鄭士成，蘭宇飛

（天津職業(yè)大學(xué) 機電工程學(xué)院，天津 300410）

基于SolidEdge實現(xiàn)自頂向下設(shè)計的應(yīng)用與分析

鄭士成，蘭宇飛

（天津職業(yè)大學(xué) 機電工程學(xué)院，天津 300410）

基于SolidEdge原位創(chuàng)建功能，以邊防電動巡邏小車為例，采用自頂向下設(shè)計的方式對設(shè)計的過程進行描述，并總結(jié)應(yīng)用SolidEdge原位創(chuàng)建功能的優(yōu)缺點。

SolidEdge；原位創(chuàng)建；自頂向下設(shè)計

新產(chǎn)品的設(shè)計開發(fā)是一個復(fù)雜的實現(xiàn)過程，需要把產(chǎn)品市場需求轉(zhuǎn)換成產(chǎn)品功能要求，并將其映像成幾何結(jié)構(gòu)的過程。要實現(xiàn)該目標，首先要對產(chǎn)品的功能要求進行分析，先規(guī)劃出初步方案，獲得產(chǎn)品的功能概念模型，再對功能概念模型進行分析，設(shè)計計算，確定每個設(shè)計參數(shù)，將概念模型映像成裝配體模型，通過裝配體模型傳遞設(shè)計信息，在此裝配體模型的統(tǒng)一控制下，并行地完成各子裝配體及零部件的詳細設(shè)計，即要經(jīng)過概念設(shè)計、功能結(jié)構(gòu)設(shè)計、產(chǎn)品詳細設(shè)計及產(chǎn)品分析等階段，是一自頂向下的設(shè)計過程。

1 SolidEdge實現(xiàn)自頂向下設(shè)計的基礎(chǔ)

SolidEdge是Siemens PLM Software公司旗下的三維CAD軟件。采用Siemens PLM Software公司自己擁有專利的Parasolid作為軟件核心，將普及型CAD系統(tǒng)與世界上最具領(lǐng)先地位的實體造型引擎結(jié)合在一起，是基于Windows平臺、功能強大且易用的三維CAD軟件。其在裝配環(huán)境下有一個原位創(chuàng)建功能，就是在裝配環(huán)境中完成與已裝配零件相關(guān)的零件的設(shè)計，有利于更好的掌握其與相關(guān)零件之間的配合關(guān)聯(lián)關(guān)系，使其具有更好的功能性和相關(guān)性?，F(xiàn)以邊防電動巡邏小車結(jié)構(gòu)設(shè)計為例對應(yīng)用SolidEdge原位創(chuàng)建功能實現(xiàn)自頂向下設(shè)計進行分析，對其優(yōu)缺點給予評價。

2 邊防電動巡邏小車設(shè)計過程

根據(jù)工況條件及設(shè)計理念，在裝配環(huán)境下，設(shè)置基準約束，搭建產(chǎn)品框架，將產(chǎn)品控制在設(shè)計意圖范圍內(nèi)。在此基礎(chǔ)上，逐步完成設(shè)計內(nèi)容。

2.1 利用零件創(chuàng)建功能完成支撐輪輪轂設(shè)計。

首先在零件創(chuàng)建環(huán)境中，創(chuàng)建一個骨架零件。該零件應(yīng)是能夠反映設(shè)計意圖，但可以不是裝配基礎(chǔ)零件，可以是確定尺寸的某一部件的基礎(chǔ)零件。若不能完全確定尺寸，可以根據(jù)設(shè)計要求或設(shè)計條件及強度要求等約束條件，再后期進行修改。在設(shè)計中盡量將已知條件明確，并賦予零件材質(zhì)等物理特性，為后期進行分析計算和運動仿真等創(chuàng)造條件。在邊防充電巡邏小車的結(jié)構(gòu)設(shè)計中，就是以支撐輪輪轂做為設(shè)計骨架零件。

2.2 利用原位創(chuàng)建功能完成支撐輪部件中其他零件的設(shè)計

在裝配環(huán)境中利用坐標系定位的方式，裝配支撐輪輪轂。利用支撐輪轂做原位創(chuàng)建，完成膠輪和支撐軸，支撐連板的設(shè)計，如此就完成了支撐輪部件中主要零件的設(shè)計。

完成部件中主要零件的設(shè)計后，可以根據(jù)工況條件對支撐輪轂、支撐軸和支撐連板進行強度校核和標準化修改。若強度校核后，需要對其中的某個零件進行尺寸修改，可以選擇該零件雙擊鼠標左鍵進入零件編輯狀態(tài)，在此基礎(chǔ)上進行零件的修改。完成后，在文件菜單下選擇保存并返回，可以回到裝配狀態(tài)，從而達到快速修改零件的目的。并且其他零件在設(shè)計中若參照了被修改零件，則其設(shè)計參數(shù)也跟隨被修改零件參數(shù)改變。此為采用自頂向下設(shè)計的優(yōu)勢之一。

