基于SolidWorks的機(jī)械產(chǎn)品造型設(shè)計(jì)

1、設(shè)計(jì)與制造機(jī)械研究與應(yīng)用3基于SolidWorks的機(jī)械產(chǎn)品造型設(shè)計(jì)黨興武1,2(1.蘭州理工大學(xué)數(shù)字制造技術(shù)與應(yīng)用省部共建教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,甘肅蘭州730050;2.蘭州理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院,甘肅蘭州730050)摘要:針對(duì)機(jī)械產(chǎn)品造型設(shè)計(jì)的特點(diǎn),應(yīng)用SolidWorks軟件及其CAID模塊PhotoWorks,對(duì)機(jī)械產(chǎn)品造型設(shè)計(jì)過(guò)程進(jìn)行了說(shuō)明,以蝸輪蝸桿減速器的造型設(shè)計(jì)為例,基于“形式美”法則,在SolidWorks計(jì),并輸出了其效果圖。由此證明SolidWorks關(guān)鍵詞:造型設(shè)計(jì);形式美法則;SolidWorks中圖分類號(hào):TP391.72,TH12文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A4414(2010)01

2、-0083-03IndustrialdesignofilonSolidWorks-2(1.Keyoftechnologyandapplication,Theministryofeducation,Loftechnology,LanzhouGansu730050,China;2.Schoolofmelectronicalengineering,Lanzhouuniversityoftechnology,LanzhouGansu730050,China)Abstract:Accordingtothefeaturesofindustrialdesignofmechanicalproduct,itsp

3、rocessisexplainedbasedonSolidWorksintegratedCAIDmodulePhotoWorks.Takingthewormgearreducerasanexample,modelingdesignofreducerisdoneusingSolidWorksanditseffectdrowingiscompletedbasedonbeatifulruleinform.ItisshownthatSolidWorksissuitableformod2elingdesignofmechanicalproduct.Keywords:industrialdesign;pr

4、incipleofformalart;SolidWorks1機(jī)械產(chǎn)品造型設(shè)計(jì)的特點(diǎn)隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,造型設(shè)計(jì)的方法、工具與表現(xiàn)形式都得到了相應(yīng)的發(fā)展。計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)(ComputerAidedIndustrialDesign)技術(shù)在產(chǎn)品造型設(shè)計(jì)中得到了廣泛的應(yīng)用和發(fā)展,工業(yè)設(shè)計(jì)軟件不1斷涌現(xiàn)。機(jī)械產(chǎn)品的造型設(shè)計(jì)方法主要有2種:在工業(yè)設(shè)計(jì)軟件中建立三維概念模型,然后轉(zhuǎn)入三維工程設(shè)2計(jì)軟件中進(jìn)行后續(xù)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);利用三維工程設(shè)計(jì)軟件建立準(zhǔn)確的三維模型后,再轉(zhuǎn)入造型設(shè)計(jì)軟件中,進(jìn)行渲染和后期處理。第1種方法由于工業(yè)設(shè)計(jì)人員難以確保產(chǎn)品的可制造性問(wèn)題,會(huì)造成產(chǎn)品的反復(fù)修改。這兩種方法都存在模型轉(zhuǎn)換

5、過(guò)程,但是,目前CAID與CAD軟件間的接口并未完善,有可3能出現(xiàn)信息丟失問(wèn)題。所以,基于第2種方法,在三維工程設(shè)計(jì)軟件中加入CAID模塊,可以把建模和渲染集成在一個(gè)軟件中完成。常見(jiàn)的軟件有Auto2CAD、CATIA、UG、Pro/Engineer和SolidWorks。3成。Pro/Engineer操作也較復(fù)雜,普通設(shè)計(jì)人員難6以在短期內(nèi)掌握。這些因素影響并限制了上述軟件在機(jī)械產(chǎn)品造型設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。SolidWorks是一款基于Windows操作系統(tǒng)的CAD/CAE/CAM/PDM桌面集成系統(tǒng),以參數(shù)化特征造型為基礎(chǔ),具有功能強(qiáng)大、易學(xué)易用等特點(diǎn),采用最流行的Parasolid技術(shù)開(kāi)發(fā)的內(nèi)

