郭博—基于Solidworks的千斤頂模擬仿真

1、摘摘 要要本文針對計算機在近幾年的快速發(fā)展給機械行業(yè)所帶來的影響，初步探討了SolidWorks軟件的強大功能和發(fā)展。介紹了三維建模和運動仿真的作用和效果，以此說明近幾年機械制圖所發(fā)生的巨大變化。本文還介紹了以千斤頂為例的基于SolidWorks的三維實體運動仿真。認(rèn)真介紹了運用SolidWorks軟件進行千斤頂?shù)娜S實體建模過程和方法。關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：SolidWorks，千斤頂，三維實體建模，運動仿真Movement Simulation on Jack Based on SOLIDWORKS AbstractThis article in view of the fast developm

2、ent of the compute which influences on the mechanical industry in recent years just make an element discussion on the formidable function and the development of the SolidWorks. It introduces the function and the effect of the three dimensional modeling and the motion simulation. And the immense chan

3、ges which occur in recent years by this explanation mechanical drawing is shown. The hoisting jack which based on the SolidWorks is taken as the example of the three dimensional entity motion simulation. It introduces the process and the method of using the SolidWorks to model three dimensional enti

4、ty modeling on the hoisting jacks in detail.Keywords: SolidWorks,Jack, 3-D Solid Modeling, Movement Simulation目目 錄錄1 緒論.12 模擬仿真概述.12.1 模擬仿真的概念.12.2 模擬仿真的產(chǎn)生與發(fā)展.22.3 國內(nèi)的模擬仿真技術(shù).33 千斤頂.43.1 千斤頂?shù)亩x及分類.43.2 千斤頂?shù)陌l(fā)展現(xiàn)狀.54 SOLIDWORKS 概述 .65 基于 SOLIDWORKS 的模擬仿真實例.65.1 基于 SOLIDWORKS 的千斤頂三維實體建模的基本過程.75.2 零件三維實體建

5、模過程的基本步驟.75.3 螺旋千斤頂?shù)娜S實體建模的過程.85.3.1 底座的畫法極其過程 .85.3.2 起重螺桿的畫法及其過程 .105.3.3 頂蓋的畫法和過程 .115.3.4 旋轉(zhuǎn)桿的畫法及其過程 .135.4 千斤頂裝配體的裝配方法.155.5 千斤頂爆炸視圖的制作過程.165.6 千斤頂三維動畫的制作過程.186 結(jié)論.19致謝.20參考文獻.2111 緒論緒論 計算機仿真技術(shù)是世界各國十分重視的一項高新技術(shù)。仿真是以計算機系統(tǒng)為基礎(chǔ)，根據(jù)用戶的要求，建立實際系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，并使之轉(zhuǎn)換為仿真模型，在不同的工況下，在計算機系統(tǒng)中運行演示，從而真實地展現(xiàn)實際系統(tǒng)運行狀態(tài)的過程。它是

6、涉及計算數(shù)學(xué)、工程控制、各種實際系統(tǒng)的專業(yè)知識、計算機軟硬件技術(shù)等多學(xué)科領(lǐng)域的一項綜合性高科技技術(shù)。是科學(xué)工作者、工程技術(shù)人員、運行操作人員進行系統(tǒng)分析、優(yōu)化設(shè)計、性能評估、運行試驗、教育培訓(xùn)、操作訓(xùn)練的有力工具。它在國防、能源、交通、航空航天等重要的軍事與非軍事領(lǐng)域，得到了越來越廣泛的應(yīng)用。美國 1992 年提出的 22 項國家重點發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)報告中，計算機仿真技術(shù)被列為第 16 項。同年提出的 21 項國防及軍事重點發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)報告中，被列為第 6 項。足見其在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域中的重要地位1。 傳統(tǒng)的設(shè)計方法是首先在設(shè)計者頭腦中建立起產(chǎn)品的三維實體形狀后借助于正投影方法，把頭腦中的三維

7、實體投影為多二維視圖。在讀圖時又需要將各個視圖的信息通過想象加以綜合，在頭腦中恢復(fù)回原來的三維實體形狀，再進行工藝設(shè)計、加工等工作。這樣一個復(fù)雜的過程，大大降低工作效率，且容易出錯。運用 Solidworks 系統(tǒng)進行三維實體設(shè)計技術(shù)，采用新的三維-二維-三維的新模式，通過計算設(shè)計訓(xùn)練，培養(yǎng)了空間想象能力和設(shè)計思想表達能力2。SolidWorks 以其優(yōu)異的三維設(shè)計功能 ,操作簡單等一系列的優(yōu)點 ,極大地提高了設(shè)計效率。利用 SolidWorks 不僅可以生成二維工程圖，而且可以生成三維零件，實現(xiàn)零件的三維實體建模。用戶還可以利用其運動仿真功能，通過動畫來展現(xiàn)零件的三維造型和運動仿真。2 模擬

