Solidworks鐵路貨運(yùn)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(qiáng)大并且易學(xué)易用，因而近年來(lái)在機(jī)械設(shè)計(jì)行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用。其功能特點(diǎn)主要包括如下幾點(diǎn):(1) 參數(shù)化設(shè)計(jì)、特征建模技術(shù)及設(shè)計(jì)過程的全相關(guān)性使其具有很好的設(shè)計(jì)柔性，即設(shè)計(jì)過程靈活，修改方便;(2) 全Windows特性的特征管理器使設(shè)計(jì)過程的操作及管理?xiàng)l理清晰，操作簡(jiǎn)單，完整的動(dòng)態(tài)界面和鼠標(biāo)動(dòng)態(tài)控制對(duì)設(shè)計(jì)復(fù)雜零件是非常實(shí)用而且特別重要的技術(shù)手段;(3) 功能強(qiáng)大的CAD模塊包括了草圖設(shè)計(jì)、曲面建模、實(shí)體建模和鈑金零件設(shè)計(jì)等，可以完成基于特征的CAD模型建立，滿足機(jī)械設(shè)計(jì)要求;(4) 面向裝配的零件設(shè)計(jì)為大型裝配體的建模提供了重要的技術(shù)

2、方法，其IPA動(dòng)畫制作可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)模擬裝配，同時(shí)可以進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析，從而在計(jì)算機(jī)里完成零件設(shè)計(jì)正確與否的校驗(yàn);(5) SolidWorks是包含了CAD/CAM/CAE功能的集成化軟件，全面滿足設(shè)計(jì)、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(shè)計(jì)思路為"實(shí)體造型虛擬裝配二維圖紙"，三維實(shí)體建模使設(shè)計(jì)過程形象而且直觀，虛擬裝配可以實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)過程的隨時(shí)校驗(yàn)，從而避免可能造成的直接經(jīng)濟(jì)損失。二維圖紙的自動(dòng)繪制也滿足了實(shí)際生產(chǎn)的需求，從而完全滿足機(jī)械設(shè)計(jì)企業(yè)的設(shè)計(jì)生產(chǎn)要求，因而得到廣泛的應(yīng)用。二、相關(guān)技術(shù)基礎(chǔ)1.參數(shù)化造型參數(shù)化造型(Parametr

3、ic Modeling，又稱尺寸驅(qū)動(dòng)幾何造型技術(shù))中，物體的幾何外形是由受約束的數(shù)學(xué)關(guān)系式來(lái)定義的，而不僅僅取決于簡(jiǎn)單的、孤立的尺寸參數(shù)。其主要技術(shù)特點(diǎn)在于：基于特征，全尺寸約束，尺寸驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)修改以及全數(shù)據(jù)相關(guān)。(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(jìn)而形成實(shí)體，以此為基礎(chǔ)進(jìn)行更為復(fù)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(lái)考慮，通過尺寸約束來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)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(diǎn)(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(dòng)設(shè)計(jì)修改 通過修改尺寸數(shù)值來(lái)驅(qū)動(dòng)幾何形狀的改變;(4)全數(shù)據(jù)相

4、關(guān) 尺寸參數(shù)的修改帶動(dòng)其他相關(guān)模型中的相關(guān)尺寸的更新，從而驅(qū)動(dòng)模型更新。采用參數(shù)化造型進(jìn)行設(shè)計(jì)，最大的優(yōu)點(diǎn)是CAD系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)記錄幾何建模的整個(gè)過程。換句話說(shuō)，系統(tǒng)不僅記錄幾何模型，同時(shí)還記錄設(shè)計(jì)意圖即實(shí)體間的關(guān)系。修改零件形狀時(shí)，只需編輯尺寸的數(shù)值即可實(shí)現(xiàn)形狀上的改變。2.關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)在傳統(tǒng)的CAD系統(tǒng)中，裝配體(部件)設(shè)計(jì)大都采用自底向上的方法，即首先設(shè)計(jì)出各部分組成零件，然后再把設(shè)計(jì)好的零件拼裝在一起，各零件間不存在任何關(guān)聯(lián)關(guān)系。當(dāng)部件功能或結(jié)構(gòu)需做出調(diào)整時(shí)，相關(guān)零件的結(jié)構(gòu)形式、尺寸不會(huì)自動(dòng)做出相應(yīng)的改變;反之，當(dāng)某零件發(fā)生改變時(shí)，部件功能或結(jié)構(gòu)也不會(huì)做出自動(dòng)調(diào)整。零件之間的裝配關(guān)系和尺寸協(xié)調(diào)

