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第7章产品装配设计
    一般来说,单纯的零件没有实际意义。对于机械设计而言,一个运动机构、一台装置或
设备才有意义。将已经完成的各个独立的零件,根据预先的设计要求装配成为一个完整的装
配体,并在此基础上对其进行运动测试,检查是否完成设计功能,才是设计的最终目的,也
是SolidWorks的要点之一。

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本章要点
SolidWorks装配概述
自下而上装配设计
自上而下装配设计
习题
7.1 SolidWorks装配概述
    装配是根据技术要求将若干零件接合成部件或将若干个零件和部件接合成产品的劳动过程。装配是整个产品制造过程中的后期工作,各部件需正确地装配,才能形成最终产品。如何使零部件装配成产品并达到设计所需要的装配精度,这是装配工艺要解决的问题。
7.1.1装配理论
    一、了解SolidWorks装配术语
    在利用SolidWorks进行装配建模之前,初学者必须先了解一些装配术语,这有助于后
面的课程学习。
    (1)零部件。
    在SolidWorks中,零部件就是装配体中的一个组件(组成部件)o零部件可以是单个部
件(即零件),也可以是一个子装配。零部件是由装配体引用而不是复制到装配体中。
    (2)子装配体。
    组成装配体的这些零件称为子装配体。当一个装配体成为另一个装配体的零部件时,这
个装配体也可称为子装配体。
    (3)装配体。
    装配体是由多个零部件或其他子装配体所组成的一个组合体。装配体文件的扩展名为
“.sldasm”。
    装配体文件中保存了两个方面的内容:一是进入装配体中各零件的路径,二是各零件之
间的配合关系。一个零件放入装配体中时,这个零件文件会与装配体文件产生链接的关系。
在打开装配体文件时,SolidWorks要根据各零件的存放路径找出零件,并将其调入装配体环
境。所以装配体文件不能单独存在,要和零件文件一起存在才有意义。
    (4)  【自下而上】装配。
    自下而上装配是指在设计过程中,先设计单个零部件,在此基础上进行装配生成总体设
计。这种装配建模需要设计人员交互地给定配合构件之间的配合约束关系,然后由
SolidWorks系统自动计算构件的转移矩阵,并实现虚拟装配。
    (5)  【自上而下】装配。
    自上而下装配,是指在装配级中创建与其他部件相关的部件模型,是在装配部件的顶级
向下产生子装配和部件(即零件)的装配方法。即先由产品的大致形状特征对整体进行设
计,然后根据装配情况对零件进行详细设计。
    (6)混合装配。
    混合装配是将自上而向下装配和自下而上装配结合在一起的装配方法。例如先创建几个
主要部件模型,再将其装配在一起,然后在装配中设计其他部件,即为混合装配。在实际设
计中,可根据需要在两种模式下切换。
    (7)配合。
    配合是在装配体零部件之间生成几何关系。当零件被调入到装配体中时,除了第一个调
入的之外,其他的都没有添加配合,位置处于任意的【浮动】状态。在装配环境中,处于
【浮动】状态的零件可以分别沿3个坐标轴移动,也可以分别绕3个坐标轴转动,即共有6
个自由度。
    (8)关联特征。
    关联特征是在当前零件中通过对其他零件的几何体进行绘制草图、投影、偏移或加入尺
寸来创建几何体。关联特征也带有外部参考的特征。
    二、装配环境的进入
    进入装配体环境有两种方法:第一种是新建装配体文件时,在弹出的【新建SolidWorks
文件】对话框中选择【装配体】模板,单击【确定】按钮即可新建一个装配体文件,并进入
装配环境,如图7-1所示。第二种则是在零件环境中,选择【文件】 【从零件制作装配
体】命令,切换到装配环境。
  图7-1  新建装配体文件
 
    当新建一个装配体文件或打开一个装配体文件时,即进入SolidWorks装配环境。
SolidWorks装配操作界面和零件模式的界面相似,装配体界面同样具有菜单栏、工具栏、设
计树、控制区和零部件显示区。在左侧的控制区中列出了组成该装配体的所有零部件。在设
计树最底端还有一个配合的文件夹,包含了所有零部件之间的配合关系,如图7-2所示。
     图7-2 SolidWorks装配操作界面
 
