4.2 装配配合类型

装配配合关系是指零部件之间的几何关系,如同轴约束、重合约束等。在SOLIDWORKS装配设计环境中的“装配”选项卡中单击“配合”按钮,系统弹出“配合”对话框,使用该对话框添加装配配合关系。

使用“配合”对话框可以添加三种配合类型:在“配合”对话框中展开“标准配合”区域,用于添加标准配合,如图4⁃21所示;在“配合”对话框中展开“高级配合”区域,用于添加高级配合,如图4⁃22所示;在“配合”对话框中展开“机械配合”区域,用于添加机械配合,如图4⁃23所示。其中标准配合和高级配合主要用于产品装配设计,而机械配合主要用于动画与运动仿真设计。本节主要介绍标准配合和高级配合,机械配合将在本书第11章详细介绍。

4.2.1　标准配合

标准配合是装配设计中最常用的一类配合类型,主要包括重合、平行、垂直、相切、同轴心、锁定、距离和角度类型,下面具体介绍。

(1)重合配合

重合配合用于约束两个对象(可以是点、线或面)重合或对齐。在SOLIDWORKS装配设计中重合配合的使用频率是最高的。在“配合”对话框中“标准配合”区域单击“重合”按钮,用于添加重合配合。

如图4⁃24所示的模型,选择图中两个模型表面为配合对象,在“配合”对话框中“标准配合”区域单击“重合”按钮,或在弹出的快捷工具条中单击“重合”按钮,约束两面重合对齐,结果如图4⁃25所示,重合配合特点如图4⁃26所示,此时两面重合对齐,零件方向彼此相反。

在添加重合配合时,选择如图4⁃24所示的配合对象后,在“标准配合”区域最下面单击“同向对齐”按钮,或在快捷工具条中单击“反向”按钮,此时同向配合结果如图4⁃27所示,同向重合配合特点如图4⁃28所示,此时两面重合对齐,零件方向是相同的。

如图4⁃29所示的导轨与滑块装配,现在已经完成了导轨的装配,需要在此基础上继续装配滑块,像这种装配需要使用重合配合进行装配,下面具体介绍。

步骤1　打开练习文件ch04 asm\4.2\01\01\coincide_02。

步骤2　定义第一个重合配合。选择如图4⁃30所示的配合对象,在快捷菜单中单击“重合”按钮,系统添加反向重合配合,结果如图4⁃31所示。

步骤3　定义第二个重合配合。选择如图4⁃32所示的配合对象,在快捷菜单中单击“重合”按钮,系统添加反向重合配合,结果如图4⁃33所示。

步骤4　定义第三个重合配合。选择如图4⁃34所示的配合对象(滑块零件的前视基准面和装配环境中的前视基准面,也可以是导轨零件中的前视基准面),在快捷菜单中单击“重合”按钮,系统添加同向重合配合,结果如图4⁃29所示。

