基于Solid Edge的機(jī)械零件三維參數(shù)化設(shè)計(jì)分析

楊程建 張家洪 趙文興 喬一波 徐 斌

浙江萬(wàn)享科技股份有限公司 浙江 長(zhǎng)興 313100

前言:作為機(jī)器設(shè)計(jì)與制造的關(guān)鍵環(huán)節(jié),機(jī)械零件的設(shè)計(jì)向來(lái)受到重視,由于涉及的方面較多,相關(guān)設(shè)計(jì)向來(lái)復(fù)雜而繁瑣。而對(duì)于擁有機(jī)械設(shè)計(jì)專用模塊的Solid?Edge軟件來(lái)說(shuō),其在機(jī)械零件設(shè)計(jì)中的應(yīng)用價(jià)值較高,且能夠?qū)崿F(xiàn)三維參數(shù)化設(shè)計(jì),如何科學(xué)應(yīng)用該軟件進(jìn)行機(jī)械零件設(shè)計(jì)正是本文研究的關(guān)鍵所在。

1 機(jī)械零件三維參數(shù)化設(shè)計(jì)路徑

1.1 基本路徑 在機(jī)械零件三維參數(shù)化設(shè)計(jì)實(shí)踐中,Solid?Edge軟件的應(yīng)用需從軟件的工程手冊(cè)入手,該手冊(cè)包含機(jī)械工程準(zhǔn)則與知識(shí)等機(jī)械設(shè)計(jì)理論,擁有模型自動(dòng)生成功能和標(biāo)準(zhǔn)數(shù)學(xué)方程計(jì)算功能,可實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)計(jì)人員意圖的快速、精確、智能捕捉,機(jī)械零件的設(shè)計(jì)、校驗(yàn)、選擇能夠在工程手冊(cè)支持下快速完成,機(jī)械零件三維參數(shù)化設(shè)計(jì)目的能夠最終達(dá)成。工程手冊(cè)能夠提供直梁、滾動(dòng)軸求、高速齒輪、節(jié)點(diǎn)、頂針點(diǎn)、軸承、彈簧、皮帶、受壓節(jié)點(diǎn)、鍵槽、受拉彈簧、軸、螺旋彈簧、焊接節(jié)點(diǎn)、等零件的計(jì)算,基于實(shí)際需要,設(shè)計(jì)人員能夠?qū)崿F(xiàn)組件類型的快速選擇,計(jì)算與強(qiáng)度校驗(yàn)也能夠圍繞組件快速開(kāi)展。通過(guò)提供人性化且方便的操作界面,工程手冊(cè)應(yīng)用中設(shè)計(jì)人員可實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)參數(shù)的快捷填入,計(jì)算結(jié)果能夠通過(guò)軟件快速輸出,機(jī)械零件的參數(shù)化三維模型也能夠隨之形成。在裝配環(huán)境下,設(shè)計(jì)人員可靈活修改、編輯組件設(shè)計(jì),設(shè)計(jì)效率自然能夠大幅提升[1]。

1.2 具體設(shè)計(jì) 在具體的工程手冊(cè)應(yīng)用中,機(jī)械零件三維參數(shù)化設(shè)計(jì)可細(xì)分為六個(gè)步驟:第一,確定工作條件并進(jìn)行受力分析。在開(kāi)展機(jī)械零件三維參數(shù)化設(shè)計(jì)前,需明確機(jī)械零件的受力情況和工作條件,如需要進(jìn)行小齒輪高速軸的設(shè)計(jì),需明確齒輪的寬度、轉(zhuǎn)速、傳遞功率、傳遞轉(zhuǎn)矩、大齒輪對(duì)其的作用力、帶輪對(duì)其作用力、軸向力、徑向力、軸向力引起的附加轉(zhuǎn)矩等參數(shù);第二,初步設(shè)計(jì)?；跈C(jī)械零件的受力情況和工作情況,初步設(shè)計(jì)需結(jié)合人工設(shè)計(jì)開(kāi)展,如小齒輪高速軸上零件設(shè)計(jì)需參照減速箱傳動(dòng)方案的具體布局,以此開(kāi)展針對(duì)性的輸入軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),軸的材料選擇、鍵槽對(duì)軸強(qiáng)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(shù)設(shè)置?；赟olid?Edge軟件工程手冊(cè)涉及的零件設(shè)計(jì)器,零件初步設(shè)計(jì)模型能夠快速建立,同時(shí)能夠?qū)Σ牧?、支承、載荷等參數(shù)開(kāi)展針對(duì)性設(shè)置,如依托工程手冊(cè)的軸設(shè)計(jì)器功能,各段軸的尺寸參數(shù)及類型可針對(duì)性設(shè)置,包括剛器性模量、彈性模量及密度的軸材料特性設(shè)計(jì)也需要同時(shí)完成;第四,輸出計(jì)算。Solid?Edge軟件工程手冊(cè)還能夠提供相關(guān)計(jì)算結(jié)果信息,通過(guò)查看或分析軟件輸出的結(jié)果,即可開(kāi)展針對(duì)性的機(jī)械零件三維參數(shù)化設(shè)計(jì),如結(jié)合撓度、轉(zhuǎn)角、剪切應(yīng)力、彎曲應(yīng)力、支反力、彎矩等計(jì)算結(jié)果;第五,零件校驗(yàn)。Solid?Edge軟件工程手冊(cè)能夠基于輸出結(jié)果開(kāi)展零件的剛度和強(qiáng)度校驗(yàn),并輸出“未通過(guò)”或“通過(guò)”的校驗(yàn)結(jié)果?；谛ｒ?yàn)結(jié)果,設(shè)計(jì)人員可開(kāi)展針對(duì)性的人工驗(yàn)證。如對(duì)于機(jī)械零件三維參數(shù)化設(shè)計(jì)中涉及的危險(xiǎn)截面,可針對(duì)性開(kāi)展強(qiáng)度校驗(yàn),采用第三強(qiáng)度理論,設(shè)計(jì)即可更好獲得依據(jù);第六,三維參數(shù)化模型生成。如零件滿足剛度和強(qiáng)度要求,零件三維模型能夠基于計(jì)算結(jié)果參數(shù)由Solid?Edge軟件工程手冊(cè)自動(dòng)生成,零件的修改、編輯及模型更新可針對(duì)性開(kāi)展[2]。

