SolidWorks在新型喷气织机开发中的应用

    三维设计软件SolidWorks是基于WindoWS原创的标准设计软件，包括零件设计建模、模具设计、装配设计建模、工程图纸绘制、运动仿真和有限元分析等。软件自1995年问世以来，以其优异的性能、强大的功能、灵活的易用性和创新性，迅速成为机械设计领域的主流设计软件。SolidWorks软件的一大特点便是绘图简单易学，这为零件图的快速完成提供了很大的便利。软件所绘图形默认比例1：1。外形直观，并能保证设计尺寸的零误差。所有形状信息一目了然，并且可以通过剖切等方式看到内部的形状，交流非常方便，不会产生歧义闭。
   
    SolidWorks机械设计软件也是一个基于特征的、参数化的实体建模设计工具，符合工程设计思维。其特征是指可以用参数驱动的实体模型，是一个实体或者零件的具体构成之一，对应一形状，具有工程上的意义；参数化是指对零件上各种特征分别进行各种约束，各个特征的形状和尺寸大小用变量参数来表示。变量参数发生变化后，则零件特征的几何形状或者尺寸大小将发生变化，与这个参数有关的内容都自动改变。
   
    在新型喷气织机的开发过程中。通过选用SolidWorks软件作为设计开发的主要工具。完成了零件建模、装配图及工程图的设计、指导加工等工作，并与工程师、加工人员进行相应的分析探讨，提高了零件合格率。
   
    1开发任务
   
    以某喷气织机为原型，对其重新进行方案设计、零部件改装等工作，制造出能投放市场销售的新型喷气织机。
   
    2实施过程
   
    以SolidWorks为主要设计软件，绘制出织机所有的零件图，然后进行装配，并生成部分需要的工程图用于指导加工。主要的实施流程见图1。
   

    2．1织机结构分析及零件建模
   
    设计新型喷气织机之前，明确其主要结构及模块的划分将有利于选取设计方案、理顺工作思路。该织机主要由主辅喷嘴部分、开口凸轮部分、开口吊综部分、打纬传动部分、卷取部分、送经部分、机架部分、罩壳部分、剪刀部分等组成(见图2)，模块化较强，因此应根据不同的组成部分将对应的SolidWorks零件图进行归类，存储于一个文件夹并分别完成相关的装配图。同时．在进行织机零件建模前，还需根据织机的组成特点将零件进行统一命名，这样在零件较多时更易于管理，为零件查找带来方便。
   
    织机每个模块的组成零件间往往有着较强的关联性，如打纬传动部分中的连杆机构、开口凸轮中的凸轮机构等对运动的连贯性．运动的规律特性都有着较高的要求，在设计时要予以充分考虑，最好通过SolidWorks软件对其进行运动模拟，检查是否存在干涉等问题；不同的模块之间也有着一定关联性，特别是开口、引纬、打纬、卷取、送经这几部分便是一个相互联系、不可孤立的统一体，在设计时要保证其运动的协调。由此可见，在设计装配图时，就要先对这些关联性要求高的部件进行装配，然后再去装配相互间关联或变化较少的零部件。
   
    此外，像其它产品一样，织机中也包含了大量的标准件、通用件、电器件。这一部分产品采用直接调用或只绘出外形的方法，不需浪费时间重复设计。
   

    SolidWorks专注于设计，尺寸关系约束明确，建模方法灵活多样。利用并行设计思想，不同织机模块由几个工程师分别完成，并由总工程师进行总体设计装配。这对完成织机零部件的设计、管理、装配等非常有利。
   
    2．2受力分析
   
    对于一些关键的受力零部件，运用SolidWorks的COSMOSXpress模块直接进行相关分析，不仅快捷有效，而且省去了实际模拟分析对材料的损失浪费。以下举例说明。
   
    首先在FeatureManager设计树中用右键单击树顶部的零件名称，然后选择"文件属性"。对文档单位系统进行设置。
   
    单击工具--COSMOSXpress。COSMOSXpress在弹出对话框中选择单位系统、设定结果的保存路径。然后逐次单击"下一步"为零件指定材料、选择约束表面以及设定载荷等，完成后接受默认网格设定并单击"下一步"，单击"运行"进行分析。当分析完成时，一复选符号出现在分析标签上，且结果标签出现。结果标签的第一个荧屏列举在指定的载荷和约束下，模型的最低安全系数为0．760545。这意味着COSMOSXpress不期望模型在前边指定的载荷和约束下会失败。若想根据安全系数的特定数值(如1．5)来评估模型中各个区域的安全性，则在输入框中键人1．5然后单击显示样例。样例中蓝色区域的安全系数大于1．5(区域很安全)。红色区域的安全系数小于1．5。安全系数分布的检查表明您可从具有较高安全系数值的区域移除材料而不影响零件的安全性。
   

