錢園勝，褚園園，楊咸啟，吳承偉，曹建華

（黃山學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院，安徽黃山245041）

Solidworks是面向設(shè)計(jì)的一款三維建模軟件，已經(jīng)普遍應(yīng)用于機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域，設(shè)計(jì)人員可以將創(chuàng)意轉(zhuǎn)變?yōu)楫a(chǎn)品[1]。三維建模是機(jī)械設(shè)計(jì)人員必須具備的能力，如何提高建模效率和準(zhǔn)確度是設(shè)計(jì)人員必須面對(duì)和亟待解決的問(wèn)題。

機(jī)械零件主要分為軸類、盤類零件、叉架類、箱體類零件4大類零件，其中叉架類、箱體類零件是三維建模，難度比較大。對(duì)這兩類復(fù)雜零件還沒有一般性特別適用的解決方法[2]。對(duì)于復(fù)雜零件建模如齒輪，先對(duì)齒輪進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì)，根據(jù)工業(yè)上所需齒輪型號(hào)、規(guī)格的差異，進(jìn)行二次開發(fā)，從而實(shí)現(xiàn)齒輪建模，這導(dǎo)致齒輪類零件設(shè)計(jì)效率低[3]。對(duì)一些復(fù)雜曲面體，一般采用放樣、彎曲、包覆等高級(jí)命令進(jìn)行復(fù)雜零件建模[4]。對(duì)于復(fù)雜零件建模之前，通常采用特征元分解方法對(duì)零件進(jìn)行測(cè)量規(guī)劃，然后采用混合建模技術(shù)創(chuàng)建模型[5]。本文提出基于特征的模塊分解方法進(jìn)行分塊建模確定。

1 復(fù)雜叉架類零件建模

叉架類零件主要起支撐、連接作用。叉架類零件一般含有不規(guī)則曲面、不對(duì)稱結(jié)構(gòu)、變截面桿件，其結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。針對(duì)這類零件，采用分解法確立主、次結(jié)構(gòu)。主要結(jié)構(gòu)一般取直接且較容易建模的結(jié)構(gòu)，如棱柱、棱錐、圓柱體、圓錐體等；次要結(jié)構(gòu)一般含有不規(guī)則曲面、不對(duì)稱結(jié)構(gòu)等。要確定建模的先后次序：具有定位作用的主要結(jié)構(gòu)先建模，次要結(jié)構(gòu)后建模。

本文以某款自行車車架的后下架為例來(lái)闡述建模過(guò)程。如圖1所示，后下架由直徑分別為Φ40 mm、Φ17 mm的圓筒和兩個(gè)曲桿構(gòu)成。

建模以車架的直徑為Φ40 mm和Φ17 mm的圓筒作為主要結(jié)構(gòu)，兩個(gè)曲桿為次要結(jié)構(gòu)。通過(guò)拉伸形成兩個(gè)圓柱體，并在Φ40 mm中創(chuàng)建M35的螺紋通孔，見圖2所示。

下車架的兩曲桿是變截面桿，各處截面形狀不盡相同，可以采用放樣凸臺(tái)命令。創(chuàng)建過(guò)程：（1）在右視基準(zhǔn)面上創(chuàng)建中心線，見圖3(a)；（2）創(chuàng)建5個(gè)基準(zhǔn)面（與Φ40 mm圓筒相切），繪制5個(gè)基準(zhǔn)面截面輪廓草圖，見圖3(b)；（3）在圖3(c)中過(guò)5個(gè)截面草圖曲線上點(diǎn)創(chuàng)建放樣凸臺(tái)的引導(dǎo)線；（4）利用放樣凸臺(tái)形成曲桿，如圖4所示；（5）通過(guò)拉伸凸臺(tái)，將曲桿與Φ40 mm圓筒連接，鏡像曲桿形成如圖5所示的自行車后下架三維模型。

圖3 創(chuàng)建中心線、截面圖形和引導(dǎo)線

圖4 放樣凸臺(tái)成形曲桿

圖5 自行車后下架三維模型

2 復(fù)雜箱體類零件建模

箱體類零件起支承、容納、定位和密封等作用，大多數(shù)箱體為內(nèi)部有空腔的殼體，常有軸承孔、凸臺(tái)、肋板和底座等結(jié)構(gòu)，因此結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，特征比較多，建模難度也比較大。圖6所示的是某一款蝸輪蝸桿減速器箱體零件圖。

創(chuàng)建這類復(fù)雜零件的模型時(shí)，不要盲目地在沒有規(guī)劃的情況下急于建模。需要分析零件的內(nèi)外結(jié)構(gòu)形狀特點(diǎn)、尺寸以及相對(duì)位置和各部分連接關(guān)系，建立整體的建模思路，以使建模過(guò)程盡量簡(jiǎn)化，同時(shí)保證所建模型的正確性、可靠性，這樣可以提高建模的效率和準(zhǔn)確性。