(2)平行配合

平行配合用于约束两个对象(线或面)平行,在“配合”对话框中“标准配合”区域单击“平行”按钮,用于添加平行配合。

如图4⁃35所示的底座与横梁装配,需要使横梁与底座平面平行,像这种装配需要使用平行配合进行装配,下面具体介绍。

步骤1　打开练习文件ch04 asm\4.2\01\02\parallel。

步骤2　定义平行配合。选择如图4⁃36所示的配合对象,在快捷菜单中单击“平行”按钮,系统添加平行配合,结果如图4⁃37所示。

(3)垂直配合

垂直配合用于约束两个对象(线或面)垂直。在“配合”对话框中“标准配合”区域单击“垂直”按钮,用于添加垂直配合。

如图4⁃38所示的底座与竖梁装配,需要使竖梁与底座平面垂直,像这种装配需要使用竖直配合进行装配,下面具体介绍。

步骤1　打开练习文件ch04 asm\4.2\01\03\vertical。

步骤2　定义垂直配合。选择如图4⁃39所示的配合对象,在快捷菜单中单击“垂直”按钮,系统添加垂直配合,结果如图4⁃40所示。

(4)相切配合

相切配合用于约束两个圆弧面或圆弧面与平面相切。在“配合”对话框中“标准配合”区域单击“相切”按钮,用于添加相切配合,添加相切配合时注意相切方向设置。

如图4⁃41所示的V形块与圆柱装配,现在已经完成了V形块的装配,需要在此基础上继续装配圆柱,像这种装配需要使用相切约束进行装配,下面具体介绍。

步骤1　打开练习文件ch04 asm\4.2\01\04\tangent。

步骤2　定义第一个相切配合。选择如图4⁃42所示的配合对象,在快捷菜单中单击“相切”按钮,系统添加相切配合,结果如图4⁃43所示。此时圆弧面与平面相切,同时两个零

件朝向是相反的,这种配合称为同向相切配合,添加相切配合时,在快捷工具条中单击“反向”按钮,调整相切方向,结果如图4⁃44所示,这种配合称为反向相切。

步骤3　定义第二个约束配合。参照上一步操作,选择圆柱面与V形块另外一些的平面添加相切配合,结果如图4⁃45所示。

(5)同轴心配合

使用同轴心配合将零件中的两个圆柱面(圆弧面)或基准轴同轴。这种配合主要用于轴孔装配,如轴与轴上零件的装配,还有螺栓螺母与孔的装配等。在“配合”对话框中“标准配合”区域单击“同轴心”按钮,用于添加同轴心配合。

