搜索基于Solidworks的擦窗機參數化建模
2013-05-19 by:廣州有限元分析、培訓中心-1CAE.COM 來源:仿真在線
簡要闡述了參數化建模的意義和Solidworks三維建模軟件的功能,并以軌道式懸臂擦窗機為例,介紹利用Solidworks軟件來實現擦窗機參數化建模的思想和方法。
作者: 劉振中*劉曉婷 來源: 萬方數據
關鍵字: 擦窗機 Solidworks 參數化建模
作為現代高層建筑必需的維護設備之一,擦窗機得到了越來越廣泛的應用,其結構型式根據建筑物的高度、立面形式及樓頂結構、承載能力、設備行走的有效空間等來確定,要求擦窗機進行參數化設計,形成系列化產品。
1參數化建模技術及其軟件
參數化建模屬于參數化設計的一部分,參數化設計(也叫尺寸驅動)是CAD技術在實際應用中提出的課題,它有一種驅動機制被稱為參數驅動,通過參數驅動,可以對圖形的幾何數據進行參數化修改,在修改的同時還要滿足圖形的約束條件,從而實現對同一型號、不同尺寸的機械產品的建模。目前參數化設計是CAD技術應用領域內的一個重要且待進一步研究的課題。利用參數化設計手段開發(fā)的專用產品設計系統(tǒng),可使設計人員從大量繁重而瑣碎的繪圖工作中解脫出來,大大提高設計速度并減少信息的存儲量。
三維設計軟件Solidworks是當今基于NT/Windows平臺的三維機械設計軟件的主流產品。軟件的建模技術采用基于特征的參數化實體建模,具有強大的實體建模功能和直觀的用戶界面,設計與繪圖是在同一界面下同時進行的。Solidworks的特征造型采用拉伸(Extrude )、回轉(Revolove)、掃描(Sweep )、放樣(Loft) 4種基本形體的生成方法,同時提供了倒角、抽殼、陣列、鏡象等功能。
利用Solidworks實現從三維實體造型到零件的虛擬裝配、運動仿真以及結構設計等機械設計的各個環(huán)節(jié),可以極大提高設計質量和設計效率。它具有全面便捷的三維裝配設計和零件設計功能,并能快速生成指導生產的圖紙,已經成功地用于機械設計、機械制造、電子產品開發(fā)、模具設計、汽車工業(yè)和產品外觀設計等方面。
2擦窗機參數化建模
擦窗機由行走機構、起升機構、回轉機構、變幅機構、懸吊工作平臺以及電控系統(tǒng)等組成,其結構和形狀較為復雜。Solidworks中對于這類產品的建模思路是將整個產品分為多個特征,通過特征之間的布爾運算逐步得到完整準確的模型。具體操作中,往往將整個產品中最主要或者最大的部分視為基本視圖(或稱為基體),其他部分作為添加特征,以搭積木的方式,在基本特征的基礎上,通過添加、去除和求交等布爾運算最終得到整個模型。
三維實體特征建立的基本思路是從二維到三維的過程,造型流程如圖1所示。
擦窗機主要由6部分組成,從下向上依次為導軌、底座支架、底座、伸縮臂、吊籃撐架和吊籃,以下依次敘述建模方法。
2.1導軌
導軌是擦窗機在建筑物頂端行走的軌道,通過擦窗機的環(huán)型行走路線,可以清潔和維護建筑物四周的任何一個角落。軌道根據建筑物頂端的結構和面積鋪設,其截面為工字鋼。
導軌的建模方式比較簡單,它由若干部分連接而成,每一部分底部的兩翼有帶螺栓孔的小鋼板,可以通過螺栓跟地面連接。建模時,先在右視基準面建立工字形的草圖,然后通過拉伸生成,轉彎的地方為有引導線的拉伸,其引導線為一個45°的曲線。圖2為生成的部分導軌模型。
2. 2底座支架
底座支架的上部用來支承底座,其下部有4個輪子,可以在導軌上運動。底座支架類似汽車的底盤結構,兩側的方柱形結構是通過在前視基準面建立矩形草圖,然后通過多次"拉伸",最后"抽殼"而形成的。中間部分與底座相連,其上部圓周排列的孔不必一一建立草圖,可以通過"圓周陣列草圖"形成,然后沿同一方向進行"拉伸"而形成。
底座支架的零部件雖然比較多,但是各零件的建模方式無外乎Solidworks中基本的拉仲、抽殼、陣列、掃描等操作。圖3為建立的擦窗機的底座支架模型。
2. 3底座
底座用于支承擦窗機的伸縮臂,安裝回轉機構,通過電機和齒輪傳動機構帶動伸縮臂回轉從而使工作人員在吊籃中可以維護建筑物表面的任何一個角落。
圖4中齒圈為底座的一個主要零件,它為標準直齒圓柱齒輪,在建模過程中分為2個步驟,第一步是生成齒輪毛坯,可以采用3種方法:拉伸生成法、拉伸切除生成法、旋轉生成法;第二步是生成齒輪齒形,可以采用2種畫法:圓周陣列草圖法、圓周陣列生成法。
2. 4伸縮臂
伸縮臂是擦窗機中很重要的一個部件,它可以根據建筑物的形狀調整長度,并通過其內部的鋼絲繩和滑輪實現吊籃的升降。
伸縮臂各部分的零件結構都比較簡單,臂主體的形成利用最基本的"拉伸"、"拉伸一切除"等操作,其中對臂架有支撐作用的筋版可以利用"鏡象實體"的方法節(jié)省建模步驟,圖為伸縮臂模型。
2. 5吊籃撐架
吊籃撐架是支承吊籃的結構,可以通過滑輪和鋼絲繩實現對吊籃升降的控制。撐架的后端通過螺栓連接在伸縮臂的端口,張開的兩翼頂端各有一個小滑輪,伸縮臂內部的鋼絲繩通過小滑輪連接到吊籃上,起到吊籃的懸掛支承和升降控制的作用。
圖6是吊籃撐架的裝配模型,要注意的一點是中間連接部分是由螺栓固定的,其建模仍然是采用"圓周陣列草圖"的方式完成。
2.6吊籃
吊籃的形式比較簡單,而且它的樣式也比較靈活,可以根據工作環(huán)境不同而設計不同樣式的吊籃,設計的重點是要保證工作人員工作環(huán)境的舒適性和操作的安全性,這里不再贅述。
3擦窗機整體裝配
擦窗機各零件的裝配過程遵循機械零件裝配的一般原理,從零件到組件、從組件到部件,最后生成裝配體。本文采用自下而上的方式,各部件之間從導軌向上環(huán)環(huán)緊扣,結構緊湊。要注意的一點是裝配過程中的配合問題,也就是說在擦窗機工作過程中是否要求2個零部件之間有相對運動,各零部件之間是問隙配合還是過盈配合,這將影響到擦窗機的整體運作。圖7為擦窗機各主要部件裝配一起的總裝配模型。
本文以Solidworks為設計平臺,介紹了擦窗機的一種參數化建模的思想和方法。隨著擦窗機日益廣泛的應用,對提高設計工作效率、減少重復設備,具有參考價值和現實意義。
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