三維建模在支架設計中的應用

三維建模工具已經越來越流行。因為它有很多與二維軟件相比的優點。就支架設計而言，

采用三維建模軟件來進行設計目前只是處于起步階段，近沒有真正地運用到具體的設計工

作當中。作為一個有益的嘗試,本文就三維建模工具在支架設計中需注意的幾個問題進行

了說明，并就如何實現支架運動仿真問題進行了闡述。

1solidford軟件的特性

三維建模軟件眾多，但價格大多比較昂貴,選擇何種軟件更符合企業的要求,使性價比達到

最佳，是設計人員在選用軟件時必須要考慮的問題。就目前市場上存在的各種三維建模軟

件來說，對于支架設計而言，選擇SolidWorks、CAXA等中低端軟件較為合理。這是基于以

下幾點考慮的：

(1)SolidWorks能夠勝任支架設計工作。其除了具備大多數三維建模軟件所具有的功能外,

還提供了獨有的FoaturoNorks(特征參數識別)技術,解決了不同CAD系統間在轉化模型時

無法識別特征的問題；具有自上而卜的全相關設計功能，使得設計效率更高。不足之處是曲

面造型功能不強。由于支架多是焊接結構件,不存在復雜的曲面,因而這個缺陷對于支架設

計工作兒乎沒有什么影響，

(2)價格較低。對于時下流行的各種三維設計軟件來說,SolidWorks價格較低一一其價格僅

為工作站相應軟件價格的1/4?1/5。

(3)提供了比較完備的接n功能，目前能夠和AutoCAD、有限元分析軟件ANSYS和Cosmos、

機構運動學分析軟件MotionWorks和VisualNastranDesktop、三維建模軟件Pro/E和

IiG以及產品數據管理(PredictDataVanagcr-PDM)等軟件實現無健兼容八

(4)易于掌握和操作。在眾多的三維建模工具當中，SolidWorks易學易用是眾所周知的。這

樣可以節省大量的學習費用和時間。

(5)具有簡體中文和英文兩種界面，同時還提供了AutoCAD模擬插件一一可以象在AutoCAD

環境下那樣去完成草圖制作(也可以將AutoCAD繪制的草圖直接調到SolidWorks中)?？?/p>

以輕松地實現軟件間無障礙過渡。

2在建模中，我們應該注意幾個問題

2.1繪制二維工程實例

草圖上最好不要繪制過渡圓角、倒角等非關鍵性信息、。這是因為三維繪圖軟件的草圖繪制

功能大多較弱，如果要象繪制二維工程視圖那樣繪制草圖，效率會很低,實踐證明也沒有這

個必要。再就是如果草圖過于精細,生成模型時會耗盡計算機資源，使得三維模型生成速度

很慢,有時簡直達到難以忍受的地步。這是由于實體模型是通過布爾運算生成的,草圖過于

復雜會導致運算工作量較大,耗費機時較多,實體模型的生成速度自然也就很慢。

2.2創建實體模型的前提

由手實體模型可以有多種不同的生成方法,采取何種方法更為合理、高效，需要有一個經驗

積累過程。一般來說,旋轉、掃描（sweeping）比拉伸生成的模型高效;排列、鏡向比逐個生

成快捷。就象制作圓柱模型，可以通過拉伸生成，也可以通過旋轉獲得。但旋轉生成模型的

速度會更快,生成的文件的體積也較小。對于復雜的零件,選擇合理的生成方法就顯得尤為

重要。因為選擇不正確的生成方法不但效率低,而且有些情況根本就不能生成實體模型。

因此設計人員在設計實體模型之前,必須要考慮好模型的生成方法和步驟。這就要求設計

人員要有較好的空間想像力和抽象思維能力，這也是三維建模同二維圖形繪制最大的天同

點之處。

2.3零件組合設計

自上而下（Top-Down）設計是針對傳統的自下而上的設計而言的。所謂自下而上的設計,是

先繪制零件圖，再由零件裝部件，然后用零件和部件總裝產品，這也是通常采用的設計力法。

而自上而下的設計是先設計總裝圖，然后拆部件和零件圖。由于在裝配體上直接設計H零

部件,這樣就從根本上避免了干涉現象的產生。同時當裝配體設計完畢,零部件也就生動生

成，自然就減少了工作量，提高了工作效率。特別是在新產品的開發和研制階段，這種設計

方法的優點是不言而喻的,

圖1是自上而下設計過程說明圖例。

二維視圖同三維模型具有互動性。所謂互動性，即如果修改了二維視圖，則三維零件圖、部

件圖和裝配圖都隨之修改，反之，如果三維零件圖、部件圖和裝配圖其中任何一個得到了

修改,則所有的其它的視圖（模型）也就自動發生相應的變化。

為了更能說明問題，下面在支架底座部件圖上設計前連桿模型，最后將前連桿模型分離出來

的具體圖例（圖2）。

如圖2所示,先在底座部件圖上直接繪制前連桿模型，當前連桿模型生成后,其零件圖乜就

自動生成了（繪制零件模型前必須為零件模型另命一文件名，這樣當零件模型建立后，除了

部件圖上有該零件，同時該零件模型也已自動地存儲到另外一個文件中）。當裝配模型生成

后，所有的零件模型也就生成了。這樣做的效率自然事半功倍。

要注意的是,用這種方法繪制圖形前必須要注意零件間的約束關系。正確的約束關系K但

