概述

    升高座因其结构复杂，在变压器总装设计中所占的工作量较大。变压器升高座主要由法兰、壁及一些组件等零部件组成，而其中以升高座壁的展开图及与升高座壁斜口焊接的法兰设计是工作中的难点。如果在二维设计软件及一些有局限性的三维软件中来完成这些零件的设计，则需要经过大量繁琐复杂的计算才能完成。而利用Autodesk Inventor钣金件设计功能以及自适应特性来设计法兰，就可以轻松的解决这个难题。由于钣金件可自动展开，利用钣金件的展开模式来生成的工程图是准确无误的，可直接用于指导生产。下面逐步介绍这两个零件的设计过程。

    设计升高座壁----关键点：钣金展开后的工程图

    我们先来介绍升高座壁的设计。首先要新建一个钣金类型的文件，在模板样式库中选取钣金件模板（sheet metal.ipt）进入草图环境中，在二维草图面板中选取“中心点圆弧”命令画一个圆弧，并让圆弧中心与坐标原点重合，标注折弯半径及焊缝尺寸（如图1所示），然后单击右键在出现的快捷菜单中选取“结束草图”来完成钣金草图的设计。

图1 设计草图
现在我们已经退出草图设计模式而进入钣金特征设计模式中。在钣金特征菜单选取“钣金样式”命令，根据零件厚度及工艺要求在弹出的“钣金样式”界面中将“图纸”、“折弯”及“拐角”选项卡填写完整，也可以采用默认选项，然后选取“保存”及“完成”命令结束钣金样式的设计（图2）。继续在钣金特征菜单中选取“异型板”在异型板界面的“展开选项”及“释压选项”两个选项卡中选取所需方式，在“形状”选项卡中点击“截面轮廓”系统默认为圆弧，在“终止方式”的距离文本框中填上升高座壁的高度1238mm，然后利用“分割”及“剪切”特征完成升高座壁的设计如图3所示，在具体操作过程中要应用到创建轴及工作面、草图的约束，这里不再赘述。

 图2 钣金样式的设计

图3 壁的设计过程
    通过以上操作，升高座壁的三维图就完成了。下面开始设计升高座的工程图，将设计完的升高座壁模型图文件保存并新建一个工程图文件（standard.idw），在工程图视图面板中选取“基础视图”，在工程视图界面中的“零部件”选项卡的文件文本框中指向上面所保存的升高座壁文件，选取所需视图方向、比例等以生成基础视图，然后根据需要生成各个投影视图。这里主要介绍展开视图的生成。选择“基础视图”这时文件的选取要指向升高座壁的展开模式，然后选取适当的视图方向、比例等选项生成升高座壁的展开示意图，激活该视图，在工具条上选取“草图”进入草图设计环境，在展开图的左半侧均匀地画几条直线并使直线的两端约束到投影线上，由于该视图应为对称的，所以可以通过“镜像”特征把所画的直线镜像到另一侧，然后通过尺寸标注将所有直线完全约束（如图4）。结束草图，退出草图编辑模式，将工程图视图面板切换为工程图标注面板，选取“通用尺寸”标住所有直线的尺寸，这样升高座壁的展开图就完成了（如图5）。在生成的视图中可以添加几何图元，而且，这些图元不是单独的、孤立的，可以和所在视图有机地结合为一体，这也是Inventor比较灵活、方便，而且非常实用的一个功能，尤为适合国内变压器行业标准的工程图出图方式。这也是以往我所应用过的软件无法做到的。

 图4 在展开图上添加的草图

图5 升高座壁的展开图

 设计连接法兰----关键点：自适应

    下面我们利用的Inventor另一个自适应的特性来设计与升高座壁下端连接的法兰。新建一个文件，在模板样式库中选取部件模板（standard.iam）开始升高座的焊装设计。我们假设，除了下端法兰以外，升高座焊装所需的零部件都已设计完。通过部件面板上的“装入零部件”命令，依次调入各个零部件，并利用“添加装配约束”命令通过配合、插入、相切等各种类型的约束将参加装配的零部件完全约束（如图6）。在部件面板上选取“创建零部件”来生成法兰的文件，并给出存储路径（如图7）。点击“确定”选取升高座壁下端开口所在的工作平面作为法兰零件的绘制草图平面，将升高座壁的外面的椭圆线及中心点投影到草图平面上，在焊缝处用圆弧将椭圆连接上以生成一个封闭的轮廓，在画一个与椭圆同心的圆，标注圆的尺寸（如图8截面轮廓图），现在草图界面已经完全约束，我们可以通过“拉伸”特征将截面拉伸至法兰零件的厚度即可，之后通过“打孔”、“剪切”等命令生成图8所示的法兰实体图。

图6 升高座的焊装

图7 创建法兰零件

图7 创建法兰零件
 从法兰的设计过程可以看到，法兰的内椭圆形状是通过与之配合的升高座壁直接投影而来的，而且，升高座下端口变化，法兰也随着变化，两者总是能正确地配合。如果没有自适应，要靠设计者自己计算的话，显而易见难度是很大的，而且，一个零件变化了，另一个就要重新设计一次，非常麻烦而且准确率也无法保证。以往用AutoCAD设计时，我们为解决类似问题专门定制了一本手册，辅助工程师设计，但一次改型设计依然需要大半天的时间。应用Inventor的自适应功能后，这些麻烦全部省掉了，可以轻松地保证两个零部件的准确配合，只需要10分钟就能够完成全部改型设计。同理，法兰的工程图也可以通过与升高座壁同样的方式生成，如图9所示，法兰内椭圆的展开图也可以方便地设计出来。

图9 法兰工程图

 部件系列化设计----关键点：自动装配

    在设计中，我们还应用到了Inventor中的iPart工厂，可以由一个零件衍生出多个零件，避免了重复劳动，由于操作非常简单，这里我们就不再详细介绍了。部件级系列化设计中，利用iMate（智能自动装配）来装配零部件可以大幅度提升效率，以往向大装配中调入零部件后，安装时需要在众多细小的面中选择我们需要的那一个，经常找得眼花缭乱，不小心还会装错位置。采用iMate技术，我们可以将装配位置和角度事先定义好，零部件调入后会自动安装到正确的位置，而且替换零部件时异常快捷，直接更换零部件就可以，不用考虑装配约束。我们甚至考虑如何利用二次开发，通过程序实现iMate！

    以下是我们利用Inventor设计完成的高压升高座实例（图10）。

图10 高压升高座装配图