8、仿真概述模擬仿真概述2.12.1 模擬仿真的概念模擬仿真的概念 模擬仿真的意思就是用模型（物理模型或數(shù)學(xué)模型）來模仿實際系統(tǒng)，代替實際系統(tǒng)來進行實驗和研究。事實上，習(xí)慣定義的模擬仿真，即用模型來模仿實際系統(tǒng)進行實驗和研究，從來就是產(chǎn)品開發(fā)中的常用技術(shù)手段3。計算機運動仿真作為計算機仿真技術(shù)的一個重要分支，可以歸入虛擬現(xiàn)實技術(shù) VR(Virtual Reality)的范疇，它匯集了計算機圖形學(xué)、多媒體技術(shù)、實時計算技術(shù)、人機接口技術(shù)等多項關(guān)鍵技術(shù)。作為一門新興的高技術(shù)，己經(jīng)成為工程技術(shù)領(lǐng)域計算機應(yīng)用的重要方向。22.22.2 模擬仿真的產(chǎn)生與發(fā)展模擬仿真的產(chǎn)生與發(fā)展 近些年來，隨著計算機技術(shù)的發(fā)

9、展，計算機圖形處理能力日益增強，以計算機為主要工具的仿真技術(shù)也迅速發(fā)展起來，并很快應(yīng)用于工程領(lǐng)域。在計算機輔助下進行機械零件的設(shè)計、校核，并進行系統(tǒng)運動仿真己經(jīng)逐漸成為機械設(shè)計的發(fā)展方向。 在傳統(tǒng)的設(shè)計與制造過程中，首先是方案設(shè)計及論證，然后進行產(chǎn)品設(shè)計。在設(shè)計完成后，為了驗證設(shè)計，通常要制造樣機進行試驗，有時這些試驗甚至是破壞性的。當(dāng)通過試驗發(fā)現(xiàn)缺陷時，又要回頭修改設(shè)計并再用樣機驗證。只有通過周而復(fù)始的設(shè)計一試驗一設(shè)計過程，產(chǎn)品才能達到要求的性能。這一過程是冗長的，尤其對于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的系統(tǒng)，設(shè)計周期無法縮短，更不用談對市場的靈活反應(yīng)了。在大多數(shù)情況下，工程師往往為了保證產(chǎn)品按時投放市場而中斷這

10、一過程，使產(chǎn)品在上市時便有先天不足的毛病。在市場競爭的背景下，基于實際樣機上的設(shè)計驗證過程嚴(yán)重地制約了產(chǎn)品的質(zhì)量的提高、成本的降低和對市場的占有。隨著經(jīng)濟貿(mào)易的全球化，要想在競爭日趨激烈的市場上取勝，縮短開發(fā)周期，提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低成本以及對市場的靈活反應(yīng)都已成為競爭者們所追求的運營方式，誰早推出產(chǎn)品，誰就占有市場。然而，傳統(tǒng)的設(shè)計與制造方式卻無法滿足這些要求5。 虛擬模型技術(shù)應(yīng)當(dāng)屬于計算機輔助工程(CAE)的一個分支，它的核心部分是多體系統(tǒng)運動學(xué)與動力學(xué)建模理論及其技術(shù)實現(xiàn)。作為應(yīng)用數(shù)學(xué)一個分支的數(shù)值算法及時地提供了求解這種問題的有效的快速算法。近年來的計算機可視化技術(shù)以及動畫技術(shù)的發(fā)展為這

11、項技術(shù)提供了友好的用戶界面，CAD/FEA 等技術(shù)的發(fā)展為虛擬模型技術(shù)的應(yīng)用提供了技術(shù)環(huán)境。借助于虛擬模型技術(shù)，設(shè)計過程先從整機開始，按照“由上至下”的順序進行，這樣可以避免由于系統(tǒng)設(shè)計方面的失誤而付出的昂貴代價。 目前, 計算機仿真技術(shù)已經(jīng)廣泛地應(yīng)用在各個領(lǐng)域里:汽車制造業(yè)、工程機械、航天航空業(yè)、國防工業(yè)及通用機械制造業(yè);所涉及到的產(chǎn)品從龐大的卡車到照相機的快門，天上的火箭到輪船的錨機。在各個領(lǐng)域里，針對各種不同的產(chǎn)品，虛擬模型技術(shù)都為用戶節(jié)省了開支和時間，并提供了滿意的設(shè)計方案7。在我國，對計算機仿真技術(shù)的研究起步較早，發(fā)展很快。1995 年 6 月國防科技大學(xué)研制成功的銀河仿真 l 型計

