3.8 參數化零件設計

零件設計中需要定義大量的尺寸參數,如圖3?435所示,但是一般零件設計中的參數都是彼此獨立的,并不存在參數關聯,如果需要對零件進行修改與改進,需要對其中的每個參數單獨進行修改,修改效率低而且容易出錯。

實際上零件設計中的很多參數是存在一定參數關聯的,特別是對于一些特殊的零件設計,如齒輪零件設計、管道零件設計等,參數和參數之間往往存在一些聯系。如圖3?436所示的齒輪設計中的參數,其中齒頂圓、分度圓及齒根圓直徑都是根據提供的齒輪模數、齒數及壓力角等參數計算出來的,像這種零件的設計就必須要考慮這些參數之間的關聯,就需要用到參數化設計方法。本小節主要介紹參數化設計操作及設計案例,幫助讀者全面理解并掌握參數化零件設計。

3.8.1　參數化零件設計基本操作

下面以如圖3?437所示的法蘭圈零件設計為例。介紹參數化設計基本操作及設計過程。參數化設計的關鍵是首先要分析零件設計中的重要參數并找出這些參數之間的關系,法蘭圈零件模型參數及參數關系如圖3?438所示,下面具體介紹設計過程。

(1)定義模型參數及參數關系

參數化設計的第一步是根據零件參數及參數關系在SOLIDWORKS中定義參數及參數關系,選擇下拉菜單“工具”→“方程式”命令,系統彈出“方程式、整體變量、及尺寸”對話框,在該對話框中定義零件參數及參數關系,如圖3?439所示。

完成參數及參數關系定義后,在模型樹中會顯示如圖3?440所示的“方程式”節點,在該節點中顯示定義的參數及參數結果,非常直觀。

(2)創建零件并進行參數關聯

完成參數及參數關系定義后,接下來可以創建零件模型。在創建模型的過程中將模型參數與前面定義的參數進行關聯。

步驟1　新建零件文件,零件名稱為法蘭圈。

步驟2　創建如圖3?441所示的拉伸凸臺。本步驟拉伸凸臺關系到法蘭圈零件的內徑、外徑和厚度,在創建中需要關聯法蘭圈的內徑D1、外徑D2和厚度H三個參數。

① 創建初步的拉伸截面草圖。選擇“拉伸凸臺/基體”命令,選擇上視基準面創建如圖3?442所示的拉伸截面草圖(草圖中的兩個圓任意繪制即可)。

② 關聯內徑參數。在草圖中雙擊表示內徑的小圓直徑,系統彈出“修改”對話框,在文本框中輸入“=”,然后在下拉列表中選擇如圖3?443所示的“全局變量”→“D1(80)”,表示將此處的直徑值與D1參數進行關聯,結果如圖3?444所示,單擊“修改”對話框中的按鈕,完成參數關聯,結果如圖3?445所示。

③ 關聯外徑參數。參照上一步操作對拉伸截面草圖中表示外徑的大圓直徑進行參數關聯,使其與D2進行參數關聯,結果如圖3?446所示。

④ 關聯厚度參數。完成拉伸截面草圖中內徑和外徑參數的關聯后退出草圖環境,系統彈出“凸臺?拉伸”對話框,在該對話框中的深度文本框中輸入“=”,選擇厚度參數H進行關聯,如圖3?447所示,關聯結果如圖3?448所示。

步驟3　創建如圖3?449所示的孔。一般情況下創建孔結構需要使用“異形孔向導”命

令進行設計。考慮到參數關聯,因為使用“異形孔向導”命令無法進行參數關聯,所以此處使用“拉伸?切除”命令創建孔。本步驟孔結構關系到法蘭圈零件的分布圓直徑和孔直徑,在創建中需要關聯法蘭圈的內徑D3和孔直徑DH兩個參數。

