隨著計算機輔助設計技術的快速發展，三維設計軟件在產品設計過程中發揮著越來越大的作用，目前三維設計軟件種類繁多，各有特色，但總體而言，Inventor的易用性是比較好的，非常適合進行機械設計，強調自上而下的設計流程，具有強大的三維模型與二維工程圖的關聯功能。
在使用Inventor的過程中，筆者認為它的幾項特色功能，比如自適應設計方法、設計加速器以及基于裝配約束驅動的運動仿真功能，不僅可以提升產品開發的效率，也能提升產品的競爭力。
一、自適應設計方法
1.概述
Inventor的自適應設計方法是它的一大特色，體現了現代的設計理念。運用自適應設計方法，可以自動調整特征的尺寸與零件的裝配位置，極大提高設計效率。
一件新產品往往需要經過多次修改才能最終成型，同時一件產品的各零部件之間都是相關的，在傳統的設計方法中，每一次尺寸的改動，都會涉及到大量零部件的尺寸變化以及裝配關系的變化，對于設計人員來說，這是一項費時費力的工作。如果能將這些零部件的關系串聯起來，通過改變主零件的尺寸，使得其他零件的尺寸實現自動更新，這樣就能節省大量的時間，Inventor的自適應方法就為我們提供了這樣一項功能。
2.自適應設計方法的三個關鍵問題
(1)自適應設計的前提是在部件環境中在位創建零部件。通過在位創建零部件，該零件就可以被設置為有自適應性，可以去跟主零件的幾何圖元進行關聯。
(2)自適應零件的欠約束特性。既然需要實現自適應零件能隨著主零件的尺寸變化而變化，那么自適應零件本身的尺寸是不能被設置為完全約束的，必須讓其處于欠約束的狀態下。
(3)建立主零件與自適應零件的幾何圖元的關聯。比如，已創建了主零件A，通過投影A的輪廓，在位創建出零件B，B零件就被自動設置為自適應零件，不需要去約束B零件的尺寸，當A零件的輪廓尺寸發生變化時，B零件的相應尺寸也會發生變化。
3.自適應設計方法在產品設計中的應用
軋機齒輪箱是軋機傳動裝置的重要組成部分，齒輪箱包括大量的零部件，在設計過程中，將一部分零件設置為自適應零件，可以避免手工改動所有需要改動的零部件，節省大量的工作時間。
在齒輪箱下箱體的設計中，有大量的焊接塊、筋板及支撐板等零件存在，有必要在這里使用自適應的方法，加速零件的修改與更新。
所有的支撐板、筋板與焊接塊設計都運用了自適應的方法，如圖1所示。現以焊接塊為例，說明其設計建模過程，圖2為焊接塊設計前下箱體的模型狀態，在下箱體部件環境中，在位創建焊接塊，通過投影幾何單元，獲得下箱體底部位置的孔位輪廓及筋板輪廓。打開焊接塊零件，可以看到，它已經被設置為自適應，如圖3所示，焊接塊也處于欠約束的狀態，從草圖中可以讀出，它的長與寬并沒有被定義，僅定義了孔位的大小與位置尺寸，如圖4所示。
圖1 焊接件設計完成
圖2 焊接塊草圖面
圖3 焊接塊自適應
圖4 焊接塊草圖狀態
改變下箱體底部筋板的位置，焊接塊的大小尺寸隨之變化，而改變焊接塊上的孔位大小與位置尺寸，下箱體底部孔位位置也隨之發生改變，這就實現了底板與焊接塊的同步更新，如圖5和圖6所示。
圖5 參數變化前模型
圖6 參數變化后裝配模型自動更新
二、設計加速器的的應用
軋機齒輪箱中輸入軸與輸出軸需要螺旋齒輪進行傳動，而齒輪的傳統建模方法是通過圓盤拉伸，再拉伸一個齒牙，最后通過齒牙的環形陣列得到，這種方法的建模過程相對復雜。通過Inventor的設計加速器，可以通過輸入齒輪的關鍵參數，快速得到理想的齒輪模型，實現對齒輪的快速參數化設計。除此之外，設計加速器可以對各類緊固聯接、動力傳動、彈簧等進行參數化設計，如圖7和圖8所示。
圖7 設計加速器參數設置
圖8 齒輪軸
三、基于裝配驅動約束的運動仿真
1.概念與原理
在機械產品設計過程中，對產品進行運動仿真，可以將產品內各個部件的運動關系直觀地表達出來，使設計人員能夠全面了解設計方案，并從中發現不足，改進設計方案。在產品設計方案展示過程中，通過運動仿真的方式，方便地展示產品的工作狀況，提升產品的競爭力。
在Inventor中，可以使用多種方法來實現運動仿真，比如通過裝配約束來驅動仿真，也可以運用Inventor的運動仿真模塊，插入不同的運動類型來實現運動仿真，還可以使用表達視圖的方法，仿真產品各零部件的裝配順序。
對于一個裝配模型，它本身已定義了裝配約束，而每一個裝配約束已被賦予了一個變量，該變量就是來控制被約束零件的偏移距離，如果能將這些變量通過一定關系將它們聯系起來，那么就可以將各零部件的運動聯系起來，實現運動仿真。“裝配驅動約束”就是這樣的一種方法：利用已設置好的裝配約束關系，用數學關系式將主動變量與其他被約束變量建立關聯關系，實現一個變量對多個動作的驅動。
2.應用
某20輥軋機的中間輥在工作過程中存在一個竄輥的過程，當上輥在左右兩端的液壓缸推動下向左側移動時，下輥則在液壓缸的推動下向右側移動，動作相對比較簡單，可以將裝配約束驅動的思想很好地體現出來，如圖9所示。
圖9 某20軋機輥中間輥
首先需要定義一個主變量，這是實現驅動的基礎。將上輥輥子端面與液壓缸端面的距離定義為“topdrive”，初始變量值為550mm，將下輥輥子端面與液壓缸的端面距離定義為down，變量值為“1100-topdrive”，圖10所示為變量參數表，如圖11、圖12所示為變量定義過程。
圖10 變量參數表
圖11 上輥變量定義
圖12 下輥變量定義
選擇變量值550mm，對其進行驅動約束，如圖13所示，可以看到驅動的起始位置已被定義在550mm的位置，通過定義終止位置，可以控制仿真的偏移距離，這樣我們就通過一個變量值“topdrive”，同時驅動上輥與下輥進行運動，上輥向左運動時，下輥以同樣的速度向右側運動，符合實際的工況，如圖14所示。
圖13 驅動約束
圖14 運動仿真
四、結語
本文基于Inventor平臺，將自適應設計方法、設計加速器以及基于裝配驅動約束的運動仿真功能應用于機械產品的設計過程中，相比傳統的設計方法，效率提升顯而易見，也在一定程度上提升了產品的競爭力，同時，通過各項技術的應用，使我們對各方法有了比較清晰的認識，也對今后復雜產品設計需求起到一定的指導意義。
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本文標題：Inventor在機械產品設計中的應用
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