Solidworks軟件在水工金屬結構中的應用

王麗娜

（河北省水利水電勘測設計研究院，天津300250）

1 軟件簡介

SolidWorks是由SolidWorks公司開發的基于Windows操作系統的功能強大的三維CAD軟件。Solid-Works公司成立于1993年，于1995年推出第一套三維機械設計軟件，由于技術創新符合CAD技術的發展趨勢和潮流，Solidworks成為CAD行業一顆耀眼的明星，最終于1997年由法國達索公司以高額市值全資并購。

Solidworks軟件包含三大基本功能：零件設計、裝配體設計和工程圖生成。SolidWorks軟件集成了強大的輔助功能，不僅可以用于二維圖的生成、機械設計，而且可以用于動畫生成演示、圖形渲染及應力和有限元分析。使設計者可以將產品置于三維空間中進行設計，產品在設計過程中可以進行三維瀏覽、運動模擬及受力分析等。另外，還可以利用SolidWorks提 供 的FeatureWorks、SolidWorks Toolbox 及PDMWorksd等工具來擴展軟件的使用范圍。

SolidWorks三維制圖的主要步驟為：①創建草圖，在草圖界面繪制生成零件的基本草圖形狀，并為草圖添加相應的幾何關系和尺寸約束，退出草圖；②通過軟件提供的各種特征屬性，將草圖生成所需的零件；③在裝配體文件中將各個零件進行裝配，生成最終的產品；④通過工程制圖文件將裝配體轉化為生產所需的各種視圖或剖面圖，用于指導產品的生產。

2 在水工金屬結構中的應用

近年來，隨著計算機技術的高速發展及人們對產品在設計階段期望值的日益增長，三維制圖軟件在各行業得以迅速發展和應用。SolidWorks軟件是專業的機械制圖軟件，設計方便，簡單易學，能夠很好地應用于金屬結構的設計。

水工金屬結構泛指應用于水利水電工程中的各種永久性的鋼結構和機械設備，其中最基本的、應用最廣泛的是水電站壓力鋼管、水工鋼閘門、啟閉機、攔污柵等。水工鋼閘門包括平面閘門、弧形閘門、疊梁閘門，其中疊梁檢修閘門布置在工作閘門之前，用于工作閘門的檢修工作。

以南水北調工程中唐河倒虹吸出口疊梁檢修閘門三維設計為例，詳細介紹了SolidWorks在金屬結構設計中常用的幾項功能。

2.1 零部件設計

零件設計是SolidWorks軟件所具有的一個專門模塊，包含眾多的實用工具欄，各工具欄中又包含相應的命令，利用這些命令可以根據零件的特點選擇相應的設計方法，實現高效快捷、直觀方便的設計。SolidWorks軟件采用參數化設計思路，在設計相似零件或修改零件時，只需對相應的參數進行修改即可完成新零件的設計或從零件到裝配體的所有修改，使設計人員可以集中精力于方案設計而無需擔心細節的漏改問題。

閘門主要是由各種不同尺寸的鋼板通過焊接連接形成的，有些鋼板的形狀相似，只是長、寬或厚度不同，這樣只要將之前設計好的鋼板另存并修改相應參數即可。圖1為加勁肋1的草圖，在草圖繪制中首先繪制出其長、寬的尺寸，退出草圖，根據零件的厚度對長方形進行拉伸，即完成了加勁肋1的設計。圖2為加勁肋2的草圖，其與加勁肋1的區別在于長和寬的尺寸不同，這樣可以將加勁肋1另存，然后進入草圖，將尺寸修改為加勁肋2的尺寸并退出草圖，即可完成加勁肋2的繪制。SolidWorks軟件采用尺寸驅動繪圖方法，只需對尺寸的數值進行修改即可完成圖形的修改。

圖1 加勁肋1

圖2 加勁肋2

2.2 裝配體設計

裝配體是由許多零部件經配合而形成的，裝配體文件的首要功能是描述產品零件之間的配合關系。裝配體的設計方式包括自下而上的設計方法和自上而下的設計方法。裝配體設計中經常會用到一些標準件，如型鋼、螺栓、螺母、墊圈等，這些標準件可以在設計庫模塊中直接調用，設計者只需將標準件的尺寸參數修改成所需參數即可，而無需設計者重新設計，節省了大量的設計時間和精力。

2.2.1 自下而上的裝配設計

自下而上的設計是比較傳統的方法，這種方法是應用SolidWorks軟件把產品中的零件一一設計出來，根據零件在裝配體中的具體位置及其之間的配合關系，裝配成產品設計模型，適用于比較成熟的產品設計。這種方法在設計之前思路已經很明確，各零件的位置、結構尺寸也都已經確定，只需運用裝配文件將各零件通過配合組裝起來。下面以南水北調唐河倒虹吸出口疊梁檢修門設計為例進行具體說明。

