機(jī)械設(shè)計(jì)中三維設(shè)計(jì)軟件的應(yīng)用

1、282013年第18期（總第261期）NO.18.2013（CumulativetyNO.261）機(jī)械設(shè)計(jì)中三維設(shè)計(jì)軟件的應(yīng)用劉國(guó)利姜?jiǎng)紫槔盍辽|莞宏威數(shù)碼機(jī)械有限公司，廣東東莞523080）摘要：機(jī)械設(shè)計(jì)是根據(jù)使用要求對(duì)機(jī)械的工作原理、結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)方式、力和能量的傳遞方式、各個(gè)零件的材料和形狀尺寸、潤(rùn)滑方法等進(jìn)行構(gòu)思、分析和計(jì)算并將其轉(zhuǎn)化為具體的描述以作為制造依據(jù)的工作過程。運(yùn)用三維設(shè)計(jì)軟件，將零部件建立成三維模型進(jìn)行分析，使設(shè)計(jì)目標(biāo)

2、更立體化、更形象化、更直觀、更準(zhǔn)確地展現(xiàn)在人們面前，極大地提高了設(shè)計(jì)的效率和設(shè)計(jì)質(zhì)量。關(guān)鍵詞：機(jī)械設(shè)計(jì)；三維模型；SolidWks；有限元分析；優(yōu)化設(shè)計(jì)中圖分類號(hào)：TP391文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：10092374（2013）18002802在機(jī)械設(shè)計(jì)中，三維設(shè)計(jì)軟件的運(yùn)用，能夠使設(shè)計(jì)目標(biāo)以完全三維模型的形式展現(xiàn)，而設(shè)計(jì)者即可以根據(jù)該三維模型，對(duì)零件或者設(shè)計(jì)元素的相互運(yùn)動(dòng)關(guān)系進(jìn)行分析，這不僅促進(jìn)了總體設(shè)計(jì)框架結(jié)構(gòu)的合理把握，而且能夠處理

3、一些細(xì)微存在的不足之處，通過三維設(shè)計(jì)軟件有限元分析技術(shù)的應(yīng)用，可以有效地尋找出設(shè)計(jì)過程中存在的不足之處，并予以相應(yīng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，才能盡可能地保證產(chǎn)品的質(zhì)量，同時(shí)省時(shí)省力地進(jìn)行設(shè)計(jì)。1機(jī)械設(shè)計(jì)中三維軟件的選擇在機(jī)械設(shè)計(jì)過程中，常用的三維設(shè)計(jì)軟件有AutoCAD、SolidWks、proe、UG等等。AutoCAD軟件主要針對(duì)的是二維的設(shè)計(jì)方面，在三維上也涉及到一部分，在三維建模上比SolidWks、proe、UG等稍微差一點(diǎn)，但是相對(duì)一些比

4、較有規(guī)則的物體，AutoCAD的功能會(huì)顯得比SolidWks、proe、UG等更加具有優(yōu)勢(shì)，相對(duì)比較穩(wěn)定，軟件運(yùn)行也較快。三維設(shè)計(jì)制作中，SolidWks、proe、UG均有強(qiáng)大的機(jī)械設(shè)計(jì)功能，擁有針對(duì)于機(jī)械零件的設(shè)計(jì)模塊，可以根據(jù)所設(shè)計(jì)的零件不同，進(jìn)行不同方法的改進(jìn)，隨時(shí)對(duì)設(shè)計(jì)中的零件進(jìn)行評(píng)估分析。通過對(duì)其的應(yīng)用，能夠?qū)⒁恍┫鄬?duì)復(fù)雜的零件進(jìn)行繪制，而且還能夠便于3D圖和2D圖間的轉(zhuǎn)換，同時(shí)還能夠根據(jù)立體圖形轉(zhuǎn)成2D三視投影圖。隨著So

5、lidWks、proe、UG等版本的不斷提高、性能的不斷增強(qiáng)以及功能的不斷完善，基本能滿足現(xiàn)代企業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)的要求，并已廣泛應(yīng)用于機(jī)械設(shè)計(jì)和機(jī)械制造的各個(gè)行業(yè)。設(shè)計(jì)人員可根據(jù)平時(shí)學(xué)習(xí)的習(xí)慣或擅長(zhǎng)來選擇適合自己熟練使用的三維軟件。2機(jī)械設(shè)計(jì)中，三維設(shè)計(jì)軟件的具體應(yīng)用在機(jī)械設(shè)計(jì)中運(yùn)用三維設(shè)計(jì)軟件，首先是對(duì)所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品進(jìn)行初步建模，做好機(jī)械設(shè)計(jì)前期的準(zhǔn)備工作，其次是對(duì)產(chǎn)品建立好的模型組裝成整體，將產(chǎn)品的整體模型進(jìn)行詳細(xì)解析，對(duì)所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品整體有

