基于SolidEdge實現自頂向下設計的應用與分析

鄭士成，蘭宇飛

（天津職業大學 機電工程學院，天津 300410）

基于SolidEdge實現自頂向下設計的應用與分析

鄭士成，蘭宇飛

（天津職業大學 機電工程學院，天津 300410）

基于SolidEdge原位創建功能，以邊防電動巡邏小車為例，采用自頂向下設計的方式對設計的過程進行描述，并總結應用SolidEdge原位創建功能的優缺點。

SolidEdge；原位創建；自頂向下設計

新產品的設計開發是一個復雜的實現過程，需要把產品市場需求轉換成產品功能要求，并將其映像成幾何結構的過程。要實現該目標，首先要對產品的功能要求進行分析，先規劃出初步方案，獲得產品的功能概念模型，再對功能概念模型進行分析，設計計算，確定每個設計參數，將概念模型映像成裝配體模型，通過裝配體模型傳遞設計信息，在此裝配體模型的統一控制下，并行地完成各子裝配體及零部件的詳細設計，即要經過概念設計、功能結構設計、產品詳細設計及產品分析等階段，是一自頂向下的設計過程。

1 SolidEdge實現自頂向下設計的基礎

SolidEdge是Siemens PLM Software公司旗下的三維CAD軟件。采用Siemens PLM Software公司自己擁有專利的Parasolid作為軟件核心，將普及型CAD系統與世界上最具領先地位的實體造型引擎結合在一起，是基于Windows平臺、功能強大且易用的三維CAD軟件。其在裝配環境下有一個原位創建功能，就是在裝配環境中完成與已裝配零件相關的零件的設計，有利于更好的掌握其與相關零件之間的配合關聯關系，使其具有更好的功能性和相關性。現以邊防電動巡邏小車結構設計為例對應用SolidEdge原位創建功能實現自頂向下設計進行分析，對其優缺點給予評價。

2 邊防電動巡邏小車設計過程

根據工況條件及設計理念，在裝配環境下，設置基準約束，搭建產品框架，將產品控制在設計意圖范圍內。在此基礎上，逐步完成設計內容。

2.1 利用零件創建功能完成支撐輪輪轂設計。

首先在零件創建環境中，創建一個骨架零件。該零件應是能夠反映設計意圖，但可以不是裝配基礎零件，可以是確定尺寸的某一部件的基礎零件。若不能完全確定尺寸，可以根據設計要求或設計條件及強度要求等約束條件，再后期進行修改。在設計中盡量將已知條件明確，并賦予零件材質等物理特性，為后期進行分析計算和運動仿真等創造條件。在邊防充電巡邏小車的結構設計中，就是以支撐輪輪轂做為設計骨架零件。

2.2 利用原位創建功能完成支撐輪部件中其他零件的設計

在裝配環境中利用坐標系定位的方式，裝配支撐輪輪轂。利用支撐輪轂做原位創建，完成膠輪和支撐軸，支撐連板的設計，如此就完成了支撐輪部件中主要零件的設計。

完成部件中主要零件的設計后，可以根據工況條件對支撐輪轂、支撐軸和支撐連板進行強度校核和標準化修改。若強度校核后，需要對其中的某個零件進行尺寸修改，可以選擇該零件雙擊鼠標左鍵進入零件編輯狀態，在此基礎上進行零件的修改。完成后，在文件菜單下選擇保存并返回，可以回到裝配狀態，從而達到快速修改零件的目的。并且其他零件在設計中若參照了被修改零件，則其設計參數也跟隨被修改零件參數改變。此為采用自頂向下設計的優勢之一。