    继续单击"下～步"可以显示模型中的应力分布如图3所示(也可选择显示位移分布)，图形的颜色变化反映的是零件内部应力的分布情况，右侧的应力数值对应的颜色与左侧图中的颜色对应。图形的扭曲反映了应力作用下的零件的应变。
   
    2．3装配
   
    在计算机上对已经建立的产品零件按照产品的装配关系完成部件和整机的三维装配模型，在此基础上应用软件提供的功能，进行装配零件之间的动、静态干涉检查。一旦发现设计有不合理之处时及时调整与修改设计图纸，从而可缩短产品制造与装配生产过程的时间，降低产品的装配成本，提高设计质量[4t。为了更形象直观地了解装配体中各零部件间的相互关系，可以绘制出爆炸视图。一个爆炸视图又可以分为多个爆炸步骤，层次感强，修改方便。
   
    由于织机零件多，直接在一个装配体文件中引入所有零件进行装配便显得十分杂乱，因此，先对一些小的组建进行装配，形成子装配体，再围绕织机的开、引纬、打纬、卷取、送经这几大组成部分进行装配，然后以织机墙板为中心将其它零件图、子装配体进行装配，最后将罩壳部分进行装配。装配体的设计方法有"自上而下设计"和"自下而上设计"两种嘲，鉴于零部件多而复杂，在此建议采取较为简单的"自下而上"装配法，即先建好零件模型。
   
    再进行装配。另一点，由于织机零件较多，电脑的运行速度会大大减缓，可以使用以下三种方法来提高工作的效率："隐藏"部分零件；"压缩"不必要的零部件："压缩"的零部件信息不装入内存，不参加计算，也不显示；轻化零件：以轻化状态装入零件16J。零部件添加到装配体文件后。装配体和零部件之间便相互关联起来。因此，当打开装配体文件时，SolidWorks软件自动查找需要的零部件文件，找到的文件才可以在装配体文件中显示出来，未找到某一文件时会弹出对话框要求用户手动查找。图4为运用SolidWorks软件建立的织机装配图。
   
    2．4工程图
   
    工程图是传递产品工程信息的规范，当3D实体零件和装配体创建完成后，便可以通过SolidWorks自动生成2D工程图，自动填写标题栏，自动投影尺寸，还能根据不同的配置给出零件不同状态的工程图，为工艺准备带来极大便利，并且完全支持图层、线型等二维CAD能力，并能生成二维CAD可读的文件，同时也可以输出SolidWorks工程图为．dxf或．dwg文件，然后可以在Auto-CAD中对需要修改的地方再进行改动。一般来说，工程图包含一个或多个由零件或装配体建立的视图，也可由现有的视图建立视图。
   
    工程图对指导加工、安装、运输等工作起着十分重要的作用。在SolidWorks中，零件、装配体和工程图是互相链接的文件，对零件或装配体所作的任何更改都会导致工程图文件作相应变更，这便保证了工程图文件的准确性，避免了修改工作中的重复劳动。
   

    2．5动画
   
    通过使用SolidWorks Animator。可以模拟和捕获装配体的运动。SolidWorks Animator可以生成基于Windows的动画，在任何基于Windows的电脑上播放。因此，装配工人可以通过录制的AVI动画迅速地了解织机的装配过程，这为产品开发、员工培训提供方便实用的视频资料。
   
    3结语
   
    从SolidWorks软件在新型喷气织机开发过程中的应用可以看出：SolidWorks软件界面友好、易学易用、形象直观、智能化程度高；零件图、装配体、工程图互相关联；可以自动计算几何尺寸、表面积、体积、重量、重心等；能自动根据约束判断织机装配体零件相互间的运动关系，只需用鼠标拖动运动件，便可以看到其它相关运动件的运动变化，并能制作装配动画；利用嵌入式有限元分析模块可对零部件进行应力、应变等分析，并给出优化，便于更改设计；工程图可另存为AutoCAD等文件，也可直接打开AutoCAD平面图进行拉伸形成三维实体，十分方便。
   
    随着社会的快速发展，计算机性能的不断提高，各类织机设计、开发要求继续增大，三维设计软件在这一行业或其它行业中的运用已经越来越突现出它的优势，无疑会对产品开发起着举足轻重的作用。