圖6 蝸輪蝸桿減速器箱體零件圖

2.1 規(guī)劃復(fù)雜箱體類零件建模路線圖

復(fù)雜箱體類零件的結(jié)構(gòu)形式多樣，建模流程不可能完全相同，但是解決問(wèn)題的方法相同。首先，分析零件的結(jié)構(gòu)特征，根據(jù)形體分析法將其分成若干個(gè)塊，將每塊分解成solidworks能夠直接建模的簡(jiǎn)單幾何體；其次，將分塊建立的模型按照過(guò)渡關(guān)系或者連接關(guān)系組合；最后，利用特征建模，建立細(xì)節(jié)特征，如圓角、倒角、孔等。通過(guò)分析可以確立復(fù)雜箱體類零件建模路線為“分解→分塊建模→組合→特征建?！慵Ｐ汀?。這樣的建模方式能夠化繁為簡(jiǎn)，大幅度降低建模難度，一旦出現(xiàn)問(wèn)題可分段修改，而不至影響整體模型結(jié)構(gòu)，因而零件的創(chuàng)建過(guò)程變得簡(jiǎn)單。

以蝸輪蝸桿減速器箱體為例，分析其結(jié)構(gòu)，根據(jù)形體分析法將其分成3塊，分別是上箱體、下箱體和底座。上箱體主要放置蝸輪及其支撐軸等相關(guān)零件，上箱體可分成類似于長(zhǎng)方體連接板、半圓臺(tái)軸承座、半圓柱體型腔。下箱體主要支撐蝸桿，其外形是圓筒，其內(nèi)部含有兩個(gè)帶孔圓臺(tái)。底座中棱臺(tái)和類似長(zhǎng)方形底板構(gòu)成。

2.2 蝸輪蝸桿減速器箱體分塊建模

將蝸輪蝸桿減速器箱體分解成上箱體、下箱體和底座。上箱體可分解成半圓柱、半圓臺(tái)、長(zhǎng)方體3種簡(jiǎn)單幾何體。上箱體建模過(guò)程：（1）通過(guò)草圖拉伸半圓柱體，抽殼成形；（2）以半圓柱體端面為基準(zhǔn)面創(chuàng)建草圖，并拉伸長(zhǎng)方體連接板；（3）以半圓柱體頂面創(chuàng)建半圓臺(tái)和凸臺(tái)，草圖拉伸和拔模成型見圖7（a），鏡像特征見圖7（b），最后建立上箱體部分如圖8所示。

下箱體可以分解成圓筒、圓臺(tái)。下箱體建模過(guò)程：（1）草圖拉伸圓筒；（2）以上箱的半圓柱體內(nèi)表面和圓筒內(nèi)表面為切割面，通過(guò)分割命令和刪去實(shí)體命令去掉多余部分，見圖9，10所示；（3）草圖拉伸圓柱體，拔模成型為兩側(cè)圓臺(tái)，如圖11所示；（4）草圖拉伸成型長(zhǎng)方體，用長(zhǎng)方體連接上、下箱體，分割命令切去多余部分；（5）將圓筒、長(zhǎng)方體連接部分與上箱體合并。

圖7 創(chuàng)建半圓臺(tái)軸承座

圖8 上箱體建模路線

圖9 分割

圖10 下箱體圓筒

底座可以分解為四棱臺(tái)支架、長(zhǎng)方形底板。底座的建模過(guò)程：（1）通過(guò)草圖拉伸、拔模長(zhǎng)方形底板和四棱臺(tái)支架，如圖12所示；（2）四棱臺(tái)支架與長(zhǎng)方形底座共有一棱臺(tái)形空腔，在四棱臺(tái)下底面抽殼成形；（3）在四棱臺(tái)底面和長(zhǎng)方體底面創(chuàng)建草圖曲線，放樣切除，從而形成棱臺(tái)形空腔，如圖13所示。

2.3 蝸輪蝸桿減速器箱體特征建模

在蝸輪蝸桿減速器箱體上有數(shù)量很多、類型不同的孔以及圓角，應(yīng)用Solidworks特征建模技術(shù)來(lái)創(chuàng)建：上箱體和底座上3類孔通過(guò)鏡像，線性陣列，如圖14所示。

圖11 下箱體圓筒兩端圓臺(tái)

圖13 放樣切除后底座

3 結(jié)論

本文針對(duì)叉架類零件，采用分解法，劃分主、次結(jié)構(gòu)，確立建模順序，依次建模；對(duì)于箱體類零件，以形體分析法對(duì)結(jié)構(gòu)分解，分解成若干塊，確定建模規(guī)劃路線圖，并進(jìn)行分塊建模、組合，最終創(chuàng)立零件模型。采用此方法有效解決了這兩類復(fù)雜零件建模難度大、效率低的問(wèn)題，對(duì)復(fù)雜機(jī)械零件設(shè)計(jì)和建模有指導(dǎo)意義。

圖12 創(chuàng)建底座

圖14 蝸輪蝸桿減速器箱體

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