2.3 添加標準件并對零件進行必要的修改

在完成主要零件設計后，需要將軸承、螺栓、螺母、墊圈等標準零件添加到設計中，在此過程前需要對將要裝配的標準件的類型，數量，尺寸參數等進行選擇。此為機械設計中必要的環節，可以根據設計需要進行選擇。如在邊防巡邏小車的設計中，需要考慮其戶外應用，行走于非鋪裝路面，并需要一定的涉水能力。可在軸承選擇上選擇帶密封圈的，螺栓、螺母采用不銹鋼材質。在規格和數量上要根據強度需要進行設計。在標準零件選擇完成后，可以根據標準零件裝配的需要，再次對設計零件進行標準化修改，和添加螺紋孔、過孔、軸承臺階、軸用或孔用擋圈槽等容納標準件的結構。整體部件完成后，可對各零件進行再次校核確定參數的正確。

2.4 根據整體尺寸要求對完成的部件進行陣列，完成連接桿和支撐主軸的設計

在裝配環境下，根據工況及承載需求綜合分析支撐輪的跨距及軸距，對支撐輪進行陣列。再利用原位創建功能完成連接桿和支承主軸設計，再重復上面的強度校核，標準件選擇，對零件進行修改，再次校核等步驟。（如圖1所示）

圖1 完成支撐結構設計

2.5 完成張緊輪系、主動輪系、主墻板和上支撐板等零部件的設計

在充分考慮設計要求和規范的情況下，循環操作以上步驟，邊設計，邊校核，邊選擇標準件，即可完成整個系統的結構設計步驟。在完成結構設計后，可以對零件的工藝性進行進行修改，如鈍圓半徑、倒角、拔模斜度等。最后對整個系統進行強度校核，校核無誤后即完成產品設計，如圖2所示。

圖2 完成其余結構設計

3 自頂向下設計的優點

（1）設計過程更符合設計規律，利用基準約束搭建產品的設計框架，再從骨架零件出發完成某一部件設計再逐步完成各部件設計，最終完成整體設計。從一開始就掌握系統的運行狀況，結合應用領域的具體要求，在設計過程中就調整方案，進行優化和折中取舍。（2）設計過程中以骨架零件為起點，逐步完成各零件設計，設計過程實時參照相關零件，對零件相關性和配合性有保障。（3）設計過程中對零件修改時，相關參照發生變化則相關零件參數也將隨參照變化而變化，避免了逐一修改造成的不便和忘記修改而產生錯誤。（4）在產品的中心層面上集中地建立重要的設計信息，設計師的思維面便于產品結構的優化。同時把零部件當成產品系統的零件來考慮，便于全新產品的開發和開展標準化模塊設計工作。

4 應用SolidEdge原位創建的缺點

（1）外部參照發生變化時例如參照點、線、面被刪除，參照零件名稱變化時，零件無法捕捉到參照會失效。（2）在利用其他零件參照時，不能參照其邊界直接繪制，需要對零件邊界進行投影操作，操作過程較復雜。（3）在采用原位創建進行零件設計后，零件與其他相關零件的裝配自由度全部限制，無法進行模擬運動仿真，需要在后期進行再裝配才能進行運動仿真。

5 結語

基于SolidEdge原位創建功能進行產品設計開發，有利于實現相關零件的功能性和相關性，邊設計邊繪制邊校核，有效縮短產品開發周期。基于頂層設計可以分組進行詳細設計，共享頂層參數，實現分工協作完成產品設計。

[1]劉文劍.產品自頂向下設計的研究現狀及發展方向.計算機集成制造系統-CIMS，2002,01.

[2]謝少波.基于參數化技術的產品自頂向下設計.武漢理工大學，2007,05,1.

[3]鄭紅，劉劍雄.基于SolidEdge的軋輥軸承座拆卸機造型設計.煤礦機械，2007,10,15.

[4]呂國林，褚學寧，等.自頂向下設計的多骨架建模方法.計算機輔助設計與圖形學報，2015,3,15.

[5]張帆,張友良.面向自頂向下設計的裝配模型研究[J]. 機械科學與技術， 2004(12).

[6]劉文劍,金天國.產品自頂向下設計的研究現狀及發展方向[J].計算機集成制造系統-CIMS，2002(1).

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1671-0711（2016）12（上）-0154-02