① 創建初步的拉伸切除截面草圖。選擇“拉伸切除”命令,選擇“拉伸?凸臺”上表面為草圖平面,創建初步的切除拉伸截面草圖。

② 關聯參數。此處需要將草圖中表示分布圓直徑的構造圓直徑與D3參數關聯,然后將表示圓孔的圓直徑與孔直徑參數DH進行關聯,結果如圖3?450所示。

步驟4　創建如圖3?451所示的孔陣列。對上一步常見的拉伸切除孔進行陣列,需要將孔陣列個數與參數N進行關聯,結果如圖3?452所示。

步驟5　創建如圖3?453所示的倒角特征。選擇如圖3?454所示的模型邊線創建倒角,然后將倒角尺寸與參數CH進行關聯,結果如圖3?455所示。

完成模型創建及參數關聯后,在“方程式”對話框中顯示完整的參數信息,結果如圖3?456

所示,對話框中“全局變量”區域中顯示的是最開始定義的用戶參數,“方程式”區域中顯示的是模型參數與“全局變量”參數之間的關聯關系。

(3)驗證參數化設計

完成參數化設計后,如果需要修改零件中的參數,可以直接在“方程式”對話框中修改,本例修改D1、D2、DH和N四個參數,如圖3?457所示,完成參數修改后單擊對話框中的“確定”按鈕,模型會自動更新,結果如圖3?458所示。

3.8.2　參數化零件設計實例

如圖3?459所示的漸開線齒輪軸零件,其中齒輪主要參數如圖3?460所示,齒輪軸其余尺寸參數如圖3?461所示,下面具體介紹使用參數化方法進行齒輪軸零件設計。

在SOLIDWORKS中進行漸開線齒輪設計的關鍵主要有兩點:一個是齒輪參數之間的關聯處理(使用“方程式”命令定義齒輪參數及參數關系);另一個是漸開線繪制(使用草圖環境中的“方程式驅動的曲線”命令來創建)。

在創建齒輪軸過程中,需要定義如圖3?462所示的齒輪參數及關系,同時需要定義漸開線曲線方程如圖3?463所示。關于齒輪軸具體設計過程請讀者參看隨書視頻。

3.8.3　系列化零件設計

對于成系列的零件,如標準件、管道零件等,為了提高設計效率及使用效率,需要使用系列化設計方法進行設計。在SOLIDWORKS中進行系列零件設計首先需要根據系列尺寸表添加配置,然后使用設計表對系列配置進行管理。

下面以螺母座系列零件設計為例,詳細介紹在SOLIDWORKS中進行系列化零件設計的一般過程。如圖3?464所示是螺母座尺寸,如圖3?465所示為螺母座系列參數。

本小節打開練習文件ch03 part\3.8\螺母座進行練習。

(1)添加配置

根據圖3?465所示的螺母座系列參數可知,螺母座系列中包括LMZ?1、LMZ?2和LMZ?3三個規格,在SOLIDWORKS中需要創建三個配置對這三個規格進行管理。

步驟1　創建配置1。在選項卡區中單擊“ConfigurationManager”進入配置樹,在配置樹中顯示默認配置,在配置樹中顯示系統默認配置,如圖3?466所示;選中默認配置右鍵,在彈出的快捷菜單中選擇“屬性”命令,系統彈出如圖3?467所示的“配置屬性”對話框;修改配置名稱為LMZ?1,單擊“配置屬性”對話框中的按鈕,完成第一個配置的創建,結果如圖3?468所示。

步驟2　創建配置2。在配置樹中選中“螺母座?配置”右鍵,在快捷菜單中選中“添加配置”命令,如圖3?469所示;系統彈出“配置屬性”對話框,修改配置名稱為LMZ?2,如圖3?470所示;單擊“配置屬性”對話框中的按鈕,完成第二個配置的創建,結果如圖3?471所示。