6、大致的了解，并且通過設(shè)計(jì)軟件特有的功能，對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中存在的細(xì)節(jié)或者是一些沒有考慮到的問題進(jìn)行詳細(xì)分析，對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的工作流程和設(shè)計(jì)的合理程度進(jìn)行檢驗(yàn)，并由給出的分析結(jié)果，可做相應(yīng)的調(diào)整及優(yōu)化設(shè)計(jì)，將不正確的地方予以改正，最后設(shè)計(jì)出成品。以SolidWks軟件為例，其設(shè)計(jì)過程我們可以分為三步來實(shí)現(xiàn)：首先是根據(jù)設(shè)計(jì)目標(biāo)的各項(xiàng)要求初步建立三維模型；其次是對(duì)初步建立的三維模型進(jìn)行模擬組裝運(yùn)行；最后利用軟件對(duì)設(shè)計(jì)目標(biāo)進(jìn)行模擬分析及合理性檢測(cè)，從

7、而達(dá)到最終的設(shè)計(jì)要求。它主要包括機(jī)械零件設(shè)計(jì)、裝配設(shè)計(jì)、動(dòng)畫和渲染、有限元分析技術(shù)、設(shè)計(jì)優(yōu)化及鈑金制作等模塊，基本滿足各種機(jī)械設(shè)計(jì)的需求。此軟件采用參數(shù)化設(shè)計(jì)思路，各工具欄命令之間具有相應(yīng)的設(shè)計(jì)關(guān)聯(lián)性，對(duì)零件的設(shè)計(jì)修改具有快捷、準(zhǔn)確、可靠的特點(diǎn)，對(duì)零件的尺寸修改和相似零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)具有獨(dú)到的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。在零件設(shè)計(jì)模塊中所做的更改可以自動(dòng)、快速、準(zhǔn)確地反映到裝配、工程圖等相應(yīng)關(guān)聯(lián)模塊中去，同樣，在裝配模型和工程圖樣中，更大程度地減少設(shè)計(jì)的出

8、錯(cuò)率，提高了設(shè)計(jì)工作的效率。目前，諸如此類的三維設(shè)計(jì)軟件在機(jī)械設(shè)計(jì)中得到了廣泛的運(yùn)用。3三維設(shè)計(jì)軟件在機(jī)械設(shè)計(jì)中的優(yōu)勢(shì)三維設(shè)計(jì)軟件具有出圖準(zhǔn)確、設(shè)計(jì)方便、效率高、功能強(qiáng)大、簡(jiǎn)單易學(xué)等眾多優(yōu)勢(shì)。設(shè)計(jì)者可自由選擇相應(yīng)的設(shè)計(jì)工具和命令，采用最合適的設(shè)計(jì)方法，直觀、方便、高效、快捷地完成設(shè)計(jì)任務(wù)。在機(jī)械設(shè)計(jì)中，三維設(shè)計(jì)軟件的有限元分析模塊是設(shè)計(jì)者最好的設(shè)計(jì)助手之一。下面簡(jiǎn)單介紹SolidWks軟件有限元分析模塊。基于SolidWksCOSMOS

9、Wks有限元分析軟件的特點(diǎn)及強(qiáng)大功能，對(duì)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)中進(jìn)行靜態(tài)分析，并為產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供可靠依據(jù)。COSMOSWks29是一套強(qiáng)大的有限元分析軟件，早期的有限元技術(shù)高高在上，只有一些國(guó)家的部門如宇航、軍事部門可以使用，只有少數(shù)專業(yè)人員才能有機(jī)會(huì)接觸，普通的工程師可望而不可及。然而自COSMOSWks出現(xiàn)后，有限元分析的大門終于向普通工程師敞開了，把高高在上的有限元技術(shù)平民化，它易學(xué)易用、簡(jiǎn)潔直觀，能夠在普通的電腦上運(yùn)行，不需要專業(yè)的有

