基于三维软件的机械产品设计

起重机起重量等变化带来主梁跨度及截面变化均可由以
上两草图的变化来驱动， 同时不必担心其零件出错 ［６］。
１．３ 生成工程图
ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ 能 快 捷 地
生成完整的、符合实际产
品需要的工程图样； 由三
维实体自动生成任何不同 的视图、局部视图、剖视 图和相关视图； 在剖视图 上自动生成剖面线。图纸
体及其零件都会自动随之更新。以皮带驱动机构设计为
例， 其基本思路为： ①在装配体中绘制草图， 使用圆代
表皮带轮的外边缘。使用圆之间的切线代表皮带； ②插
入一个新零件带轮 １， 根据布局草图上带轮 １ 的位置和
直径对带轮 １ 建模； ③同样根据布局草图的信息对其它
带轮以及惰轮建模； ④根据布局草图， 生成皮带零件，
装配体 １ 注解 光源 前视基准面 上视基准面 右视基准面 原点 ｇｄｑｓ＜１＞ （一） ｈｄｑｓ＜１＞ （一） ｌｍ＜１＞ （一） ｌｇ＜１＞ （一） ｌｄ＜１＞ （一） ｈｋｂ＜１＞ ｈｋｂ＜２＞ 配合
图 １ 零件组装后得到的虎钳装配图 Ｆｉｇ．１ Ａｓｓｅｍｂｌｙ ｄｒ ａｗｉｎｇ ｏｆ ｖｉｃｅ ａｃｃｏｒ ｄｉｎｇ ｔｏ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ
ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ 是一款三维 机 械 设 计 专 业软 件 ， 它 对 参 数化技术作了一定的改进。同时它专门为中国市场需要 增 加 了 中 国 国 标 （ ＧＢ） 内 容 ， 已 经 得 到 了 较 广 泛 的 应 用。在使用过程中相对于二维计算机辅助设计软件来 说， ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ 有许多优点： ①外 形 直 观 、尺 寸精 确 并 智能化； ②装配位置关系明确， 可以在计算机中就发现 零部件之间的碰撞； ③重量自动计算， 模型改变则重量 自动重新计算； ④采用三维模型， 图纸交流不会产生歧 义； ⑤三维设计， 完整的反映设计者的设计意图［３， ４］。在 ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ 中可以直接将设计者脑海中的零部 件 模 型 反 映到计算机中， 然后可通过轴测图的方式体现在二维图 纸上， 这样加工者马上就能读懂模型的形状 ［５］。
面等都可参考装配体中其它实体。此方法应用起来较困
难， 要求设计者思路非常明确， 而且要想得周到。
在装配体中， 可以象在零件图中一样对零件进行编辑，
这样就可以使用一个零部件的几何特征来帮助定义另一个
零部件。当在零部件之间建立参考关系时， 模型将完全相
关联。对参考零部件所做的改变会使其它零部件相应更新。
摘 要： 针对企业采用传统的 ２Ｄ 软 件 设 计 产 品 过 程 中 ， 存在 着 低 效 率 、易 出 错 等 缺点 ， 提 出 了 采 用 三 维 ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ 软件来定制企业内部模板， 进行实体建模， 自动生成符合国标的工程图等产品的详细设 计过程， 并通过一些典型产品的设计实例进行了说明。
自底向上建模方法应用起来较简单， 也是初学者最
１３１
·制 造 业 信 息 化·
常用的方法， 但对
各零件建模时必须
保证其尺寸完全正
确， 否则建装配体
时会发生许多干涉，
修改起来非常麻烦；
另一方面， 在我们
图 ２ ＤＹＬ２５１ 主动车轮装配模型 Ｆｉｇ．２ Ａｓｓｅｍｂｌｉｎｇ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ＤＹＬ２５１ ｗｈｅｅｌｓ
最终得装配图， 见图 ３。
此时装配体由皮带及一组皮带轮组成， 其位置和尺
寸都由布局草图决定， 通过改变布局草图便可得到不同
的布局方式， 从而体现出不同的设计意图。
皮带驱动机构装配体草图绘制相对较简单， 只采用
１３２
了一个前视布局草图就
解决了。有些装配体变
化较复杂， 需要采用几
个合理的草图配合使用
才行。如桥式起重机箱
在零部件建模时要注意几个问题： ①画草图时要使 尺寸、注释的位置摆放合理、有序， 便于自动生成合理 的工程图， 减少修改； ②特征的生成要体现设计意图， 便于实现参数化； ③对于外形特征相同而尺寸不同的零 件， 可通过配置， 利用同一个模型按不同的尺寸作变量 建立系列零件设计表生成系列零件。
图 ２ 为采用自底向上建模方法建立 的 ＤＹＬ２５１ 起 重 机主动车轮装配模型。
有效地使用 Ｓｏｌｉｄｗｏｒｋｓ 参数化 建 模 系 统， 设 计 人 员 必 须
在建模前考虑好设计意图。要想真正体现出装配体的设
计意图， 最好是采用自顶向下的建模方式。
（ ２） 自顶向下的建模方法。自顶向下设计方法，就是
一种从装配入手的设计方法， 允许你在装配体中对零件
进行建立和编辑， 零件的草图轮廓， 终止关系， 建构平
