Solidworks铁路货运粉状货物罐车CAD建模装配的方法

一、SolidWorks功能综述SolidWorks软件功能强大并且易学易用，因而近年来在机械设计行业得到了广泛的应用。其功能特点主要包括如下几点:(1)参数化设计、特征建模技术及设计过程的全相关性使其具有很好的设计柔性，即设计过程灵活，修改方便;(2)全Windows特性的特征管理器使设计过程的操作及管理条理清晰，操作简单，完整的动态界面和鼠标动态控制对设计复杂零件是非常实用而且特别重要的技术手段;(3)功能强大的CAD模块包括了草图设计、曲面建模、实体建模和钣金零件设计等，可以完成基于特征的CAD模型建立，满足机械设计要求;(4)面向装配的零件设计为大型装配体的建模提供了重要的技术方法，其IPA动画制作可以实现动态模拟装配，同时可以进行运动分析，从而在计算机里完成零件设计正确与否的校验;(5)SolidWorks是包含了CAD/CAM/CAE功能的集成化软件，全面满足设计、分析、制造、产品数据管理的一体化要求。综上所述，SolidWorks软件的基本设计思路为实体造型→虚拟装配→二维图纸，三维实体建模使设计过程形象而且直观，虚拟装配可以实现设计过程的随时校验，从而避免可能造成的直接经济损失。二维图纸的自动绘制也满足了实际生产的需求，从而完全满足机械设计企业的设计生产要求，因而得到广泛的应用。二、相关技术基础1.参数化造型参数化造型(ParametricModeling，又称尺寸驱动几何造型技术)中，物体的几何外形是由受约束的数学关系式来定义的，而不仅仅取决于简单的、孤立的尺寸参数。其主要技术特点在于：基于特征，全尺寸约束，尺寸驱动设计修改以及全数据相关。(1)基于特征将某些具有代表性的几何形状定义为特征，并将其所有尺寸定义为可变参数，进而形成实体，以此为基础进行更为复杂的几何形体的构造;(2)全尺寸约束将形状和尺寸联合起来考虑，通过尺寸约束来实现对几何形状的控制。造型必须以完整的尺寸参数为出发点(全约束)，不能漏注尺寸(欠约束)，也不能多注尺寸(过约束);(3)尺寸驱动设计修改通过修改尺寸数值来驱动几何形状的改变;(4)全数据相关尺寸参数的修改带动其他相关模型中的相关尺寸的更新，从而驱动模型更新。采用参数化造型进行设计，最大的优点是CAD系统会自动记录几何建模的整个过程。换句话说，系统不仅记录几何模型，同时还记录设计意图即实体间的关系。修改零件形状时，只需编辑尺寸的数值即可实现形状上的改变。2.关联设计在传统的CAD系统中，装配体(部件)设计大都采用自底向上的方法，即首先设计出各部分组成零件，然后再把设计好的零件拼装在一起，各零件间不存在任何关联关系。当部件功能或结构需做出调整时，相关零件的结构形式、尺寸不会自动做出相应的改变;反之，当某零件发生改变时，部件功能或结构也不会做出自动调整。零件之间的装配关系和尺寸协调完全依靠设计人员手工完成。这种CAD系统实际上仅起到了辅助制图的作用。要使CAD系统真正有效地工作，必须采用基于关联的设计方法，即以零件所包含的各种几何信息为数据源头，通过几何继承、数学推导等方式获取其他所需信息，选用适当的约束传播和求解模型，来构筑一个具有实时响应变更能力的信息资源高度共享的体系。SolidWorks软件能很好地实现设计过程的关联性。对于存在装配关系的零件，可以建立其配合部分的尺寸关联，尺寸值可以相互驱动与影响。例如，A零件的a尺寸与B零件的b尺寸存在尺寸关系b=a+0.1，那么如果改变A零件模型中的尺寸值a，可以驱动B零件模型的同步协调改变。这样在设计过程中一方面可以提高设计效率，同时也可以避免错误。从而实现了零件之间的关联设计，对于大型装配体的三维设计具有重大的实际意义。三、实现方法我厂的主要产品是铁路罐车成品及相关配套部件，因此设计部门的主要工作包括零部件设计及最终的产品装配设计。