基于Solidworks的電力產(chǎn)品仿真設(shè)計(jì)與分析

楊玉輝

石家莊科林電氣股份有限公司

基于Solidworks的電力產(chǎn)品仿真設(shè)計(jì)與分析

楊玉輝

石家莊科林電氣股份有限公司

當(dāng)今電力設(shè)備發(fā)展日新月異，國(guó)內(nèi)廠家在融合國(guó)際產(chǎn)品的技術(shù)基礎(chǔ)上，消化吸收，逐漸形成自身特點(diǎn)的產(chǎn)品。短短十幾年，迅速涌現(xiàn)出多種配網(wǎng)產(chǎn)品，滿足不同用戶需求的同時(shí)，也給設(shè)計(jì)者們提出更多要求：要想在殘酷的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中立于不敗，必須在控制成本保證質(zhì)量的基礎(chǔ)上，縮短新品開發(fā)周期，滿足用戶的差異化需求。在這一過程中，產(chǎn)品的設(shè)計(jì)處在關(guān)鍵環(huán)節(jié)，如何壓縮設(shè)計(jì)開發(fā)的周期，推出滿足用戶需求的產(chǎn)品成為各廠家思考的課題。本文以Solidworks軟件為平臺(tái)，論述了產(chǎn)品的建模過程，以期拋磚引玉，為產(chǎn)品設(shè)計(jì)分析提供借鑒和參考。

電力產(chǎn)品；Solidworks；三維仿真設(shè)計(jì)

SolidWorks作為一款三維設(shè)計(jì)軟件，擁有強(qiáng)大的參數(shù)化建模能力，可以對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行從局部到整體的設(shè)計(jì)，有效提高模型質(zhì)量及精確度。

一、部件建模

自頂向下的設(shè)計(jì)使得產(chǎn)品開發(fā)效率獲得極大提升，依據(jù)產(chǎn)品要求進(jìn)行零件設(shè)計(jì)成為設(shè)計(jì)的第一步。SW參數(shù)驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)模式，可以通過修改相關(guān)的參數(shù)來完善設(shè)計(jì)方案，支持方案的動(dòng)態(tài)修改。此外，工程數(shù)據(jù)庫(kù)中已有的模型庫(kù)和標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)，也能提高零部件建模的效率。在初步確定設(shè)計(jì)方案后，利用SW設(shè)計(jì)零件，然后利用智能裝配技術(shù)把各個(gè)零件裝配為一個(gè)完整的系統(tǒng)。同時(shí)，插件中可以進(jìn)行分析、計(jì)算、再優(yōu)化，形成結(jié)論，當(dāng)然還可以驗(yàn)證設(shè)計(jì)中的錯(cuò)誤，為后續(xù)設(shè)計(jì)提供有效反饋，大大提升整個(gè)開發(fā)工作的效率。

各零件的繪制是在標(biāo)準(zhǔn)平面草圖的基礎(chǔ)上，通過拉伸、切除、倒角、掃描、放樣等操作形成實(shí)體，最后形成了良好視覺效果的實(shí)體模型，這不僅是機(jī)械設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)，也是工業(yè)設(shè)計(jì)造型的核心內(nèi)容。

ZW20分界開關(guān)

從結(jié)構(gòu)分析的角度來看，應(yīng)用于零部件的建模與裝配，可以從微觀上控制各元件的尺寸精確度，使成套產(chǎn)品的累積誤差減到最低。這樣的設(shè)計(jì)理念對(duì)于產(chǎn)品的質(zhì)量及可靠性有莫大的好處。而且，軟件之間的對(duì)接與協(xié)同設(shè)計(jì)，已經(jīng)在結(jié)構(gòu)分析領(lǐng)域引入多種插件，配合第三方軟件的產(chǎn)品，讓設(shè)計(jì)變得更加便捷高效。

二、裝配體設(shè)計(jì)

SW是以三維模型為基礎(chǔ)的CAD軟件，它能夠逼真地仿真三維模型，顯示零部件實(shí)體結(jié)構(gòu)形狀及配合關(guān)系，在裝配體的設(shè)計(jì)中可以充分發(fā)揮智能配合功能，以便于快速、準(zhǔn)確地建立起零件間的裝配關(guān)系，從宏觀上展示產(chǎn)品整體的結(jié)構(gòu)和功能屬性。

