Chapter 9 贝尔的金属探测器

1881 年 7 月，James Garfield 总统被枪击。亚历山大·格雷厄姆·贝尔赶制出了第一台金属探测器，打算找到那颗子弹。虽然设备测试无误，但是它没能发现总统身体内的子弹。原因也许是子弹太深了找不到，也许是设备基座上的金属弹簧缠绕在一起了。

贝尔做了很多不同的探测器，有一个版本最成功。它把发射和接受线圈包装在两个木块之中。两个木块能相对滑动，调整线圈的相对位置。如果没有外来金属干扰，会找到这样一个位置，在那里接收器中的噪音可以被抵消而听不到声音。然后，检测到金属时，噪音就又出现了。

我们给他设计的基础木块建模，并采用 shape binder 让零件配合在一起。

贝尔金属探测器

图 9.1: 贝尔金属探测器

9.1 技巧

  • 用 shape binder 把零件配合起来；
  • 用 Multi-transform array 复制特征；
  • 重命名实体，让项目有组织性。

9.2 零件建模

9.2.1 底座块

  1. 首先加入一个 body，在这个 body 中绘制零件的 sketch。一个标准长方形只需要三个约束就完整了：给对角线两个点相对于原点设置对称约束 ，然后给出水平 和竖直 两个方向的边长。
从画轮廓草图开始

图 9.2: 从画轮廓草图开始

  1. 关闭 sketch，拉伸成 1 英寸高的凸台。
如果你的系统设置是用米制，你仍然可以输入美制数值，只要后面带着单位字符串，这个数值会自动转换成米制。
  1. 选中顶面，画另一个 sketch，用以拉伸出一个销钉。关闭 sketch，拉伸销钉。(按你的理解，这些销钉也可以做成单独的 body。)
在顶面绘制草图，定位销钉

图 9.3: 在顶面绘制草图，定位销钉

  1. 下面我们要用多体变换/multitransform 来做其他的销钉。在前一章，我们用了一种变换——镜像——来完成蝙蝠飞镖。在本例中，我们沿一个轴镜像销钉，然后沿另一个轴镜像它们两个。这正是多体变换工具所擅长的事，它能把一组变换一次性完成。

    在模型树中选中顶部节点，做多体变换阵列。在任务面板的下半部分，把销钉沿着 YZ 平面镜像，然后把结果沿着 XZ 平面镜像。

用多体变换建造其余的销钉

图 9.4: 用多体变换建造其余的销钉

变换是数学上对形状的操纵，可以是以下四种结果之一：平移（移动）、反射、旋转或缩放。
  1. 在木块顶部创建另一个 sketch，用来定义线圈凹坑，还有走线的沟槽。这个 sketch 可以用图 9.5 所示的条件作完全约束。
另一个草图勾勒出线圈凹坑

图 9.5: 另一个草图勾勒出线圈凹坑

  1. 完成线圈 sketch，拉伸凹坑，深度为 0.75 英寸。
完成后的底座

图 9.6: 完成后的底座

9.2.2 上部块

  1. 我们用底座的顶面做参考创建上部块。首先，为上部块创建一个新 body。在新 body 激活状态下，选中第一个 body 的顶面，创建一个 shape binder 。
注意项目树里的新机体，还有创建的引用形状

图 9.7: 注意项目树里的新机体，还有创建的引用形状

  1. 隐藏第一个 body，只有 shape binder 可见。选中 shape binder，创建一个 sketch。现在的 shape binder 作为新 body 中的一个正常部分，可以选择它的边，把它们作为 edges linked to external geometry ，加入顶边和底边。画一个长方形，让它的两个对角点与引用边的端点重合。关闭 sketch，拉伸为 1 英寸高的凸台（未显示）。
通过链接为外部几何体，引用形状的边可以作为绘图的参考

图 9.8: 通过链接为外部几何体，引用形状的边可以作为绘图的参考

  1. 再次选择 shape binder，为销钉沟槽创建另一个 sketch。把一个销钉圆孔的轮廓和一个边沿链接为 edges linked to external geometry 。画出沟槽的外形。给端部的圆弧一个半径约束。为了给出沟槽与销钉之间的空隙，加入了一个参考线段。它的长度控制着上部和下部块之间可以相互滑动的距离。
绘制销钉沟槽，参考线段长6mm，控制着零件之间可以滑动的距离

图 9.9: 绘制销钉沟槽，参考线段长6mm，控制着零件之间可以滑动的距离

  1. 关闭 sketch，做出凹坑。拉伸需要反向，类型该是“贯穿”。
拉伸出沟槽

图 9.10: 拉伸出沟槽

  1. 复制沟槽到另外四角去，做法与复制四个销钉类似，用多体变换阵列工具做两次镜像。
用多体变换阵列完成剩下的沟槽

图 9.11: 用多体变换阵列完成剩下的沟槽

  1. 下面我们要给上部木块做线圈凹坑了。再次选择 shape binder，创建另一个 sketch。把大圆弧和右侧的边做成外部链接几何体。画出轮廓 sketch。我加入了一条结构线段，这样就可以给开槽宽度设成左右相等了。这个 sketch 仅用几个约束就可以做到完全约束。比如说你可以把 sketch 的圆与引用的圆设成大小相等，它们的中心参照原点对称，水平线段的右端点在引用边上。关闭 sketch ，挖一个 0.17 英寸深的坑（图中未显示）。
反侧的线圈凹坑草图，用了原来的形状作参考

图 9.12: 反侧的线圈凹坑草图，用了原来的形状作参考

9.2.3 手柄

  1. 我们会把手柄作为一个分开的 body 来建模，利用上部木块的顶面作为 shape binder。与之前相同，创建好 shape binder 之后，把原 body 隐藏不可见。选中 shape binder 做 sketch 基准面，为手柄下面的基座画出轮廓。它很容易完全约束。关闭 sketch，拉伸为 0.25 英寸高的凸台。
手柄建成另一个机体，像从前一样做shape binder

图 9.13: 手柄建成另一个机体，像从前一样做shape binder

  1. 在 XZ 平面上画 sketch，做圆柱形的把手。把基座的顶面链接 进来作为一条边。绘制把手的一半，扫掠 创建整体把手。
把手的草图绘制在 XZ 基准面上

图 9.14: 把手的草图绘制在 XZ 基准面上

  1. 取消对其他 body 的隐藏，显示完整的项目。在项目树上选择每个 body 节点，按下 F2 键，便能在这里修改它们在模型树中的名称。修改 body 的名称对模型没有任何影响，改好之后你更容易找到特定的子零件。
推荐给 body 重新命名，它让复杂的项目显得有组织，容易维护。这个项目里的 body 都重新命名了，表达出它们对应的零件。
模型树上为机体改名后的完成项目

图 9.15: 模型树上为机体改名后的完成项目