Autodesk Inventor中弹簧设计的解决方案

----陈伯雄

在CAD软件中设计和装配弹簧是一种必然的需求，但是弹簧在装配状态（工作状态）下的长度与零件状态（自由状态）下的长度是不一致的，这使得在弹簧装配时的无法直接调用相关零件，造成整体设计数据关联出现断点，也就是：装配用的弹簧零件并不是弹簧设计的结果零件，存在一个仅供装配表达用的“伪零件”。这样，真、“伪”两零件之间的关联，或者版本跟随，必将产生许多的麻烦。在Autodesk Inventor中，有两种办法能有效地解决这种问题。下面以Inventor R5为例进行说明。
一、创建iPart表驱动零件
1、用螺旋扫掠功能，以“圈数和高度”为参数，创建一个自由状态下的弹簧。
2、然后用工具条上的“创建iPart”按钮打开“创建iPart”对话框，从左边的列表框找到代表弹簧高度的参数，把他加进右边的列表框，这时下面出现一个只有一行的表，在表上按右键，从弹出菜单中选“插入行”，填入弹簧工作状态时的高度。
在装配中，勾选工作状态时的高度,弹簧的高度就改变成了工作状态下的尺寸了。

二、创建自适应零件
1、创建两平行于xy平面的工作平面p1、p2，平面之间的距离为弹簧自由状态下的高度。其中p2为自适应平面。
2、以xz平面作为弹簧的草图平面，把p1、p2投影到草图平面形成两平行的直线l1、l2。
3、画一圆作为弹簧的螺旋扫掠轮廓面，把圆心投影到l1上。以z轴作为弹簧的螺旋扫掠轴，并标注圆及圆心到z轴的尺寸。标注p2到圆心的距离尺寸，默认的尺寸类型应该是参考尺寸（参考尺寸带括号）。


4、退出草图模式，进入“螺旋扫掠”对话框，在“螺旋尺寸”标签页中，“类型”栏选“圈数和高度”，“高度”栏填入代表高度的参数（参数表中的参考参数）。如图4。按“确定”钮完成造型。
5、用两工作平面修剪弹簧端部。
6、装配时，把弹簧定义为自适应零件，以两工作平面为装配面，则弹簧的高度随需要而改变。若想让弹簧具有连续变化的动画效果，需要增加一个驱动约束，但一定要把“驱动约束”对话框中的“驱动自适应”勾选上。

两种方法各自的特点是：
用表驱动创建的弹簧零件，装配时其尺寸的改变不会影响到零件造型的尺寸，但在装配过程中缺乏灵活性。对于弹簧参数能够确定的条件下比较合适。这就是多数设计中的样子，也就是，先有弹簧的结果参数，再产生弹簧的设计参数，{zh1}有自由状态下的零件造型。在Inventor中，则最终完成工作状态下的装配。这样的过程，使用的是同一个弹簧零件。
自适应功能创建的弹簧零件，装配时其尺寸的改变同时影响到零件造型的尺寸，这就可能会在装配状态下，配凑弹簧工作状态下的尺寸。当然，弹簧的{zh1}模型和工程图，需要在此基础上进一步设计才行，因为弹簧不同于其它刚性的零件，可以在装配状态下直接确定尺寸。这似乎在进行弹簧的“逆向”设计。
这种基于装配关系的弹簧工作装态模型构建，甚至实现弹簧在机构运动中的几何仿真，目前除了Inventor，别的机械CAD软件还没见到能够如此顺利实现的。