12、算機，標(biāo)志著我國計算機仿真技術(shù)取得了突破性進展，跨入了國際的先進行列。在研制新一代的運載火箭、飛航導(dǎo)彈等重要科研項目中，多次用計算機仿真進行預(yù)測性試驗，確保了實際發(fā)射的成功率。據(jù)不完全統(tǒng)計，近幾年有關(guān)科研院所，運用銀河仿真機進行科學(xué)研究，節(jié)省科研經(jīng)費近 10 億元，取得了巨大的社會效益和經(jīng)濟效益。 3近年來由于計算機軟硬件技術(shù)的突飛猛進帶動了很多相關(guān)學(xué)科的飛速進步，仿真技術(shù)就是有代表性的一個。計算機所提供的資源環(huán)境、條件，使仿真技術(shù)的開發(fā)環(huán)境大為改善，有了更多可供選擇和馳聘的平臺。使仿真裝置的逼真度和實時性大為提高，性能價格比更加優(yōu)越。 就仿真技術(shù)而言，仿真建模方法學(xué)、仿真計算機系統(tǒng)、仿真支持

13、軟件等方面始終是仿真技術(shù)發(fā)展的重要課題。近幾年來，涉及上述領(lǐng)域的多項新技術(shù)、新成果已經(jīng)展示了良好的發(fā)展前景。面向?qū)ο蟮姆抡娼?，仿真科技界人士一直在致力于研究面向?qū)ο蟮母鞣N建模技術(shù)，主要方向是面向工程圖、面向方框圖、面向方程式、面向工藝過程的建模方法，這些方法雖然本質(zhì)上仍屬于將人們對實際系統(tǒng)的認(rèn)識轉(zhuǎn)變?yōu)檫m宜于計算機符號處理的模式，但較之傳統(tǒng)的采用Fortran 語言的人工建模前進了一大步。它充分調(diào)動了計算機本身的符號處理能力，加速了人們對仿真對象的認(rèn)識和轉(zhuǎn)換過程。這種方法將進一步改善系統(tǒng)的建模能力、縮短球棋時間.犬其可貴的是它使具有實際系統(tǒng)工程技術(shù)知識的用戶技術(shù)人員，更容易掌握和使用仿真技術(shù)，

14、使仿真技術(shù)這一先進的手段更好地為實際系統(tǒng)服務(wù)。 2.3 國內(nèi)的模擬仿真技術(shù)國內(nèi)的模擬仿真技術(shù)虛擬模型和計算機仿真技術(shù)是一項涉及多個學(xué)科領(lǐng)域的前沿技術(shù)，發(fā)達國家于 20 世紀(jì) 80 年代提出了相關(guān)概念，這項技術(shù)在過去的 10 年里獲得了迅速發(fā)展并達到實用階段。和一些先進國家相比，我國在這個領(lǐng)域還有一定差距，但已經(jīng)引起了國家有關(guān)部門和科學(xué)家們的重視，九五規(guī)劃、國家自然科學(xué)基金、國家高技術(shù)產(chǎn)業(yè)規(guī)劃都把虛擬現(xiàn)實技術(shù) VR 列入了研究項目。國內(nèi)一些高校和研究部門在緊跟國際先進技術(shù)的同時，積極投入到了這一領(lǐng)域當(dāng)中，并且取得了一定的研究成果。 清華大學(xué)計算機科學(xué)與技術(shù)系對虛擬現(xiàn)實和臨場感方面進行了研究，在克

15、服立體圖閃爍的措施和深度感試驗方面采用了一些獨特的方法。他們針對室內(nèi)環(huán)境的特點，提出借助圖像變換，使立體視覺圖像中對應(yīng)水平特征呈現(xiàn)形狀一致性，以利于實現(xiàn)特征匹配，并獲取物體三維結(jié)構(gòu)的新穎算法。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)機械系在機構(gòu)的三維運動仿真方面進行了不少研究，他們使用 OpenGL 開發(fā)的機構(gòu)三維仿真軟件成功地模擬出了一些常用機構(gòu)的運動狀態(tài)，并在此基礎(chǔ)上加入了一些計算機輔助設(shè)計和分析的功能。該校計算機系成功地摹擬出了人的臉部動作，如表情的合成和唇動的合成。 浙江大學(xué) CAD&CG 國家重點實驗室開發(fā)出了一套桌面虛擬建筑環(huán)境實時漫游系統(tǒng)，實現(xiàn)了立體視覺，同時提供的交互工具使系統(tǒng)的真實感達到了較

16、高的水平。4 北京航空航天大學(xué)計算機系著重研究了虛擬環(huán)境中物體物理特性的表示和處理，在虛擬現(xiàn)實的視覺接口方面開發(fā)出了部分軟硬件，提供了用于飛行員訓(xùn)練的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)。 西安交通大學(xué)信息工程研究所對立體顯示技術(shù)進行了研究，提出了一種基于 JPEG 標(biāo)準(zhǔn)壓縮編碼新方案，獲得了較高的壓縮比。 西北工業(yè)大學(xué)在基于 UG 的二次開發(fā)方面進行了不少研究。 西安理工大學(xué)機械與精密儀器學(xué)院在基于 SolidWorks 的二次開發(fā)方面也做了不少工作，開發(fā)了連桿機構(gòu)和弧面分度凸輪的運動仿真軟件。 上海交通大學(xué)圖像處理及模式識別研究所，國防科技大學(xué)計算機研究所，北京工業(yè)大學(xué) CAD 研究中心等單位也都在這一領(lǐng)域做了一

