基于SolidWorks的机械产品造型设计

1、设计与制造机械研究与应用3基于SolidWorks的机械产品造型设计党兴武1,2(1.兰州理工大学数字制造技术与应用省部共建教育部重点实验室,甘肃兰州730050;2.兰州理工大学机电工程学院,甘肃兰州730050)摘要:针对机械产品造型设计的特点,应用SolidWorks软件及其CAID模块PhotoWorks,对机械产品造型设计过程进行了说明,以蜗轮蜗杆减速器的造型设计为例,基于“形式美”法则,在SolidWorks计,并输出了其效果图。由此证明SolidWorks关键词:造型设计;形式美法则;SolidWorks中图分类号:TP391.72,TH12文献标识码:A4414(2010)01

2、-0083-03IndustrialdesignofilonSolidWorks-2(1.Keyoftechnologyandapplication,Theministryofeducation,Loftechnology,LanzhouGansu730050,China;2.Schoolofmelectronicalengineering,Lanzhouuniversityoftechnology,LanzhouGansu730050,China)Abstract:Accordingtothefeaturesofindustrialdesignofmechanicalproduct,itsp

3、rocessisexplainedbasedonSolidWorksintegratedCAIDmodulePhotoWorks.Takingthewormgearreducerasanexample,modelingdesignofreducerisdoneusingSolidWorksanditseffectdrowingiscompletedbasedonbeatifulruleinform.ItisshownthatSolidWorksissuitableformod2elingdesignofmechanicalproduct.Keywords:industrialdesign;pr

4、incipleofformalart;SolidWorks1机械产品造型设计的特点随着科学技术的发展,造型设计的方法、工具与表现形式都得到了相应的发展。计算机辅助工业设计(ComputerAidedIndustrialDesign)技术在产品造型设计中得到了广泛的应用和发展,工业设计软件不1断涌现。机械产品的造型设计方法主要有2种:在工业设计软件中建立三维概念模型,然后转入三维工程设2计软件中进行后续的结构设计;利用三维工程设计软件建立准确的三维模型后,再转入造型设计软件中,进行渲染和后期处理。第1种方法由于工业设计人员难以确保产品的可制造性问题,会造成产品的反复修改。这两种方法都存在模型转换

5、过程,但是,目前CAID与CAD软件间的接口并未完善,有可3能出现信息丢失问题。所以,基于第2种方法,在三维工程设计软件中加入CAID模块,可以把建模和渲染集成在一个软件中完成。常见的软件有Auto2CAD、CATIA、UG、Pro/Engineer和SolidWorks。3成。Pro/Engineer操作也较复杂,普通设计人员难6以在短期内掌握。这些因素影响并限制了上述软件在机械产品造型设计中的应用。SolidWorks是一款基于Windows操作系统的CAD/CAE/CAM/PDM桌面集成系统,以参数化特征造型为基础,具有功能强大、易学易用等特点,采用最流行的Parasolid技术开发的内

6、核,构成了先进的基于特征的造型技术,可以用于规则几何体为主的机械产品设计及生产准备工作,价位也较适中65。同时具有动画和渲染等功能,既能满足机械产品功能设计和结构设计的需要,又能满足造型设计的需要。机械产品尽管功能各异,造型多变,但其造型设计有着一定的特点和规律,掌握这些特点和规律,就可以充分利用SolidWorks的设计能力方便、快捷、高效的进行机械产品的造型设计。特点和规律是:运动形式主要为直线运动和旋转运动,所以机械产品的线型以直线、圆和圆弧为主;材料主要为钢、铁黑色金属和铜、铝等有色金属,故材质的选择有局限性;机械产品要给人以性能稳定、安全可靠的心理感觉,主调色的颜色的纯度、明度要低,

7、以复色为主;大部分机械产品遵循对称与均衡的形式美法则;要满足在AutoCAD中要得到理想的渲染效果图,需经4过多次的调整和修改,其过程比较烦琐复杂。CATIA和UG必须使用专业的图形工作站才能完3项目:甘肃省教育厅科研项目(0703-05)收稿日期:2010-01-11作者简介:党兴武(1975-),男,甘肃平凉人,讲师,研究方向:CAD、虚拟设计、造型设计。83设计与制造机械研究与应用人机工程学的要求,常采用人体模数比;常用调和法进行造型。由于材料表面的配列、组织构造的不同,得到的触觉质感或视觉质感称作肌理。由此可见,肌理与材料有密切的关系。SolidWorks的PhotoWorks插件有一

8、个“材质”的选项,可以设置机械产品的材料属性,包括材料的名称、色彩、照明度和表面粗糙度。任何产品都是处在一个环境中的,所以机械产品的造型设计也需要空间的设计。在PhotoWorks中的“布景”选项中,主要参数,前景,通过o“渲染”功能,可以在计算机屏幕上观、色彩和空间的设计效果,并可重新设置相应的参数,然后再次渲染,直到满意为止。将满意的设计效果渲染到一个图像文件,这个图像文件就是机械产品造型设计的效果图。2SolidWorks造型设计的过程SolidWorks进行造型设计的过程,与机械产品的功能设计、结构设计是相融合的,这符合造型设计的三个要素之间的关系,即产品的物质功能、物质技术条件和产品