5、完全依靠設(shè)計(jì)人員手工完成。這種CAD系統(tǒng)實(shí)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(guān)聯(lián)的設(shè)計(jì)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(xué)推導(dǎo)等方式獲取其他所需信息，選用適當(dāng)?shù)募s束傳播和求解模型，來(lái)構(gòu)筑一個(gè)具有實(shí)時(shí)響應(yīng)變更能力的信息資源高度共享的體系。SolidWorks軟件能很好地實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)過程的關(guān)聯(lián)性。對(duì)于存在裝配關(guān)系的零件，可以建立其配合部分的尺寸關(guān)聯(lián)，尺寸值可以相互驅(qū)動(dòng)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(guān)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(dòng)B零件模型的同步協(xié)調(diào)改變。這樣在設(shè)計(jì)過程中一方面可以提高

6、設(shè)計(jì)效率，同時(shí)也可以避免錯(cuò)誤。從而實(shí)現(xiàn)了零件之間的關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)，對(duì)于大型裝配體的三維設(shè)計(jì)具有重大的實(shí)際意義。三、實(shí)現(xiàn)方法我廠的主要產(chǎn)品是鐵路罐車成品及相關(guān)配套部件，因此設(shè)計(jì)部門的主要工作包括零部件設(shè)計(jì)及最終的產(chǎn)品裝配設(shè)計(jì)。由于市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的日趨激烈，因此產(chǎn)品的種類越來(lái)越多，更新?lián)Q代也越來(lái)越快，這就對(duì)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)及管理提出了更高的要求。對(duì)于設(shè)計(jì)部門來(lái)說(shuō)，設(shè)計(jì)效率和設(shè)計(jì)過程的準(zhǔn)確性對(duì)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(duì)設(shè)計(jì)部門的軟硬件投入力度很大，并采用了功能強(qiáng)大且易于掌握的SolidWorks作為產(chǎn)品設(shè)計(jì)的軟件平臺(tái)。具體說(shuō)明如下：(1) 零件可分為3類，一是用于通用部件的常用標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)件)，三是某類產(chǎn)品的特有零件。在分析產(chǎn)品的設(shè)計(jì)要求后，可以對(duì)其中的子零件進(jìn)行分類管理，便于合理分工并協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)人員甚至不同部門之間的設(shè)計(jì)進(jìn)程，同時(shí)可以避免重復(fù)勞動(dòng)(因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)件和半標(biāo)準(zhǔn)件的設(shè)計(jì)可能已經(jīng)完成)，抓住設(shè)計(jì)任務(wù)的重點(diǎn)和難點(diǎn)，從而有效提高工作效率;(2) 部件設(shè)計(jì)也可分為兩類，一類是通用的標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)體，這部分設(shè)計(jì)可以在平時(shí)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(shè)計(jì)是對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)中包含創(chuàng)新性的部分，因而應(yīng)該特別注意其設(shè)計(jì)進(jìn)度與質(zhì)量，進(jìn)而保證總體設(shè)計(jì)質(zhì)量與效率;(3) IPA動(dòng)畫裝配設(shè)計(jì)校驗(yàn)是保證設(shè)計(jì)質(zhì)量的重

8、要技術(shù)手段，用SolidWorks的虛擬動(dòng)畫裝配并輔助以機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析，既可以對(duì)零件設(shè)計(jì)進(jìn)行參數(shù)上的檢查(排除人為因素的影響)，又可以對(duì)整個(gè)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)及功能進(jìn)行合理性分析，從而有效避免方案設(shè)計(jì)和人工設(shè)計(jì)中可能存在的錯(cuò)誤，避免更大的直接經(jīng)濟(jì)損失;(4) 設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)過程中必須對(duì)零件進(jìn)行適度的"簡(jiǎn)化"處理，否則產(chǎn)品的總裝配體的動(dòng)畫仿真甚至只是簡(jiǎn)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(jìn)行處理以提高設(shè)計(jì)效率：四、應(yīng)用實(shí)例基于以上的設(shè)計(jì)思路及技術(shù)手段，我們?cè)诋a(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中采用了三維的全參數(shù)化設(shè)計(jì)方法，

