Solidworks鐵路貨運粉狀貨物罐車CAD建模裝配的方法

1、一、SolidWorks功能綜述SolidWorks軟件功能強大并且易學易用，因而近年來在機械設計行業(yè)得到了廣泛的應用。其功能特點主要包括如下幾點:(1) 參數(shù)化設計、特征建模技術及設計過程的全相關性使其具有很好的設計柔性，即設計過程靈活，修改方便;(2) 全Windows特性的特征管理器使設計過程的操作及管理條理清晰，操作簡單，完整的動態(tài)界面和鼠標動態(tài)控制對設計復雜零件是非常實用而且特別重要的技術手段;(3) 功能強大的CAD模塊包括了草圖設計、曲面建模、實體建模和鈑金零件設計等，可以完成基于特征的CAD模型建立，滿足機械設計要求;(4) 面向裝配的零件設計為大型裝配體的建模提供了重要的技術

2、方法，其IPA動畫制作可以實現(xiàn)動態(tài)模擬裝配，同時可以進行運動分析，從而在計算機里完成零件設計正確與否的校驗;(5) SolidWorks是包含了CAD/CAM/CAE功能的集成化軟件，全面滿足設計、分析、制造、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理的一體化要求。綜上所述，SolidWorks軟件的基本設計思路為"實體造型虛擬裝配二維圖紙"，三維實體建模使設計過程形象而且直觀，虛擬裝配可以實現(xiàn)設計過程的隨時校驗，從而避免可能造成的直接經(jīng)濟損失。二維圖紙的自動繪制也滿足了實際生產(chǎn)的需求，從而完全滿足機械設計企業(yè)的設計生產(chǎn)要求，因而得到廣泛的應用。二、相關技術基礎1.參數(shù)化造型參數(shù)化造型(Parametr

3、ic Modeling，又稱尺寸驅(qū)動幾何造型技術)中，物體的幾何外形是由受約束的數(shù)學關系式來定義的，而不僅僅取決于簡單的、孤立的尺寸參數(shù)。其主要技術特點在于：基于特征，全尺寸約束，尺寸驅(qū)動設計修改以及全數(shù)據(jù)相關。(1)基于特征 將某些具有代表性的幾何形狀定義為特征，并將其所有尺寸定義為可變參數(shù)，進而形成實體，以此為基礎進行更為復雜的幾何形體的構(gòu)造;(2)全尺寸約束 將形狀和尺寸聯(lián)合起來考慮，通過尺寸約束來實現(xiàn)對幾何形狀的控制。造型必須以完整的尺寸參數(shù)為出發(fā)點(全約束)，不能漏注尺寸(欠約束)，也不能多注尺寸(過約束);(3)尺寸驅(qū)動設計修改 通過修改尺寸數(shù)值來驅(qū)動幾何形狀的改變;(4)全數(shù)據(jù)相

4、關 尺寸參數(shù)的修改帶動其他相關模型中的相關尺寸的更新，從而驅(qū)動模型更新。采用參數(shù)化造型進行設計，最大的優(yōu)點是CAD系統(tǒng)會自動記錄幾何建模的整個過程。換句話說，系統(tǒng)不僅記錄幾何模型，同時還記錄設計意圖即實體間的關系。修改零件形狀時，只需編輯尺寸的數(shù)值即可實現(xiàn)形狀上的改變。2.關聯(lián)設計在傳統(tǒng)的CAD系統(tǒng)中，裝配體(部件)設計大都采用自底向上的方法，即首先設計出各部分組成零件，然后再把設計好的零件拼裝在一起，各零件間不存在任何關聯(lián)關系。當部件功能或結(jié)構(gòu)需做出調(diào)整時，相關零件的結(jié)構(gòu)形式、尺寸不會自動做出相應的改變;反之，當某零件發(fā)生改變時，部件功能或結(jié)構(gòu)也不會做出自動調(diào)整。零件之間的裝配關系和尺寸協(xié)調(diào)

