【摘要】文章主要介紹了Solidworks軟件、自頂向下裝配設(shè)計(jì)方法等問(wèn)題。并以發(fā)動(dòng)機(jī)為例系統(tǒng)地講述了在Solidworks平臺(tái)上進(jìn)行自頂向下的裝配設(shè)計(jì)的完整過(guò)程，分析了兩者相結(jié)合設(shè)計(jì)方式的優(yōu)勢(shì)。

【關(guān)鍵詞】自頂向下 Solidworks 機(jī)械裝配設(shè)計(jì)

【中圖分類號(hào)】G64 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2095-3089（2014）02-0248-01

1.引言

設(shè)計(jì)之初，很多因素不確定，而且還不知道各零件在將來(lái)的裝配環(huán)境中是否合理，是否能夠如期而動(dòng)。如果能在零件設(shè)計(jì)之前，先在裝配狀態(tài)下進(jìn)行骨架設(shè)計(jì)，并對(duì)整個(gè)零部件進(jìn)行運(yùn)動(dòng)驗(yàn)證，以便直接看到最終運(yùn)動(dòng)結(jié)果，這樣可以在設(shè)計(jì)之初最大程度的減少工作量，避免較大錯(cuò)誤。而 Solidworks軟件可以用線條來(lái)代替實(shí)體零件進(jìn)行運(yùn)動(dòng)模擬，正好能夠?qū)崿F(xiàn)這一設(shè)想。

2.Solidworks自頂向下裝配體設(shè)計(jì)

Solidworks自頂向下的設(shè)計(jì)是指從裝配入手的零件設(shè)計(jì)方法，它通過(guò)直接在裝配模型中利用已有零件的各種幾何要素，并根據(jù)設(shè)計(jì)思路，在現(xiàn)有零件的面或基準(zhǔn)面上創(chuàng)建和編輯零件的草圖與輪廓，在裝配圖中直接創(chuàng)建新零件的的設(shè)計(jì)方法。這種方法必須根據(jù)零件之間的相互關(guān)系和內(nèi)在特殊的關(guān)聯(lián)性，保證對(duì)裝配模型的設(shè)計(jì)進(jìn)行不斷調(diào)整和優(yōu)化，能夠極大地提高設(shè)計(jì)效率，有利于新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)和研制。

下面以發(fā)動(dòng)機(jī)為例講述在Solidworks平臺(tái)上進(jìn)行自頂向下的裝配設(shè)計(jì)的完整過(guò)程。

2.1建立總體構(gòu)架

設(shè)計(jì)之初首先對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行整體規(guī)劃，如確定產(chǎn)品的設(shè)計(jì)目的、性能要求、必要的裝配關(guān)系及可能有的設(shè)計(jì)變動(dòng)等要求。根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的性能要求確定曲柄的高度、連桿的長(zhǎng)度、曲軸主軸頸中心線與氣缸底面的距離等裝配尺寸，以及連桿與曲軸同軸心、連桿與活塞銷同軸心等裝配關(guān)系。

根據(jù)整體規(guī)劃的要求，先在零件環(huán)境中建立曲軸等零件的骨架模型，包括零部件的名稱、裝配基準(zhǔn)、外輪廓。以圓代表氣缸和機(jī)體，以各部分的中心線代表曲軸，以矩形代表活塞并以兩條構(gòu)造線代表分別表示活塞軸線和活塞銷軸線，以輪廓線代表連桿。完成各零件骨架后以相應(yīng)名稱保存。

最后將每個(gè)零部件骨架按照裝配關(guān)系組裝成裝配骨架模型，包括重要的裝配參數(shù)和裝配關(guān)系。將氣缸體插入裝配體，并設(shè)置為浮動(dòng)，在將其三個(gè)默認(rèn)基準(zhǔn)面與裝配環(huán)境的相應(yīng)基準(zhǔn)面設(shè)置“重合”裝配關(guān)系后設(shè)為固定；將兩個(gè)機(jī)體分別插入裝配體，并把前視基準(zhǔn)面與氣缸體的前視基準(zhǔn)面“重合”，并根據(jù)規(guī)劃設(shè)置機(jī)體與氣缸體的裝配尺寸；隨后依次插入曲軸、活塞、連桿，每插入一個(gè)零件骨架時(shí)都要按整體規(guī)劃設(shè)置相應(yīng)的裝配尺寸和裝配關(guān)系。完成的裝配骨架模型如圖1所示。并將其保存為“發(fā)動(dòng)機(jī)骨架.SLDASM”。

