基于SolidWorks的新型摩托车虚拟设计与装配

佛本是道

时间：2012-12-22  文章来源： 中国机经网

　　虚拟设计(Virtual Design，VD)是20世纪90年代发展起来的一个新的研究领域，它是计算机图形学、人工智能、计算机网络、信息处理、机械设计与制造等技术综合发展的产物。虚拟设计为设计人员提供了一种崭新的技术手段.通过虚拟设计技术，设计师可以把自己的经验与想像结合在计算机的虚拟三维模型里，让想像力和创造力充分发挥。虚拟装配(Virtual Assembly，VA)可以验证零件设计和操作的正确与否，以便及早发现零件设计或装配中的问题。

　　本文基于SolidWorks三维设计软件，综合运用SolidWorks的参数化、变量化实体和曲面建模技术，充分发挥想像力，设计了一款新型摩托车，对摩托车各组成零件进行了虚拟设计，利用Solid Works的装配功能，自下而上的设计思路，完成了摩托车各组成零件的虚拟装配及渲染输出。

　　1 摩托车的虚拟设计

　　1.1 摩托车的组成零件分析

　　对摩托车进行虚拟设计前.首先要对摩托车结构进行分析，结合想像力和创造力，对摩托车各组成零件进行参数化建模。摩托车组成零件很多，主要由车身、前轮、轴、车杆、后轮、车灯、挡泥板等。这些零件都是专用件，需要逐一进行造型设计，图1是摩托车的主要零件造型图。

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2012-12-25 08:37

图1 摩托车主要零件

　　1.2 摩托车零件的三堆建模

　　SolidWorks软件采用基于特征的参数化驱动建模技术，具有交互建立和编辑复杂实体模型的能力，可以快速地进行概念设计和结构细节设计。SolidWorks为三维建模提供了多种不同的应用模块，如实体建模、特征建模、自由曲面建模等。由于摩托车结构复杂，零件很多，车轮是其中的主要零件之一。下面以摩托车前轮作为一个具体例子，分析前轮三维建模的步骤。

　　在建立前轮实体时，需要先分析前轮的结构特征，确定这些特征建立的先后顺序以及每个特征的建立方法，使建立的特征尽可能简单。参数尺寸尽可能少。在进行了上述分析后，就可以利用SolidWorks软件提供的特征命令中的拉伸、旋转、切除等建模功能创建出三维实体模型。所以，在对前轮进行参数化特征建模之前，应该先对其进行结构分析，制定创建模型的大致方案。

　　摩托车的前轮是方向轮，主要由中心轴、轮胎、轮辋、轮毂、辐条、轴承、饰板等组成。其参数化建模过程：①在草图环境中创建圆弧轮廓，拉伸得到中心轴实体；②绘制草图，用旋转曲面、曲面加厚等命令创建轮辋；③绘制草图，用旋转曲面命令以中心轴线作为旋转中心，生成轮胎；④绘制样条曲线，拉伸、相减命令创建辐条，圆周阵列辐条；⑤选择基准面，绘制车轮饰板草图，用拉伸、阵列、镜像命令创建饰板；⑥用倒圆角命令对辐条、饰板进行倒圆角；⑦用裁剪命令减掉多余部分，完成前轮三维模型的建立。

　　摩托车前轮建模过程如图2所示，其它零件建模步骤类似。

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图2 前轮零件建模过程

　　2 摩托车的虚拟装配

　　装配体的设计主要有两种方法，自下而上和自顶向下。自下而上设计法是一种比较传统的方法，首先生成各个零件，将其插入装配体，然后根据设计要求配合零部件，将其装配起来。本文采用自下而上的装配设计方法，首先对各零件进行虚拟三维造型设计，然后根据设计要求将其插入装配体，按照配合要求，配合各零部件，将其装配起来。因为零件为独立设计的，这种方法比较清楚，也很实用。

　　要使零件之间达到准确的配合，必须建立准确的装配约束，两个零件之间的装配约束一般用3个移动坐标以及绕3个移动坐标的转动表示。SolidWorks系统在配合菜单下提供了重合、平行、垂直、相切、同轴心、距离、角度7种标准配合，对称、宽度、路径配合、线性/线性耦合等4种高级配合，以及凸轮、齿轮、齿条小齿轮、螺旋、万向节等5种机械配合。在装配过程中的配合关系应根据零件的运动状态来选取，并且要考虑运动自由度的问题。

　　以车身和车杆零件的配合为例，首先在SolidWorka软件中新建一装配体，取名“摩托车装配体”，单击插入零部件图标，将车身.sldprt和车杆.sldprt零部件添加到装配体。单击配合图标，通过选择重合及同心轴配合约束，将车身和车杆零件配合起来，摩托车虚拟装配过程如图3所示。

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图3 摩托车装配过程

　　利用SolidWorks还可以对装配体进行干涉检查、碰撞检查，以判断在装配过程中零件之间有无干涉，保证任意两个零件在空间不会出现相互重叠现象，以便从中发现问题及时对模型进行修改，直到获得满意的结果。同时，还可以利用SolidWorks生成摩托车的爆炸视图，更明确地表达产品结构，形象地再现装配体特征。

　　3 渲染输出

　　与SolidWorks完全集成的高级渲染软件PhotoWorks可以有效地展示概念设计，减少样机的制作费用，快速地将产品投放市场。通过在Windows环境下，与三维机械设计软件的标准SolidWorks的无缝集成。PhotoWorks可方便制作出真实质感和视觉效果的图片，并向客户发布。利用PhotoWorks的菜单和工具栏中的命令，自定义灯光、阴影、背景、景观等选项，在摩托车装配体中选择合适的材料属性，在渲染之前预览，设定灯光和背景选项.就可以生成一系列摩托车各种背景效果的高品质图片文件。

　　4 结束语

　　通过虚拟设计和虚拟装配，让想象力和创造力充分发挥，不仅可以真实地反映摩托车的几何形状和结构特征，还能反映各零部件的空间位置，进而有效检测工作装置各零部件之间是否发生干涉与碰撞，减少了物理样品试制过程中出现的各种问题，从而大大缩短新产品的开发周期，降低了产品成本。因此，运用SolidWorks进行虚拟设计和虚拟装配，对实际产品生产具有重要意义。