5、完全依靠設計人員手工完成。這種CAD系統(tǒng)實際上僅起到了輔助制圖的作用。要使CAD系統(tǒng)真正有效地工作，必須采用基于關聯(lián)的設計方法，即以零件所包含的各種幾何信息為數(shù)據(jù)源頭，通過幾何繼承、數(shù)學推導等方式獲取其他所需信息，選用適當?shù)募s束傳播和求解模型，來構(gòu)筑一個具有實時響應變更能力的信息資源高度共享的體系。SolidWorks軟件能很好地實現(xiàn)設計過程的關聯(lián)性。對于存在裝配關系的零件，可以建立其配合部分的尺寸關聯(lián)，尺寸值可以相互驅(qū)動與影響。例如， A零件的a尺寸與B零件的b尺寸存在尺寸關系b=a+0.1，那么如果改變A零件模型中的尺寸值a，可以驅(qū)動B零件模型的同步協(xié)調(diào)改變。這樣在設計過程中一方面可以提高

6、設計效率，同時也可以避免錯誤。從而實現(xiàn)了零件之間的關聯(lián)設計，對于大型裝配體的三維設計具有重大的實際意義。三、實現(xiàn)方法我廠的主要產(chǎn)品是鐵路罐車成品及相關配套部件，因此設計部門的主要工作包括零部件設計及最終的產(chǎn)品裝配設計。由于市場競爭的日趨激烈，因此產(chǎn)品的種類越來越多，更新?lián)Q代也越來越快，這就對設計、生產(chǎn)及管理提出了更高的要求。對于設計部門來說，設計效率和設計過程的準確性對于縮短產(chǎn)品研發(fā)周期和降低生產(chǎn)成本都意義重大。因此我廠對設計部門的軟硬件投入力度很大，并采用了功能強大且易于掌握的SolidWorks作為產(chǎn)品設計的軟件平臺。具體說明如下：(1) 零件可分為3類，一是用于通用部件的常用標準件(例如

7、螺釘、彈簧等)，二是用于某一大類產(chǎn)品的子零件(可視為半標準件)，三是某類產(chǎn)品的特有零件。在分析產(chǎn)品的設計要求后，可以對其中的子零件進行分類管理，便于合理分工并協(xié)調(diào)設計人員甚至不同部門之間的設計進程，同時可以避免重復勞動(因為標準件和半標準件的設計可能已經(jīng)完成)，抓住設計任務的重點和難點，從而有效提高工作效率;(2) 部件設計也可分為兩類，一類是通用的標準結(jié)構(gòu)體，這部分設計可以在平時完成并且可以適用于絕大多數(shù)總裝配體。第二類是專用部件的子裝配體，這部分設計是對產(chǎn)品設計中包含創(chuàng)新性的部分，因而應該特別注意其設計進度與質(zhì)量，進而保證總體設計質(zhì)量與效率;(3) IPA動畫裝配設計校驗是保證設計質(zhì)量的重

8、要技術手段，用SolidWorks的虛擬動畫裝配并輔助以機構(gòu)運動分析，既可以對零件設計進行參數(shù)上的檢查(排除人為因素的影響)，又可以對整個產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)及功能進行合理性分析，從而有效避免方案設計和人工設計中可能存在的錯誤，避免更大的直接經(jīng)濟損失;(4) 設計技巧。由于大型罐車產(chǎn)品的裝配體包含幾百甚至上千的零件，因此在設計過程中必須對零件進行適度的"簡化"處理，否則產(chǎn)品的總裝配體的動畫仿真甚至只是簡單的旋轉(zhuǎn)都非常緩慢。因此在不影響整體效果的前提下，采用了如下兩種方法進行處理以提高設計效率：四、應用實例基于以上的設計思路及技術手段，我們在產(chǎn)品設計過程中采用了三維的全參數(shù)化設計方法，

9、相對于傳統(tǒng)的手工繪圖設計及二維軟件設計，不但提高了設計效率，而且提高了設計的準確性，從而實實在在地提高了產(chǎn)品的市場競爭力，為企業(yè)的發(fā)展注入了新的活力。下面以我廠主導設計的鐵路臥式粉狀貨物罐車為例，來說明其零件的參數(shù)化設計及產(chǎn)品的裝配設計方法。圖1為罐體的參數(shù)化3D模型。罐體的主要功能是運輸及裝卸貨物，需根據(jù)自重、載重、工作壓力等來設計罐體的長度L、半徑r及壁厚，同時設計時要考慮到它與幾個蓋板間的裝配關系，將其作為其他零件的父零件來處理。在模型中同時建立用于裝配的基準軸和基準面，而且這些特征也都是參數(shù)驅(qū)動的，并放在專用圖層中。如今中國使用SolidWorks軟件的用戶愈來愈多，對付一些初學者，在