17、定的工作，并取得了一定的研究成果。3 千斤頂千斤頂3.1 千斤頂?shù)亩x及分類千斤頂?shù)亩x及分類千斤頂是一種用鋼性頂舉件作為工作裝置，通過頂部托座或底部托爪在行程內(nèi)頂升重物的輕小起重設(shè)備！ 按結(jié)構(gòu)特征可分為齒條千斤頂、螺旋千斤頂和液壓（油壓）千斤頂 3 種。 齒條千斤頂:由人力通過杠桿和齒輪帶動齒條頂舉重物。起重量一般不超過 20 噸，可長期支持重物，主要用在作業(yè)條件不方便的地方或需要利用下部的托爪提升重物的場合，如鐵路起軌作業(yè)。 螺旋千斤頂:由人力通過螺旋副傳動，螺桿或螺母套筒作為頂舉件。普通螺旋千斤頂靠螺紋自鎖作用支持重物，構(gòu)造簡單，但傳動效率低，返程慢。自降螺旋千斤頂?shù)穆菁y無自鎖作用，裝有

18、制動器。放松制動器，重物即可自行快速下降，縮短返程時間，但這種千斤頂構(gòu)造較復(fù)雜。螺旋千斤頂能長期支持重物，最大起重量已達 100 噸，應(yīng)用較廣。下部裝上水平螺桿后，還能使重物作小距離橫移。 液壓千斤頂:由人力或電力驅(qū)動液壓泵，通過液壓系統(tǒng)傳動，用缸體或活塞作為頂舉件。液壓千斤頂可分為整體式和分離式。整體式的泵與液壓缸聯(lián)成一體；分離式的泵與液壓缸分離，中間用高壓軟管相聯(lián)。液壓千斤頂結(jié)構(gòu)緊湊，能平穩(wěn)頂升重物，起重量最大已達 1000 噸，行程 1 米，傳動效率較高，故應(yīng)用較廣；但易漏油，不宜長期支持重物。 如長期支撐需選用自鎖頂，螺旋千斤頂和液壓千斤頂為進一步降低外形高度或增大頂舉距離，可做成多級

19、伸縮式的。53.2 千斤頂?shù)陌l(fā)展現(xiàn)狀千斤頂?shù)陌l(fā)展現(xiàn)狀近年來，我國的千斤頂產(chǎn)業(yè)得到快速持續(xù)發(fā)展，成為全球千斤頂生產(chǎn)增長最快和千斤頂消耗量最大的國家之一，因而引起業(yè)界的廣泛關(guān)注。千斤頂起源于 20 世紀(jì)初的英、美、德等國家，在逐步發(fā)展中工藝逐漸成熟，因其具有抗腐蝕、耐高溫，強度高、表面精美、百分之百可回收等無與倫比的良好性能，被廣泛應(yīng)用于建筑、交通、能源、石化、環(huán)保、城市景觀、醫(yī)療、餐飲等各個領(lǐng)域，逐漸被人們所接受，也越來越多地走進尋常百姓的日常生活。 一、中國千斤頂產(chǎn)業(yè)實現(xiàn)了快速發(fā)展我國千斤頂產(chǎn)業(yè)發(fā)展進步較晚，建國以來到改革開放前，我國千斤頂?shù)男枨笾饕且怨I(yè)和國防尖端使用為主。改革開放后，國民

20、經(jīng)濟的快速發(fā)展，人民生活水平的顯著提高，拉動了千斤頂?shù)男枨?。進入上世紀(jì)九十年代后，我國千斤頂產(chǎn)業(yè)進入快速發(fā)展期，千斤頂需求的增速遠高于全球水平。1990 年以來，全球千斤頂表觀消費量以年均 6%的速度增長，而九十年代的十年間，我國千斤頂表觀消費量年均增長率達到 17.73%，是世界年均增長率的2.9 倍。進入二十一世紀(jì)，我國千斤頂產(chǎn)業(yè)高速增長。2000 年2004 年，我國千斤頂消費量從 188 萬噸增長到 447 萬噸，增加了 2.3 倍，年平均增長率在 27%以上。其中，2001 年，我國千斤頂表觀消費量達到 225 萬噸，超過美國成為世界第一千斤頂消費大國。同時，千斤頂進口也大幅度增加。

