基于SolidWorks的打捆裝置建模與裝配

李靜松

摘要：為了加快打捆裝置研發效率，基于SolidWorks軟件平臺，選取打捆機作為建模對象，對打捆機各零部件進行詳細的建模過程分析與裝配。該模型較為直觀地表達了打捆機各零部件的結構原理及裝配方法，可為縮短研發周期及后續研究提供參考價值。

關鍵詞：打捆；SolidWorks；建模；裝配

中圖分類號：S225.92? ? 文獻標識碼：A? ? 文章編號：1674-1161（2023）06-0053-04

目前，打捆機在農業和工業領域的研究需求和研究意義日益凸顯。在農業方面，打捆機的研究可提高農產品的包裝效率、改善包裝質量和增強安全性[1]，從而進一步推動農業現代化；在工業方面，打捆機的研究可提高工業產品的運輸效率、優化物品保護和防護[2]，以此來促進工業生產的可持續發展。通過對打捆機技術和應用的不斷攻關，可以推動農業和工業的發展，提高生產效率、產品質量和資源利用效率。

SolidWorks是法國達索系統子公司推出的一款強大的計算機輔助設計與工程分析軟件，具有先進的建模和仿真功能，可為工程師和設計師提供一個高效、精確的設計平臺[3]。該軟件自1995年問世以來，以其優異的性能、易用性和創新性[4]，極大地提高了機械設計的效率。在打捆機的設計過程中，使用SolidWorks進行建模能夠將設計理念轉化為可視化的三維模型，這樣的建模過程可以更好地了解打捆機的結構、尺寸和功能，并且可以進行多方面的設計優化[5]。研究使用的SolidWorks軟件對打捆機的夾持機構、纏繞機構、擺桿滑塊機構、送帶切割裝置、物料承載運輸裝置和收集箱6個部分進行建模和虛擬裝配。下面將詳細介紹打捆機各部件的三維建模及裝配過程。

1 夾持機構三維建模

夾持機構由夾持爪、兩段連接桿、兩個連接桿座構成。夾持爪具體建模過程如下：夾持爪按照兩部分組合的方式分別創建實體。先繪制弧形夾持爪草圖，再繪制夾持爪長桿的草圖，通過凸臺拉伸命令生成實體，并在長桿側面上繪制孔；通過拉伸切除形成圓形孔，最后將兩部分合成夾持爪，完成建模。連接桿具體建模過程如下：分別繪制兩段連接桿草圖。短連接桿先通過凸臺拉伸生成實體，再通過拉伸切除生成空心短桿；長連接桿通過兩段凸臺拉伸直接生成，最后分別在兩連接桿一段側邊繪制一個圓形草圖，通過拉伸切除生成圓形孔，完成連接桿建模。連接桿座具體建模過程如下：繪制連接桿底座矩形草圖，通過凸臺拉伸生成實體；在矩形底座側邊繪制草圖，通過凸臺拉伸生成連接架；選中鏡像實體，以矩形底座為鏡像軸、連接架為實體，實現鏡像，完成連接桿座的建模。夾持機構實體如圖1所示。

2 纏繞機構三維建模

纏繞機構由固定塊、移動塊組成。移動塊具體建模過程如下：繪制移動塊輪廓草圖，通過凸臺拉伸命令生成實體；在實體一側繪制圓形槽草圖，通過拉伸切除命令生成圓形槽，完成移動塊的建模。固定塊的三維建模過程如下：繪制固定塊輪廓草圖，通過凸臺拉伸命令生成實體；分別在固定塊3個連接處繪制圓形草圖，通過拉伸切除命令生成圓形孔；選擇倒角指令，選中3個連接處一側的邊線，添加倒角，完成固定塊的建模。移動塊實體如圖2所示，固定塊實體如圖3所示。