    由于SolidWorks提供了用户自己定制界面的功能,装配操作界面可能与用户实际应用
的情况有所不同,但大部分界面是一致的。
7.1.2布局草图
    布局草图对装配体的设计来说是一个非常有用的工具,利用装配布局草图,可以控制零
件和特征的尺寸和位置。对装配布局草图的修改会引起所有零件的更新,如果再采用装配设
计表还可进一步扩展此功能,自动创建装配体的配置。
    一、布局草图的功能
    装配环境中的布局草图有如下功能。
    (1)确定设计意图。
    所有的产品设计都有一个设计意图,不管它是创新设计还是改良设计。总设计师最初的
想法、草图、计划、规格及说明都可以用来构成产品的设计意图。它可以帮助每个设计者更
好地理解产品的规划和零件的细节设计。
    (2)定义初步的产品结构。
    产品结构包含了一系列的零件,以及它们所继承的设计意图。产品结构可以这样构成:
在它里面的子装配和零件都可以只包含一些从顶层继承的基准和骨架或者复制的几何参考,
而不包括任何本身的几何形状或具体的零件;还可以把子装配和零件在没有任何装配约束的
情况下加入装配之中。这样做的好处是,这些子装配和零件在设计的初期是不确定也不具体
的,但是仍然可以在产品规划设计时把它们加入装配中,从而可以为并行设计做准备。
    (3)在整个装配骨架中传递设计意图。
    重要零件的空间位置和尺寸要求都可以作为基本信息,放在顶层基本骨架中,然后传递
给各个子系统,每个子系统就从顶层装配中获得了所需要的信息,进而它们就可以在获得的
骨架中进行细节设计了,因为它们基于同一设计基准。
    (4)子装配和零件的设计。
    当代表顶层装配的骨架确定,设计基准传递下去之后,就可以进行单个的零件设计。这
里,可以采用两种方法进行零件的详细设计:一种方法是基于已存在的顶层基准,设计好零
件再进行装配;另一种方法是在装配关系中建立零件模型。零件模型建好之后,管理零件之
间的相互关联性。用添加方程式的形式来控制零件与零件之间及零件与装配件之间的关联
性。
    二、布局草图的建立
    由于自上而下设计是从装配模型的顶层开始,通过在装配环境中建立零件来完成整个装
配模型设计的方法,为此,在装配设计的最初阶段,按照装配模型的最基本的功能和要求,
在装配体顶层构筑布局草图,用这个布局草图来充当装配模型的顶层骨架。随后的设计过程
基本上都是在这个基本骨架的基础上进行复制、修改、细化和完善,最终完成整个设计过程
的。
    要建立一个装配布局草图,可以在【开始装配体】属性面板中单击【生成布局】按钮,
随后进入3D草图模式。在特征管理器设计树中将生成一个【布局】文件,如图7-3所示。
     图7-3进入3D草图模式并生成布局文件
 
7.1.3装配体检测
    零部件在装配环境下完成装配以后,为了找出装配过程中产生的问题,需要使用
SolidWorks提供的检测工具检测装配体中各零部件之间存在的间隙、碰撞和干涉,使装配设
计得到改善。
    一、间隙验证
    【间隙验证】工具用来检查装配体中所选零部件之间的间隙。使用该工具可以检查零部
件之间的最小距离,并报告不满足指定的【可接受的最小间隙】的间隙。
    在【装配体】工具条中单击 【间隙验证】按钮,属性管理器中显示【间隙验证】属
性面板,如图7-4所示。
     图7-4  【间隙验证】属性面板
 
    【间隙验证】属性面板中各选项区、选项的含义如下。
    (1)  【所选零部件】选项区:该选项区用来选择要检测的零部件,并设定检测的间隙
    值。
    ·  检查间隙范围:指定只检查所选实体之间的间隙,还是检查所选实体和装配
    体其余实体之间的间隙。
    ·所选项:只检测所选的零部件。
    ·所选项和装配体其余项:单击此按钮,将检测所选及未选的零部件。
    ·可接受的最小间隙:设定检测间隙的最小值。小于或等于此值时将在【结
    果】选项区中列出报告。
    (2)  【结果】选项区:该选项区用来显示间隙检测的结果。
    ·  忽略:单击此按钮,将忽略检测结果。
    ·  零部件视图:勾选此复选框,按零部件名称非间隙编号列出间隙。
    (3)  【选项】选项区:该选项区用来设置间隙检测的选项。
    ·  显示忽略的间隙:勾选此复选框,可在结果清单中以灰色图标显示忽略的间
    隙。当取消勾选时,忽略的间隙将不会列出。
    ·视子装配体为零部件:勾选此复选框,将子装配体作为一个零部件,而不会
    检测子装配体下的零部件间隙。
    ·  忽略与指定值相等的间隙:勾选此复选框,将忽略与设定值相等的间隙。
    ·使算例零件透明:以透明模式显示正在验证其间隙的零部件。
    ·  生成扣件文件夹:将扣件(如螺母和螺栓)之间的间隙隔离为单独文件夹。
    (4)  【未涉及的零部件】选项区:使用选定模式来显示间隙检查中未涉及的所有
    零部件。
    二、干涉检查
    使用【干涉检查】工具,可以检查装配体中所选零部件之间的干涉。在【装配体】工具
条中单击 【干涉检查】按钮,属性管理器中显示【干涉检查】属性面板,如图7-5所示。
    图7-5  【干涉检查】属性面板
 