21、1998 年，我國千斤頂進口 100 萬噸，由此成為世界上最大的千斤頂進口國。2004 年與 1998 年比，千斤頂進口增長幅度年均達到 27.14%。預(yù)計 2005 年，中國千斤頂表觀消費量將達到 500 萬噸，進口仍將保持在 300 萬噸左右。 伴隨著千斤頂市場的快速發(fā)展，我國千斤頂產(chǎn)量也結(jié)束了長期徘徊的局面，實現(xiàn)了高速增長。我國千斤頂產(chǎn)量從 2000 年的 46 萬噸增長到 2004 年的 236 萬噸，年平均增長率在 82.6%，占國內(nèi)市場需求的比重也由 2000 年的 24.47%提高到 2004 年的 52.80%。而同期，世界千斤頂產(chǎn)量則僅以 6%左右的速度增長。從九十年代后期起

22、，我國太鋼、寶鋼以及寶新、張浦等國有和合資企業(yè)通過引進和技術(shù)改造，先后建成了一系列千斤頂生產(chǎn)線，千斤頂工藝技術(shù)裝備達到國際先進水平，千斤頂生產(chǎn)初具規(guī)模。千斤頂品種結(jié)構(gòu)也發(fā)生了積極的變化，千斤頂產(chǎn)品質(zhì)量迅速提高。特別是國內(nèi)千斤頂冷軋板增長迅速，2003 年，國內(nèi)冷軋板產(chǎn)量達到 170 萬噸，首次超過進口量,自給率達到 66%；2004 年，國內(nèi)冷軋板產(chǎn)量達到 200 萬噸，自給率達到 70%以上。從 2004 年底到 2005 年底，國內(nèi)冷軋千斤頂產(chǎn)能將增加約 150 萬噸，基本滿足國內(nèi)市場需求。到 2007 年，我國將成為千斤頂?shù)膬舫隹趪?6從總體上看，我國千斤頂正在經(jīng)歷由規(guī)模小、水平低、品

23、種單一、嚴(yán)重不能滿足需求到具有相當(dāng)規(guī)模和水平、品種質(zhì)量顯著提高和初步滿足國民經(jīng)濟發(fā)展要求的深刻轉(zhuǎn)變，千斤頂需求將逐步實現(xiàn)自給。4 SOLIDWORKS 概述概述SolidWorks 是世界上第一款完全基于 Windows 的 3D CAD 軟件 ,自 1995 年問世以來 ,以其優(yōu)異的三維設(shè)計功能 ,操作簡單等一系列的優(yōu)點 ,極大地提高了設(shè)計效率 ,在與同類軟件的激烈競爭中已經(jīng)確立了它的市場地位 ,已經(jīng)成為三維機械設(shè)計軟件的標(biāo)準(zhǔn)。利用 SolidWorks 不僅可以生成二維工程圖，而且可以生成三維零件，用戶可以利用這些三維零件來建立二維工程圖及三維裝配體。SolidWorks 采用雙向關(guān)聯(lián)尺寸

24、驅(qū)動機制，設(shè)計者可以指定尺寸和各實體間的幾何關(guān)系，改變尺寸會改變零件的尺寸與形狀，并保留設(shè)計意圖。SolidWorks 的優(yōu)點：(1).SolidWorks 是當(dāng)今世界基于 NT/Windows 平臺的三維機械 CAD 軟件系統(tǒng)的主流產(chǎn)品，目前己在國內(nèi)外中小型企業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。 (2).易學(xué)、易用，操作過程直觀、簡單，功能強大。 (3).完全漢化，使用過程中無任何語言障礙。 (4).可向下兼容二維 AutoCAD，使得以前采用 AutoCAD 進行的設(shè)計可以繼續(xù)使用和轉(zhuǎn)化。 (5).根據(jù)需求，可以很方便地利用 VB 和 V C+對其進行二次開發(fā)。(6).與其它三維設(shè)計軟件系統(tǒng)具有非常好的兼容

25、性。5 基于基于 SOLIDWORKS 的模擬仿真實例的模擬仿真實例為了實現(xiàn)機構(gòu)的運動仿真，首先必須利用 SolidWorks 強大的實體造型功能構(gòu)造出運動構(gòu)件的三維模型，其中包括:：底座，起重桿，旋轉(zhuǎn)桿，螺釘，頂蓋。本文在 SolidWorks 中生成零件的三維實體模型。本文綜合了各種機構(gòu)的運動特點，仔細選擇了每個零件的原點位置，并將完成建模的零件統(tǒng)一存放在專門的目錄之中，完成三維零件庫的建立。 只有三維實體模型還不能模擬機構(gòu)的運動，需要運動的零件模型必須進行裝配，這種裝配通常是手動完成的。這種方法不但費時費力，而且可能產(chǎn)生裝配錯誤，影響后面進行的運動仿真。本文采用程序裝配的方法，自動在前一