疊梁檢修閘門主要零部件包括面板、主梁、邊梁、次梁、滑塊、水封、側輪。面板、邊梁、水封的設計比較簡單，通過草圖繪制、拉伸命令即可完成；主梁為變截面梁，其下翼板的繪制是通過掃描命令來實現的，即先在右視圖平面繪制出下翼板的截面尺寸，然后轉換到俯視圖平面在草圖繪制中捕捉到截面上的相應點，以此點為起點繪制路徑，退出草圖，通過掃描命令完成下翼板的設計，圖3為草圖設計過程，圖4為通過掃描命令生成的下翼板；次梁為角鋼，可以從設計庫中直接調用并修改尺寸參數；側輪是經各零件裝配而成的子裝配體，如圖5。

圖3 草圖設計過程

圖4 通過掃描命令生成的下翼板

圖5 側輪

在各零件都已設計完成時，即可進入裝配環節。打開裝配體文件，將閘門面板插入并固定，隨后可以根據面板定位主梁、邊梁，通過已定位好的零件繼續定位與其有關聯的其余零部件，直至裝配完成。疊梁檢修閘門的完整裝配圖如圖6～圖7。

圖6 疊梁檢修閘門

圖7 疊梁檢修閘門裝配圖

2.2.2 自上而下的裝配設計

自下而上的裝配設計是根據設計思路，利用裝配體中已有零件的幾何要素來完成與其相關聯的零件位置、結構和尺寸的設計。這種方法的優點是在設計更改時變動少，當對涉及方案的主要零部件修改完成后，與其相關的零部件根據所生成的方法而自動更新，設計者無需將全部零部件一一進行修改。因此，在進行裝配設計時，一定要結合零件之間的關聯性，對零件的位置和配合關系進行適當調整，及時修復因零件更改而產生的錯誤提示，以達到不斷調整優化裝配模型的設計目的。

2.3 工程圖生成

SolidWorks軟件提供了強大的工程圖設計功能，設計者可以方便地生成三維裝配體的各個視圖。工程圖是產品設計的重要描述文件，是設計人員進行交流和提高工作效率的重要工具，一方面體現了設計成果，另一方面也是指導生產的參考依據。Solid-Works軟件在工程圖和零件圖或裝配體三維模型之間提供全相關的功能，即對零部件或裝配體三維模型進行修改時，所有相關的工程視圖將自動更新，以反映零部件或裝配體的形狀和尺寸變化；反之，當在一個工程圖中修改零部件或裝配體尺寸時，系統也自動將相關的其他工程視圖及三維零部件或裝配體中相應結構的尺寸進行更新。以側輪裝配為例進行說明。

生成側輪裝配模型后，在SolidWorks新建文件中進入工程圖文件，并對圖紙格式、大小、圖名、比例等進行設置，通過模型視圖功能將側輪裝配模型調入，選擇合適的視圖模式，將圖形投影到圖紙的相應位置。生成三視圖后，通過注解工具欄中的中心線命令和智能尺寸命令，為圖形添加中心線和尺寸。側輪裝配圖如圖8，生成的側輪工程圖如圖9。

圖8 側輪裝配圖

圖9 側輪工程圖

2.4 SolidWorks軟件對外接口

金屬結構設計只是水利工程設計中的一部分，對于水利工程中其余部分的設計，最常用的三維軟件是Bently公司開發Microstation軟件，其廣泛應用于各種工程設計，如大壩、橋梁的設計等，是水利行業的主流三維設計軟件。因此，為了更好地完成水利工程設計，發揮每款軟件各自的功能強項，將在Solid-Works軟件中的設計轉換到Microstation軟件中，形成完整的工程文件，需要Microstation可以識別并引用SolidWorks文件。

SolidWorks提供了多種文件保存格式，以便模型可以被其他三維軟件引用。通過實踐，最優方案是模型保存為（*.x_t）格式，可以完好無損地引用到Microstation軟件中，并可對其進行相應的編輯修改，從而完成整個工程設計。

3 結語

通過上面的分析和實例可以看出，SolidWorks是一款實用性很強的軟件。其功能強大，使用方便，命令齊全。本文所介紹的僅是SolidWorks軟件的部分功能，還有許多更強大的功能有待于在日常工作中去領悟和運用，使其更好地服務于設計工作。另外，SolidWorks軟件提供了二次開發功能，設計者可以針對自己的工作，開發出專門的命令，擴展所需的功能，提高軟件的使用效率。

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