2 實(shí)例分析

以管片式換熱器中叉排式為例,基于Solid?Edge軟件的機(jī)械零件三維參數(shù)化設(shè)計(jì)可細(xì)分為五個(gè)步驟,包括圖形建模、模型庫(kù)、連接VB程序、模型驅(qū)動(dòng)、完成裝配。具體設(shè)計(jì)需首先分析管片式換熱器的尺寸和結(jié)構(gòu),隨后分析各個(gè)零部件參數(shù),基于機(jī)械零件三維參數(shù)化設(shè)計(jì)要求,針對(duì)性建立各零件的參數(shù)模型并在模型庫(kù)中存儲(chǔ),具體涉及小彎頭、長(zhǎng)U形管、翅片。以翅片參數(shù)的設(shè)置為例,迎風(fēng)面管排數(shù)、銅片厚度、銅管直徑、管排數(shù)分別設(shè)置為10mm、0.2mm、10mm、3mm,排間距、管間距、翅片間距、單根有效管長(zhǎng)分別設(shè)置為22mm、25mm、2.2mm、200mm。在連接和啟動(dòng)Solid?Edge軟件過(guò)程中,可基于需要對(duì)Solid?Edge軟件進(jìn)行二次開(kāi)發(fā),依托VB語(yǔ)言,應(yīng)結(jié)合作為用戶端主控模塊的三維設(shè)計(jì)應(yīng)用程序控制Solid?Edge軟件的進(jìn)入和退出,由此即可順利生成翅片、生成銅管與彎頭,并開(kāi)展針對(duì)性裝配。在具體的裝配環(huán)節(jié),需基于單獨(dú)零件建立的關(guān)系和內(nèi)部的變量設(shè)置設(shè)計(jì)系列化零件,部件級(jí)或產(chǎn)品級(jí)變量化設(shè)計(jì)在工程實(shí)踐中更多,因此Solid?Edge軟件需要提供變量化設(shè)計(jì)功能,依托裝配模型,基于“同級(jí)變量”功能和軟件提供的裝配環(huán)境,變量設(shè)計(jì)工作可在裝配級(jí)非常簡(jiǎn)單的完成。變量化的裝配模型設(shè)計(jì)屬于基于Solid?Edge軟件的機(jī)械零件三維參數(shù)化設(shè)計(jì)新方向,基于零件的關(guān)鍵變量進(jìn)行裝配,并對(duì)其他零件變量開(kāi)展驅(qū)動(dòng),關(guān)聯(lián)變化的零件間尺寸即可實(shí)現(xiàn)不同形式的機(jī)械零件三維參數(shù)化設(shè)計(jì),如本文設(shè)計(jì)的翅片出現(xiàn)孔直徑變化,U形管和彎頭受到影響會(huì)出現(xiàn)相應(yīng)變化,相關(guān)設(shè)計(jì)自然能夠高效高質(zhì)開(kāi)展,基于Solid?Edge軟件的機(jī)械零件三維參數(shù)化設(shè)計(jì)實(shí)用性也能夠得到證明。

結(jié)論

綜上所述,基于Solid?Edge的機(jī)械零件三維參數(shù)化設(shè)計(jì)具備較高實(shí)用性。在此基礎(chǔ)上,本文涉及的圖形建模、模型庫(kù)、連接VB程序、模型驅(qū)動(dòng)、完成裝配等內(nèi)容,則提供了可行性較高的機(jī)械零件三維參數(shù)化設(shè)計(jì)路徑。為更好應(yīng)用Solid?Edge軟件,工程手冊(cè)的科學(xué)應(yīng)用、設(shè)計(jì)過(guò)程中零件的分析優(yōu)化同樣需要得到重視。