由于市场竞争的日趋激烈，因此产品的种类越来越多，更新换代也越来越快，这就对设计、生产及管理提出了更高的要求。对于设计部门来说，设计效率和设计过程的准确性对于缩短产品研发周期和降低生产成本都意义重大。因此我厂对设计部门的软硬件投入力度很大，并采用了功能强大且易于掌握的SolidWorks作为产品设计的软件平台。具体说明如下：(1)零件可分为3类，一是用于通用部件的常用标准件(例如螺钉、弹簧等)，二是用于某一大类产品的子零件(可视为半标准件)，三是某类产品的特有零件。在分析产品的设计要求后，可以对其中的子零件进行分类管理，便于合理分工并协调设计人员甚至不同部门之间的设计进程，同时可以避免重复劳动(因为标准件和半标准件的设计可能已经完成)，抓住设计任务的重点和难点，从而有效提高工作效率;(2)部件设计也可分为两类，一类是通用的标准结构体，这部分设计可以在平时完成并且可以适用于绝大多数总装配体。第二类是专用部件的子装配体，这部分设计是对产品设计中包含创新性的部分，因而应该特别注意其设计进度与质量，进而保证总体设计质量与效率;(3)IPA动画装配设计校验是保证设计质量的重要技术手段，用SolidWorks的虚拟动画装配并辅助以机构运动分析，既可以对零件设计进行参数上的检查(排除人为因素的影响)，又可以对整个产品的结构及功能进行合理性分析，从而有效避免方案设计和人工设计中可能存在的错误，避免更大的直接经济损失;(4)设计技巧。由于大型罐车产品的装配体包含几百甚至上千的零件，因此在设计过程中必须对零件进行适度的简化处理，否则产品的总装配体的动画仿真甚至只是简单的旋转都非常缓慢。因此在不影响整体效果的前提下，采用了如下两种方法进行处理以提高设计效率：1)装配体中的零件显示方式有实体、线框等方式(甚至可以用参数控制零件在装配体中是否显示)，对于有些非关键零件可以忽略其内部形状及细节描述，这样可以有效地降低对于计算机硬件的要求，从而使大型装配体的显示操作变得快捷而且逼真;2)用图层设置对大装配体中的零、部件进行分类管理(单个零件的设计也应对实体、基准面及草图等相应地进行分层管理)，这样对于图形显示、编辑及动画模拟等都重要的意义。零件、部件间的装配信息可以利用SolidWorks软件的PropertyManager来获取，从而检查是否按照其应有的装配约束(如贴合、对齐、同轴等)进行了正确的装配操作。什么是中国画的用墨么是中国画的用色特点什么是中国的意境高速铣削编程中的常用策略和CAM软件电刷镀模具表面强化技术技术应用的现状关于2D图形的绘制二次开发的关键技术立铣刀应力场的有限元分析零件设计可重用系统的实现包装设计的人性化个性色彩中的民族性环氧树脂热压类型的模具制造环氧树脂模具的工艺方法四、应用实例基于以上的设计思路及技术手段，我们在产品设计过程中采用了三维的全参数化设计方法，相对于传统的手工绘图设计及二维软件设计，不但提高了设计效率，而且提高了设计的准确性，从而实实在在地提高了产品的市场竞争力，为企业的发展注入了新的活力。下面以我厂主导设计的铁路卧式粉状货物罐车为例，来说明其零件的参数化设计及产品的装配设计方法。图1为罐体的参数化3D模型。罐体的主要功能是运输及装卸货物，需根据自重、载重、工作压力等来设计罐体的长度L、半径r及壁厚δ，同时设计时要考虑到它与几个盖板间的装配关系，将其作为其他零件的父零件来处理。在模型中同时建立用于装配的基准轴和基准面，而且这些特征也都是参数驱动的，并放在专用图层中。如今中国使用SolidWorks软件的用户愈来愈多，对付一些初学者，在齿轮的绘制进程中会碰到不少问题。本文笔者便是针对这一主题而写，但愿对那些还处于齿轮建模利诱中的读者有一些举一反三的感化，进步计划者的软件使用程度，开辟一条新的计划思绪。