Solidworks軟件在水工金屬結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用

王麗娜

（河北省水利水電勘測設(shè)計研究院，天津300250）

1 軟件簡介

SolidWorks是由SolidWorks公司開發(fā)的基于Windows操作系統(tǒng)的功能強大的三維CAD軟件。Solid-Works公司成立于1993年，于1995年推出第一套三維機械設(shè)計軟件，由于技術(shù)創(chuàng)新符合CAD技術(shù)的發(fā)展趨勢和潮流，Solidworks成為CAD行業(yè)一顆耀眼的明星，最終于1997年由法國達索公司以高額市值全資并購。

Solidworks軟件包含三大基本功能：零件設(shè)計、裝配體設(shè)計和工程圖生成。SolidWorks軟件集成了強大的輔助功能，不僅可以用于二維圖的生成、機械設(shè)計，而且可以用于動畫生成演示、圖形渲染及應(yīng)力和有限元分析。使設(shè)計者可以將產(chǎn)品置于三維空間中進行設(shè)計，產(chǎn)品在設(shè)計過程中可以進行三維瀏覽、運動模擬及受力分析等。另外，還可以利用SolidWorks提 供 的FeatureWorks、SolidWorks Toolbox 及PDMWorksd等工具來擴展軟件的使用范圍。

SolidWorks三維制圖的主要步驟為：①創(chuàng)建草圖，在草圖界面繪制生成零件的基本草圖形狀，并為草圖添加相應(yīng)的幾何關(guān)系和尺寸約束，退出草圖；②通過軟件提供的各種特征屬性，將草圖生成所需的零件；③在裝配體文件中將各個零件進行裝配，生成最終的產(chǎn)品；④通過工程制圖文件將裝配體轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)所需的各種視圖或剖面圖，用于指導(dǎo)產(chǎn)品的生產(chǎn)。

2 在水工金屬結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用

近年來，隨著計算機技術(shù)的高速發(fā)展及人們對產(chǎn)品在設(shè)計階段期望值的日益增長，三維制圖軟件在各行業(yè)得以迅速發(fā)展和應(yīng)用。SolidWorks軟件是專業(yè)的機械制圖軟件，設(shè)計方便，簡單易學(xué)，能夠很好地應(yīng)用于金屬結(jié)構(gòu)的設(shè)計。

水工金屬結(jié)構(gòu)泛指應(yīng)用于水利水電工程中的各種永久性的鋼結(jié)構(gòu)和機械設(shè)備，其中最基本的、應(yīng)用最廣泛的是水電站壓力鋼管、水工鋼閘門、啟閉機、攔污柵等。水工鋼閘門包括平面閘門、弧形閘門、疊梁閘門，其中疊梁檢修閘門布置在工作閘門之前，用于工作閘門的檢修工作。

以南水北調(diào)工程中唐河倒虹吸出口疊梁檢修閘門三維設(shè)計為例，詳細介紹了SolidWorks在金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計中常用的幾項功能。

2.1 零部件設(shè)計

零件設(shè)計是SolidWorks軟件所具有的一個專門模塊，包含眾多的實用工具欄，各工具欄中又包含相應(yīng)的命令，利用這些命令可以根據(jù)零件的特點選擇相應(yīng)的設(shè)計方法，實現(xiàn)高效快捷、直觀方便的設(shè)計。SolidWorks軟件采用參數(shù)化設(shè)計思路，在設(shè)計相似零件或修改零件時，只需對相應(yīng)的參數(shù)進行修改即可完成新零件的設(shè)計或從零件到裝配體的所有修改，使設(shè)計人員可以集中精力于方案設(shè)計而無需擔心細節(jié)的漏改問題。

閘門主要是由各種不同尺寸的鋼板通過焊接連接形成的，有些鋼板的形狀相似，只是長、寬或厚度不同，這樣只要將之前設(shè)計好的鋼板另存并修改相應(yīng)參數(shù)即可。圖1為加勁肋1的草圖，在草圖繪制中首先繪制出其長、寬的尺寸，退出草圖，根據(jù)零件的厚度對長方形進行拉伸，即完成了加勁肋1的設(shè)計。圖2為加勁肋2的草圖，其與加勁肋1的區(qū)別在于長和寬的尺寸不同，這樣可以將加勁肋1另存，然后進入草圖，將尺寸修改為加勁肋2的尺寸并退出草圖，即可完成加勁肋2的繪制。SolidWorks軟件采用尺寸驅(qū)動繪圖方法，只需對尺寸的數(shù)值進行修改即可完成圖形的修改。

圖1 加勁肋1

圖2 加勁肋2

2.2 裝配體設(shè)計

裝配體是由許多零部件經(jīng)配合而形成的，裝配體文件的首要功能是描述產(chǎn)品零件之間的配合關(guān)系。裝配體的設(shè)計方式包括自下而上的設(shè)計方法和自上而下的設(shè)計方法。裝配體設(shè)計中經(jīng)常會用到一些標準件，如型鋼、螺栓、螺母、墊圈等，這些標準件可以在設(shè)計庫模塊中直接調(diào)用，設(shè)計者只需將標準件的尺寸參數(shù)修改成所需參數(shù)即可，而無需設(shè)計者重新設(shè)計，節(jié)省了大量的設(shè)計時間和精力。

2.2.1 自下而上的裝配設(shè)計

自下而上的設(shè)計是比較傳統(tǒng)的方法，這種方法是應(yīng)用SolidWorks軟件把產(chǎn)品中的零件一一設(shè)計出來，根據(jù)零件在裝配體中的具體位置及其之間的配合關(guān)系，裝配成產(chǎn)品設(shè)計模型，適用于比較成熟的產(chǎn)品設(shè)計。這種方法在設(shè)計之前思路已經(jīng)很明確，各零件的位置、結(jié)構(gòu)尺寸也都已經(jīng)確定，只需運用裝配文件將各零件通過配合組裝起來。下面以南水北調(diào)唐河倒虹吸出口疊梁檢修門設(shè)計為例進行具體說明。