第 ２１ 卷第 ３ 期 ２００８ 年 ５ 月
机电产品开发与创新
Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ＆ Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ ｏｆ Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ ＆ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ
Ｖｏｌ．２１，Ｎｏ．３ ·制Ｍ造ａ业ｙ．，信２０息０８化·
基于三维软件的机械产品设计
宁朝阳
（ 湖南工业职业技术学院 机械工程系， 湖南 长沙 ４１００００）
１ 机械产品三维设计的主要过程
１．１ 定制模板
模板是包括用户定义参数的文件 （ 零件、工程图以 及装配体文件） 。考虑到大多数企业还有采用 ２Ｄ 图设计 和 加 工 ， 因 此 需 要 制 作 符 合 国 标 （ ＧＢ） 的 模 板 。 它 包 括建立符合国标的零件模板、装配体模板和工程图模 板， 建立符合国标的图纸格式 （ 包括 Ａ０ 到 Ａ４、横的和
图 ４ 桥吊主梁装配体图 Ｆｉｇ．４ ａｓｓｅｍｂｌｙ ｄｒ ａｗｉｎｇ ｏｆ ｍａｉｎ ｇｉｒ ｄｅｒ ｏｆ ｂｒ ｉｄｇｅ ｃｒ ａｎｅ
的全相关性简化了设计的过程， 实体模型、图纸和装配
能自动相关地更新。当图纸中的视图修改时， 三维几何
模型也随之改变， 也可以人为控制相关的更新。能自动
消除在视图中的相关隐藏线， 也可以进行人工有选择地
与 制 造 ，２００４． ［５］ 成大先． 机械设计手册［Ｍ］． 北京： 化学工业出版社， ２００２． ［６］ 宁朝阳． 桥式起重机箱型主梁优化设计软件［Ｊ］． 起重运输机械， ２００６．
Ｍａｃｈｉｎｅｒ ｙ Ｐｒ ｏｄｕｃｔ Ｄｅｓｉｇｎ Ｂａｓｅｄ ｏｎ ３Ｄ Ｓｏｆｔｗａｒ ｅ
ＮＩＮＧ Ｚｈａｏ－ Ｙａｎｇ （ Ｈｕｎａｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ， Ｃｈａｎｇｓｈａ Ｈｕｎａｎ ４１００００， Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒ ａｃｔ： Ａｉｍｅｄ ａｔ ｔｈｅ ｄｉｓａｄｖａｎｔａｇｅ ｏｆ ｌｏｗ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ａｎｄ ｅａｓｉｌｙ ｍｉｓｔａｋｉｎｇ ｉｎ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎｉｎｇ ｗｉｔｈ ２Ｄ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｏｆ ｅｎｔｅｒｐｒｉｓｅ．ｔｈｅ ｅｓｓａｙ ｔａｋｉｎｇ ｓｏｍｅ ｐｒｏｄｕｃｔｓ ｄｅｓｉｇｎｉｎｇ ａｓ ｅｘａｍｐｌｅ， ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ｃｕｓｔｏｍｉｚｉｎｇ ｔｅｍｐｌａｔｅ ｏｆ ｔｈｅ ｅｎｔｅｒｐｒｉｓｅ，ｐｕｔ ｆｏｒｗａｒｄ ｓｏｌｉｄ ｍｏｄｅｌｉｎｇ ，ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｇｅｎｅｒａｔｉｎｇ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｄｒａｗｉｎｇ ｉｎ ａｃｃｏｒｄａｎｃｅ ｗｉｔｈ ＧＢ ｔｈｒｏｕｇｈ Ｓｏｌｉｄｗｏｒｋｓ ｉｎ ｔｈｅ ｅｎｔｅｒｐｒｉｓｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒ ｄｓ： ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ； ｍａｃｈｉｎｅｒｙ ｐｒｏｄｕｃｔ； ｐａｒｔ ｍｏｄｅｌｉｎｇ； ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｄｒａｗｉｎｇ
形主梁通常由上下盖
板、主副腹板以及许多
大大小小的主副加劲板
组成的。其小零件很
多， 而且它们的尺寸大
小变化有一定的规律。为此， 建模时可采用前视与右视
两布局草图， 通过两草图分别反映出它们的截面变化与
跨度变化。同时可在两草图中建立合理的方程式， 让装
配体、零件都能根据设计者的意图自动变化， 而不出
错。通过逐步插入零件最后建成的主梁模型如图 ４， 由
计中， 完全采用 ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ 软件设计的也不多， 但可以 预计的是， 随着计算机硬件的不断升级和 ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ 软 件技术难题的不断攻克， ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ 软 件 在 机 械 设 计中 将得到越来越广泛的应用， 是不可抗拒的技术潮流。