10、齒輪的繪制進程中會碰到不少問題。本文筆者便是針對這一主題而寫，但愿對那些還處于齒輪建模利誘中的讀者有一些舉一反三的感化，進步計劃者的軟件使用程度，開辟一條新的計劃思緒。瀏覽本文前，讀者朋友理當先實現(xiàn)SolidWorks根本模塊的進修，大概是有必定的軟件使用履歷和底子。一、明白計劃目的齒輪在機器傳動計劃中是緊張的傳動整機，它有不少其余傳念頭構(gòu)無法比擬的長處，如傳動服從高(一般在0.9以上)，傳動安穩(wěn)(斜齒輪尤其凸起)，傳能源矩大，正確的剎時傳動比，壽命長，并且可以改變傳動標的目的等，這些優(yōu)點決議了齒輪在能源傳動和活動傳動中占據(jù)不可擺蕩的職位地方。一般齒輪的齒廓都是漸開線，那末若何在SolidWo

11、rks中繪制漸開線呢?在開篇以前先請讀者思慮一個問題：為何要繪制切確的“漸開線”齒輪呢?是為了做活動摹擬?出2D的工程圖?到CNC里進行加工?仍是作為CAE的闡發(fā)模子呢?固然，如果咱們的目的分歧，那末咱們的齒輪就有分歧的繪制法子。請看上面的細致講授。2、簡化齒輪的繪制1.操縱SolidWorks自帶插件“Toolbox”天生齒輪對付出圖和用于活動摹擬的用戶，可以用簡化的“漸開線”齒輪取代，如許不單可以大大簡化建模的時間，并且可以充實操縱現(xiàn)有的計較機資本。在SolidWorks的Toolbox插件中就有齒輪模塊，上面就詳細先容一下這類法子。(1)起首在插件中關上Toolbox插件，如圖1所示。點

12、擊“確定”便可以在右側(cè)的“使命窗格”計劃庫中找到“Toolbox”了，如圖2所示。(2)今朝固然在“GB”中尚未齒輪，可是可以用其余尺度中的齒輪取代。上面就以“AnsiMetric”尺度為例，先容Toolbox中挪用齒輪的法子。在Toolbox的目次中經(jīng)由過程“AnsiMetric”“能源傳動”“齒輪”，在這里體系已給出了經(jīng)常使用的齒輪情勢，咱們必要哪一種情勢的齒輪便可以天生哪一種，如圓柱直齒輪，這里翻譯成為了“正齒輪”。詳細參數(shù)設置，如圖3所示。(3)經(jīng)由過程一系列的設置，咱們便可以獲得想要的齒輪了，如果還達不到本身的請求，便可以在現(xiàn)有的齒輪底子長進行點竄。如要孔板情勢的齒輪，便可以用一個“

13、扭轉(zhuǎn)切除”號令和一個“拉伸切除”號令實現(xiàn)。詳細操縱如圖4所示。接著再增加幾個孔，如圖5所示。(4)如許這個齒輪就差未幾實現(xiàn)了，如果用戶齒輪有其余的情勢，固然可以本身再做進一步的點竄。點竄完今后便可以保留了。細致這里發(fā)起用“另存為”，由于直接點擊保留，體系會主動保留到Toolbox設置裝備擺設的途徑中去，那就會增加沒必要要的貧苦。固然如果就想保留到Toolbox的設置裝備擺設途徑，那末就直接保留便可。Toolbox的設置裝備擺設途徑變動有不少法子，如可以在“選項”“異型孔領導/Toolbox”“設置裝備擺設”，也能夠在菜單中找到，還可以在“計劃窗格”“計劃庫”“預覽里點擊右鍵”找到。關上今后就能