26、個機構(gòu)的輸出構(gòu)件上裝配新的機構(gòu)。如果前面的機構(gòu)不存在，則自動將主動構(gòu)件的坐標(biāo)原點定位于裝配體的坐標(biāo)原點。進行運動仿真時，首先根據(jù)需要找到并7打開運動構(gòu)件的三維實體模型，然后根據(jù)實際情況設(shè)置各個構(gòu)件在裝配體中的位置，使每個構(gòu)件都正確的安裝在裝配體之中。5.1 基于基于 SOLIDWORKS 的千斤頂三維實體建模的基本過的千斤頂三維實體建模的基本過程程以螺旋千斤頂為例介紹基于 SolidWorks 的三維實體建模的過程和運動仿真。早期的計算機運動仿真都是以二維圖形的形式出現(xiàn)的，從最初的以簡單的線條來模擬現(xiàn)實之中的各種機構(gòu)，發(fā)展到后來精細化的二維圖形運動仿真，都沒有突破二維的界限?？陀^地講，二維圖形

27、對空間復(fù)雜機構(gòu)的運動仿真顯得力不從心。隨著計算機軟硬件和計算機圖形學(xué)的發(fā)展，三維實體運動仿真成為可能。三維仿真系統(tǒng)中的運動構(gòu)件都以三維實體的形式出現(xiàn)，更符合人的視覺習(xí)慣和思維習(xí)慣，更能夠代表顯示生活中的實際情況，也使空間機構(gòu)的運動仿真成為現(xiàn)實。 SolidWorks 軟件是在 Windows 環(huán)境下開發(fā)的三維實體設(shè)計軟件，它能夠充分利用 Windows 的優(yōu)秀界面，為設(shè)計師提供了簡易方便的工作界面。SolidWorks 首創(chuàng)的特征管理，能夠?qū)⒃O(shè)計過程的每一步記錄下來，并形成特征管理樹，顯示在屏幕的左側(cè)。設(shè)計師可以隨時點取任意一個特征進行修改，還可以隨意調(diào)整特征樹的順序，以改變零件的形狀。由于

28、SolidWorks 全面采用Windows 的技術(shù)，因此在零件設(shè)計時可以對零件的特征進行“剪切、復(fù)制、粘貼”等操作。SolidWorks 軟件提供完整的、免費的開發(fā)工具(API)，用戶可以用微軟的 Visual Basic, Visual C+或其它支持 OLE 的編程語言建立自己的應(yīng)用方案。通過數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換接口，SolidWorks 可以很容易地將目前市場幾乎所有的機械 CAD 軟件集成到現(xiàn)實環(huán)境里來。 SolidWorks 是 Windows 原創(chuàng)的三維實體設(shè)計軟件，全面支持微軟的 OLE 技術(shù)。它支持 OLE2.0 的 API 后繼開發(fā)工具己經(jīng)改變了 CAD/CAE/CAM 領(lǐng)域傳統(tǒng)的集成

29、方式，使得不同的應(yīng)用軟件能集成到同一個窗口，共享同一數(shù)信息，以相同的方式操作，沒有文件傳輸?shù)臒?。SolidWorks 軟件在用戶界面方面的方便程度是世界公認(rèn)的，該軟件自 1995 年問世以來，先后共獲得工業(yè)界的十幾次大獎，這在同檔次軟件中獲獎次數(shù)最多的軟件。5.2 零件三維實體建模過程的基本步驟零件三維實體建模過程的基本步驟一個零件的建模過程，實際上就是許多個簡單特征相互之間疊加、切割或相交的操作過程。按照特征的創(chuàng)建順序，構(gòu)成零件的特征可分為基本特征和構(gòu)造特征，因此一個零件的實體建模的基本過程可以由如下幾個步驟組成：8（1）進入零件設(shè)計模式。（2）分析零件特征，并確定特征創(chuàng)建順序。（3）創(chuàng)建

30、與修改基本特征。（4）創(chuàng)建與修改其他構(gòu)造特征。（5）所有特征完成之后，存儲零件模型。5.35.3 螺旋千斤頂?shù)娜S實體建模的過螺旋千斤頂?shù)娜S實體建模的過程程 本節(jié)以螺旋千斤頂為例介紹應(yīng)用 SOLIDWORKS 制作三維實體的過程。 5.3.15.3.1 底座的畫法極其過程底座的畫法極其過程(1)單擊標(biāo)準(zhǔn)工具欄中的“新建”工具，新建一個零件文件(2)在特征管理器設(shè)計樹中選擇“上視基準(zhǔn)面” ，單擊（草圖繪制）工具。（3）單擊（圓）工具，過草圖原點繪制一個圓。單擊退出草圖。 (4) 單擊（拉伸凸臺） ，然后根據(jù)圖紙單擊（智能尺寸）來設(shè)定拉伸的長度，然后單擊（確定） ，運用此方法，畫出底座的整個框架