如图4⁃46所示的固定底座与销轴装配,需要约束销轴与底座上的小孔同轴装配,像这种装配需要使用同轴心配合进行装配,下面具体介绍。

步骤1　打开练习文件ch04 asm\4.2\01\05\coaxial。

步骤2　定义同轴心配合。选择如图4⁃47所示的配合对象,在快捷菜单中单击“同轴心”按钮,系统添加同轴心配合,结果如图4⁃48所示。

(6)锁定配合

使用锁定配合可以将两个零件绑定在一起,相当于将两个零件“合并”为一个零件。在“配合”对话框中“标准配合”区域单击“锁定”按钮,用于添加锁定配合。

如图4⁃49所示的底座和轴装配模型,需要对两个零件进行锁定,使其绑定在一起,这种装配可以使用锁定配合来处理,下面具体介绍。

步骤1　打开练习文件ch04 asm\4.2\01\06\lock。

步骤2　定义锁定配合。选择如图4⁃50所示的配合对象,在快捷菜单中单击“锁定”按钮,系统添加锁定配合,使两个零件绑定在一起,结果如图4⁃51所示。

(7)距离配合

距离配合用于定义两个对象之间具有一定的距离。在“配合”对话框中“标准配合”区域单击“距离”按钮,用于添加距离配合。

如图4⁃52所示的底座和平板模型,需要定义平板平面与底座平面之间距离为45,这种装配可以使用距离配合来处理,下面具体介绍。

步骤1　打开练习文件ch04 asm\4.2\01\07\distance。

步骤2　定义距离配合。选择如图4⁃53所示的配合对象,在快捷菜单中单击“距离”按钮,在文本框中输入距离值45,系统添加距离配合,结果如图4⁃54所示。

(8)角度配合

使用角度配合定义两个对象之间具有一定的角度。在“配合”对话框中“标准配合”区域单击“角度”按钮,用于添加角度配合。

如图4⁃55所示的底座和斜板装配模型,需要定义两板之间夹角为25°,这种装配可以使用角度配合来处理,下面具体介绍。

步骤1　打开练习文件ch04 asm\4.2\01\08\angle。

步骤2　定义角度配合。选择如图4⁃56所示的配合对象,在快捷菜单中单击“角度”按钮,在文本框中输入角度值25,系统添加角度配合,结果如图4⁃57所示。

4.2.2　高级配合

高级配合主要用于比较特殊的场合,帮助用户提高装配效率,主要包括轮廓中心、对称、宽度、路径配合、线性/线性耦合、限制距离和限制角度类型。

(1)轮廓中心配合

使用轮廓中心配合可以将选中的轮廓边或面约束到另外一个轮廓面的中心位置。在“配合”对话框中“高级配合”区域单击“轮廓中心”按钮,用于添加轮廓中心配合。

如图4⁃58所示的吊钩组装配模型,现在已经完成了如图4⁃59所示的装配,需要将吊钩装配到底板方形凸台中心位置。

步骤1　打开练习文件ch04 asm\4.2\02\01\contour_center。

步骤2　定义轮廓中心配合。在“配合”对话框中“高级配合”区域单击“轮廓中心”按钮,表示定义轮廓中心配合,如图4⁃60所示,选择如图4⁃61所示的配合对象(吊钩模型下部圆形端面和底板方形凸台表面),此时吊钩模型下部圆形端面与底板方形凸台表面中心对齐,结果如图4⁃62所示。

说明:在定义轮廓中心配合时,在对话框中选中如图4⁃60所示的“锁定旋转”选项,表示添加配合后模型是不能旋转的,约束了模型的旋转运动。

步骤3　继续定义轮廓中心配合。参照上一步操作,约束另外一个吊钩与底板上的方形凸台轮廓中心配合对齐,此处不再赘述。

(2)对称配合

使用对称配合约束两个零件的表面关于某个基准面对称。在“配合”对话框中“高级配合”区域单击“对称”按钮,用于添加对称配合。

如图4⁃63所示的螺母套筒装配模型,现在已经完成了如图4⁃64所示的装配,需要约束两边螺母关于中间基准面对称,如图4⁃65所示。

步骤1　打开练习文件ch04 asm\4.2\02\02\symmetry。

步骤2　定义对称配合。在“配合”对话框中“高级配合”区域单击“对称”按钮,表示定义对称配合,如图4⁃66所示。首先选择装配环境中的右视基准面为对称面,然后选择如图4⁃67所示的两个螺母内侧表面为配合对象,结果如图4⁃63所示。

(3)宽度配合

使用宽度配合约束一个零件中的两个面处在另外一个零件的两个面中间。在“配合”对话框中“高级配合”区域单击“宽度”按钮,用于添加宽度配合。在定义宽度配合时,选择的第一个零件中的两个面称为“宽度”对象,选择的另外一个零件中的两个面称为“薄片”对象。

如图4⁃68所示的滚轮装配模型,现在已经完成了如图4⁃69所示的装配,需要将滚轮约束到支架内侧的中间位置,如图4⁃70所示。

步骤1　打开练习文件ch04 asm\4.2\02\03\width。

步骤2　定义宽度配合。在“配合”对话框中“高级配合”区域单击“宽度”按钮,表示定义宽度配合,如图4⁃71所示。首先选择如图4⁃72所示的支架内侧两个表面为“宽度”对象,然后选择如图4⁃73所示的滚轮外侧两个表面为“薄片”对象,此时约束滚轮处在支架中间位置,结果如图4⁃68所示。

(4)路径配合

使用路径配合约束点在曲线上,使点只能按照一定的方式在曲线上运动。在“配合”对话框中“高级配合”区域单击“路径配合”按钮,用于添加路径配合。

如图4⁃74所示的路径配合模型,现在已经完成了如图4⁃75所示的装配,需要将滑块约束到底板曲线上,使滑块能够在底板曲线上沿着曲线切线方向运动。

步骤1　打开练习文件ch04 asm\4.2\02\04\path。

步骤2　定义路径配合。在“配合”对话框中“高级配合”区域单击“路径配合”按钮,表示定义路径配合,下面具体介绍路径配合定义及调试。

① 定义初步的路径配合。选择如图4⁃76所示的配合对象(滑块上的点和底板曲线),结果如图4⁃77所示,此时系统将选择的点约束到曲线上,如图4⁃78所示,完成配合后,使用鼠标拖动模型会发现模型运动极不规则,如图4⁃79所示,需要继续对模型进行约束。