    【干涉检查】属性面板中的属性设置与【间隙验证】属性面板中的属性设置基本相同,
【选项】选项区中的各选项含义如下。
    ·  视重合为干涉:勾选此复选框,将零部件重合视为干涉。
    ·  显示忽略的干涉:勾选此复选框,将在【结果】选项区列表中以灰色图标显
    示忽略的干涉。反之,则不显示。
    ·  包括多体零件干涉:勾选此复选框,将报告多实体零件中实体之间的干涉。
提示:默认情况下,除非预选了其他零部件,否则将显示顶层装配体.当检查一装配体的干涉情况时,其所有零部件将被检查。如果选取单一零部件,则只报告涉及该零部件的干涉.
    三、孔对齐
    在装配过程中,使用【孔对齐】工具可以检查所选零部件之间的孔是否未对齐。在【装
配体】工具条中单击 【孔对齐】按钮,属性管理器中显示【孔对齐】属性面板。在属性
面板中设定【孔中心误差】后,单击【计算】按钮,程序将自动计算整个装配体中是否存在
孔中心误差,计算的结果将列表于【结果】选项区中,如图7-6所示。
 
图7-6孔中心误差检查
 
7.1.4控制装配体的显示
    在装配设计过程中,对于复杂的大型装配体来说,常常需要显示或隐藏某些零部件,以
便进行其他零部件的装配工作。接下来将一一介绍装配体零部件的显示或隐藏功能。
    一、显示或隐藏零部件
    在SolidWorks装配环境下的设计树中,单击顶部的 【展开】按钮,将打开显示窗
格。显示窗格中包括4种显示或隐藏零部件的方法:隐藏/显示、显示模式、外观和透明
度,如图7.7所示。
    除了可以利用显示窗格中的工具外,还可以在特征管理器设计树中执行右键快捷菜单中
的显示或隐藏命令来控制零部件的显示或隐藏。右键快捷菜单如图7-8所示。
     图7-7显示窗格   图7-8右键快捷菜单中的显示与隐藏命令
  二、隐藏,显示
  从展开的显示窗格中可以看出,显示的零部件的图标为 。单击此图标,该零部件即
刻隐藏,且图标变为 ,如图7-9所示。 
    
图7-9零部件的显示与隐藏
 
    三、显示模式
    显示模式有5种,分别为线架图、隐藏线可见、消除隐藏线、带边线上色和上色。选中
一零部件,然后在显示窗格中单击【显示模式】图标,会弹出显示模式的菜单。此菜单与特
征管理器设计树中的右键快捷菜单的显示模式命令相同,图7-10所示为5种显示模式下的
零部件。
 
图7-10零部件的5种显示模式
 
    四、外观
    在显示窗格中单击 【color】图标,属性管理器会显示【color】属性面板。在该属性
面板中可以为选取的零部件设置外观。
提示:在【color】属性面板的【光学属性】选项区中,拖动滑块可以改变零部件的透明度。
    五、透明度
    在显示窗格中单击 【透明度】图标,可以将75%透明度应用到零部件。应用透明度
后,图标将透明显示。
    布局草图能够代表装配模型的主要空间位置和空间形状,能够反映构成装配体模型的各
个零部件之间的拓扑关系,它是整个自上而下装配设计展开过程中的核心,是各个子装配之
间相互联系的中间桥梁和纽带。因此,在建立布局草图时,更注重在最初的装配总体布局中
捕获和抽取各子装配和零件间的相互关联性和依赖性。
7.1.5实例——基于布局草图的装配体设计
 
开始文件:无
结果文件:实例\Ch07\基于布局草图的装配体设计.SLDPRT
 
1.  新建一个装配体文件。
2.  在【开始装配体】属性面板中单击【生成布局】按钮,随后进入3D草图模
    式。
3.  利用草图命令,绘制如图7-11所示的布局草图。
 
图7-11  绘制布局草图
4.  从绘制的布局草图中可以看出,整个装配体由4个零部件组成。在【装配
    体】工具栏中选择【新零件】命令,生成一个新的零部件文件。
5.  在特征管理器设计树中选中该零部件文件并选择右键快捷菜单中的【编辑】
    命令,激活新零件文件。
6.  使用【特征】工具栏中的【拉伸凸台/基体】工具,利用布局草图的轮廓,重
    新创建2D草图,并创建出拉伸特征,如图7-12所示。
     图7-12创建拉伸特征
7.  拉伸特征创建后在【草图】选项卡中单击 【编辑零部件】按钮,完成装配
    体第一个零部件的设计。同理,再使用相同操作方法依次完成其余零部件的
    设计,最终设计完成的装配体模型如图7-13所示。
图7-13  利用布局草图设计的装配体模型
 
8.  最后保存结果文件。
 


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