9、相對(duì)于傳統(tǒng)的手工繪圖設(shè)計(jì)及二維軟件設(shè)計(jì)，不但提高了設(shè)計(jì)效率，而且提高了設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性，從而實(shí)實(shí)在在地提高了產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，為企業(yè)的發(fā)展注入了新的活力。下面以我廠主導(dǎo)設(shè)計(jì)的鐵路臥式粉狀貨物罐車為例，來(lái)說(shuō)明其零件的參數(shù)化設(shè)計(jì)及產(chǎn)品的裝配設(shè)計(jì)方法。圖1為罐體的參數(shù)化3D模型。罐體的主要功能是運(yùn)輸及裝卸貨物，需根據(jù)自重、載重、工作壓力等來(lái)設(shè)計(jì)罐體的長(zhǎng)度L、半徑r及壁厚，同時(shí)設(shè)計(jì)時(shí)要考慮到它與幾個(gè)蓋板間的裝配關(guān)系，將其作為其他零件的父零件來(lái)處理。在模型中同時(shí)建立用于裝配的基準(zhǔn)軸和基準(zhǔn)面，而且這些特征也都是參數(shù)驅(qū)動(dòng)的，并放在專用圖層中。如今中國(guó)使用SolidWorks軟件的用戶愈來(lái)愈多，對(duì)付一些初學(xué)者，在

10、齒輪的繪制進(jìn)程中會(huì)碰到不少問題。本文筆者便是針對(duì)這一主題而寫，但愿對(duì)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(jìn)步計(jì)劃者的軟件使用程度，開辟一條新的計(jì)劃思緒。瀏覽本文前，讀者朋友理當(dāng)先實(shí)現(xiàn)SolidWorks根本模塊的進(jìn)修，大概是有必定的軟件使用履歷和底子。一、明白計(jì)劃目的齒輪在機(jī)器傳動(dòng)計(jì)劃中是緊張的傳動(dòng)整機(jī)，它有不少其余傳念頭構(gòu)無(wú)法比擬的長(zhǎng)處，如傳動(dòng)服從高(一般在0.9以上)，傳動(dòng)安穩(wěn)(斜齒輪尤其凸起)，傳能源矩大，正確的剎時(shí)傳動(dòng)比，壽命長(zhǎng)，并且可以改變傳動(dòng)標(biāo)的目的等，這些優(yōu)點(diǎn)決議了齒輪在能源傳動(dòng)和活動(dòng)傳動(dòng)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(qǐng)讀者思慮一個(gè)問題：為何要繪制切確的“漸開線”齒輪呢?是為了做活動(dòng)摹擬?出2D的工程圖?到CNC里進(jìn)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(qǐng)看上面的細(xì)致講授。2、簡(jiǎn)化齒輪的繪制1.操縱SolidWorks自帶插件“Toolbox”天生齒輪對(duì)付出圖和用于活動(dòng)摹擬的用戶，可以用簡(jiǎn)化的“漸開線”齒輪取代，如許不單可以大大簡(jiǎn)化建模的時(shí)間，并且可以充實(shí)操縱現(xiàn)有的計(jì)較機(jī)資本。在SolidWorks的Toolbox插件中就有齒輪模塊，上面就詳細(xì)先容一下這類法子。(1)起首在插件中關(guān)上Toolbox插件，如圖1所示。點(diǎn)

12、擊“確定”便可以在右側(cè)的“使命窗格”計(jì)劃庫(kù)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(dòng)”“齒輪”，在這里體系已給出了經(jīng)常使用的齒輪情勢(shì)，咱們必要哪一種情勢(shì)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(xì)參數(shù)設(shè)置，如圖3所示。(3)經(jīng)由過程一系列的設(shè)置，咱們便可以獲得想要的齒輪了，如果還達(dá)不到本身的請(qǐng)求，便可以在現(xiàn)有的齒輪底子長(zhǎng)進(jìn)行點(diǎn)竄。如要孔板情勢(shì)的齒輪，便可以用一個(gè)“

13、扭轉(zhuǎn)切除”號(hào)令和一個(gè)“拉伸切除”號(hào)令實(shí)現(xiàn)。詳細(xì)操縱如圖4所示。接著再增加幾個(gè)孔，如圖5所示。(4)如許這個(gè)齒輪就差未幾實(shí)現(xiàn)了，如果用戶齒輪有其余的情勢(shì)，固然可以本身再做進(jìn)一步的點(diǎn)竄。點(diǎn)竄完今后便可以保留了。細(xì)致這里發(fā)起用“另存為”，由于直接點(diǎn)擊保留，體系會(huì)主動(dòng)保留到Toolbox設(shè)置裝備擺設(shè)的途徑中去，那就會(huì)增加沒必要要的貧苦。固然如果就想保留到Toolbox的設(shè)置裝備擺設(shè)途徑，那末就直接保留便可。Toolbox的設(shè)置裝備擺設(shè)途徑變動(dòng)有不少法子，如可以在“選項(xiàng)”“異型孔領(lǐng)導(dǎo)/Toolbox”“設(shè)置裝備擺設(shè)”，也能夠在菜單中找到，還可以在“計(jì)劃窗格”“計(jì)劃庫(kù)”“預(yù)覽里點(diǎn)擊右鍵”找到。關(guān)上今后就能

