摘 要：電加熱器系列產(chǎn)品目前在各行各業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用，而國(guó)內(nèi)電加熱器行業(yè)采用傳統(tǒng)的二維設(shè)計(jì)方法使企業(yè)的發(fā)展面臨諸多瓶頸，在引入以SolidWorks系列軟件為支撐的三維設(shè)計(jì)技術(shù)后能夠極大的提高企業(yè)的研發(fā)設(shè)計(jì)水平，從而降低企業(yè)研發(fā)成本，提高國(guó)內(nèi)電加熱器企業(yè)的綜合競(jìng)爭(zhēng)力。

關(guān)鍵詞：電加熱器；SolidWorks系列軟件；三維設(shè)計(jì)技術(shù)

中圖分類號(hào)：TP391.72

隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，電加熱器作為電子電器工業(yè)的一種執(zhí)行器，近年來用量急劇上升，電加熱器系列產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于各種硝石槽、水槽、空氣加熱爐、熱壓模、機(jī)械制造、汽車等行業(yè)，其在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的重要作用日益顯現(xiàn)。

在企業(yè)全面引入基于SolidWorks系列軟件的3D技術(shù)后，能夠大幅度提高企業(yè)技術(shù)水平。在方案論證和模擬階段，能夠進(jìn)行方案草圖模擬、三維標(biāo)書制作、參考產(chǎn)品演示、復(fù)雜結(jié)構(gòu)討論參考等工作。進(jìn)行產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，能夠完成產(chǎn)品結(jié)構(gòu)總體布局、結(jié)構(gòu)零部件細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)、產(chǎn)品工程圖生成與審核、結(jié)構(gòu)參數(shù)化和標(biāo)準(zhǔn)化、批量生成打印圖紙等工作。在性能分析與校核階段時(shí)，可以進(jìn)行產(chǎn)品整機(jī)和局部有限元分析、結(jié)構(gòu)3D模擬實(shí)驗(yàn)、特殊零部件強(qiáng)度細(xì)化分析、結(jié)構(gòu)變形強(qiáng)度對(duì)比驗(yàn)證等工作。在進(jìn)行產(chǎn)品結(jié)構(gòu)檢驗(yàn)時(shí)，可以完成結(jié)構(gòu)干涉檢查、結(jié)構(gòu)重量計(jì)算、結(jié)構(gòu)重心計(jì)算、材質(zhì)比例統(tǒng)計(jì)、內(nèi)部截面參數(shù)計(jì)算等工作。在產(chǎn)品仿真分析時(shí)，可以完成加熱管表面溫度分布分析、加熱器內(nèi)進(jìn)出口流量、壓力降等的分析、加熱介質(zhì)在特定的工作環(huán)境中的工作過程仿真、產(chǎn)品部件組裝工藝指導(dǎo)動(dòng)畫演示、結(jié)構(gòu)件生產(chǎn)工藝過程指導(dǎo)動(dòng)畫演示等任務(wù)。最后還可以完成包括產(chǎn)品爆炸視圖制作、完成產(chǎn)品效果圖制作、3D操作說明書制作等說明書的制作工作。

1 SolidWorks系列軟件在電加熱器研發(fā)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用實(shí)例

使用SolidWorks系列軟件能夠給電加熱器企業(yè)帶來很多具體應(yīng)用上的好處。首先，對(duì)于企業(yè)而言，由于平時(shí)設(shè)計(jì)工作任務(wù)比較重，要使用新的軟件進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)，同時(shí)當(dāng)前的設(shè)計(jì)任務(wù)又不能落下，因此所學(xué)習(xí)軟件的周期不易過長(zhǎng)，使用起來也要方便，而SolidWorks軟件易學(xué)易用的特點(diǎn)正解決了這一問題。其次，其參數(shù)化的設(shè)計(jì)變更可縮短設(shè)計(jì)時(shí)間，改進(jìn)質(zhì)量，并最大限度減少設(shè)計(jì)錯(cuò)誤，從而降低了產(chǎn)品的開發(fā)成本。最后，企業(yè)采用TOP-DOWN整體布局設(shè)計(jì)，大大減少了新產(chǎn)品的設(shè)計(jì)周期，同時(shí)建立企業(yè)設(shè)計(jì)庫(kù)，大大提高了設(shè)計(jì)效率。

電加熱器在結(jié)構(gòu)上主要包括容器部分、加熱元件、溫度開關(guān)、安全閥、測(cè)溫元件、接線盒等六大部分組成，其核心部件為容器部分和加熱芯。某企業(yè)1806KW加熱器模型如圖2所示。