10、限元經(jīng)驗(yàn)。普通的工程師都可以進(jìn)行工程分析，迅速得到分析結(jié)果，從而最大限度地縮短設(shè)計(jì)周期，降低測(cè)試成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量，加大利潤(rùn)空間。傳統(tǒng)的方法在分析裝配體時(shí)是先把零件拆散，然后一個(gè)個(gè)分別處理，耗時(shí)耗力，又存在計(jì)算結(jié)果不精確的缺點(diǎn)。COSMOSWks提供了多場(chǎng)多組件的復(fù)雜裝配分析，從而大大簡(jiǎn)化工程師的勞動(dòng)，使得分析能夠更好地模擬真實(shí)情況，結(jié)果也就更精確。有限元分析過程中幾乎所有的設(shè)計(jì)量，如厚度、長(zhǎng)度、半徑等幾何尺寸、材料特性、載荷位置與大小

11、等都可以用變量參數(shù)表示，只要改變這些變量參數(shù)的賦值就能獲得不同的設(shè)計(jì)方案的分析過程。圖1中右側(cè)數(shù)據(jù)分析結(jié)果，可以得出前后頂面及底面變形在1~1.872mm之間，變形量較大，需要優(yōu)化頂面和底面尺寸。圖1圖2經(jīng)軟件COSMOSWks優(yōu)化設(shè)計(jì)后，頂面加厚，底面加強(qiáng)筋加厚及加高，應(yīng)力分布均勻，離屈服點(diǎn)更遠(yuǎn)，如圖2所示，優(yōu)化后的中心底面應(yīng)力擴(kuò)散，變形量減小，均在1mm的范圍內(nèi)，可以滿足使用要求。三維設(shè)計(jì)軟件還包含鈑金、焊接、管道設(shè)計(jì)、模具、數(shù)控編

12、程等多個(gè)模塊，機(jī)械設(shè)計(jì)工作者通過學(xué)習(xí)使用，為機(jī)械設(shè)計(jì)帶來方便，提高了工作效率。4結(jié)語(yǔ)在現(xiàn)今機(jī)械設(shè)計(jì)的過程中，運(yùn)用三維設(shè)計(jì)軟件已經(jīng)成為現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)發(fā)展的關(guān)鍵因素之一，在時(shí)間、人力的耗費(fèi)上都有了很大程度的改善作用，為設(shè)計(jì)人員創(chuàng)造新的產(chǎn)品提供了有效的作用，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中，根據(jù)設(shè)計(jì)者自身的特點(diǎn)以及設(shè)計(jì)模型的要求，對(duì)適合該模型建立的軟件進(jìn)行合理的選擇，再通過后續(xù)的加工制造將設(shè)計(jì)過程變得更加合理，能對(duì)產(chǎn)品生產(chǎn)之前進(jìn)行模擬操作，同時(shí)可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品

13、之中所出現(xiàn)的問題，能夠在第一時(shí)間里將問題解決，大大降低產(chǎn)品的設(shè)計(jì)以及人工操作所消耗的時(shí)間，促進(jìn)工廠效率的提升。在機(jī)械設(shè)計(jì)中，合理地運(yùn)用三維設(shè)計(jì)軟件，不僅僅能夠?qū)Ξa(chǎn)品的大致結(jié)構(gòu)有一定的了解，還能夠適當(dāng)?shù)丶ぐl(fā)起設(shè)計(jì)人員的思維能力以及創(chuàng)新能力，將問題第一時(shí)間解決的同時(shí)，又為產(chǎn)品提供了更多有效的優(yōu)化方案，這對(duì)于工廠或者所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品來說，在其效益上、質(zhì)量上以及實(shí)用性上都有了很大的提升，根據(jù)三維模型，展現(xiàn)出所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品具體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，使得產(chǎn)品整體更

14、為清晰明了地展現(xiàn)在設(shè)計(jì)人員面前。三維軟件在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用推廣，加快了當(dāng)今機(jī)械工業(yè)的發(fā)展步伐。參考文獻(xiàn)[1]鞏鄭計(jì)算機(jī)三維輔助軟件在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J]機(jī)電信息，2010，（18）[2]朱金權(quán)SolidWks軟件在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用與研究[J]新技術(shù)新工藝，2009，（2）[3]倪卉蘭三維CAD技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J]科技致富向?qū)В?011，（20）[4]成大先機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)（第一卷）[M]北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2007作者簡(jiǎn)介：劉國(guó)