14、進(jìn)入Toolbox設(shè)置裝備擺設(shè)的接待界面，如圖6所示。這里直接點(diǎn)擊“3.界說(shuō)用戶設(shè)定”，就切換到了用戶設(shè)定界面，如圖7所示。這里可以直接抉擇“天生整機(jī)”，然后在“在此文件夾天生整機(jī)：”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(gè)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(qǐng)求用簡(jiǎn)化畫法(只畫出一個(gè)齒的齒廓，乃至一個(gè)齒也不畫)，那又若何完成?其實(shí)完成這一目的也很容易，在收工程圖的時(shí)候可以用分歧的設(shè)置裝備擺設(shè)，如許就能避開出圖與國(guó)標(biāo)簡(jiǎn)化的抵牾，詳細(xì)操縱以下。(1)天生一個(gè)新設(shè)置

15、裝備擺設(shè)。在適才創(chuàng)建齒輪模子的底子上天生新的設(shè)置裝備擺設(shè)，這個(gè)設(shè)置裝備擺設(shè)便是咱們收工程圖時(shí)的真實(shí)投影實(shí)體。抉擇已有的“完整齒輪”設(shè)置裝備擺設(shè)，用鍵盤的“Ctrl+C”和“Ctrl+V”來(lái)復(fù)制一個(gè)設(shè)置裝備擺設(shè)，然后用鼠標(biāo)遲鈍雙擊設(shè)置裝備擺設(shè)名字，改為“簡(jiǎn)化齒輪”。如圖8所示。雙擊“簡(jiǎn)化齒輪”設(shè)置裝備擺設(shè)，將其激活。然后切換到“計(jì)劃樹”，找到輪齒陣列的特性“TeethCuts”，抉擇它，如許在模子上就會(huì)表現(xiàn)和它有關(guān)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(guān)上尺寸編纂界面，設(shè)置裝備擺設(shè)范例選為“此設(shè)置裝備擺設(shè)”，然后點(diǎn)擊“編纂方程式”，在關(guān)上的“編纂方程式”對(duì)話框里會(huì)看到

16、一個(gè)文本情勢(shì)的方程，記下它。然后封閉“編纂方程式”對(duì)話框。在“方程式-齒輪”對(duì)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(dòng)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(gè)方程都指向一個(gè)數(shù)值，這里咱們要將這三個(gè)方程都緊縮掉，把后面的“對(duì)勾”去掉，點(diǎn)擊“確定”，如許便可以隨意點(diǎn)竄了。用后面的法子點(diǎn)選TeethCuts特性，然后在畫圖地區(qū)點(diǎn)擊“30”，輸出“2”，確定后，如許齒輪就成為了只要兩個(gè)齒槽的齒輪(也便是一個(gè)齒)，再收工程圖就沒問題了。有的時(shí)候在這一步大概會(huì)有錯(cuò)誤，實(shí)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(jìn)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(diǎn)擊“從整機(jī)/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(jìn)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(duì)付初學(xué)者這類法子比力容易明白。(1)起首新建一個(gè)整機(jī)，用一個(gè)默許基準(zhǔn)面進(jìn)入草圖，在草圖中間繪制一個(gè)圓，而且標(biāo)注尺寸，如圖12所示。細(xì)致：為了今后定位容易，可以將圓心和原點(diǎn)重合。(2)保留撤退退卻出，然后用下面草圖的基準(zhǔn)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(shí)線繪制豎直線，而且標(biāo)注尺寸，尺寸的巨細(xì)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(jì)劃樹的“表明”上點(diǎn)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(diǎn)擊圓的直徑尺寸(D1草圖1)，輸出“*pi/2”，如許這條線段的長(zhǎng)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(zhǔn)面新建一個(gè)草圖，在這個(gè)草圖中繪制一個(gè)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(diǎn)分別與圓的兩個(gè)點(diǎn)重合，如圖16所示。(5)加入下面的草圖，然后仍是