

    Inventor中的ANSYS Design Space模塊可直接對模型進行應力和疲勞分析，還可以把模型直接輸出至ANSYS產(chǎn)品中，作為進一步分析計算的基礎。圖3為環(huán)管反應器底部大彎管的應力分析實例。

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)管反應器頂部的三維彎管結構，常規(guī)設計中需要對這個彎管在多個平面進行角度、長度、間距的繁瑣計算才能得到準確的定位尺寸，而通過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 問題及建議

    (1)接管與簡體連接處（特別是彎管和切向管口）中心點無法定位，不能自動標注尺寸。這時只能通過新建一個草圖手動畫上兩條線進行標注，但是這樣會缺失關聯(lián)，見圖5。

圖5 切向管中心點尺寸標注示意

    (2)明細表中的文字缺少字寬和行高。缺少字寬很麻煩，需要多建立幾個常用的字體，來定義不同的字寬以方便引用，這一點不如直接定義字寬選項更加方便。對于行高的缺失，雖然可以通過調(diào)整“行間隙”來完成，但“行間隙”功能比較難用，不如直接變成行高選項更為簡捷。

    (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的零件，不如直接添加一個想對于原零件的約束更加方便。

    (4)預裝配定義(Imate)的使用。在大量零件的裝配中由于各個零件摻雜在一起，經(jīng)常會互相影響。如果每個零件都提前設定了Imate，裝配時直接調(diào)用，方便實用。

    (5)詳細顯示等級的重要性。Inventor三維軟件對計算機的軟硬件要求比較高，應預先定義好各種詳細等級（如只顯示主體或全部顯示等），在設計過程中可以去除不必要零件的影響，提高程序運行速度。

    (6)通過衍生、自適應等功能來實現(xiàn)參數(shù)精簡，為后續(xù)工作提供便利。

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本文標題：三維設計軟件Inventor在環(huán)管反應器設計中的應用

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