14、進入Toolbox設置裝備擺設的接待界面，如圖6所示。這里直接點擊“3.界說用戶設定”，就切換到了用戶設定界面，如圖7所示。這里可以直接抉擇“天生整機”，然后在“在此文件夾天生整機：”抉擇保留的途徑，末了保留加入便可以了。2.天生齒輪GB工程圖有了下面的齒輪模子，咱們便可以按照這個模子出GB的工程圖了，可是在SolidWorks的工程圖中，所有的模子都是依照真正的投影表現(xiàn)，而GB中齒輪的畫法請求用簡化畫法(只畫出一個齒的齒廓，乃至一個齒也不畫)，那又若何完成?其實完成這一目的也很容易，在收工程圖的時候可以用分歧的設置裝備擺設，如許就能避開出圖與國標簡化的抵牾，詳細操縱以下。(1)天生一個新設置

15、裝備擺設。在適才創(chuàng)建齒輪模子的底子上天生新的設置裝備擺設，這個設置裝備擺設便是咱們收工程圖時的真實投影實體。抉擇已有的“完整齒輪”設置裝備擺設，用鍵盤的“Ctrl+C”和“Ctrl+V”來復制一個設置裝備擺設，然后用鼠標遲鈍雙擊設置裝備擺設名字，改為“簡化齒輪”。如圖8所示。雙擊“簡化齒輪”設置裝備擺設，將其激活。然后切換到“計劃樹”，找到輪齒陣列的特性“TeethCuts”，抉擇它，如許在模子上就會表現(xiàn)和它有關的數(shù)值，如圖9所示。此中齒數(shù)“30”已參加了方程式，雙擊“30”，關上尺寸編纂界面，設置裝備擺設范例選為“此設置裝備擺設”，然后點擊“編纂方程式”，在關上的“編纂方程式”對話框里會看到

16、一個文本情勢的方程，記下它。然后封閉“編纂方程式”對話框。在“方程式-齒輪”對話框中的表頭“方程式”中找到適才的抒發(fā)式，如圖10所示。拖動表頭“方程式”背面的豎線，檢察完整的“方程式”。咱們發(fā)明在圖10中的三個方程都指向一個數(shù)值，這里咱們要將這三個方程都緊縮掉，把后面的“對勾”去掉，點擊“確定”，如許便可以隨意點竄了。用后面的法子點選TeethCuts特性，然后在畫圖地區(qū)點擊“30”，輸出“2”，確定后，如許齒輪就成為了只要兩個齒槽的齒輪(也便是一個齒)，再收工程圖就沒問題了。有的時候在這一步大概會有錯誤，實際上是由于適才咱們扭轉(zhuǎn)切除的草圖有些線條未找到，可以進入其草圖，將找不到參考的束縛刪除

17、，然后增加新的束縛。(2)天生工程圖。點擊“從整機/裝置體系體例作工程圖”“抉擇圖紙模板”“抉擇必要的視圖”，如圖11所示。3、漸開線的畫法繪制漸開線齒輪，起首要有一條漸開線。在SolidWorks中繪制漸開線的法子有不少，上面就以經(jīng)常使用的漸開線的繪制為例進行論述。1.曲面熟成漸開線曲面熟成漸開線有不少中法子，如曲面掃描、曲面放樣等。這里只給大師先容曲面放樣天生漸開線，由于對付初學者這類法子比力容易明白。(1)起首新建一個整機，用一個默許基準面進入草圖，在草圖中間繪制一個圓，而且標注尺寸，如圖12所示。細致：為了今后定位容易，可以將圓心和原點重合。(2)保留撤退退卻出，然后用下面草圖的基準面

18、再創(chuàng)建一張新的草圖，在下面繪制如圖13所示的圖形。中間線繪制程度直徑，實線繪制豎直線，而且標注尺寸，尺寸的巨細可以假如，由于背面要鏈接到方程式。(3)保留撤退退卻出，在計劃樹的“表明”上點擊右鍵，抉擇“表現(xiàn)表明”和“表現(xiàn)特性尺寸”。雙擊直線的尺寸“增加方程式”，在彈出的“增加方程式”界面中表現(xiàn)了適才直線尺寸的名字(D1草圖2)，然后點擊圓的直徑尺寸(D1草圖1)，輸出“*pi/2”，如許這條線段的長度就與起頭圓的一半連結(jié)同等了，如圖14和圖15所示。(4)從天生草圖1和草圖2的基準面新建一個草圖，在這個草圖中繪制一個半徑與草圖1的圓一樣大的半圓，而且圓心重合，圓弧的兩點分別與圓的兩個點重合，如圖16所示。(5)加入下面的草圖，然后仍是