基于SolidWorks的挖掘机工作装置虚拟设计

副标题#e#    借助三维设计软件SolidWorks进行挖掘机工作装置的虚拟设计，不仅可以真实地反映挖掘机工作装置的几何形状，还能反映各部件的空间位置，有效地检测工作装置各部件之间是否发生千涉与碰撞，通过运动力学分析，检验工作装置作业过程的合理性和正确性。虚拟产品开发技术用计算机模拟整个产品的开发过程，在计算机中进行产品设计、分析、加工等过程，这样不仅省去了制造样机进行反复实验、修改等环节，同时也大大缩短了产品的开发周期，降低了产品成本，而且为今后新产品的开发创新建立了基础模型。
   
    1虚拟设计技术
   
    虚拟设计是一种新兴的多学科研究成果交叉技术。它是以计算机辅助设计为基础，将产品从概念设计到投入使用的全过程在计算机上构造的虚拟环境中虚拟地实现，代表了一种全新的制造体系和模式。它涉及多方面的学科研究成果与专业技术，通过以虚拟现实技术为基础，以机械产品为对象，产品设计过程中可以实现更自然的人机交互。同时利用这项技术能够更好地把握新产品开发周期的全过程，也可以大大减少实物模型和样机的制造。所以，这项技术对缩短产品开发周期、节省制造成本有着重要的意义。
   
    2 SolidWorks软件
   
    美国SolidWorks公司开发的基于SolidWorks操作系统的三维设计软件SolidWorks是集设计、运动校核及有限元分析于一体的强大的应用软件，其建模速度快、直观，并且能充分显示出各部件运动中相互之间的协调关系。该软件集成了多个专业功能，如结构分析Cosmos/ Works,数控加工CAMworks、运动分析MotianWorks等，是一个交互式CAD/CAM/CAE系统。SolidWorks软件的基本设计思路为"实体造型-虚拟装配-二维图纸"。三维实体建模使设计过程形象而且直观;虚拟装配可以实现设计过程的随时校验，从而避免可能造成的直接经济损失;二维图纸的自动绘制也满足了实际生产的需求，从而完全满足机械设计企业的设计生产要求。SolidWorks软件充分利用了众人所熟悉的Microsoft Windows图形用户界面的优势，使用这套简单易学的工具，被越来越多的用户使用。
   
    3虚拟设计过程
   
    3.1参数化特征建模
   
    特征是组成零件实体模型的基本元素，它体现了产品的功能要素和工程含义，是描述产品信息的集合。参数化是指对零件上的各种特征施加各种约束形式。各个特征的几何形状与尺寸大小用变量的方式表示，如果定义某个特征的变量发生了改变，则零件的这个特征的几何形状与几何尺寸大小，都将随着参数的改变而改变。将参数化设计应用到特征设计中去，把参数化的基本体素定义为特征，用特征通过体素拼和的方法，构造零件的几何形状，使特征具有可调整性，这就是参数化特征建模技术。
   
    3.2设计过程
   
    3.2.1挖掘机工作装置
   
    以WYL-3.5型挖掘机为例，该挖掘机所采用的反铲工作装置，主要由动臂、斗杆、铲斗以及动臂油缸、斗杆油缸和铲斗油缸组成。其基本结构如图1所示。

   
    3.2.2建模方法
   
    尽管SolidWorks是参数化设计软件，但必须合理地规划零部件的建模过程，才能有效地实现参数化设计。几何建模时应保证修改模型的参数时模型不会出错;只需改变很少的尺寸便能实现对模型的修改，而且不引起其它特征的更改。在SolidWorks中建立实体，需要先分析实体的结构特征，确定这些特征建立的先后顺序，以及每个特征的建立方法，使所建立的特征尽可能地简单，参数尺寸尽可能少。在进行了上述分析后，就可以利用SoLidWorks提供的拉伸、旋转、切割等建模功能创建出三维实体模型。所以，在对工作装置进行参数化特征建模之前，应该先对其进行结构分析，制定创建模型的大致方案。
   
    特征建模从草图开始，可以新建草图，然后通过拉伸、旋转、扫描、切除、抽壳等命令创建三维模型。建模时首先对各部分的主体零件进行建模，如动臂部分先对动臂板建模，有些零件可以在装配窗口采用关联设计，在关联装配体中直接生成新零件，以确保零部件正确组装在一起。对于结构相同、尺寸不同的油缸等零件，可采用SolidWorks提供的系列零件设计表功能生成零件族，帮助我们省去不必要的重复画图工作。本文仅以SolidWorks2006中挖掘机工作装置的动臂为例，简要介绍其建模过程如下:
   
    1)首先选取前视基准面为草图绘制平面，并利用拉伸特征建立动臂基体，如图2所示。

    
    2)利用切除拉伸特征，建立动臂两侧板特征和侧板上的凹槽特征。
   
    3)利用拉伸特征，完成对动臂与斗杆连接处的方形凸台、连接板、动臂上方的吊耳、连接动臂及动臂油缸的圆锥形凸台等特征的构建。
   
    4)再次利用切除拉伸特征，建立动臂基体、连接板以及吊耳上的销轴孔特征。
   
    5)利用镜象工具，完成对相应特征的镜象操作，最终完成零件的造型。完成后的动臂三维图如图3所示。

    
    通过动臂造型实例可以看出，在建模时将零件上单个的加工形状定义成特征，比如:拉伸、切除等，然后利用特征的组合就可以完成零件的造型SolidWorks中的每个三维零件模型均由零件、装配体和工程图三部分组成，三者之间是全关联的，对其中任何一部分作出修改都会反映到其它两部分中，这也提高了设计效率。