基于Solid Edge的机械零件三维参数化设计分析

杨程建 张家洪 赵文兴 乔一波 徐 斌

浙江万享科技股份有限公司 浙江 长兴 313100

前言:作为机器设计与制造的关键环节,机械零件的设计向来受到重视,由于涉及的方面较多,相关设计向来复杂而繁琐。而对于拥有机械设计专用模块的Solid?Edge软件来说,其在机械零件设计中的应用价值较高,且能够实现三维参数化设计,如何科学应用该软件进行机械零件设计正是本文研究的关键所在。

1 机械零件三维参数化设计路径

1.1 基本路径 在机械零件三维参数化设计实践中,Solid?Edge软件的应用需从软件的工程手册入手,该手册包含机械工程准则与知识等机械设计理论,拥有模型自动生成功能和标准数学方程计算功能,可实现对设计人员意图的快速、精确、智能捕捉,机械零件的设计、校验、选择能够在工程手册支持下快速完成,机械零件三维参数化设计目的能够最终达成。工程手册能够提供直梁、滚动轴求、高速齿轮、节点、顶针点、轴承、弹簧、皮带、受压节点、键槽、受拉弹簧、轴、螺旋弹簧、焊接节点、等零件的计算,基于实际需要,设计人员能够实现组件类型的快速选择,计算与强度校验也能够围绕组件快速开展。通过提供人性化且方便的操作界面,工程手册应用中设计人员可实现设计参数的快捷填入,计算结果能够通过软件快速输出,机械零件的参数化三维模型也能够随之形成。在装配环境下,设计人员可灵活修改、编辑组件设计,设计效率自然能够大幅提升[1]。

1.2 具体设计 在具体的工程手册应用中,机械零件三维参数化设计可细分为六个步骤:第一,确定工作条件并进行受力分析。在开展机械零件三维参数化设计前,需明确机械零件的受力情况和工作条件,如需要进行小齿轮高速轴的设计,需明确齿轮的宽度、转速、传递功率、传递转矩、大齿轮对其的作用力、带轮对其作用力、轴向力、径向力、轴向力引起的附加转矩等参数;第二,初步设计。基于机械零件的受力情况和工作情况,初步设计需结合人工设计开展,如小齿轮高速轴上零件设计需参照减速箱传动方案的具体布局,以此开展针对性的输入轴结构设计,轴的材料选择、键槽对轴强度的削弱、轴尺寸的初步确定也需要逐步完成;第三,零件参数设置。基于Solid?Edge软件工程手册涉及的零件设计器,零件初步设计模型能够快速建立,同时能够对材料、支承、载荷等参数开展针对性设置,如依托工程手册的轴设计器功能,各段轴的尺寸参数及类型可针对性设置,包括刚器性模量、弹性模量及密度的轴材料特性设计也需要同时完成;第四,输出计算。Solid?Edge软件工程手册还能够提供相关计算结果信息,通过查看或分析软件输出的结果,即可开展针对性的机械零件三维参数化设计,如结合挠度、转角、剪切应力、弯曲应力、支反力、弯矩等计算结果;第五,零件校验。Solid?Edge软件工程手册能够基于输出结果开展零件的刚度和强度校验,并输出“未通过”或“通过”的校验结果。基于校验结果,设计人员可开展针对性的人工验证。如对于机械零件三维参数化设计中涉及的危险截面,可针对性开展强度校验,采用第三强度理论,设计即可更好获得依据;第六,三维参数化模型生成。如零件满足刚度和强度要求,零件三维模型能够基于计算结果参数由Solid?Edge软件工程手册自动生成,零件的修改、编辑及模型更新可针对性开展[2]。

2 实例分析

以管片式换热器中叉排式为例,基于Solid?Edge软件的机械零件三维参数化设计可细分为五个步骤,包括图形建模、模型库、连接VB程序、模型驱动、完成装配。具体设计需首先分析管片式换热器的尺寸和结构,随后分析各个零部件参数,基于机械零件三维参数化设计要求,针对性建立各零件的参数模型并在模型库中存储,具体涉及小弯头、长U形管、翅片。以翅片参数的设置为例,迎风面管排数、铜片厚度、铜管直径、管排数分别设置为10mm、0.2mm、10mm、3mm,排间距、管间距、翅片间距、单根有效管长分别设置为22mm、25mm、2.2mm、200mm。在连接和启动Solid?Edge软件过程中,可基于需要对Solid?Edge软件进行二次开发,依托VB语言,应结合作为用户端主控模块的三维设计应用程序控制Solid?Edge软件的进入和退出,由此即可顺利生成翅片、生成铜管与弯头,并开展针对性装配。在具体的装配环节,需基于单独零件建立的关系和内部的变量设置设计系列化零件,部件级或产品级变量化设计在工程实践中更多,因此Solid?Edge软件需要提供变量化设计功能,依托装配模型,基于“同级变量”功能和软件提供的装配环境,变量设计工作可在装配级非常简单的完成。变量化的装配模型设计属于基于Solid?Edge软件的机械零件三维参数化设计新方向,基于零件的关键变量进行装配,并对其他零件变量开展驱动,关联变化的零件间尺寸即可实现不同形式的机械零件三维参数化设计,如本文设计的翅片出现孔直径变化,U形管和弯头受到影响会出现相应变化,相关设计自然能够高效高质开展,基于Solid?Edge软件的机械零件三维参数化设计实用性也能够得到证明。

结论

综上所述,基于Solid?Edge的机械零件三维参数化设计具备较高实用性。在此基础上,本文涉及的图形建模、模型库、连接VB程序、模型驱动、完成装配等内容,则提供了可行性较高的机械零件三维参数化设计路径。为更好应用Solid?Edge软件,工程手册的科学应用、设计过程中零件的分析优化同样需要得到重视。