基于Solid Edge的機械零件三維參數化設計分析

楊程建 張家洪 趙文興 喬一波 徐 斌

浙江萬享科技股份有限公司 浙江 長興 313100

前言:作為機器設計與制造的關鍵環節,機械零件的設計向來受到重視,由于涉及的方面較多,相關設計向來復雜而繁瑣。而對于擁有機械設計專用模塊的Solid?Edge軟件來說,其在機械零件設計中的應用價值較高,且能夠實現三維參數化設計,如何科學應用該軟件進行機械零件設計正是本文研究的關鍵所在。

1 機械零件三維參數化設計路徑

1.1 基本路徑 在機械零件三維參數化設計實踐中,Solid?Edge軟件的應用需從軟件的工程手冊入手,該手冊包含機械工程準則與知識等機械設計理論,擁有模型自動生成功能和標準數學方程計算功能,可實現對設計人員意圖的快速、精確、智能捕捉,機械零件的設計、校驗、選擇能夠在工程手冊支持下快速完成,機械零件三維參數化設計目的能夠最終達成。工程手冊能夠提供直梁、滾動軸求、高速齒輪、節點、頂針點、軸承、彈簧、皮帶、受壓節點、鍵槽、受拉彈簧、軸、螺旋彈簧、焊接節點、等零件的計算,基于實際需要,設計人員能夠實現組件類型的快速選擇,計算與強度校驗也能夠圍繞組件快速開展。通過提供人性化且方便的操作界面,工程手冊應用中設計人員可實現設計參數的快捷填入,計算結果能夠通過軟件快速輸出,機械零件的參數化三維模型也能夠隨之形成。在裝配環境下,設計人員可靈活修改、編輯組件設計,設計效率自然能夠大幅提升[1]。

1.2 具體設計 在具體的工程手冊應用中,機械零件三維參數化設計可細分為六個步驟:第一,確定工作條件并進行受力分析。在開展機械零件三維參數化設計前,需明確機械零件的受力情況和工作條件,如需要進行小齒輪高速軸的設計,需明確齒輪的寬度、轉速、傳遞功率、傳遞轉矩、大齒輪對其的作用力、帶輪對其作用力、軸向力、徑向力、軸向力引起的附加轉矩等參數;第二,初步設計。基于機械零件的受力情況和工作情況,初步設計需結合人工設計開展,如小齒輪高速軸上零件設計需參照減速箱傳動方案的具體布局,以此開展針對性的輸入軸結構設計,軸的材料選擇、鍵槽對軸強度的削弱、軸尺寸的初步確定也需要逐步完成;第三,零件參數設置。基于Solid?Edge軟件工程手冊涉及的零件設計器,零件初步設計模型能夠快速建立,同時能夠對材料、支承、載荷等參數開展針對性設置,如依托工程手冊的軸設計器功能,各段軸的尺寸參數及類型可針對性設置,包括剛器性模量、彈性模量及密度的軸材料特性設計也需要同時完成;第四,輸出計算。Solid?Edge軟件工程手冊還能夠提供相關計算結果信息,通過查看或分析軟件輸出的結果,即可開展針對性的機械零件三維參數化設計,如結合撓度、轉角、剪切應力、彎曲應力、支反力、彎矩等計算結果;第五,零件校驗。Solid?Edge軟件工程手冊能夠基于輸出結果開展零件的剛度和強度校驗,并輸出“未通過”或“通過”的校驗結果。基于校驗結果,設計人員可開展針對性的人工驗證。如對于機械零件三維參數化設計中涉及的危險截面,可針對性開展強度校驗,采用第三強度理論,設計即可更好獲得依據;第六,三維參數化模型生成。如零件滿足剛度和強度要求,零件三維模型能夠基于計算結果參數由Solid?Edge軟件工程手冊自動生成,零件的修改、編輯及模型更新可針對性開展[2]。

2 實例分析

以管片式換熱器中叉排式為例,基于Solid?Edge軟件的機械零件三維參數化設計可細分為五個步驟,包括圖形建模、模型庫、連接VB程序、模型驅動、完成裝配。具體設計需首先分析管片式換熱器的尺寸和結構,隨后分析各個零部件參數,基于機械零件三維參數化設計要求,針對性建立各零件的參數模型并在模型庫中存儲,具體涉及小彎頭、長U形管、翅片。以翅片參數的設置為例,迎風面管排數、銅片厚度、銅管直徑、管排數分別設置為10mm、0.2mm、10mm、3mm,排間距、管間距、翅片間距、單根有效管長分別設置為22mm、25mm、2.2mm、200mm。在連接和啟動Solid?Edge軟件過程中,可基于需要對Solid?Edge軟件進行二次開發,依托VB語言,應結合作為用戶端主控模塊的三維設計應用程序控制Solid?Edge軟件的進入和退出,由此即可順利生成翅片、生成銅管與彎頭,并開展針對性裝配。在具體的裝配環節,需基于單獨零件建立的關系和內部的變量設置設計系列化零件,部件級或產品級變量化設計在工程實踐中更多,因此Solid?Edge軟件需要提供變量化設計功能,依托裝配模型,基于“同級變量”功能和軟件提供的裝配環境,變量設計工作可在裝配級非常簡單的完成。變量化的裝配模型設計屬于基于Solid?Edge軟件的機械零件三維參數化設計新方向,基于零件的關鍵變量進行裝配,并對其他零件變量開展驅動,關聯變化的零件間尺寸即可實現不同形式的機械零件三維參數化設計,如本文設計的翅片出現孔直徑變化,U形管和彎頭受到影響會出現相應變化,相關設計自然能夠高效高質開展,基于Solid?Edge軟件的機械零件三維參數化設計實用性也能夠得到證明。

結論

綜上所述,基于Solid?Edge的機械零件三維參數化設計具備較高實用性。在此基礎上,本文涉及的圖形建模、模型庫、連接VB程序、模型驅動、完成裝配等內容,則提供了可行性較高的機械零件三維參數化設計路徑。為更好應用Solid?Edge軟件,工程手冊的科學應用、設計過程中零件的分析優化同樣需要得到重視。