在使用SolidWorks系列軟件進(jìn)行電加熱器設(shè)計(jì)時(shí)，首先將電加熱器分成三大部分進(jìn)行設(shè)計(jì)，然后對(duì)其進(jìn)行整體裝配。接線盒部分，采用整體布局，之后關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)單個(gè)零件。容器部分，加熱器筒體采用整體布局，接線盒法蘭用系列零件設(shè)計(jì)表做成標(biāo)準(zhǔn)件放到設(shè)計(jì)庫(kù)中。加熱芯部分，加熱管設(shè)計(jì)采用整體布局，采用特征驅(qū)動(dòng)陣列。進(jìn)行具體設(shè)計(jì)工作時(shí)，在完成設(shè)計(jì)工作的同時(shí)，組建零件庫(kù)，包括法蘭、加熱元件、接線盒等；按不同規(guī)格直徑建立加熱芯模板；在模板基礎(chǔ)上，連接同結(jié)構(gòu)形式的法蘭但不同尺寸的法蘭時(shí)，接管會(huì)自動(dòng)跟隨變更，長(zhǎng)度等另外手動(dòng)變更；加熱器上，可以增加/減少陣列中的加熱元件（包括加熱元件、套管、法蘭上的切除孔、焊縫等）。

在進(jìn)行從TOP—DOWN的布局設(shè)計(jì)時(shí)，我們以接線盒部分來進(jìn)行舉例。首先對(duì)接線盒進(jìn)行結(jié)構(gòu)布局設(shè)計(jì)，包括對(duì)接線盒整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行布局規(guī)劃，對(duì)于同類型加熱器可以直接采用配置進(jìn)行設(shè)計(jì)。然后進(jìn)行規(guī)范的零件關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)，最后添加標(biāo)準(zhǔn)間及智能零件。其設(shè)計(jì)過程如圖3所示。在進(jìn)行容器部分設(shè)計(jì)時(shí)，首先進(jìn)行容器部分整體布局設(shè)計(jì)，然后進(jìn)行細(xì)節(jié)零件設(shè)計(jì)（包括容器筒體部分，支架部分等），最后從企業(yè)自己建立好的法蘭庫(kù)中添加法蘭。最后用SolidWorks軟件快速生成符合國(guó)標(biāo)的工程圖，包括零件圖、部件圖和裝配圖。

產(chǎn)品設(shè)計(jì)完畢后，我們?yōu)榱四艽_定加熱介質(zhì)在容器內(nèi)的溫度場(chǎng)分布情況，以及進(jìn)出口的壓力降，進(jìn)出口流量的比較，進(jìn)出口溫度的差別等情況，使用SolidWorks Flow Simulation軟件進(jìn)行分析，根據(jù)分析得出的結(jié)果，找到了設(shè)計(jì)的最佳方案，也為產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的優(yōu)化提供了有力的依據(jù)。加熱管加熱溫度的分布情況如圖4所示。加熱容器各部分壓力、溫度流場(chǎng)的分布情2 結(jié)語

運(yùn)用SolidWorks三維設(shè)計(jì)軟件，降低了產(chǎn)品的開發(fā)成本，提高了新產(chǎn)品的開發(fā)能力，節(jié)約了工作時(shí)間。運(yùn)用SolidWorks的設(shè)計(jì)庫(kù)，快速的進(jìn)行新產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，大大縮短了設(shè)計(jì)周期；通過三維實(shí)體模型及運(yùn)動(dòng)仿真，更加直觀的向客戶展示新產(chǎn)品，大大提高了招標(biāo)的成功率；用SolidWorks Flow Simulation有限元分析模擬加熱介質(zhì)的運(yùn)動(dòng)情況及流場(chǎng)分布情況，得出加熱器內(nèi)哪些地方會(huì)產(chǎn)生渦流，并通過分析的結(jié)果為設(shè)計(jì)的優(yōu)化提供了準(zhǔn)確的依據(jù)，同時(shí)降低了成本，并能提高產(chǎn)品的性能。

參考文獻(xiàn)：

[1]秦愛中，徐廣勛.SoiidWorks 環(huán)境下產(chǎn)品設(shè)計(jì)實(shí)例[J].機(jī)床與液壓，2005，3：111-112.

[2]陳超祥.Solidworks Flow Simulation高級(jí)教程（2011版）[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2011.

作者簡(jiǎn)介：李?。?975-），男，湖北武漢人，教師，講師，碩士，研究方向：機(jī)械設(shè)計(jì)和機(jī)電一體化。

作者單位：武漢職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院，武漢 430074