SolidWorks软件在机械工程中的应用

SolidWorks软件在机械工程中的应用

包乃印

东北轻合金有限责任公司 黑龙江省 哈尔滨市  150060

摘要：在这些现代机械设计软件中，我们可以更好的利用先进的设计理论与方法极大的提高设计时效。与以往的手工制图相比．现代设计软件完全可以实现设计结论展现设计思想．设计过程体现设计思路。设计分析查找设计失误，设计报告验证设计成果。为了更好的验证设计成果。需要对所设计的产品进行有限元分析。在当前的许多设计软件中有的能够自身进行有限元分析，如SolidWorks软件等，还有专门用于有限元分析的软件。

关键词：SolidWorks软件；机械工程应用；

前言：在传统的机械工程中，零部件的设计主要以CAD图纸设计为主，根据图纸直接进行产品的生产加工，导致生产的产品出现返工或质量不合格现象。随着产品结构的复杂化及产品质量要求的提高，传统的机械设计已不能满足现有产品的设计要求。采用SolidWorks软件，将零部件绘制成三维模型，已成为当下机械工程领域的发展趋势。

1 SolidWorks软件主要功能介绍

1．1软件介绍。SolidWorks软件是达索系统下的子公司，专门负责研发与销售机械设计软件的视窗产品。该软件采用参数化建模技术，能根据产品形状和特点，快速、方便、精确的绘制其产品的三维数学模型。目前，已广泛应用于航空、航天、汽车、机械、石油国防等领域，其操作界面简单易懂，为诸多三维模型设计软件中最容易掌握的软件之一，成为高等院校、生产企业首选软件[¨。该软件功能强大，组件繁多，能单一设计零部件的3D展现、零件和其他装配体的3D排列、零件或组件的强度分析及模态分析、绘制2D工程图等功能，设置有多种文件格式，如prt、step、，能与Pro—e、UG、CATIA、CAD等软件进行灵活互转，方便了各企业之间技术人员的技术交流和文件共享。

1．2SolidWorks软件的零件设计与装配功能介绍SolidWorks软件系统提供了强大的、基于特征的实体建模功能和装配设计功能，该功能完全参数化设计。在零件设计模块中，设置有草图绘制、拉伸、旋转、扫描、拉伸切除等功能，能完成各种形状产品的绘制；同时，该模块可根据设计要求，设置零件的材料属性，如碳钢、不锈钢、橡胶等，也可将零件按照国家标准要求设置为矩管、方管、槽钢等型材，该设计模板能满足机械工程中零件所需的各种设计要求。零部件装配模块，可根据设计要求，完成各种零部件的模型装配，通过该装配体，可发现零件设计尺寸是否合理、整个装配体过程中零件之间是否存在干涉或干涉量范围值，通过可视化的三维设计，保证了产品设计的合理性、高效性。

二、SolidWorks软件在零件设计中的应用

1.在机械工程领域中，经常会根据生产需要，绘制一个或多个零件，直观展示产品结构形式及特点。SohdWorks软件设置了零件设计模块，能根据实际尺寸参数绘制零部件的3D展现。以机械工程中的某两个零件为例，采用SolidWorks软件的零件设计模块，绘制其三维模型图。某零件1的尺寸参数要求如外形尺寸为1 500mlnx903 mm×450 mm，材料为合金钢。某零件2的外出尺寸如下页为400 mm x 200 mm X 630 mm，材料为合金钢。根据该零件的尺寸参数要求，采用SolidWorks软件的零件设计模块，通过使用软件中的草图绘制、拉伸、拉伸切除等功能，绘制了该零件的三维模型图。其中，按照设计要求，将该零件的材料属性设置为合金钢，该零件三维模型图的绘制，不仅直观的将零件参数可视化，也为后期设计者快速、准确的评估零件设计的合理性及后期生产加工提供了较大的方便。目前，此软件的该功能已广泛应用到机械工程中。