6、核,構(gòu)成了先進(jìn)的基于特征的造型技術(shù),可以用于規(guī)則幾何體為主的機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)及生產(chǎn)準(zhǔn)備工作,價(jià)位也較適中65。同時(shí)具有動(dòng)畫和渲染等功能,既能滿足機(jī)械產(chǎn)品功能設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的需要,又能滿足造型設(shè)計(jì)的需要。機(jī)械產(chǎn)品盡管功能各異,造型多變,但其造型設(shè)計(jì)有著一定的特點(diǎn)和規(guī)律,掌握這些特點(diǎn)和規(guī)律,就可以充分利用SolidWorks的設(shè)計(jì)能力方便、快捷、高效的進(jìn)行機(jī)械產(chǎn)品的造型設(shè)計(jì)。特點(diǎn)和規(guī)律是:運(yùn)動(dòng)形式主要為直線運(yùn)動(dòng)和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),所以機(jī)械產(chǎn)品的線型以直線、圓和圓弧為主;材料主要為鋼、鐵黑色金屬和銅、鋁等有色金屬,故材質(zhì)的選擇有局限性;機(jī)械產(chǎn)品要給人以性能穩(wěn)定、安全可靠的心理感覺(jué),主調(diào)色的顏色的純度、明度要低,

7、以復(fù)色為主;大部分機(jī)械產(chǎn)品遵循對(duì)稱與均衡的形式美法則;要滿足在AutoCAD中要得到理想的渲染效果圖,需經(jīng)4過(guò)多次的調(diào)整和修改,其過(guò)程比較煩瑣復(fù)雜。CATIA和UG必須使用專業(yè)的圖形工作站才能完3項(xiàng)目:甘肅省教育廳科研項(xiàng)目(0703-05)收稿日期:2010-01-11作者簡(jiǎn)介:黨興武(1975-),男,甘肅平?jīng)鋈?講師,研究方向:CAD、虛擬設(shè)計(jì)、造型設(shè)計(jì)。83設(shè)計(jì)與制造機(jī)械研究與應(yīng)用人機(jī)工程學(xué)的要求,常采用人體模數(shù)比;常用調(diào)和法進(jìn)行造型。由于材料表面的配列、組織構(gòu)造的不同,得到的觸覺(jué)質(zhì)感或視覺(jué)質(zhì)感稱作肌理。由此可見(jiàn),肌理與材料有密切的關(guān)系。SolidWorks的PhotoWorks插件有一

8、個(gè)“材質(zhì)”的選項(xiàng),可以設(shè)置機(jī)械產(chǎn)品的材料屬性,包括材料的名稱、色彩、照明度和表面粗糙度。任何產(chǎn)品都是處在一個(gè)環(huán)境中的,所以機(jī)械產(chǎn)品的造型設(shè)計(jì)也需要空間的設(shè)計(jì)。在PhotoWorks中的“布景”選項(xiàng)中,主要參數(shù),前景,通過(guò)o“渲染”功能,可以在計(jì)算機(jī)屏幕上觀、色彩和空間的設(shè)計(jì)效果,并可重新設(shè)置相應(yīng)的參數(shù),然后再次渲染,直到滿意為止。將滿意的設(shè)計(jì)效果渲染到一個(gè)圖像文件,這個(gè)圖像文件就是機(jī)械產(chǎn)品造型設(shè)計(jì)的效果圖。2SolidWorks造型設(shè)計(jì)的過(guò)程SolidWorks進(jìn)行造型設(shè)計(jì)的過(guò)程,與機(jī)械產(chǎn)品的功能設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是相融合的,這符合造型設(shè)計(jì)的三個(gè)要素之間的關(guān)系,即產(chǎn)品的物質(zhì)功能、物質(zhì)技術(shù)條件和產(chǎn)品

9、造型設(shè)計(jì)是相互依存、相互制約和相互滲透的關(guān)系。機(jī)械產(chǎn)品的功能設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是根據(jù)機(jī)械原理、幾何原理等知識(shí)完成的,而造型設(shè)計(jì)是在技術(shù)美學(xué)和形式美法則的指導(dǎo)下完成的,所以,在機(jī)械產(chǎn)品的功能設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中,應(yīng)用技術(shù)美學(xué)和形式美法則,就同時(shí)完成了造型設(shè)計(jì)。,類和理解。,它的造型主,的重要內(nèi)容。形態(tài)設(shè)計(jì)常用的要素分別是點(diǎn)、線、面、體、空間、肌理和色彩。用SolidWorks進(jìn)行造型設(shè)計(jì),就是在形式美法則的指導(dǎo)下,在機(jī)械產(chǎn)品的功能設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中,并應(yīng)用形態(tài)要素完成機(jī)械產(chǎn)品的造型設(shè)計(jì)。SolidWorks進(jìn)行機(jī)械產(chǎn)品造型設(shè)計(jì)的過(guò)程如圖1。3形式美法則在SolidWorks中的運(yùn)用機(jī)械產(chǎn)品造型設(shè)計(jì)

