基于Solidworks的擦窗機(jī)參數(shù)化建模

2013-05-19 by:廣州有限元分析、培訓(xùn)中心-1CAE.COM 來源:仿真在線

簡要闡述了參數(shù)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(jī)為例,介紹利用Solidworks軟件來實(shí)現(xiàn)擦窗機(jī)參數(shù)化建模的思想和方法。
作者: 劉振中*劉曉婷來源: 萬方數(shù)據(jù)
關(guān)鍵字: 擦窗機(jī) Solidworks 參數(shù)化建模

作為現(xiàn)代高層建筑必需的維護(hù)設(shè)備之一,擦窗機(jī)得到了越來越廣泛的應(yīng)用,其結(jié)構(gòu)型式根據(jù)建筑物的高度、立面形式及樓頂結(jié)構(gòu)、承載能力、設(shè)備行走的有效空間等來確定,要求擦窗機(jī)進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì),形成系列化產(chǎn)品。

    1參數(shù)化建模技術(shù)及其軟件

參數(shù)化建模屬于參數(shù)化設(shè)計(jì)的一部分,參數(shù)化設(shè)計(jì)(也叫尺寸驅(qū)動)是CAD技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中提出的課題,它有一種驅(qū)動機(jī)制被稱為參數(shù)驅(qū)動,通過參數(shù)驅(qū)動,可以對圖形的幾何數(shù)據(jù)進(jìn)行參數(shù)化修改,在修改的同時還要滿足圖形的約束條件,從而實(shí)現(xiàn)對同一型號、不同尺寸的機(jī)械產(chǎn)品的建模。目前參數(shù)化設(shè)計(jì)是CAD技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)的一個重要且待進(jìn)一步研究的課題。利用參數(shù)化設(shè)計(jì)手段開發(fā)的專用產(chǎn)品設(shè)計(jì)系統(tǒng),可使設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)速度并減少信息的存儲量。

三維設(shè)計(jì)軟件Solidworks是當(dāng)今基于NT/Windows平臺的三維機(jī)械設(shè)計(jì)軟件的主流產(chǎn)品。軟件的建模技術(shù)采用基于特征的參數(shù)化實(shí)體建模,具有強(qiáng)大的實(shí)體建模功能和直觀的用戶界面,設(shè)計(jì)與繪圖是在同一界面下同時進(jìn)行的。Solidworks的特征造型采用拉伸(Extrude )、回轉(zhuǎn)(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(shí)現(xiàn)從三維實(shí)體造型到零件的虛擬裝配、運(yùn)動仿真以及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等機(jī)械設(shè)計(jì)的各個環(huán)節(jié),可以極大提高設(shè)計(jì)質(zhì)量和設(shè)計(jì)效率。它具有全面便捷的三維裝配設(shè)計(jì)和零件設(shè)計(jì)功能,并能快速生成指導(dǎo)生產(chǎn)的圖紙,已經(jīng)成功地用于機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械制造、電子產(chǎn)品開發(fā)、模具設(shè)計(jì)、汽車工業(yè)和產(chǎn)品外觀設(shè)計(jì)等方面。

    2擦窗機(jī)參數(shù)化建模

擦窗機(jī)由行走機(jī)構(gòu)、起升機(jī)構(gòu)、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、變幅機(jī)構(gòu)、懸吊工作平臺以及電控系統(tǒng)等組成,其結(jié)構(gòu)和形狀較為復(fù)雜。Solidworks中對于這類產(chǎn)品的建模思路是將整個產(chǎn)品分為多個特征,通過特征之間的布爾運(yùn)算逐步得到完整準(zhǔn)確的模型。具體操作中,往往將整個產(chǎn)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(chǔ)上,通過添加、去除和求交等布爾運(yùn)算最終得到整個模型。

基于Solidworks的擦窗機(jī)參數(shù)化建模solidworks simulation培訓(xùn)教程圖片1

三維實(shí)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(jī)主要由6部分組成,從下向上依次為導(dǎo)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(dǎo)軌

導(dǎo)軌是擦窗機(jī)在建筑物頂端行走的軌道,通過擦窗機(jī)的環(huán)型行走路線,可以清潔和維護(hù)建筑物四周的任何一個角落。軌道根據(jù)建筑物頂端的結(jié)構(gòu)和面積鋪設(shè),其截面為工字鋼。

導(dǎo)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(zhǔn)面建立工字形的草圖,然后通過拉伸生成,轉(zhuǎn)彎的地方為有引導(dǎo)線的拉伸,其引導(dǎo)線為一個45°的曲線。圖2為生成的部分導(dǎo)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(dǎo)軌上運(yùn)動。底座支架類似汽車的底盤結(jié)構(gòu),兩側(cè)的方柱形結(jié)構(gòu)是通過在前視基準(zhǔn)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(jìn)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(jī)的底座支架模型。

基于Solidworks的擦窗機(jī)參數(shù)化建模solidworks simulation學(xué)習(xí)資料圖片3

2. 3底座

底座用于支承擦窗機(jī)的伸縮臂,安裝回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu),通過電機(jī)和齒輪傳動機(jī)構(gòu)帶動伸縮臂回轉(zhuǎn)從而使工作人員在吊籃中可以維護(hù)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(biāo)準(zhǔn)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(zhuǎn)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(jī)中很重要的一個部件,它可以根據(jù)建筑物的形狀調(diào)整長度,并通過其內(nèi)部的鋼絲繩和滑輪實(shí)現(xiàn)吊籃的升降。

伸縮臂各部分的零件結(jié)構(gòu)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(shí)體"的方法節(jié)省建模步驟,圖為伸縮臂模型。

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    2. 5吊籃撐架

吊籃撐架是支承吊籃的結(jié)構(gòu),可以通過滑輪和鋼絲繩實(shí)現(xiàn)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(nèi)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(diǎn)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(jù)工作環(huán)境不同而設(shè)計(jì)不同樣式的吊籃,設(shè)計(jì)的重點(diǎn)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(jī)整體裝配

擦窗機(jī)各零件的裝配過程遵循機(jī)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(dǎo)軌向上環(huán)環(huán)緊扣,結(jié)構(gòu)緊湊。要注意的一點(diǎn)是裝配過程中的配合問題,也就是說在擦窗機(jī)工作過程中是否要求2個零部件之間有相對運(yùn)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(jī)的整體運(yùn)作。圖7為擦窗機(jī)各主要部件裝配一起的總裝配模型。

本文以Solidworks為設(shè)計(jì)平臺,介紹了擦窗機(jī)的一種參數(shù)化建模的思想和方法。隨著擦窗機(jī)日益廣泛的應(yīng)用,對提高設(shè)計(jì)工作效率、減少重復(fù)設(shè)備,具有參考價值和現(xiàn)實(shí)意義。

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