② 定义滚转控制。为了控制路径配合在曲线上运动时不会发生滚转,需要进行滚转控制,在“路径配合”区域的“滚转控制”下拉列表中选择“上向量”选项,如图4⁃80所示,然后选择如图4⁃81所示的底板表面为“上向量”参考,同时选中“Y”选项,表示模型上显示的坐标系的Y轴始终与选中的平面垂直,完成“上向量”设置结果如图4⁃82所示,此时拖动滑块模型将不再发生反转,但是滑块的运动还是不规则的。

步骤3　继续添加路径配合。完成以上定义后滑块的运动还是不规则的,需要继续添加路径配合对滑块进行约束,选择如图4⁃83所示的配合对象(滑块上另外一侧的点和底板曲线),此时系统将选择的点约束到曲线上,如图4⁃84所示,完成配合后,使用鼠标拖动模型会发现模型运动符合运动要求。

　说明:路径配合在动画与运动仿真中应用非常广泛,特别是相机动画经常使用路径配合约束相机的运动轨迹,是创建相机动画的关键,具体操作将在本书第11章介绍,此处不展开讲解。

(5)线性/线性耦合配合

使用线性/线性耦合配合约束两个零件对象关联,使两个零件按照一定的方向及比例相互关联运动。在“配合”对话框中“高级配合”区域单击“线性/线性耦合”按钮,用于添加线性/线性耦合配合。

如图4⁃85所示的导轨滑块模型,模型中包括两个滑块(滑块A和滑块B),要求两个滑块能够按照1∶1的方式关联运动,类似于拖动运动,如滑块A运动带动滑块B运动,且两者运动比例为1∶1。

步骤1　打开练习文件ch04 asm\4.2\02\05\linear。

步骤2　定义线性/线性耦合配合。在“配合”对话框中“高级配合”区域单击“线性/线性耦合”按钮,如图4⁃86所示,表示定义线性/线性耦合配合,选择如图4⁃87所示的两个滑块表面为配合对象,设置比例为1∶1,完成线性/线性耦合配合定义,此时使用鼠标拖动任何一个滑块模型,另外一个滑块都会一起关联运动。

(6)限制距离配合

使用限制距离配合约束选定对象在一定的距离范围之内运动。在“配合”对话框中“高级配合”区域单击“限制距离”按钮,用于定义限制距离配合。

如图4⁃88所示的手柄滑槽模型,需要定义模型中手柄只能在一定的距离范围内运动,最大距离位置如图4⁃89所示,最小距离位置如图4⁃90所示。

步骤1　打开练习文件ch04 asm\4.2\02\06\distance_limit。

步骤2　定义限制距离配合。在“配合”对话框中“高级配合”区域单击“限制距离”按钮,如图4⁃91所示,表示定义限制距离配合。选择手柄零件中的右视基准面和装配环境中的右视基准面为配合对象,如图4⁃92所示,在“限定距离”文本框中输入0,表示初始值为0,然后设置最大距离为25,最小距离为-25,完成限制距离配合定义。

(7)限制角度配合

使用限制角度配合约束选定对象在一定的角度范围之内运动。在“配合”对话框中“高级配合”区域单击“限制角度”按钮,用于定义限制角度配合。

如图4⁃93所示的球阀模型,需要定义模型中手柄只能在一定的角度范围内运动,最大角度位置如图4⁃94所示,最小角度位置如图4⁃95所示。

步骤1　打开练习文件ch04 asm\4.2\02\07\angle_limit。

步骤2　定义限制角度配合。在“配合”对话框中“高级配合”区域单击“限制角度”按钮,如图4⁃96所示,表示定义限制角度配合。选择手柄零件中的前视基准面和装配环境中的前视基准面为配合对象,如图4⁃97所示。在“限定角度”文本框中输入0,表示初始值为0,然后设置最大角度为45度,最小角度为-45度,完成限制角度配合定义。