使零件模型生成得快捷,而且修改起來也十分方便。

2.4支架模型的建立

創建三維模型，不僅僅是為了造型，更多的是為了今后使用方便一一如設計的修改和調整、

虛擬裝配、動力學分析、運動分析等。一般對于開發性設計來說，造型的近期目標就是為

了修改。具體到支架設計,由于每次設計所要求的支護強度各不相同，所設計的支架模型在

完成機構運動學FI標后,還要通過強度驗算同時確保支架總重量不超過一定數值,因此支架

模型只有在通過強度驗算合格和總重量不超標的情況下才能正式確定下來。也可以說在

設計時，修改零件模型是必不可少的。這就要求所創建的零件造型結構完整,尺寸和幾何約

束齊全、正確，以便在今后的零件設計過程中，隨時可以方便地對不合理的結構做出修改。

要明確零件造型的目的。在不影響零件的基本特征和受力的情況下，某些細小特征(如較小

的圓角和倒角)可以省略，還可以將有關部件直接繪成一個零件模型，減少模型存儲量以及

縮短模型生成時間，從而提高了工作效率。對此設計人員必須有一個正確的認識。

2.5在安裝過程中，應注意幾個問題

總的來說,裝配過程是較為簡單的。但是還是要注意幾個問題。

(1)簡化立柱、千斤頂的裝配

由于現有的很多軟件很難識別柱窩和立柱缸體底部圓球面的配合關系，所以裝配過程比較

復雜,有時甚至沒法裝配。有一個解決方法就是將立柱簡化成圖3所示的較點(joint),這

樣還有一個優點就是在進行動力學分析(dynamic)和運動學分析(kinematic)時比較方便

(簡化成轉動副)。還有就是立柱以及各種千斤頂的活塞和缸體最好在總裝圖中裝配,不要

先裝配成一個部件,然后調入到總裝圖當中。如果先裝配成部件,在進行運動分析時,軟件

很難識別其約束關系,而將立柱和千斤頂視為一個整體。

(2)將民間職能作模型進行渲染

對于銷軸等聯接件應盡量先裝配到部件圖當中，然后作為一個部件調到總裝圖中，這樣易于

進行動力學分析。如圖4所示的底座部件圖那樣,先將銷軸裝配到底座部件圖當中，然后將

底座部件圖調入到總裝圖中。

為了使實體模型有逼真的效果,可以通過PhotoWorks來對模型進行渲染，以達到逼真的效

果。另外也可以將模型以IGS/IGE/IGES格式存儲，然后調到3dsmax下進行渲染。圖5

是三維建模軟件所設計的支架三維實體模型。

2.6仿真中的應用

必須指出的是，目前現有的三維建模工具僅僅是完成模型制作，并不能實現運動仿真以及完

成動力學分析。要想實現上述兩個功能，必須要選用相應的軟件或模塊。具體到

SolidWorks,能夠同其實現無縫兼容的運動仿真軟件有MotionWorks、SimpleMotion、

DynamicDesigner/Motion^VisualNastranDesktop等。

這里將就支架實現運動仿真可能會出現問題的地方進行有關說明。IT前運動仿真軟件能夠

自動識別大多數約束關系(也可以手工加上約束關系)，但是個別地方還是需要調整的。具

體到支架，需要調整的地方主要是立柱和千斤頂。首先要注意裝配順序。對于立柱、二斤

頂來說，最好將柱塞和缸體放到總裝圖中來進行裝配,這樣做的目的是為了讓系統自動識別

其約束關系，從而將其識別成為移動副(cylindricaljoint)。如果先將立柱組裝成部件圖,

然后再將部件圖調入到總裝圖中，則系統大多不會識別柱塞和缸體的約束關系,這時需要手

工加上約束關系。還有就是將系統識別錯誤的運動副改為正確的運動副，這種情況大多數

會發生在銷軸處。一般來說,系統更多的時候將銷軸的約束關系識別成移動副,這時需要將

更改為轉動副(revolutionjoint)即可。

所有的約束:關系都無誤,加上動力系統就可以進行運動仿真了。圖6為支架加上約束時的

狀態。

2.7維工程實例

目前設計、生產、制造、加工等部門最終都是以二維工程視圖為依據來對機械產品進行描

述。因而三維實體模型在完成動力學分析、運動仿真后最終還要生成二維工程視圖。一般

來說，二維工程圖是由三維建模軟件自動生成的,但也有幾個問題需要注意。

(1)必須調整和修改圖紙所刻的尺寸

由于尺寸標注是由三維建模軟件自動生成，個別地方還要加以調整和修改，以符合國標要求。

(2)零件需要作剖視圖、局部剖視

由于三維軟件只自動生成3個主視圖，為求信息表達的完整性,對于某曲零件還要視情況加

上剖視圖、局部剖視圖以及局部放大圖。于設計人員需要做的工作就是決定在什么位置加

上剖視圖、局部放大圖，然后讓三維軟件生成所需視圖。

(3)開目cd的開目

目前對于二維圖形的繪制、打Efl較理想的環境是AutoCAD和國內的開目CAD。由于

SolidWorks能夠以dwg格式存儲二維圖形文件,這樣在完成上述幾項工作后，只需要將工

程圖以擴展名為dwg格式存儲,然后在AutoCAD環境下調用該文件就行了。

3建立三維建模設計軟件