SolidWorks软件在机械设计中的应用与研究

S olidWo rks软件在机械设计中的应用与研究朱金权(无锡华达电机有限公司,江苏无锡214000)摘　要:系统地介绍了SolidWo rks软件的“零件设计”、“装配设计”、“设计库的运用”、“色彩渲染和动画模拟”和“有限元分析”等基本模块、相应功能以及它们在机械设计中的广泛运用;研究了So lidWo rks 软件在机械设计中的实用性和先进性;详细介绍了该软件的使用方法和具体特点,具有一般二维软件所无法比拟的优点,对推广So lidWorks在机械设计中的应用具有重要的指导作用。

关键词:So lidWorks;零件设计;装配设计;设计库;渲染和动画;有限元高级分析技术中图分类号:TP311 文献标志码:AThe Application and Research of SolidWorks Software in Mechanical DesignZH U Jinquan(W uxi Hua Da M o to r Co.,Ltd,W ux i214000,China)A bstract:T his pape r intro duces SolidWo rks basic modules and their co rresponding functio ns as well as their application in mechanical design sy stematically,including“parts desig n”,“assembly desig n”,“desig ning da tabase ma nag eme nt”,“co l-o r r endering and animatio n simulatio n”,“infinite elements analy sis”and so on.T he prac ticability and advantage of So lid-W or ks application in mechanical de sig n a re studied;the usage and cha racte ristics of this so ftwa re a re ex plained in de tail. T his softw are has the unmatched advantag es that general tw o-dimensional sof tw are has not.I t play s a sig nificant ro le in po pula rizing So lidWo rks applicatio n in mechanical de sig n.Key words:So lidWo rks;Pa rts desig n;A ssembly design;D esign database;Rendering and animatio n simulation;A dv anced analysis techno lo gy of finite eleme nts1　SolidWorks软件介绍So lidWo rks是一套基于Window s的CAD/ CA E/CAM/PDM桌面集成系统,是由美国So lid-Wo rks公司在总结和继承了大型机械CAD软件的基础上,在Windo w s环境下实现的第一个机械CAD软件,于1995年11月研制成功。

SolidWorks 是市场份额增长最快、技术发展最快、市场前景最好、性能价格比最优的软件。

随着SolidWorks版本的不断提高、性能的不断增强以及功能的不断完善, S olidWo rks已经完全能满足现代企业机械设计的要求,并已广泛应用于机械设计和机械制造的各个行业,它主要包括机械零件设计、装配设计、动画和渲染、有限元高级分析技术和钣金制作等模块,功能强大,完全满足机械设计的需求。

2　SolidWorks软件应用2.1　机械零件设计So lidWo rks软件具有专门的机械零件设计模块,根据不同零件的特点,选择不同的零件设计方法,设计方便、简单易学。

具体主要有标准工具栏、视图工具栏、草图工具栏、特征工具栏、焊接工具栏、模具工具栏、曲面工具栏、钣金工具栏和工程图工具栏等,各个工具栏中又包含各自相应的具体命令,设计者可自由选择相应的设计工具和命令,采用最合适的设计方法,直观、方便、高效、快捷地完成各种零件的设计,同时,由于SolidWorks软件采用参数化设计思路,各工具栏命令之间具有相应的设计关联性,对零件的设计修改具有快捷、准确、可靠的特点,对零件的尺寸修改和相似零件的结构设计具有独到的技术优势。

在零件设计模块中所做的更改可以自动、快速、准确地反应到装配、工程图等相应关联模块中去,同样,在装配模型和工程图样中,由于零件所做的更改可以自动地反应到相应需要更改的零件上去,而无需再像二维CAD图那样,更改零件后必须同时在装配图中作相应的改动,否则,将会出现遗忘和漏改等低级错误。

所以应用So lidWorks软件,设计人员可以将精力主要集中在方案结构的设计上,为方案的设计和修改提供了极大地方便,有利于设计人员设计出结构先进、安全可靠的零件结构。

SolidWorks拥有专用于钣金零件设计的模块,便于设计人员进行钣金零件的折弯、展开、冲孔、切口和百叶窗等结构的设计,极大地方便了设计人员对钣金零件设计的需要。

2.2　高级装配设计SolidWorks软件具有专门的装配设计模块,模块主要包括自底向上的装配方法和自上向下的装配方法。

自底向上的装配方法主要是由已设计好各个零件、按各零件在装配模型中的位置及配合要求直接装配成符合设计意图的设计模型的设计方法。

各零件在装配设计之前,设计者已有一个明确的设计思路,零件的尺寸大小、结构形式、各零件之间的连接与定位方式已经完全确定。

设计者可将已设计好的零件运用“插入/零部件/现有零件/装配体”命令,将此零件插入到装配体模块中,并添加相关有效的配合关系,使零件在装配模型中处于一个正确的位置。

设计者可以根据自己的设计意图和零件在装配模型中的位置以及相互关系,结合零件的自身特点和具体的运动条件,不断地调整自己的设计模型和配合要求,使零件结构设计更符合自己的设计思路和功能要求。