2.3 添加標準件并對零件進行必要的修改

在完成主要零件設(shè)計后，需要將軸承、螺栓、螺母、墊圈等標準零件添加到設(shè)計中，在此過程前需要對將要裝配的標準件的類型，數(shù)量，尺寸參數(shù)等進行選擇。此為機械設(shè)計中必要的環(huán)節(jié)，可以根據(jù)設(shè)計需要進行選擇。如在邊防巡邏小車的設(shè)計中，需要考慮其戶外應(yīng)用，行走于非鋪裝路面，并需要一定的涉水能力?？稍谳S承選擇上選擇帶密封圈的，螺栓、螺母采用不銹鋼材質(zhì)。在規(guī)格和數(shù)量上要根據(jù)強度需要進行設(shè)計。在標準零件選擇完成后，可以根據(jù)標準零件裝配的需要，再次對設(shè)計零件進行標準化修改，和添加螺紋孔、過孔、軸承臺階、軸用或孔用擋圈槽等容納標準件的結(jié)構(gòu)。整體部件完成后，可對各零件進行再次校核確定參數(shù)的正確。

2.4 根據(jù)整體尺寸要求對完成的部件進行陣列，完成連接桿和支撐主軸的設(shè)計

在裝配環(huán)境下，根據(jù)工況及承載需求綜合分析支撐輪的跨距及軸距，對支撐輪進行陣列。再利用原位創(chuàng)建功能完成連接桿和支承主軸設(shè)計，再重復(fù)上面的強度校核，標準件選擇，對零件進行修改，再次校核等步驟。（如圖1所示）

圖1 完成支撐結(jié)構(gòu)設(shè)計

2.5 完成張緊輪系、主動輪系、主墻板和上支撐板等零部件的設(shè)計

在充分考慮設(shè)計要求和規(guī)范的情況下，循環(huán)操作以上步驟，邊設(shè)計，邊校核，邊選擇標準件，即可完成整個系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計步驟。在完成結(jié)構(gòu)設(shè)計后，可以對零件的工藝性進行進行修改，如鈍圓半徑、倒角、拔模斜度等。最后對整個系統(tǒng)進行強度校核，校核無誤后即完成產(chǎn)品設(shè)計，如圖2所示。

圖2 完成其余結(jié)構(gòu)設(shè)計

3 自頂向下設(shè)計的優(yōu)點

（1）設(shè)計過程更符合設(shè)計規(guī)律，利用基準約束搭建產(chǎn)品的設(shè)計框架，再從骨架零件出發(fā)完成某一部件設(shè)計再逐步完成各部件設(shè)計，最終完成整體設(shè)計。從一開始就掌握系統(tǒng)的運行狀況，結(jié)合應(yīng)用領(lǐng)域的具體要求，在設(shè)計過程中就調(diào)整方案，進行優(yōu)化和折中取舍。（2）設(shè)計過程中以骨架零件為起點，逐步完成各零件設(shè)計，設(shè)計過程實時參照相關(guān)零件，對零件相關(guān)性和配合性有保障。（3）設(shè)計過程中對零件修改時，相關(guān)參照發(fā)生變化則相關(guān)零件參數(shù)也將隨參照變化而變化，避免了逐一修改造成的不便和忘記修改而產(chǎn)生錯誤。（4）在產(chǎn)品的中心層面上集中地建立重要的設(shè)計信息，設(shè)計師的思維面便于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的優(yōu)化。同時把零部件當成產(chǎn)品系統(tǒng)的零件來考慮，便于全新產(chǎn)品的開發(fā)和開展標準化模塊設(shè)計工作。

4 應(yīng)用SolidEdge原位創(chuàng)建的缺點

（1）外部參照發(fā)生變化時例如參照點、線、面被刪除，參照零件名稱變化時，零件無法捕捉到參照會失效。（2）在利用其他零件參照時，不能參照其邊界直接繪制，需要對零件邊界進行投影操作，操作過程較復(fù)雜。（3）在采用原位創(chuàng)建進行零件設(shè)計后，零件與其他相關(guān)零件的裝配自由度全部限制，無法進行模擬運動仿真，需要在后期進行再裝配才能進行運動仿真。

5 結(jié)語

基于SolidEdge原位創(chuàng)建功能進行產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)，有利于實現(xiàn)相關(guān)零件的功能性和相關(guān)性，邊設(shè)計邊繪制邊校核，有效縮短產(chǎn)品開發(fā)周期?；陧攲釉O(shè)計可以分組進行詳細設(shè)計，共享頂層參數(shù)，實現(xiàn)分工協(xié)作完成產(chǎn)品設(shè)計。

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