10、常用的形式美法則主要有:統(tǒng)一與變化、對(duì)比與調(diào)和、穩(wěn)定與輕巧、對(duì)稱與均衡、尺度與比例。統(tǒng)一與變化法則是最主要,也是最常用的法則,機(jī)械產(chǎn)品的造型設(shè)計(jì)中,線型的設(shè)計(jì)、面的形狀的設(shè)計(jì)以及色彩的設(shè)計(jì)等都應(yīng)該遵循該法則。運(yùn)用統(tǒng)一與變化法則,總的要求是在統(tǒng)一中求變化,在變化中求統(tǒng)一?！敖y(tǒng)一”使人感覺(jué)單純、整齊、利落,要求構(gòu)成要素少,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,形象明確?！白兓眲t帶來(lái)7新奇和刺激,打破統(tǒng)一所帶來(lái)的單調(diào)與乏味。根據(jù)機(jī)械產(chǎn)品造型設(shè)計(jì)的特點(diǎn)和規(guī)律,線型設(shè)計(jì)要以直線、圓和圓弧為主,面的形狀多為幾何形面,在水平線與垂直線相交處和面與面的相交處,常采用倒角、圓角加以過(guò)渡,色彩以純度和明度較低的復(fù)色為主,在需突出表現(xiàn)的地方

11、用紅、綠等原色表現(xiàn)。這都體現(xiàn)了統(tǒng)一與變化法則的運(yùn)用。SolidWorks繪制直線、圓、圓弧和幾何形面的功能是十分強(qiáng)大和方便的,倒角和圓角也作為一種特征來(lái)建模。同時(shí),PhotoWorks采用RGB和HSV兩種色彩模型進(jìn)行色彩設(shè)計(jì),可以根據(jù)實(shí)際要求調(diào)配出所需色彩。機(jī)械產(chǎn)品的造型設(shè)計(jì)常采用調(diào)和法進(jìn)行造型,即在對(duì)比與調(diào)和法則中,在線型與線型、色彩與色彩等同質(zhì)因素之間,以調(diào)和為主,對(duì)比為輔。如水平線與垂直線之間用折線、圓弧過(guò)渡,面與面之間用倒角、圓角過(guò)渡,色彩選用鄰近色、類似色。機(jī)械產(chǎn)品給人的心理感覺(jué)要安全可靠,同時(shí)不顯得笨重,所以造型要穩(wěn)定并且輕巧。穩(wěn)定表現(xiàn)為實(shí)際穩(wěn)定和視覺(jué)穩(wěn)定兩個(gè)方面,實(shí)際穩(wěn)定指按照

12、產(chǎn)品實(shí)際質(zhì)量的重心符合穩(wěn)定條件所達(dá)到的穩(wěn)定;視覺(jué)穩(wěn)定指以造型物形體的外部體量關(guān)系來(lái)衡量是否滿足視覺(jué)圖1SolidWorks的造型設(shè)計(jì)流程圖在SolidWorks中,零件是由若干個(gè)特征組成的,特征是由二維截面采用拉伸、旋轉(zhuǎn)、掃描和放樣等方法生成的,由二維截面和特征生成方法的不同,可以完成造型設(shè)計(jì)中的點(diǎn)、線型和面的設(shè)計(jì)。相應(yīng)的,零件設(shè)計(jì)完成后以立體造型表示,零件的棱邊、不同形狀的面和不同造型的三維特征就是造型設(shè)計(jì)中的線型、面和體的形式。在裝配設(shè)計(jì)中,由于零件的體積各不相同,此時(shí)造型設(shè)計(jì)主要完成各個(gè)部分的體量之間、各部分體量與整體體量之間關(guān)系的設(shè)計(jì)。84設(shè)計(jì)與制造機(jī)械研究與應(yīng)用上的穩(wěn)定。在Solid

13、Works中,可以計(jì)算零件、裝配體的重心,從不同的角度觀察產(chǎn)品的上下輕重關(guān)系,最終完成既穩(wěn)定又輕巧的造型。機(jī)械產(chǎn)品的造型,都有對(duì)稱的形式,這種形式使具有動(dòng)態(tài)功能的產(chǎn)品給人以靜態(tài)美感,同時(shí)增加安全感。對(duì)稱與均衡,均衡是普遍規(guī)律,對(duì)稱是均衡的一種特例,均衡是形狀不同的部分在力感上達(dá)到一種視覺(jué)平衡。SolidWorks的草圖繪制和特征編輯中都有鏡向命令,能方便地使零件或者裝配體形成對(duì)稱的形式。機(jī)械產(chǎn)品要滿足人體工程學(xué)的要求,必須遵循尺度和比例法則,在產(chǎn)品有關(guān)于人操作、維護(hù)的部位,其造型要滿足模度理論,比例常選用黃金比、和根號(hào)比。SolidWorks同的比例調(diào)整產(chǎn)品的尺寸,外,SolidWorks的“