各零件分別建模，然后根據(jù)裝配關(guān)系進(jìn)行組合，經(jīng)過配合后的裝配體能夠清晰準(zhǔn)確反映出實(shí)際產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)組成，即便零部件有任何修改，也同樣能實(shí)時(shí)反映至整體，實(shí)現(xiàn)了總裝體與零件的同步更新。

筆者根據(jù)自己的設(shè)計(jì)工作，列舉以Solidworks為平臺(tái)建模的幾款電力產(chǎn)品的三維仿真設(shè)計(jì)圖。可以看出裝配后的產(chǎn)品呈現(xiàn)出更為逼真豐富的實(shí)體模型，依據(jù)其可以進(jìn)行各個(gè)零件尺寸的測(cè)量、分解爆炸、受力分析、強(qiáng)度校核、干涉檢查等全方位的設(shè)計(jì)分析支持。

三、測(cè)量屬性

CAD設(shè)計(jì)的目的是應(yīng)用軟件平臺(tái)極大地提升設(shè)計(jì)效率使得產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)化。設(shè)計(jì)模型與最終生產(chǎn)出來的實(shí)體必須完全一致，否則設(shè)計(jì)沒有意義。在SW中，可以根據(jù)需要對(duì)模型進(jìn)行測(cè)量，包括裝配體及零部件的長(zhǎng)度、角度、面積、體積以及重量等多種參數(shù)，使得設(shè)計(jì)者對(duì)目標(biāo)產(chǎn)品的各項(xiàng)數(shù)據(jù)了然于胸，并不斷反饋于設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)。

ZW8戶外柱上開關(guān)

四、動(dòng)態(tài)仿真

在裝配設(shè)計(jì)中，建立各部件之間的約束配合關(guān)系，應(yīng)用動(dòng)態(tài)仿真模擬功能，使零部件按給定條件進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，并檢查干涉現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)糾正，直到獲得滿意的結(jié)果。這種對(duì)設(shè)計(jì)方案的動(dòng)態(tài)修改，可以讓設(shè)計(jì)者通過修改參數(shù)來改變零件尺寸及裝配體之間的配合關(guān)系。

高壓環(huán)網(wǎng)柜內(nèi)部結(jié)構(gòu)建模

五、工程圖

三維轉(zhuǎn)化為工程圖是加工制作成實(shí)體零件的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。SW可以利用已建立的模型，生成其二維工程圖標(biāo)準(zhǔn)視圖、剖面圖等，同時(shí)可自動(dòng)智能標(biāo)注各尺寸，轉(zhuǎn)換為二維的零件圖，便于實(shí)體加工制造。目前先進(jìn)的制造裝置都可通過軟件接口支持圖紙直接導(dǎo)入數(shù)控設(shè)備進(jìn)行加工制作，極大縮短了生產(chǎn)制造周期。

So1idworks不僅是一種作圖工具，更是一套功能強(qiáng)大的三維造型和分析軟件，能將設(shè)計(jì)者的設(shè)計(jì)思路體現(xiàn)在作圖過程中，使各零件、特征、圖元成為一個(gè)有機(jī)的整體，而不是一個(gè)個(gè)孤立的、不相關(guān)聯(lián)的信息孤島。現(xiàn)代工業(yè)設(shè)計(jì)已經(jīng)不僅局限于產(chǎn)品的造型、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，更多注重產(chǎn)品的功能性設(shè)計(jì)和深層內(nèi)涵。傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法工作量很大，而且也難以保證一次性設(shè)計(jì)的正確性。使用Solidworks軟件進(jìn)行三維設(shè)計(jì)和工程分析，大大縮短了開發(fā)周期，給產(chǎn)品開發(fā)帶來實(shí)質(zhì)性的效率和質(zhì)量提升。

楊玉輝（1979-），男，漢族，本科學(xué)歷，中級(jí)職稱，現(xiàn)為主任工程師，研究方向：電力設(shè)備設(shè)計(jì)與應(yīng)用。