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SolidWorks在产品一体化设计中的应用一

发布时间:2022年04月28日    点击:[1]人次

SolidWorks在产品一体化设计中的应用(一)

本文以某型号产品的设计过程为例说明SolidWorks在一体化设计中的应用。这里要求设计者要对所使用的SolidWorks软件本身功能有深入的了解,这样才可以最大程度地将其功能使用出来,并发挥出三维软件的优势,以实现真正意义上的计算机辅助设计。

一、前言

在整个产品设计过程中采用了三维设计软件SolidWorks 2004,从方案设计到零件和装配体建模,再到工程图的出图,以及之后进行的方案修改和复核复算,运用到了SolidWorks 2004许多高级功能和丰富的插件,采用了同一个三维实体模型即最终方案设计模型来完成设计目的,确保了设计的精确性。由于产品的设计过程中没有使用多数设计人员普遍使用的AutoCAD进行二维出图的方法,而是直接由三维模型转为二维图,克服了产品限制条件苛刻、设计周期短、总体参数变动较大、继承性少及技术储备不足等诸多困难,利用软件所具有的参数化功能方便了设计修改,大大缩短了设计时间,提高了设计效率和设计质量,较好地完成了研制设计任务。

二、产品的一体化设计

1.方案设计

1)自顶向下的设计技术

在产品设计初期,设计依据是任务书中的一些相关参数。由于产品的相关参数变动较大,无法完全继承传统的产品结构,需要重新设计产品结构。对于这样变动较大的结构设计,如采用传统的设计方法,即先设计零件再组装成装配体的话,将花费大量的时间,设计周期无法满足。由此采用“自顶向下”的设计方法。首先确定任务书给定的相关参数为产品的主要参数化尺寸,进行整体草图布局,采用特征建模方式直接建立起产品的整体结构,以达到宏观控制设计的目的,此时产品整体结构是一个零件而不是装配体。这样做的好处在于它可以很方便地进行结构分析计算和方案修改,这种建模方法主要适用于材料基本相同,继承性比较少的新产品设计。

对于方案设计时的零件建模,需要注意的是各个特征之间的尺寸标注尽量相互无关(特征之间是关联的除外),避免在方案修改时,由于特征或者尺寸的修改导致整体建模的失败。

2)结构有限元分析

当产品的初步结构建立起来以后,必须对产品进行结构分析,以确保产品满足强度要求。如采用传统的计算方法,计算过程复杂且结果简单,不能完整反映产品实际的受力状况。由此采用SolidWorks 2004的插件COSMOSWorks 2004进行有限元分析,它的操作菜单集成在SolidWorks 2004软件中,功能齐全,分析过程快捷、简单,无须进行模型转换即可进行受力分析,极大地缩短了分析时间,在产品的方案设计中,对产品的结构修改均参考有限元分析的结果进行,在对产品进行了上百次的结构修改和有限元分析后,基本确定产品结构。

3)优化设计

该产品同以往产品相比,该产品要求的承载大了很多,整体采用悬臂结构,而所要求的产品重量、外形尺寸都没有相应加大,由此决定了产品必须在满足强度要求的前提下进行优化设计,最大程度地减轻重量,满足任务要求。

该产品结构件众多、复杂,尺寸较大,相关参数众多,如对整体结构尺寸进行优化,将花费大量时间,且硬件设备不足,无法支撑优化设计时消耗的资源,因此只对关键结构的关键尺寸进行优化设计。

优化设计采用的是COSMOSWorks 2004中的优化设计功能。主要是对产品的悬臂结构进行优化。如图1所示,取下支撑管到悬臂的距离L2、L3和斜拉杆L1的距离为优化参数,悬臂到回转轴距离L,悬拉臂的高度H,加载力F均为定值,约束点A、B位置不变, 取整体应力最小值为优化目标,目标差值在5%内即停止运算。为减少计算时间和计算量,对模型进行了一些简化和缩比。

在对产品进行完方案设计后,即可转入技术设计。由于大量的前期工作均在方案设计阶段就已经完成,后面的设计就相对简单和快捷。

图1 优化设计参数原理图

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