2.SolidWorks模型的建立。它在整个设计中起到整套罐是否符合安全系数的作用。本例中上吊装件有四部分钢结构材料组成，SolidWorks上吊装零部件图的生成分为以下几步完成：(1)选择基准面；(2)构建几何草图：(3)生成拉伸特征。通过在选好的基准面上调取solidworks中Toolbox插件中的标准件如20#工字钢、无缝管草图，选择拉伸特征。选择合适的尺寸就形成了上图中的吊装件部件。输出有限元分析文件。在经过有限元的分析后通过输出相应的应力图、位移图、应变图、安全系数分析图等可以对上吊装件进行后期处理．并为输出的结果进行后期的优化没计。至此．对上吊装件的有限元分析在solidworks中的设计与的处理分析完成。利用SolidWorks软件设计的零部件在完成建模后，就可以对重要零部件进行有限元仿真分析了。在总体上所有的有限元分析都可以分为前处理、主分析计算、后处理三大部分。在SolidWorks中就可以方便快捷地完成其中的各大部分，即先建立三维模型、实现添加多种类型的载荷、定义材料、定义多种边界、自动生成网格，并保留关键特征，从而得到理想的仿真分析结果。然后将建好的模型导入到插件中进行主分析计算和后处理。生成应力图、位移图、应变图等．再根据应力、位移、应变图对模型的参数进行优化修改，直到最后完成既定的设计任务。首先启动有限元分析，在SolidWorks材质库中确定材料为普通碳钢。普通碳钢的材料特性在相应的列表中可以看到，然后对几个约束面进行约束。在实际应用中可以将钢板面、工字钢焊接点、无缝管焊接处等进行仿真模拟约束，最后对无缝管的受力面加载力0．6x105N。设置网格。在设置网格的环节中，因为分析的零部件较小，可以适当的将网格划分得较细一些．将整体网格大小设置为6mm，公差为0．3mm，运行网格生成，网格划分完毕，见下图加载约束面及加载载荷力的设置图形。针对插件下的仿真分析的计算结果进行后处理，在分析中得到了最终的应变图分别为应力图、位移图、应变图等。在传统的CAD设计中，设计师必须定义尺寸的大小，确定尺寸的几何关系，再绘制二维图形，而且调整尺寸麻烦，调整图形后需要手工更改标注。而SolidWorks在设计中可以先简单的绘制图形。不需要精确定义尺寸，通过定义标注形成函数关系或智能标注命令，将图形进行确定，如果修改尺寸，图形就作相应的更改．更直观的体现了设计师的设计意图。

3.SolidWorks软件在零部件装配中的应用。结合前文绘制的零件模型，通过SolidWorks软件的零部件装配模块，通过配合中的重合、距离、对称等功能，将两零件装配成满足设计要求的装配体，并设置两零件之间通过四个螺栓进行连接，其装配体的通过该装配可知该零件的尺寸设计合理，零件之间不存在干涉现象，从而直观分析出所设计的产品在结构尺寸参数设计、装配位置及尺寸设计、螺栓规格选择等方面的设计情况，形象的反映了零件之间的实际装配效果，为设计者对装配产品的设计评估及设计优化提供强有力的参考。

4.SolidWorks软件在模型保存中的应用。结合前文建立的装配体，通过对其设计合理性的评估和尺寸的确定，完成了其装配体最终方案的确定，因此，需将该模型进行保存。在保存过程中可根据实际需求，将其保存为SLDASM、STEP、等格式。目前，SolidWorks软件将装配体主要保存为SLDASM格式，其保存结果也可将该装配体保存为其他格式，方便与其他软件共享。

5结论

以机械工程中常见的零件为案例，利用SolidWorks软件中零件设计模块，绘制了零件的三维模型图，结合软件中零部件装配模块，对两零件进行了模型装配，并将最终方案进行了模型保存。通过装配可知，该零件的设计符合设计要求，零件之间不存在干涉现象，该模型形象反映了零件之间的实际装配效果。将SolidWorks软件应用到机械工程设计中，不仅节约了产品设计时间，减少了劳动力，降低了设计成本，同时也为设计者对产品评估及设计优化提供了参考，对保证所设计产品的质量具有重要意义。

参考文献：

[1]何达．SolidWorks 2001 Plus基础及应用教程[M]．北京：电子工业出版社，2020．

[2] 吕刚磊，沈华刚．Solidworks软件在《机械制图》教学中的应用[J]．课程教育研究，2019(10)：224．