機械設計中三維設計軟件的應用

1、282013年第18期（總第261期）NO.18.2013（CumulativetyNO.261）機械設計中三維設計軟件的應用劉國利姜勛祥李亮生（東莞宏威數(shù)碼機械有限公司，廣東東莞523080）摘要：機械設計是根據(jù)使用要求對機械的工作原理、結構、運動方式、力和能量的傳遞方式、各個零件的材料和形狀尺寸、潤滑方法等進行構思、分析和計算并將其轉化為具體的描述以作為制造依據(jù)的工作過程。運用三維設計軟件，將零部件建立成三維模型進行分析，使設計目標

2、更立體化、更形象化、更直觀、更準確地展現(xiàn)在人們面前，極大地提高了設計的效率和設計質量。關鍵詞：機械設計；三維模型；SolidWks；有限元分析；優(yōu)化設計中圖分類號：TP391文獻標識碼：A文章編號：10092374（2013）18002802在機械設計中，三維設計軟件的運用，能夠使設計目標以完全三維模型的形式展現(xiàn)，而設計者即可以根據(jù)該三維模型，對零件或者設計元素的相互運動關系進行分析，這不僅促進了總體設計框架結構的合理把握，而且能夠處理

3、一些細微存在的不足之處，通過三維設計軟件有限元分析技術的應用，可以有效地尋找出設計過程中存在的不足之處，并予以相應的優(yōu)化設計，才能盡可能地保證產品的質量，同時省時省力地進行設計。1機械設計中三維軟件的選擇在機械設計過程中，常用的三維設計軟件有AutoCAD、SolidWks、proe、UG等等。AutoCAD軟件主要針對的是二維的設計方面，在三維上也涉及到一部分，在三維建模上比SolidWks、proe、UG等稍微差一點，但是相對一些比

4、較有規(guī)則的物體，AutoCAD的功能會顯得比SolidWks、proe、UG等更加具有優(yōu)勢，相對比較穩(wěn)定，軟件運行也較快。三維設計制作中，SolidWks、proe、UG均有強大的機械設計功能，擁有針對于機械零件的設計模塊，可以根據(jù)所設計的零件不同，進行不同方法的改進，隨時對設計中的零件進行評估分析。通過對其的應用，能夠將一些相對復雜的零件進行繪制，而且還能夠便于3D圖和2D圖間的轉換，同時還能夠根據(jù)立體圖形轉成2D三視投影圖。隨著So

5、lidWks、proe、UG等版本的不斷提高、性能的不斷增強以及功能的不斷完善，基本能滿足現(xiàn)代企業(yè)機械設計的要求，并已廣泛應用于機械設計和機械制造的各個行業(yè)。設計人員可根據(jù)平時學習的習慣或擅長來選擇適合自己熟練使用的三維軟件。2機械設計中，三維設計軟件的具體應用在機械設計中運用三維設計軟件，首先是對所設計的產品進行初步建模，做好機械設計前期的準備工作，其次是對產品建立好的模型組裝成整體，將產品的整體模型進行詳細解析，對所設計的產品整體有

6、大致的了解，并且通過設計軟件特有的功能，對產品設計過程中存在的細節(jié)或者是一些沒有考慮到的問題進行詳細分析，對產品設計的工作流程和設計的合理程度進行檢驗，并由給出的分析結果，可做相應的調整及優(yōu)化設計，將不正確的地方予以改正，最后設計出成品。以SolidWks軟件為例，其設計過程我們可以分為三步來實現(xiàn)：首先是根據(jù)設計目標的各項要求初步建立三維模型；其次是對初步建立的三維模型進行模擬組裝運行；最后利用軟件對設計目標進行模擬分析及合理性檢測，從

7、而達到最終的設計要求。它主要包括機械零件設計、裝配設計、動畫和渲染、有限元分析技術、設計優(yōu)化及鈑金制作等模塊，基本滿足各種機械設計的需求。此軟件采用參數(shù)化設計思路，各工具欄命令之間具有相應的設計關聯(lián)性，對零件的設計修改具有快捷、準確、可靠的特點，對零件的尺寸修改和相似零件的結構設計具有獨到的技術優(yōu)勢。在零件設計模塊中所做的更改可以自動、快速、準確地反映到裝配、工程圖等相應關聯(lián)模塊中去，同樣，在裝配模型和工程圖樣中，更大程度地減少設計的出