3 擺桿滑塊機構三維建模

擺桿滑塊機構由凹槽底座、兩段曲柄、滑塊、小輪組成。兩段曲柄的具體建模過程如下：分別繪制兩輪廓草圖，通過凸臺拉伸生成實體；在兩實體表面繪制兩個圓形草圖，通過拉伸切除生成圓形孔，完成建模。小輪具體建模過程如下：繪制圓環草圖，通過凸臺拉伸生成小輪實體，完成建模。滑塊具體建模過程如下：繪制矩形草圖，通過凸臺拉伸生成實體；在實體短邊側表面繪制圓形草圖，通過凸臺拉伸生成圓柱體；在實體長邊側面繪制輪廓草圖，通過凸臺拉伸生成實體；在實體表面繪制圓形草圖，通過拉伸切除生成圓孔，完成建模。凹槽底座的建模過程如下：繪制矩形草圖，通過凸臺拉伸生成實體；在上表面繼續繪制矩形草圖，通過凸臺拉伸生成實體；在實體側面繪制輪廓草圖，通過凸臺拉伸生成實體；在側面繪制圓形草圖，通過拉伸切除生成圓形孔；選擇鏡像命令，以矩形實體上表面中線為鏡像面、上一步生成的實體為鏡像特征，生成鏡像，完成建模。滑塊建模如4所示，擺桿滑塊機構建模如圖5所示。

4 送帶切割裝置三維建模

送帶切割裝置由帶輪、小輪、棘輪、割刀、彈簧，安裝板6部分組成。帶輪、小輪具體三維建模過程如下：分別繪制兩輪結構草圖，通過凸臺拉伸生成帶輪和小輪，完成建模。棘輪具體三維建模過程如下：繪制棘輪草圖，通過凸臺拉伸生成實體；在圓形弧面上新建一個與之相切的基準面，在該基準面上繪制棘爪草圖，選擇凸臺拉伸命令；選擇兩個方向，靠近弧面的一側選擇成型到下一面，另一側設定拉伸長度，完成一個棘爪的建模；選擇圓周陣列，以棘輪邊線為方向、棘爪為特征對象，實現陣列，完成棘輪建模。割刀具體三維建模過程如下：繪制割刀輪廓草圖，通過凸臺拉伸生成實體；在實體表面繪制圓形孔草圖，通過拉伸切除生成圓形孔；以割刀表面為基準面，繪制用于連接彈簧的三角形草圖，通過凸臺拉伸生成實體；在實體表面繪制圓形草圖，通過拉伸切除生成圓形孔，完成建模。應在割刀前段繪制刀刃草圖，并通過凸臺拉伸命令生成實體，完成刀刃繪制。彈簧選用E0094-016-0750-M型號。安裝板的具體三維建模過程如下：繪制安裝板輪廓草圖，通過凸臺拉伸命令生成安裝板；在板面上需要開孔的位置繪制圓形草圖，通過拉伸切除生成圓形孔，完成建模。送帶切割裝置如圖6所示。

5 物料承載運輸裝置三維建模

物料承載運輸裝置的具體建模過程如下：先繪制圓形草圖，通過凸臺拉伸生成實體；在圓柱上底面繪制圓形草圖，通過拉伸切除生成圓孔；在圓形弧面上新建一個與之相切的基準面，在該基準面上繪制草圖，選擇凸臺拉伸命令；選擇兩個方向，靠近弧面的一側選擇成型到下一面，另一側設定拉伸長度，完成一個擋板的建模；選擇圓周陣列，以圓柱滾筒邊線為方向、擋板為特征對象，實現陣列；在圓柱滾筒前段繪制倒角，后端繪制圓形草圖，通過凸臺拉伸生成圓形擋板，完成建模。物料承載運輸裝置如圖7所示。

6 收集箱三維建模

收集箱的具體建模過程如下：繪制矩形草圖，通過凸臺拉伸生成實體；選擇抽殼命令，添加參數和厚度，完成抽殼；選擇側邊擋板為基準面，繪制圓弧草圖；選擇拉伸切除指令，勾選完全貫穿，切除兩側板多余部分；以收集箱前擋板外側面為基準面，繪制矩形草圖，通過拉伸切除多余部分；以前擋板內側面為基準面，繪制矩形草圖，通過凸臺拉伸命令，在收集箱內部生成一個矩形臺；在矩形臺側邊，繪制一個三角形草圖，通過拉伸切除命令，切掉矩形臺多余部分，得到一個梯形臺，完成建模。收集箱建模如圖8所示。

7 打捆機的虛擬裝配

虛擬裝配是虛擬產品開發的重要步驟[6]。采用虛擬裝配技術，可在設計階段檢驗產品各零件之間的配合關系與可裝配性，從而保證裝配設計的正確性[7]。在SolidWorks的裝配體設計中，提供了自下而上、自上而下或兩種方法結合的裝配方法[8]。研究采用自下而上的方法來進行虛擬裝配和干涉檢查。由于打捆機零部件較多，且裝配關系復雜，在一個裝配圖內完成裝配較為困難，所以采用組合裝配的方法。先將各裝置分別完成裝配，再按順序導入到總裝配圖中，這樣的方法既方便裝配，還便于檢查和修改零件尺寸[9]。打捆機具體裝配流程如下。