此设计方法是一个先有零件后有装配的过程,零件的结构特点是否合理、零件之间是否存在干涉问题等都可以在此装配模型中直接地反映出来,设计者的设计思路主要集中在零件的装配配合与装配模型整体结构和功能的设计上,而不必考虑具体零件的结构细化。

必要时,设计者可以利用So lid-Wo rks软件的COSM OSM o tion建立运动机构模型,进行机构的干涉分析,跟踪零件的运动轨迹,分析机构中零件的速度、加速度、作用力、反作用力和力矩等,并用动画、图形、表格等多种形式输出结果,其分析结果可指导修改零件的结构设计,包括加长或缩短构件的长度、修改凸轮型线和调整齿轮比或调整零件的材料等。

设计的更改可以反映到装配模型中,再重新进行分析,一旦确定优化的设计方案,设计更改就可直接反映到装配模型中。

自上向下的装配方法是直接在装配模型中利用已有零件的点、边线或面等几何要素,根据设计思路,在现有零件的面或基准面上创建零件草图,从而根据零件的结构特点,选用合适的零件设计方法,在装配图中直接创建新的零件设计方法。

由于此方法在装配图中直接创建新的零件,所设计的零件与其他零件之间存在内在的关联性,其他零件的设计更改或许会影响某些相关零件特征的生成,因此,在装配设计时,必须根据零件之间的相互关系和内在的关联性,适时调整零件相互位置和配合关系,及时修复因零件更改而出现的各种错误提示,使装配模型的设计得到不断地调整和优化。

自上向下的装配方法在装配模型中所做的任何改动同样会反映到相应的零件模型和工程图中去。

这种更改是由装配模型中零件的变化指向零件模型中零件的变化或工程图中相应零件尺寸和结构的变化,零件在装配图中的结构形式和位置关系直观、清晰,有利于设计者专注于总体结构方案的设计,不断地调整和修改设计方案,立足于功能结构模型快捷和直观的三维再现,形象逼真地模拟出设计者的各种设计思路和设计模型。

高级装配设计中的2种设计方法各有特点,各有所长。

在实际设计使用中,很难区分其优劣性,设计者可以根据自己的实际情况,综合交叉使用,在实际中不断地调整,摸索出适合自己的使用习惯,从而高效灵活地使用这2种设计方法,不断提高自己的设计方法和设计能力。

在装配设计模型中,设计者可以根据设计思路,在设计方案时设计多种不同的装配模型配置,在不同的配置中,装配模型可以进行不同的设计,这样设计者为达到同一设计功能,可以设计出多种不同的设计方案,便于设计者进行设计方案的评审和挑选,同时,由于各种配置中存在部分设计零件在设计模型中不需要进行设计的结构变化,如大型设备中的基本结构件、机床或专用设备的床身等,设计者只要对各配置装配模型中的部分结构或机构进行不同方案的结构改进设计,就可以节省大量设计时间和设计精力,提高设计效率,缩短设计周期,有利于新产品的开发和研制。

2.3　设计库的应用SolidWorks软件提供了装配设计所用的各种标准零件设计库,具体包括含有齿轮和链轮的动力传动件、含有各种型材的结构件、螺栓垫片、螺母、螺钉、销钉和轴承等,设计者在设计装配模型时,可以直接从设计库中调用所需的各种标准零件,节省设计模型所需要的时间。

如有需要也可以在调出的标准零件上进行一些尺寸或形状的修改,节省重新设计所需要的时间,然后将修改后的零件在装配模型中进行调整,使零件在最短的设计时间内满足设计要求。

2.4　色彩渲染和动画模拟SolidWorks软件是一款功能强大的CAD软件,不仅能完成三维造型,实现从产品概念、零部件设计、结构设计、机构设计和装配模型设计,而且能完成三维造型产品的上色、赋予材料质感、三维动画演示和渲染图像等。

动画是一种传递设计思想,记录仿真的载体,它的特点就是形象和直观。

在某些场合下,如产品的内部结构非常复杂,仅仅依靠文字或叙述往往不易讲解清楚,而使用动画就能免去这种麻烦,达到交流的目的。

Animato r插件是一个与SolidWorks完全集成的动画制作软件。

它最大的特点在于能够方便地制作出丰富的动画效果,以演示产品的外观和性能,增强客户与企业之间的交流。

使用A nimator能将SolidWorks的三维模型实现动态的可视化,并且及时录制产品设计的模拟装配过程、模拟拆装过程和产品的模拟运行过程,将设计者的意图更好地传递给客户。

So lidWo rks的A nimator插件提供如下的产品外观展示能力:1)零件外观渐隐效果与色彩改变。