31、圖。（5）單擊（拉伸切除） ，如圖 1，在選項中點擊完全貫穿，在草圖基準(zhǔn)面上畫出相應(yīng)的圓，如圖1，有智能尺寸定出尺寸，單擊（確定） 。 （6）單擊（圓心/起/終點圓?。┊嫵鰣D紙所要求的直線與直線之間的圓角，在圖 2 中設(shè)定所需圓角的半 圖 1 拉伸切除選項徑，然后單擊（確定） 。 （7）通過草圖繪制畫出筋的草圖，單擊退出草圖。單擊（筋） ，生成實體。單擊（圓周陣列） ，生成另外三條筋。 （8）再次單擊（草圖繪制）工具，進行草圖 2 的繪制，設(shè)定基準(zhǔn)面 2，單擊（直線）畫一條直線，然后根據(jù)圖紙單擊（智能尺寸）來設(shè)定直線的尺寸，然后單擊（確定） 。 圖 2 參數(shù)設(shè)置（9）根據(jù)圖紙數(shù)據(jù)畫出一個矩型，

32、在頂部菜單中點擊插入曲線螺旋線，繪制出螺旋線，根據(jù)底圓柱長度選擇適當(dāng)?shù)倪x項畫出螺旋線，單擊（確定） 。9 （10）單擊（退出草圖） ，單擊（掃描） ，繪制出螺紋。生成實體，如圖3。 圖 3 底座三維圖10 圖 4 底座剖面圖5.3.2 起重螺桿的畫法及其過程起重螺桿的畫法及其過程(1)單擊標(biāo)準(zhǔn)工具欄中的“新建”工具，新建一個零件文件(2)在特征管理器設(shè)計樹中選擇“上視基準(zhǔn)面” ，單擊（草圖繪制）工具，進行草圖 1 的繪制。（3）單擊（圓）工具，過草圖原點繪制一個圓，單擊（智能尺寸）來標(biāo)定圓的尺寸。單擊退出草圖。 (4) 單擊（拉伸凸臺） ，然后根據(jù)圖紙單擊（智能尺寸）來設(shè)定拉伸的長度，然后單擊

33、（確定） ，運用此方法，畫出螺旋桿的整個實體框架圖。（5）單擊（圓角）畫出螺旋桿上圖紙所要求的圓角。（6）單擊（草圖繪制）工具，單擊（點） ，在前視基準(zhǔn)面上根據(jù)尺寸要求選出點。11（7）在前視基準(zhǔn)面上，單擊（圓）工具，單擊（智能尺寸）來標(biāo)定圓的尺寸。單擊退出草圖。單擊（拉伸切除） ，在選項中點擊完全貫穿，單擊（確定） 。（8）再次單擊（草圖繪制）工具，進行草圖繪制，設(shè)定基準(zhǔn)面，單擊（直線）畫一條直線，然后根據(jù)圖紙單擊（智能尺寸）來設(shè)定直線的尺寸，然后單擊（確定） ，根據(jù)圖紙數(shù)據(jù)畫出一個矩形，在頂部菜單中點擊插入曲線螺旋線，如圖5，繪制出螺旋線，根據(jù)底圓柱長度選擇適當(dāng)?shù)倪x項畫出螺旋線，單擊（確定

34、） ，單擊（退出草圖） ，單擊（掃描） ，繪制出螺紋。生成實體，如圖 6。 圖 5 參數(shù)設(shè)置 圖 6 起重桿三維實體圖5.3.3 頂蓋的畫法和過程頂蓋的畫法和過程(1)單擊標(biāo)準(zhǔn)工具欄中的“新建”工具，新建一個零件文件(2)在特征管理器設(shè)計樹中選擇“上視基準(zhǔn)面” ，單擊（草圖繪制）工具，12進行草圖 1 的繪制。（3）單擊（圓）工具，過草圖原點繪制一個圓，單擊（智能尺寸）來標(biāo)定圓的尺寸。單擊退出草圖。(4) 單擊（拉伸凸臺） ，然后根據(jù)圖紙單擊（智能尺寸）來設(shè)定拉伸的長度，然后單擊（確定） ，運用此方法，畫出螺旋桿的整個實體框架圖。（5）單擊（草圖繪制）工具，進行草圖 2 的繪制。在前視基準(zhǔn)面上

35、，單擊（3 點圓?。└鶕?jù)圖紙運用三點圓弧在介于兩個圓面之間畫一條弧線。 （6）單擊（退出草圖） ，單擊（旋轉(zhuǎn)凸臺/基體）進行旋轉(zhuǎn)生成實體，在圖 7 中設(shè)定旋轉(zhuǎn)范圍，然后單擊（確定） ，生成旋轉(zhuǎn)體，生成實體。 圖 7 參數(shù)設(shè)置 （7） ）單擊（中心線）工具，過草圖原點繪制一條垂直的對稱虛線。 （8） 以中心線作為基準(zhǔn)，單擊（直線）畫一條直線，然后根據(jù)圖紙單擊（智能尺寸）來設(shè)定直線的尺寸，然后單擊（確定） ，運用此方 法，畫出所需要的兩條直線，以及確定它的尺寸。（9）單擊（拉伸切除） ，在上面窗口中，選擇圖中尺寸，單擊（確定） 。（10）單擊（圓周陣列） ，如圖 8 選擇角度：360 度；選擇個數(shù)