要真正用好 ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ 三维软件进行机械设计， 仅 仅画一些三维零件是不够的， 在许多场合要求能熟练掌 握装配体建模。本文针对装配体建模中的一些难点进行 了较深入的探讨， 同时给出了一些例子， 相信对正在或 想采用 ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ 三维软件进行机械设计的企业或公司 技术人员来说有一定的指导意义。
参考文献： ［１］ 贾宝贤． ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ 在工业造型设计中的应用 ［Ｊ］． 机械设计与制
造， ２００３． ［２］ 赵汝嘉． ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ ２００１ 精通与提高篇［Ｍ］． 北 京 ： 机 械 工 业 出 版
社， ２００２． ［３］ 罗庆生． ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ 文件压缩方法的研究［Ｊ］．机械设计与研究，２００４． ［４］ 常 少 莉，姚 锡 凡． ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ 在 装 载 机 设 计 中 的 运 用［Ｊ］．机 械 设 计
收稿日期： ２００８－ ０１－ ３０ 作者简介： 宁朝阳， 工学硕士， 讲师。
竖的等） 以及建立符合企业标准的材料明细表模板。以 上模板中各项信息要相互关联， 相互链接， 为自动生成 符合国标的工程图打下基础。
１．２ 建立产品三维模型的方法
（ １） 自底向上的建模方法。以虎钳为例简要说明： 首先根据各零件真实尺寸生成虎钳所有零件图： 固定钳 身、活动钳身、螺杆螺母等， 再打开装配图模板依次插 入各零件， 通过对各零件依次添加正确的配合关系组装 成虎钳装配图， 见图 １。
应变化且响应迅速。
求， 低速行驶时 Ｔｅ 较小仅克服滚动阻力矩 Ｔｆ， 加速时空
气 阻 力 矩 Ｔｗ 加 大 ， 同 时 出 现 加速 阻 力 矩 Ｔｊ 使 得 Ｔｅ 快 速
关键词： ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ； 机械产品； 产品建模； 工程图 中图分类号： ＴＢ４７ 文献标识码： Ａ 文章编号： １００２－ ６６７３ （ ２００８） ０３－ １３１－ ０３
０ 引言
随着计算机应用软件和技术的不断发展， 很多机械 设计制造企业已不再满足于借助二维计算机辅助设计软 件来代替手工图板， 希望向三维实体设计方向发展， 实 现尺寸驱动， 便于产品可视化， 减少设计错误， 提高设 计效率， 同时也便于及时了解产品库存情况等［１， ２］。
实际设计中经常会 有一些非标设计， 这就意味着装配体 整体结构变化不大
但要经常改变其大小尺寸， 此种建模方法就难以适用这
种变化。因此在 ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ 中对装配体采用自底向上建
模方 法 难 以 真 正 体 现 设 计 者 的 意 图 。在 ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ 中 ，
关于模型被改变后如何表现的计划称为设计意图。为了
消隐。在应用过程中， 通过引用已定义的标注符号、文
字说明和图纸模板， 自然形成企业的标准。有完整的尺
寸和符号标注工具， 在视图中可以控制三维模型中已有
标注的显示， 在视图上标注参考尺寸， 并可以控制单个源自文库
尺寸的表示方式， 自动生成图纸中的材料明细表。
选取适当的比例和图纸， 插入模型后生成合适的二
维工程图。同时根
在进行装配体自顶向下建模时， 其中之一就要合理
的建好装配体的布局草图， 通过零件与装配体草图的关
联自上而下地设计一个装配体。可以绘制一个或多个草
图， 用草图显示每个装配体的零部件的位置。然后， 可
以在生成零件之前建立和修改设计图。另外， 可以随时
使用布局草图在装配体中作出变更。使用布局草图设计
装配体最大的好处， 就是如果更改了布局草图， 则装配
（ 上接第 １３０ 页） 图 ４（ ａ） 可以看出汽车车况变换时实际 车速能迅速跟随给定车速； （ ｂ） 图表明磁链轨迹接近圆
力 矩 Ｔｊ 变 负 ， 使 得 Ｔｅ 随 转 速 的 减 小 而 快 速 下 降 ； （ ｄ） 图 是定子电流波形， 显然随着车况的变化， 定子电流做相
形； （ ｃ） 图所示的电磁转矩波形符合电动汽车动力性要
据需要向视图插入
尺寸、公差、表面
粗糙度等， 使其符
合出图要求。图 ５
为 ＤＹＬ２５１ 主 动 车
轮装配工程图。
２ 结论
图 ５ ＤＹＬ２５１ 主动车轮装配工程图
Ｆｉｇ．５ Ａｓｓｅｍｂｌｙ ｅｎｇｉｎｅｅｒ ｉｎｇ ｄｒ ａｗｉｎｇ
目前在整机设
ｏｆ ＤＹＬ２５１ ｗｈｅｅｌｓ
·制 造 业 信 息 化·