8、錯率，提高了設計工作的效率。目前，諸如此類的三維設計軟件在機械設計中得到了廣泛的運用。3三維設計軟件在機械設計中的優(yōu)勢三維設計軟件具有出圖準確、設計方便、效率高、功能強大、簡單易學等眾多優(yōu)勢。設計者可自由選擇相應的設計工具和命令，采用最合適的設計方法，直觀、方便、高效、快捷地完成設計任務。在機械設計中，三維設計軟件的有限元分析模塊是設計者最好的設計助手之一。下面簡單介紹SolidWks軟件有限元分析模塊?；赟olidWksCOSMOS

9、Wks有限元分析軟件的特點及強大功能，對產品結構中進行靜態(tài)分析，并為產品結構的優(yōu)化設計提供可靠依據(jù)。COSMOSWks29是一套強大的有限元分析軟件，早期的有限元技術高高在上，只有一些國家的部門如宇航、軍事部門可以使用，只有少數(shù)專業(yè)人員才能有機會接觸，普通的工程師可望而不可及。然而自COSMOSWks出現(xiàn)后，有限元分析的大門終于向普通工程師敞開了，把高高在上的有限元技術平民化，它易學易用、簡潔直觀，能夠在普通的電腦上運行，不需要專業(yè)的有

10、限元經驗。普通的工程師都可以進行工程分析，迅速得到分析結果，從而最大限度地縮短設計周期，降低測試成本，提高產品質量，加大利潤空間。傳統(tǒng)的方法在分析裝配體時是先把零件拆散，然后一個個分別處理，耗時耗力，又存在計算結果不精確的缺點。COSMOSWks提供了多場多組件的復雜裝配分析，從而大大簡化工程師的勞動，使得分析能夠更好地模擬真實情況，結果也就更精確。有限元分析過程中幾乎所有的設計量，如厚度、長度、半徑等幾何尺寸、材料特性、載荷位置與大小

11、等都可以用變量參數(shù)表示，只要改變這些變量參數(shù)的賦值就能獲得不同的設計方案的分析過程。圖1中右側數(shù)據(jù)分析結果，可以得出前后頂面及底面變形在1~1.872mm之間，變形量較大，需要優(yōu)化頂面和底面尺寸。圖1圖2經軟件COSMOSWks優(yōu)化設計后，頂面加厚，底面加強筋加厚及加高，應力分布均勻，離屈服點更遠，如圖2所示，優(yōu)化后的中心底面應力擴散，變形量減小，均在1mm的范圍內，可以滿足使用要求。三維設計軟件還包含鈑金、焊接、管道設計、模具、數(shù)控編

12、程等多個模塊，機械設計工作者通過學習使用，為機械設計帶來方便，提高了工作效率。4結語在現(xiàn)今機械設計的過程中，運用三維設計軟件已經成為現(xiàn)代機械設計發(fā)展的關鍵因素之一，在時間、人力的耗費上都有了很大程度的改善作用，為設計人員創(chuàng)造新的產品提供了有效的作用，在產品設計過程中，根據(jù)設計者自身的特點以及設計模型的要求，對適合該模型建立的軟件進行合理的選擇，再通過后續(xù)的加工制造將設計過程變得更加合理，能對產品生產之前進行模擬操作，同時可以及時發(fā)現(xiàn)產品

13、之中所出現(xiàn)的問題，能夠在第一時間里將問題解決，大大降低產品的設計以及人工操作所消耗的時間，促進工廠效率的提升。在機械設計中，合理地運用三維設計軟件，不僅僅能夠對產品的大致結構有一定的了解，還能夠適當?shù)丶ぐl(fā)起設計人員的思維能力以及創(chuàng)新能力，將問題第一時間解決的同時，又為產品提供了更多有效的優(yōu)化方案，這對于工廠或者所設計的產品來說，在其效益上、質量上以及實用性上都有了很大的提升，根據(jù)三維模型，展現(xiàn)出所設計的產品具體的結構特點，使得產品整體更

14、為清晰明了地展現(xiàn)在設計人員面前。三維軟件在機械設計中的應用推廣，加快了當今機械工業(yè)的發(fā)展步伐。參考文獻[1]鞏鄭計算機三維輔助軟件在機械設計中的應用[J]機電信息，2010，（18）[2]朱金權SolidWks軟件在機械設計中的應用與研究[J]新技術新工藝，2009，（2）[3]倪卉蘭三維CAD技術在機械設計中的應用[J]科技致富向導，2011，（20）[4]成大先機械設計手冊（第一卷）[M]北京：化學工業(yè)出版社，2007作者簡介：劉國