36、：24；單擊（確定） 。生成實體圖。 如圖 10。 圖 8 圓周陣列選項13 圖 9 圖 10 頂蓋三維實體圖145.3.4 旋轉(zhuǎn)桿的畫法及其過程旋轉(zhuǎn)桿的畫法及其過程(1)單擊標(biāo)準(zhǔn)工具欄中的“新建”工具，新建一個零件文件(2)在特征管理器設(shè)計樹中選擇“前視基準(zhǔn)面” ，單擊（草圖繪制）工具，進行草圖 1 的繪制。（3）單擊（中心線）工具，過草圖原點繪制一條垂直的對稱虛線。如圖11。 (4) 以中心線作為基準(zhǔn)，單擊（直線）畫一條直線，然后根據(jù)圖紙單擊（智能尺寸）來設(shè)定直線的尺寸，然后單擊（確定） ，運用此方法，畫出所需要的所有直線，以及確定它的尺寸。 圖 11 旋轉(zhuǎn)桿草圖（5）單擊（退出草圖） ，

37、單擊（旋轉(zhuǎn)凸臺/基體）進行旋轉(zhuǎn)生成實體，在圖 12 中設(shè)定旋轉(zhuǎn)范圍，然后單擊（確定） ，生成旋轉(zhuǎn)體，生成實體。 （6）單擊（倒角）畫出旋轉(zhuǎn)桿上圖紙所要求的倒角。 如圖 13。 圖 12 旋轉(zhuǎn)參數(shù) 圖 13 旋轉(zhuǎn)桿三維實體圖 螺釘是標(biāo)準(zhǔn)件，可直接從零件庫里找。如圖 14。15 圖 14 螺釘5.45.4 千斤頂裝配體的裝配方法千斤頂裝配體的裝配方法1. 裝配體的裝配方法極其過程（1）單擊標(biāo)準(zhǔn)工具欄中的“新建”工具，單擊（裝配體） ，新建一個裝配體文件。（2）單擊（插入零部件） ，瀏覽要打開的文件，點擊（確定） 。（3）首先插入千斤頂?shù)闹鞲闪慵菪龡U，然后插入底座，用移動零件，單擊 （配合） ，在

38、配合列表中選擇“同心軸” ， “配合選擇”中選擇螺旋桿和頂墊的大小相等的圓周，單擊（確定） 。（4）再插入頂蓋，用移動零件，單擊（配合） ，在配合列表中選擇“同心軸” ， “配合選擇”中選擇起重螺桿和頂蓋的大小相等的圓周，如圖 15。 （5）再插入螺釘，用移動零件，單擊（配合） ，在配合列表中選擇“同心軸”和“重合” ， “配合選擇”中選擇螺套和底座的大小相等的圓周和上表面，單擊（確定） 。16（6）最后插入旋轉(zhuǎn)桿，用移動零件，單擊（配合） ，在配合列表中選擇“重合” ， “配合選擇”中選擇起重螺桿和旋轉(zhuǎn)桿，使旋轉(zhuǎn)桿上的圓的圓心和起重螺桿的軸線相重合，單擊（確定） 。（7）完成裝配體。如圖 1

39、6。 圖 15 配合選項 圖 16 裝配體 5.55.5 千斤頂爆炸視圖的制作過程千斤頂爆炸視圖的制作過程 （1）打開裝配體，在界面中單擊動畫 1，將所有時間歸零，如圖 17，然17后界定時間。 圖 17 動畫選項 （2）單擊（爆炸視圖） ，然后將零件依次移動到原定位置，如圖 18。 圖 18 裝配體分解圖（3）單擊（動畫向?qū)В?，在圖 19 中選擇爆炸，單擊下一步，選定時間，單擊完成。18 圖 19 動畫類型選項 （4）再單擊（動畫向?qū)В?，在圖 19 中選擇解除爆炸，單擊下一步，選定時間，單擊完成。（5）單擊（保存） ，完成千斤頂?shù)谋ㄒ晥D。5.65.6 千斤頂三維動畫的制作過程千斤頂三維動畫的制作過程 （1）打開裝配體，在界面中單擊動畫 1，將所有時間歸零，如圖 17，然后界定時間。（2）單擊（模擬） ，在下拉菜單中選擇旋轉(zhuǎn)馬達，單擊確定。19 圖 20 爆炸試圖選項 圖 21 軸選項（3） 在圖 20 中單擊旋轉(zhuǎn)模型，單擊下一步，在圖 21 中選擇 Y-軸，單擊下一步，設(shè)定時間，單擊完成。 （4）在裝配體中向上旋轉(zhuǎn)起重螺桿，