疊梁檢修閘門主要零部件包括面板、主梁、邊梁、次梁、滑塊、水封、側(cè)輪。面板、邊梁、水封的設(shè)計比較簡單，通過草圖繪制、拉伸命令即可完成；主梁為變截面梁，其下翼板的繪制是通過掃描命令來實現(xiàn)的，即先在右視圖平面繪制出下翼板的截面尺寸，然后轉(zhuǎn)換到俯視圖平面在草圖繪制中捕捉到截面上的相應(yīng)點，以此點為起點繪制路徑，退出草圖，通過掃描命令完成下翼板的設(shè)計，圖3為草圖設(shè)計過程，圖4為通過掃描命令生成的下翼板；次梁為角鋼，可以從設(shè)計庫中直接調(diào)用并修改尺寸參數(shù)；側(cè)輪是經(jīng)各零件裝配而成的子裝配體，如圖5。

圖3 草圖設(shè)計過程

圖4 通過掃描命令生成的下翼板

圖5 側(cè)輪

在各零件都已設(shè)計完成時，即可進入裝配環(huán)節(jié)。打開裝配體文件，將閘門面板插入并固定，隨后可以根據(jù)面板定位主梁、邊梁，通過已定位好的零件繼續(xù)定位與其有關(guān)聯(lián)的其余零部件，直至裝配完成。疊梁檢修閘門的完整裝配圖如圖6～圖7。

圖6 疊梁檢修閘門

圖7 疊梁檢修閘門裝配圖

2.2.2 自上而下的裝配設(shè)計

自下而上的裝配設(shè)計是根據(jù)設(shè)計思路，利用裝配體中已有零件的幾何要素來完成與其相關(guān)聯(lián)的零件位置、結(jié)構(gòu)和尺寸的設(shè)計。這種方法的優(yōu)點是在設(shè)計更改時變動少，當對涉及方案的主要零部件修改完成后，與其相關(guān)的零部件根據(jù)所生成的方法而自動更新，設(shè)計者無需將全部零部件一一進行修改。因此，在進行裝配設(shè)計時，一定要結(jié)合零件之間的關(guān)聯(lián)性，對零件的位置和配合關(guān)系進行適當調(diào)整，及時修復(fù)因零件更改而產(chǎn)生的錯誤提示，以達到不斷調(diào)整優(yōu)化裝配模型的設(shè)計目的。

2.3 工程圖生成

SolidWorks軟件提供了強大的工程圖設(shè)計功能，設(shè)計者可以方便地生成三維裝配體的各個視圖。工程圖是產(chǎn)品設(shè)計的重要描述文件，是設(shè)計人員進行交流和提高工作效率的重要工具，一方面體現(xiàn)了設(shè)計成果，另一方面也是指導(dǎo)生產(chǎn)的參考依據(jù)。Solid-Works軟件在工程圖和零件圖或裝配體三維模型之間提供全相關(guān)的功能，即對零部件或裝配體三維模型進行修改時，所有相關(guān)的工程視圖將自動更新，以反映零部件或裝配體的形狀和尺寸變化；反之，當在一個工程圖中修改零部件或裝配體尺寸時，系統(tǒng)也自動將相關(guān)的其他工程視圖及三維零部件或裝配體中相應(yīng)結(jié)構(gòu)的尺寸進行更新。以側(cè)輪裝配為例進行說明。

生成側(cè)輪裝配模型后，在SolidWorks新建文件中進入工程圖文件，并對圖紙格式、大小、圖名、比例等進行設(shè)置，通過模型視圖功能將側(cè)輪裝配模型調(diào)入，選擇合適的視圖模式，將圖形投影到圖紙的相應(yīng)位置。生成三視圖后，通過注解工具欄中的中心線命令和智能尺寸命令，為圖形添加中心線和尺寸。側(cè)輪裝配圖如圖8，生成的側(cè)輪工程圖如圖9。

圖8 側(cè)輪裝配圖

圖9 側(cè)輪工程圖

2.4 SolidWorks軟件對外接口

金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計只是水利工程設(shè)計中的一部分，對于水利工程中其余部分的設(shè)計，最常用的三維軟件是Bently公司開發(fā)Microstation軟件，其廣泛應(yīng)用于各種工程設(shè)計，如大壩、橋梁的設(shè)計等，是水利行業(yè)的主流三維設(shè)計軟件。因此，為了更好地完成水利工程設(shè)計，發(fā)揮每款軟件各自的功能強項，將在Solid-Works軟件中的設(shè)計轉(zhuǎn)換到Microstation軟件中，形成完整的工程文件，需要Microstation可以識別并引用SolidWorks文件。

SolidWorks提供了多種文件保存格式，以便模型可以被其他三維軟件引用。通過實踐，最優(yōu)方案是模型保存為（*.x_t）格式，可以完好無損地引用到Microstation軟件中，并可對其進行相應(yīng)的編輯修改，從而完成整個工程設(shè)計。

3 結(jié)語

通過上面的分析和實例可以看出，SolidWorks是一款實用性很強的軟件。其功能強大，使用方便，命令齊全。本文所介紹的僅是SolidWorks軟件的部分功能，還有許多更強大的功能有待于在日常工作中去領(lǐng)悟和運用，使其更好地服務(wù)于設(shè)計工作。另外，SolidWorks軟件提供了二次開發(fā)功能，設(shè)計者可以針對自己的工作，開發(fā)出專門的命令，擴展所需的功能，提高軟件的使用效率。

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