2.2運(yùn)動(dòng)模擬

對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)裝配骨架模型進(jìn)行運(yùn)動(dòng)模擬以驗(yàn)證裝配關(guān)系是否合理。在裝配骨架模型環(huán)境中，切換到運(yùn)動(dòng)模擬窗口，在運(yùn)動(dòng)管理器中，設(shè)置曲軸中心線為旋轉(zhuǎn)馬達(dá)，并設(shè)置相應(yīng)的零部件運(yùn)動(dòng)方向、速度等參數(shù)，點(diǎn)擊播放按鈕即可播放運(yùn)動(dòng)模擬效果。

2.3設(shè)計(jì)細(xì)化

根據(jù)設(shè)計(jì)信息，先在零部件骨架基礎(chǔ)上完成零部件結(jié)構(gòu)形狀設(shè)計(jì)：在零件環(huán)境中打開(kāi)相應(yīng)的零件骨架模型，如“氣缸體骨架.SLDPRT”，將其另存為零件的細(xì)化設(shè)計(jì)模型，如“氣缸體.SLDPRT”，完成氣缸體結(jié)構(gòu)形狀設(shè)計(jì)。重復(fù)上述步驟，逐個(gè)完成其他零件的結(jié)構(gòu)形狀設(shè)計(jì)。

再用細(xì)化后的零件模型替換裝配骨架模型中的零件骨架模型，完成裝配模型設(shè)計(jì)：將裝配文件另存為“發(fā)動(dòng)機(jī).SLDASM”。在裝配特征樹(shù)中右擊“氣缸體骨架”，選擇“替換零部件”，瀏覽打開(kāi)零部件細(xì)化設(shè)計(jì)過(guò)程中完成的“氣缸體.SLDPRT”，完成氣缸體細(xì)化模型替換其骨架模型。重復(fù)上述步驟，實(shí)現(xiàn)其他零部件替換，最后完成如圖2所示發(fā)動(dòng)機(jī)裝配模型。

圖1 發(fā)動(dòng)機(jī)骨架模型 圖2 發(fā)動(dòng)機(jī)裝配模型

2.4干涉分析

為了進(jìn)一步驗(yàn)證裝配正確性，進(jìn)行干涉分析是必要的。啟動(dòng)“干涉檢查”功能，所有干涉部位、干涉體積等信息顯示在“干涉檢查”對(duì)話框中，選中對(duì)應(yīng)項(xiàng)目，高亮顯示部位即為干涉部位，必須進(jìn)行修改。

2.5零件關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)

為了避免單獨(dú)設(shè)計(jì)造成的各種問(wèn)題，增加修改一致性，需在裝配環(huán)境中對(duì)零件進(jìn)行關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)。關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)是指事物之間所具有的彼此約束關(guān)系。實(shí)現(xiàn)關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵就是要解決相關(guān)約束在零件間、部件間及零件與部件間的傳播與求解。分析可知，曲軸主軸頸的尺寸取決于承載能力，是主要的設(shè)計(jì)參數(shù)。現(xiàn)以曲軸主軸頸的尺寸為主，將機(jī)體上的主軸頸孔尺寸進(jìn)行關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)。即刪除機(jī)體主軸頸孔的尺寸約束，并將機(jī)體主軸頸草圖圓與曲軸軸頸草圖圓添加“相等”幾何約束，完成關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)。

3.總結(jié)

自頂向下設(shè)計(jì)技術(shù)從產(chǎn)品功能概念設(shè)計(jì)開(kāi)始，能夠有效地把握設(shè)計(jì)意圖，使組織結(jié)構(gòu)清晰，便于在各個(gè)子裝配之間迅速可靠地傳遞設(shè)計(jì)信息，達(dá)到信息共享的目的，而且可以最大限度的發(fā)揮設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)潛力減少詳細(xì)設(shè)計(jì)階段的重復(fù)工作，極大地提高設(shè)計(jì)效率。利用Solidworks軟件對(duì)機(jī)械裝置進(jìn)行自頂向下裝配設(shè)計(jì)，還可以增加零件之間的關(guān)聯(lián)性及設(shè)計(jì)精準(zhǔn)性，滿足現(xiàn)代化設(shè)計(jì)的需要。

參考文獻(xiàn)：

[1]趙飛 SolidWorks 自頂向下方法在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J]. 機(jī)械管理開(kāi)發(fā). 2012.NO.4

[2]曹茹. SolidWorks 2009三維設(shè)計(jì)及應(yīng)用教程[M]. 機(jī)械工業(yè)出版社. 2009

[3]付永忠. 中文SolidWorks 2003/CAMWorks實(shí)用技術(shù)精粹[M]. 科學(xué)出版社. 2003

作者簡(jiǎn)介：

黃雪云（1969-），女，江西樟樹(shù)人，工程師，主要從事工程圖學(xué)和CAD的教育和研究工作。