3.8 参数化零件设计

零件设计中需要定义大量的尺寸参数,如图3⁃435所示,但是一般零件设计中的参数都是彼此独立的,并不存在参数关联,如果需要对零件进行修改与改进,需要对其中的每个参数单独进行修改,修改效率低而且容易出错。

实际上零件设计中的很多参数是存在一定参数关联的,特别是对于一些特殊的零件设计,如齿轮零件设计、管道零件设计等,参数和参数之间往往存在一些联系。如图3⁃436所示的齿轮设计中的参数,其中齿顶圆、分度圆及齿根圆直径都是根据提供的齿轮模数、齿数及压力角等参数计算出来的,像这种零件的设计就必须要考虑这些参数之间的关联,就需要用到参数化设计方法。本小节主要介绍参数化设计操作及设计案例,帮助读者全面理解并掌握参数化零件设计。

3.8.1　参数化零件设计基本操作

下面以如图3⁃437所示的法兰圈零件设计为例。介绍参数化设计基本操作及设计过程。参数化设计的关键是首先要分析零件设计中的重要参数并找出这些参数之间的关系,法兰圈零件模型参数及参数关系如图3⁃438所示,下面具体介绍设计过程。

(1)定义模型参数及参数关系

参数化设计的第一步是根据零件参数及参数关系在SOLIDWORKS中定义参数及参数关系,选择下拉菜单“工具”→“方程式”命令,系统弹出“方程式、整体变量、及尺寸”对话框,在该对话框中定义零件参数及参数关系,如图3⁃439所示。

完成参数及参数关系定义后,在模型树中会显示如图3⁃440所示的“方程式”节点,在该节点中显示定义的参数及参数结果,非常直观。

(2)创建零件并进行参数关联

完成参数及参数关系定义后,接下来可以创建零件模型。在创建模型的过程中将模型参数与前面定义的参数进行关联。

步骤1　新建零件文件,零件名称为法兰圈。

步骤2　创建如图3⁃441所示的拉伸凸台。本步骤拉伸凸台关系到法兰圈零件的内径、外径和厚度,在创建中需要关联法兰圈的内径D1、外径D2和厚度H三个参数。

① 创建初步的拉伸截面草图。选择“拉伸凸台/基体”命令,选择上视基准面创建如图3⁃442所示的拉伸截面草图(草图中的两个圆任意绘制即可)。

② 关联内径参数。在草图中双击表示内径的小圆直径,系统弹出“修改”对话框,在文本框中输入“=”,然后在下拉列表中选择如图3⁃443所示的“全局变量”→“D1(80)”,表示将此处的直径值与D1参数进行关联,结果如图3⁃444所示,单击“修改”对话框中的按钮,完成参数关联,结果如图3⁃445所示。

③ 关联外径参数。参照上一步操作对拉伸截面草图中表示外径的大圆直径进行参数关联,使其与D2进行参数关联,结果如图3⁃446所示。

④ 关联厚度参数。完成拉伸截面草图中内径和外径参数的关联后退出草图环境,系统弹出“凸台⁃拉伸”对话框,在该对话框中的深度文本框中输入“=”,选择厚度参数H进行关联,如图3⁃447所示,关联结果如图3⁃448所示。

步骤3　创建如图3⁃449所示的孔。一般情况下创建孔结构需要使用“异形孔向导”命

令进行设计。考虑到参数关联,因为使用“异形孔向导”命令无法进行参数关联,所以此处使用“拉伸⁃切除”命令创建孔。本步骤孔结构关系到法兰圈零件的分布圆直径和孔直径,在创建中需要关联法兰圈的内径D3和孔直径DH两个参数。

① 创建初步的拉伸切除截面草图。选择“拉伸切除”命令,选择“拉伸⁃凸台”上表面为草图平面,创建初步的切除拉伸截面草图。

② 关联参数。此处需要将草图中表示分布圆直径的构造圆直径与D3参数关联,然后将表示圆孔的圆直径与孔直径参数DH进行关联,结果如图3⁃450所示。

步骤4　创建如图3⁃451所示的孔阵列。对上一步常见的拉伸切除孔进行阵列,需要将孔阵列个数与参数N进行关联,结果如图3⁃452所示。

步骤5　创建如图3⁃453所示的倒角特征。选择如图3⁃454所示的模型边线创建倒角,然后将倒角尺寸与参数CH进行关联,结果如图3⁃455所示。

完成模型创建及参数关联后,在“方程式”对话框中显示完整的参数信息,结果如图3⁃456

所示,对话框中“全局变量”区域中显示的是最开始定义的用户参数,“方程式”区域中显示的是模型参数与“全局变量”参数之间的关联关系。

(3)验证参数化设计

完成参数化设计后,如果需要修改零件中的参数,可以直接在“方程式”对话框中修改,本例修改D1、D2、DH和N四个参数,如图3⁃457所示,完成参数修改后单击对话框中的“确定”按钮,模型会自动更新,结果如图3⁃458所示。

3.8.2　参数化零件设计实例

如图3⁃459所示的渐开线齿轮轴零件,其中齿轮主要参数如图3⁃460所示,齿轮轴其余尺寸参数如图3⁃461所示,下面具体介绍使用参数化方法进行齿轮轴零件设计。

在SOLIDWORKS中进行渐开线齿轮设计的关键主要有两点:一个是齿轮参数之间的关联处理(使用“方程式”命令定义齿轮参数及参数关系);另一个是渐开线绘制(使用草图环境中的“方程式驱动的曲线”命令来创建)。

