基于Solidworks軟件的自頂向下裝配設計

【摘要】文章主要介紹了Solidworks軟件、自頂向下裝配設計方法等問題。并以發動機為例系統地講述了在Solidworks平臺上進行自頂向下的裝配設計的完整過程，分析了兩者相結合設計方式的優勢。

【關鍵詞】自頂向下 Solidworks 機械裝配設計

【中圖分類號】G64 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2014）02-0248-01

1.引言

設計之初，很多因素不確定，而且還不知道各零件在將來的裝配環境中是否合理，是否能夠如期而動。如果能在零件設計之前，先在裝配狀態下進行骨架設計，并對整個零部件進行運動驗證，以便直接看到最終運動結果，這樣可以在設計之初最大程度的減少工作量，避免較大錯誤。而 Solidworks軟件可以用線條來代替實體零件進行運動模擬，正好能夠實現這一設想。

2.Solidworks自頂向下裝配體設計

Solidworks自頂向下的設計是指從裝配入手的零件設計方法，它通過直接在裝配模型中利用已有零件的各種幾何要素，并根據設計思路，在現有零件的面或基準面上創建和編輯零件的草圖與輪廓，在裝配圖中直接創建新零件的的設計方法。這種方法必須根據零件之間的相互關系和內在特殊的關聯性，保證對裝配模型的設計進行不斷調整和優化，能夠極大地提高設計效率，有利于新產品的開發和研制。

下面以發動機為例講述在Solidworks平臺上進行自頂向下的裝配設計的完整過程。

2.1建立總體構架

設計之初首先對發動機進行整體規劃，如確定產品的設計目的、性能要求、必要的裝配關系及可能有的設計變動等要求。根據發動機的性能要求確定曲柄的高度、連桿的長度、曲軸主軸頸中心線與氣缸底面的距離等裝配尺寸，以及連桿與曲軸同軸心、連桿與活塞銷同軸心等裝配關系。

根據整體規劃的要求，先在零件環境中建立曲軸等零件的骨架模型，包括零部件的名稱、裝配基準、外輪廓。以圓代表氣缸和機體，以各部分的中心線代表曲軸，以矩形代表活塞并以兩條構造線代表分別表示活塞軸線和活塞銷軸線，以輪廓線代表連桿。完成各零件骨架后以相應名稱保存。

最后將每個零部件骨架按照裝配關系組裝成裝配骨架模型，包括重要的裝配參數和裝配關系。將氣缸體插入裝配體，并設置為浮動，在將其三個默認基準面與裝配環境的相應基準面設置“重合”裝配關系后設為固定；將兩個機體分別插入裝配體，并把前視基準面與氣缸體的前視基準面“重合”，并根據規劃設置機體與氣缸體的裝配尺寸；隨后依次插入曲軸、活塞、連桿，每插入一個零件骨架時都要按整體規劃設置相應的裝配尺寸和裝配關系。完成的裝配骨架模型如圖1所示。并將其保存為“發動機骨架.SLDASM”。

2.2運動模擬

對發動機裝配骨架模型進行運動模擬以驗證裝配關系是否合理。在裝配骨架模型環境中，切換到運動模擬窗口，在運動管理器中，設置曲軸中心線為旋轉馬達，并設置相應的零部件運動方向、速度等參數，點擊播放按鈕即可播放運動模擬效果。

2.3設計細化

根據設計信息，先在零部件骨架基礎上完成零部件結構形狀設計：在零件環境中打開相應的零件骨架模型，如“氣缸體骨架.SLDPRT”，將其另存為零件的細化設計模型，如“氣缸體.SLDPRT”，完成氣缸體結構形狀設計。重復上述步驟，逐個完成其他零件的結構形狀設計。

再用細化后的零件模型替換裝配骨架模型中的零件骨架模型，完成裝配模型設計：將裝配文件另存為“發動機.SLDASM”。在裝配特征樹中右擊“氣缸體骨架”，選擇“替換零部件”，瀏覽打開零部件細化設計過程中完成的“氣缸體.SLDPRT”，完成氣缸體細化模型替換其骨架模型。重復上述步驟，實現其他零部件替換，最后完成如圖2所示發動機裝配模型。

圖1 發動機骨架模型 圖2 發動機裝配模型

2.4干涉分析

為了進一步驗證裝配正確性，進行干涉分析是必要的。啟動“干涉檢查”功能，所有干涉部位、干涉體積等信息顯示在“干涉檢查”對話框中，選中對應項目，高亮顯示部位即為干涉部位，必須進行修改。

2.5零件關聯設計

為了避免單獨設計造成的各種問題，增加修改一致性，需在裝配環境中對零件進行關聯設計。關聯設計是指事物之間所具有的彼此約束關系。實現關聯設計的關鍵就是要解決相關約束在零件間、部件間及零件與部件間的傳播與求解。分析可知，曲軸主軸頸的尺寸取決于承載能力，是主要的設計參數。現以曲軸主軸頸的尺寸為主，將機體上的主軸頸孔尺寸進行關聯設計。即刪除機體主軸頸孔的尺寸約束，并將機體主軸頸草圖圓與曲軸軸頸草圖圓添加“相等”幾何約束，完成關聯設計。

3.總結

自頂向下設計技術從產品功能概念設計開始，能夠有效地把握設計意圖，使組織結構清晰，便于在各個子裝配之間迅速可靠地傳遞設計信息，達到信息共享的目的，而且可以最大限度的發揮設計人員的設計潛力減少詳細設計階段的重復工作，極大地提高設計效率。利用Solidworks軟件對機械裝置進行自頂向下裝配設計，還可以增加零件之間的關聯性及設計精準性，滿足現代化設計的需要。

參考文獻：

[1]趙飛 SolidWorks 自頂向下方法在機械設計中的應用[J]. 機械管理開發. 2012.NO.4

[2]曹茹. SolidWorks 2009三維設計及應用教程[M]. 機械工業出版社. 2009

[3]付永忠. 中文SolidWorks 2003/CAMWorks實用技術精粹[M]. 科學出版社. 2003

作者簡介：

黃雪云（1969-），女，江西樟樹人，工程師，主要從事工程圖學和CAD的教育和研究工作。