7.1 夾持機構裝配

新建裝配體，選擇導入零部件，依次導入夾持爪、小連接桿座、長連接桿、短連接桿、大連接桿座；夾持爪與小連接桿座之間添加重合、距離配合關系；小連接桿座與長連接桿之間添加同軸、重合配合關系；長連接桿和短連接桿之間添加同軸、距離配合關系；短連接桿和大連接桿座之間添加同軸、重合配合關系；大連接桿座與夾持爪之間添加平行配合關系，完成裝配。

7.2 纏繞機構裝配

新建裝配體，選擇導入零部件，依次導入固定塊和移動塊，添加同軸、平行配合關系，完成裝配。

7.3 送帶切割裝置裝配

新建裝配體，選擇導入零部件，依次導入安裝板、帶輪、小輪、棘輪、割刀、彈簧，分別把帶輪、小輪、棘輪、割刀移動到安裝板對應的圓形孔附近，添加同軸和距離配合關系，再將彈簧移動到指定位置，最后用銷軸固定各零件，完成裝配。

7.4 擺桿滑塊機構裝配

新建裝配體，選擇導入零部件，依次導入凹槽底座、兩段曲柄、滑塊、小輪；底座與一段曲柄之間添加同軸、重合配合關系；曲柄與曲柄之間添加同軸、重合配合關系；第二段曲柄與滑塊之前添加同軸、重合配合關系；滑塊與底座之間添加平行、重合、限制距離配合關系；滑塊與小輪之間添加同軸、配合配合關系；同銷軸固定各零件，完成裝配。

7.5 打捆機總裝配

新建裝配體，選擇導入零部件，先導入機架、物料承載運輸裝置、主軸，三者之間添加同軸、距離配合關系；再導入收集箱，與物料承載運輸裝置之間添加重合、距離配合關系；接著導入送帶切割裝置，與機架對應的圓孔位置添加同軸心、重合配合關系，并用螺栓固定；再導入擺桿滑塊機構和電機箱，添加重合配合關系；接著導入纏繞機構、夾持機構和擋針，纏繞機構與電極之間添加同軸心、重合配合關系，與擋針之間添加同軸、重合配合關系，與夾持機構之間添加同軸心、重合、距離配合關系；最后導入鏈輪、鏈條、電機并進行相應配合。完成裝配后，通過干涉檢查命令來對打捆機裝配體進行干涉檢查，發現存在的問題并及時修正，從而確保打捆機各零部件的安裝位置準確、無沖突。打捆機總裝配圖如圖9所示。

8 結論

研究中使用SolidWorks 軟件進行了打捆機的三維建模和虛擬裝配。SolidWorks三維建模是一種高效且強大的工具，能夠將設計轉化為接近實物的三維模型。通過SolidWorks的建模功能，可以快速準確地創建各種零件和裝配體，并對其進行修改和優化。采用三維建模可視化的方式，可以更加直觀地理解機器的外觀和結構，從而提高設計決策的準確性。SolidWorks的裝配功能使得多個零部件的裝配工作變得更加高效和準確。通過定義零部件之間的關系和約束，可以實現零部件的精確組裝，并保證裝配體的正確性和穩定性。在裝配的過程中，通過干涉檢測功能來分析零部件之間的干涉情況，及時發現潛在的問題并及時改正，可避免在后續制造和使用過程中可能出現的困擾，從而提高產品可靠性、節約制造成本。隨著SolidWorks技術的不斷發展和推廣應用，它將繼續為工程設計和制造領域帶來更多的便利和價值。

參考文獻

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Modeling and Assembly of Binding Devices Based on SolidWorks

LI Jingsong

（Linfen Vocational Technical College， Linfen Shanxi 041000， China）

Abstract：? ?In order to speed up the efficiency of binding device development， based on SolidWorks software platform， the binding machine is selected as the modeling object. The detailed modeling process analysis and assembly of each part of the binding machine are carried out. The model intuitively expresses the structural principle and assembly method of each component of the binding machine， which can provide reference value for shortening R&D cycle and follow-up research.

Key words：binding; SolidWorks; modeling; assembly