步驟3　創建配置3。在配置樹中選中“螺母座?配置”右鍵,在快捷菜單中選中“添加配置”命令;系統彈出“配置屬性”對話框,修改配置名稱為LMZ?3;單擊“配置屬性”對話框中的按鈕,完成第三個配置的創建,結果如圖3?472所示。

步驟4　調整配置順序。直接拖動配置調整配置順序,該配置順序就是將來系列零件設計表中的順序,結果如圖3?473所示。

(2)定義配置

完成配置創建后,需要按照系列參數表中的數據定義配置參數。

步驟1　顯示特征尺寸。為了方便定義配置,在模型樹中選中“注解”右鍵,選擇“顯示特征尺寸”命令,此時在模型上顯示所有特征尺寸,如圖3?474所示。

步驟2　定義第一個配置參數。在配置樹中雙擊第一個配置LMZ?1以激活配置,表示編輯該配置,雙擊模型中的特征尺寸(如35),系統彈出“修改”對話框,在對話框中不做任何修改,在文本框后面的下拉列表中選擇“此配置”選項,如圖3?475所示,表示將當前尺寸值設置到當前激活的配置中。參照這種方法將所有特征尺寸參數均設置到當前配置中。

步驟3　定義第二個配置參數。在配置樹中雙擊第二個配置LMZ?2以激活配置,按照螺母座系列中的第二列數據修改模型中的所有特征尺寸,如圖3?476所示,然后在文本框后面的下拉列表中選擇“此配置”選項,將當前修改尺寸值設置到激活配置中。

步驟4　定義第三個配置參數。在配置樹中雙擊第三個配置LMZ?3以激活配置,按照螺母座系列中的第三列數據修改模型中的所有特征尺寸,如圖3?477所示,然后在文本框后面的下拉列表中選擇“此配置”選項,將當前修改尺寸值設置到激活配置中。

(3)插入設計表

完成配置定義后,接下來插入設計表對所有配置進行管理。

步驟1　插入設計表。選擇下拉菜單“插入”→“表格”→“設計表”命令,系統彈出如圖3?478所示的“系列零件設計表”,采用系統默認設置,單擊對話框中的按鈕,完成設計表插入,結果如圖3?479所示。

步驟2　設置文本格式。默認插入的設計表中沒有顯示尺寸值,需要設置文本格式,在設計表左上角單擊鼠標右鍵,系統彈出如圖3?480所示的“單元格格式”對話框,在對話框中選中“數字”選項卡,在“分類”列表中選擇“文本”對象,單擊“確定”按鈕完成設置,結果如圖3?481所示。

(4)編輯設計表

完成設計表插入后,往往需要根據表格規范性要求對設計表進行必要的編輯操作。

步驟1　刪除“顏色”列。在設計表中選中“顏色”列(C列),單擊鼠標右鍵,在彈出的快捷菜單中選擇“刪除”命令,將“顏色”列刪除,結果如圖3?482所示。

步驟2　插入“代號”行。為了將設計表中數據與參數表中的數據對應,便于查看與管理,需要插入代號行。在設計表中選中第2行,單擊鼠標右鍵,在彈出的快捷菜單中選擇“插入”命令,在表格中插入行,然后在對應列中輸入尺寸代號,結果如圖3?483所示。

步驟3　隱藏“說明”行。在設計表中選中“說明”行(第3行),單擊鼠標右鍵,在彈出的快捷菜單中選擇“隱藏”命令,將“說明”行隱藏,結果如圖3?484所示。

完成設計表創建后,在圖形區空白位置單擊,結束設計表創建,此時在配置樹中顯示創建的“系列零件設計表”,結果如圖3?485所示。如果需要重新編輯設計表,在配置樹中選中“系列零件設計表”,單擊鼠標右鍵,選擇“編輯表格”命令,可以重新編輯設計表。

在設計表中輸入新的參數,模型會根據新參數進行更新,得到新規格的零件模型,讀者可根據隨書視頻講解自行操作,此處不再贅述。