浏览本文前，读者朋友理当先实现SolidWorks根本模块的进修，大概是有必定的软件使用履历和底子。一、明白计划目的齿轮在机器传动计划中是紧张的传动整机，它有不少其余传念头构无法比拟的长处，如传动服从高(一般在0.9以上)，传动安稳(斜齿轮尤其凸起)，传能源矩大，正确的刹时传动比，寿命长，并且可以改变传动标的目的等，这些优点决议了齿轮在能源传动和活动传动中占据不可摆荡的职位地方。一般齿轮的齿廓都是渐开线，那末若何在SolidWorks中绘制渐开线呢?在开篇以前先请读者思虑一个问题：为何要绘制切确的“渐开线”齿轮呢?是为了做活动摹拟?出2D的工程图?到CNC里进行加工?仍是作为CAE的阐发模子呢?固然，如果咱们的目的分歧，那末咱们的齿轮就有分歧的绘制法子。请看上面的细致讲授。2、简化齿轮的绘制1.操纵SolidWorks自带插件“Toolbox”天生齿轮对付出图和用于活动摹拟的用户，可以用简化的“渐开线”齿轮取代，如许不单可以大大简化建模的时间，并且可以充实操纵现有的计较机资本。在SolidWorks的Toolbox插件中就有齿轮模块，上面就详细先容一下这类法子。(1)起首在插件中关上Toolbox插件，如图1所示。点击“确定”便可以在右侧的“使命窗格”计划库中找到“Toolbox”了，如图2所示。(2)今朝固然在“GB”中尚未齿轮，可是可以用其余尺度中的齿轮取代。上面就以“AnsiMetric”尺度为例，先容Toolbox中挪用齿轮的法子。在Toolbox的目次中经由过程“AnsiMetric”→“能源传动”→“齿轮”，在这里体系已给出了经常使用的齿轮情势，咱们必要哪一种情势的齿轮便可以天生哪一种，如圆柱直齿轮，这里翻译成为了“正齿轮”。详细参数设置，如图3所示。(3)经由过程一系列的设置，咱们便可以获得想要的齿轮了，如果还达不到本身的请求，便可以在现有的齿轮底子长进行点窜。如要孔板情势的齿轮，便可以用一个“扭转切除”号令和一个“拉伸切除”号令实现。详细操纵如图4所示。接着再增加几个孔，如图5所示。(4)如许这个齿轮就差未几实现了，如果用户齿轮有其余的情势，固然可以本身再做进一步的点窜。点窜完今后便可以保留了。细致这里发起用“另存为”，由于直接点击保留，体系会主动保留到Toolbox设置装备摆设的途径中去，那就会增加没必要要的贫苦。固然如果就想保留到Toolbox的设置装备摆设途径，那末就直接保留便可。Toolbox的设置装备摆设途径变动有不少法子，如可以在“选项”→“异型孔领导/Toolbox”→“设置装备摆设”，也能够在菜单中找到，还可以在“计划窗格”→“计划库”→“预览里点击右键”找到。关上今后就能进入Toolbox设置装备摆设的接待界面，如图6所示。这里直接点击“3.界说用户设定”，就切换到了用户设定界面，如图7所示。这里可以直接抉择“天生整机”，然后在“在此文件夹天生整机：”抉择保留的途径，末了保留加入便可以了。2.天生齿轮GB工程图有了下面的齿轮模子，咱们便可以按照这个模子出GB的工程图了，可是在SolidWorks的工程图中，所有的模子都是依照真正的投影表现，而GB中齿轮的画法请求用简化画法(只画出一个齿的齿廓，乃至一个齿也不画)，那又若何完成?其实完成这一目的也很容易，在收工程图的时候可以用分歧的设置装备摆设，如许就能避开出图与国标简化的抵牾，详细操纵以下。(1)天生一个新设置装备摆设。在适才创建齿轮模子的底子上天生新的设置装备摆设，这个设置装备摆设便是咱们收工程图时的真实投影实体。抉择已有的“完整齿轮”设置装备摆设，用键盘的“Ctrl+C”和“Ctrl+V”来复制一个设置装备摆设，然后用鼠标迟钝双击设置装备摆设名字，改为“简化齿轮”。如图8所示。双击“简化齿轮”设置装备摆设，将其激活。然后切换到“计划树”，找到轮齿阵列的特性“Teet