14、間的比例關(guān)系。78故。蝸輪蝸桿減速器造型設(shè)計(jì)的效果圖如圖3所示。SolidWorks軟件是一款中檔CAD軟件,其操作4設(shè)計(jì)實(shí)例蝸輪蝸桿減速器是工業(yè)生產(chǎn)中常用的一種減速器,主要由上下箱體、輸入軸、輸出軸、蝸輪等組成。減速器在人們心里的印象是穩(wěn)定的、可靠的,同時(shí)由于它輸出運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力,又是動(dòng)態(tài)的、有力的、精密的。因此,減速器的造型也要反映出這些印象。根據(jù)相關(guān)的形式美法則,選取合適的造型要素,就可以在造型設(shè)計(jì)中將上述性格表現(xiàn)出來(lái)。根據(jù)統(tǒng)一與變化的形式美法則,減速器的線型以直線作為主要線型,圓和圓弧為輔,實(shí)現(xiàn)線型的統(tǒng)一與變化。減速器的線型設(shè)計(jì)如圖2所示。減速器的箱體采用對(duì)稱造型,箱體材料主要是灰鑄鐵,軸

15、類零件的材料主要是合金鋼或者優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼,蝸輪材料則用銅合金。減速器的色彩設(shè)計(jì)主要體現(xiàn)在箱體上,箱體的材料主要是灰鑄鐵,所以色彩的質(zhì)地感應(yīng)該與灰鑄鐵相近,色彩的明度要低,如黑色、灰色等。色彩的純度也要低,不會(huì)引起現(xiàn)場(chǎng)工作人員的興奮,從而避免誘發(fā)事(上接第82頁(yè))組別計(jì)算方法本方法效能因數(shù)法本方法2效能因數(shù)法1平臺(tái)基于Windows微機(jī)系統(tǒng),易學(xué)易用,具有參數(shù)化特征建模的特點(diǎn),幾何建模工具豐富,易于實(shí)現(xiàn)形式美法則對(duì)機(jī)械產(chǎn)品造型設(shè)計(jì)的指導(dǎo)作用,其插件PhotoWorks渲染功能強(qiáng)大,材質(zhì)庫(kù)素材豐富,因此,非常適用于機(jī)械產(chǎn)品的造型設(shè)計(jì)。參考文獻(xiàn):1賈寶賢,趙萬(wàn)生.SolidWorks在工業(yè)造型設(shè)計(jì)

16、中的應(yīng)用J.機(jī)械設(shè)計(jì)與制造,2003(04):116-117.2高楠,李鵬飛.CAID在機(jī)車外觀造型設(shè)計(jì)中的應(yīng)用J.電力機(jī)車與城軌車輛,2005(04):54-56.3鄭麗,王霄,高傳玉.產(chǎn)品開(kāi)發(fā)中的CAID技術(shù)J.工程機(jī)械,2006(05):1-4.4周海寶.三維機(jī)械設(shè)計(jì)中三維實(shí)體的二次利用J.機(jī)械設(shè)計(jì)與制造,2006(04):160-161.5朱輝杰.麗臺(tái)QuadroFX3700在DassaultSystemesCATIAV5下的應(yīng)用測(cè)試J.CAD/CAM與制造業(yè)信息化,2008(09):71-73.6高成慧.CAD軟件的選擇及其文件間的數(shù)據(jù)交換J.機(jī)床與液壓,2006(06):254-255.7杜秋磊.“形式美”在產(chǎn)品造型設(shè)計(jì)中的應(yīng)用J.長(zhǎng)春大學(xué)學(xué)報(bào),2007(06):33-35.8陳為.農(nóng)機(jī)產(chǎn)品造型設(shè)計(jì)中“穩(wěn)定與輕巧”的研究與應(yīng)用J.中國(guó)農(nóng)機(jī)化,2007(04):61-6.表2計(jì)算結(jié)果對(duì)照表K1(Kt1)K2(Kt2)pnmax1pnmax2(單位力)(單位力)1.51591.51591.52971.52970.53810.53810.54240.54241.222×10-44.318×10-5-1.83×10-46.481×10-5-最大正