在创建齿轮轴过程中,需要定义如图3⁃462所示的齿轮参数及关系,同时需要定义渐开线曲线方程如图3⁃463所示。关于齿轮轴具体设计过程请读者参看随书视频。

3.8.3　系列化零件设计

对于成系列的零件,如标准件、管道零件等,为了提高设计效率及使用效率,需要使用系列化设计方法进行设计。在SOLIDWORKS中进行系列零件设计首先需要根据系列尺寸表添加配置,然后使用设计表对系列配置进行管理。

下面以螺母座系列零件设计为例,详细介绍在SOLIDWORKS中进行系列化零件设计的一般过程。如图3⁃464所示是螺母座尺寸,如图3⁃465所示为螺母座系列参数。

本小节打开练习文件ch03 part\3.8\螺母座进行练习。

(1)添加配置

根据图3⁃465所示的螺母座系列参数可知,螺母座系列中包括LMZ⁃1、LMZ⁃2和LMZ⁃3三个规格,在SOLIDWORKS中需要创建三个配置对这三个规格进行管理。

步骤1　创建配置1。在选项卡区中单击“ConfigurationManager”进入配置树,在配置树中显示默认配置,在配置树中显示系统默认配置,如图3⁃466所示;选中默认配置右键,在弹出的快捷菜单中选择“属性”命令,系统弹出如图3⁃467所示的“配置属性”对话框;修改配置名称为LMZ⁃1,单击“配置属性”对话框中的按钮,完成第一个配置的创建,结果如图3⁃468所示。

步骤2　创建配置2。在配置树中选中“螺母座 配置”右键,在快捷菜单中选中“添加配置”命令,如图3⁃469所示;系统弹出“配置属性”对话框,修改配置名称为LMZ⁃2,如图3⁃470所示;单击“配置属性”对话框中的按钮,完成第二个配置的创建,结果如图3⁃471所示。

步骤3　创建配置3。在配置树中选中“螺母座 配置”右键,在快捷菜单中选中“添加配置”命令;系统弹出“配置属性”对话框,修改配置名称为LMZ⁃3;单击“配置属性”对话框中的按钮,完成第三个配置的创建,结果如图3⁃472所示。

步骤4　调整配置顺序。直接拖动配置调整配置顺序,该配置顺序就是将来系列零件设计表中的顺序,结果如图3⁃473所示。

(2)定义配置

完成配置创建后,需要按照系列参数表中的数据定义配置参数。

步骤1　显示特征尺寸。为了方便定义配置,在模型树中选中“注解”右键,选择“显示特征尺寸”命令,此时在模型上显示所有特征尺寸,如图3⁃474所示。

步骤2　定义第一个配置参数。在配置树中双击第一个配置LMZ⁃1以激活配置,表示编辑该配置,双击模型中的特征尺寸(如35),系统弹出“修改”对话框,在对话框中不做任何修改,在文本框后面的下拉列表中选择“此配置”选项,如图3⁃475所示,表示将当前尺寸值设置到当前激活的配置中。参照这种方法将所有特征尺寸参数均设置到当前配置中。

步骤3　定义第二个配置参数。在配置树中双击第二个配置LMZ⁃2以激活配置,按照螺母座系列中的第二列数据修改模型中的所有特征尺寸,如图3⁃476所示,然后在文本框后面的下拉列表中选择“此配置”选项,将当前修改尺寸值设置到激活配置中。

步骤4　定义第三个配置参数。在配置树中双击第三个配置LMZ⁃3以激活配置,按照螺母座系列中的第三列数据修改模型中的所有特征尺寸,如图3⁃477所示,然后在文本框后面的下拉列表中选择“此配置”选项,将当前修改尺寸值设置到激活配置中。

(3)插入设计表

完成配置定义后,接下来插入设计表对所有配置进行管理。

步骤1　插入设计表。选择下拉菜单“插入”→“表格”→“设计表”命令,系统弹出如图3⁃478所示的“系列零件设计表”,采用系统默认设置,单击对话框中的按钮,完成设计表插入,结果如图3⁃479所示。

步骤2　设置文本格式。默认插入的设计表中没有显示尺寸值,需要设置文本格式,在设计表左上角单击鼠标右键,系统弹出如图3⁃480所示的“单元格格式”对话框,在对话框中选中“数字”选项卡,在“分类”列表中选择“文本”对象,单击“确定”按钮完成设置,结果如图3⁃481所示。

(4)编辑设计表

完成设计表插入后,往往需要根据表格规范性要求对设计表进行必要的编辑操作。

步骤1　删除“颜色”列。在设计表中选中“颜色”列(C列),单击鼠标右键,在弹出的快捷菜单中选择“删除”命令,将“颜色”列删除,结果如图3⁃482所示。

步骤2　插入“代号”行。为了将设计表中数据与参数表中的数据对应,便于查看与管理,需要插入代号行。在设计表中选中第2行,单击鼠标右键,在弹出的快捷菜单中选择“插入”命令,在表格中插入行,然后在对应列中输入尺寸代号,结果如图3⁃483所示。

步骤3　隐藏“说明”行。在设计表中选中“说明”行(第3行),单击鼠标右键,在弹出的快捷菜单中选择“隐藏”命令,将“说明”行隐藏,结果如图3⁃484所示。

完成设计表创建后,在图形区空白位置单击,结束设计表创建,此时在配置树中显示创建的“系列零件设计表”,结果如图3⁃485所示。如果需要重新编辑设计表,在配置树中选中“系列零件设计表”,单击鼠标右键,选择“编辑表格”命令,可以重新编辑设计表。

在设计表中输入新的参数,模型会根据新参数进行更新,得到新规格的零件模型,读者可根据随书视频讲解自行操作,此处不再赘述。