9、造型设计是相互依存、相互制约和相互渗透的关系。机械产品的功能设计和结构设计是根据机械原理、几何原理等知识完成的,而造型设计是在技术美学和形式美法则的指导下完成的,所以,在机械产品的功能设计和结构设计过程中,应用技术美学和形式美法则,就同时完成了造型设计。,类和理解。,它的造型主,的重要内容。形态设计常用的要素分别是点、线、面、体、空间、肌理和色彩。用SolidWorks进行造型设计,就是在形式美法则的指导下,在机械产品的功能设计和结构设计过程中,并应用形态要素完成机械产品的造型设计。SolidWorks进行机械产品造型设计的过程如图1。3形式美法则在SolidWorks中的运用机械产品造型设计

10、常用的形式美法则主要有:统一与变化、对比与调和、稳定与轻巧、对称与均衡、尺度与比例。统一与变化法则是最主要,也是最常用的法则,机械产品的造型设计中,线型的设计、面的形状的设计以及色彩的设计等都应该遵循该法则。运用统一与变化法则,总的要求是在统一中求变化,在变化中求统一。“统一”使人感觉单纯、整齐、利落,要求构成要素少,结构简单,形象明确。“变化”则带来7新奇和刺激,打破统一所带来的单调与乏味。根据机械产品造型设计的特点和规律,线型设计要以直线、圆和圆弧为主,面的形状多为几何形面,在水平线与垂直线相交处和面与面的相交处,常采用倒角、圆角加以过渡,色彩以纯度和明度较低的复色为主,在需突出表现的地方

11、用红、绿等原色表现。这都体现了统一与变化法则的运用。SolidWorks绘制直线、圆、圆弧和几何形面的功能是十分强大和方便的,倒角和圆角也作为一种特征来建模。同时,PhotoWorks采用RGB和HSV两种色彩模型进行色彩设计,可以根据实际要求调配出所需色彩。机械产品的造型设计常采用调和法进行造型,即在对比与调和法则中,在线型与线型、色彩与色彩等同质因素之间,以调和为主,对比为辅。如水平线与垂直线之间用折线、圆弧过渡,面与面之间用倒角、圆角过渡,色彩选用邻近色、类似色。机械产品给人的心理感觉要安全可靠,同时不显得笨重,所以造型要稳定并且轻巧。稳定表现为实际稳定和视觉稳定两个方面,实际稳定指按照

12、产品实际质量的重心符合稳定条件所达到的稳定;视觉稳定指以造型物形体的外部体量关系来衡量是否满足视觉图1SolidWorks的造型设计流程图在SolidWorks中,零件是由若干个特征组成的,特征是由二维截面采用拉伸、旋转、扫描和放样等方法生成的,由二维截面和特征生成方法的不同,可以完成造型设计中的点、线型和面的设计。相应的,零件设计完成后以立体造型表示,零件的棱边、不同形状的面和不同造型的三维特征就是造型设计中的线型、面和体的形式。在装配设计中,由于零件的体积各不相同,此时造型设计主要完成各个部分的体量之间、各部分体量与整体体量之间关系的设计。84设计与制造机械研究与应用上的稳定。在Solid

13、Works中,可以计算零件、装配体的重心,从不同的角度观察产品的上下轻重关系,最终完成既稳定又轻巧的造型。机械产品的造型,都有对称的形式,这种形式使具有动态功能的产品给人以静态美感,同时增加安全感。对称与均衡,均衡是普遍规律,对称是均衡的一种特例,均衡是形状不同的部分在力感上达到一种视觉平衡。SolidWorks的草图绘制和特征编辑中都有镜向命令,能方便地使零件或者装配体形成对称的形式。机械产品要满足人体工程学的要求,必须遵循尺度和比例法则,在产品有关于人操作、维护的部位,其造型要满足模度理论,比例常选用黄金比、和根号比。SolidWorks同的比例调整产品的尺寸,外,SolidWorks的“

14、间的比例关系。78故。蜗轮蜗杆减速器造型设计的效果图如图3所示。SolidWorks软件是一款中档CAD软件,其操作4设计实例蜗轮蜗杆减速器是工业生产中常用的一种减速器,主要由上下箱体、输入轴、输出轴、蜗轮等组成。减速器在人们心里的印象是稳定的、可靠的,同时由于它输出运动和动力,又是动态的、有力的、精密的。因此,减速器的造型也要反映出这些印象。根据相关的形式美法则,选取合适的造型要素,就可以在造型设计中将上述性格表现出来。根据统一与变化的形式美法则,减速器的线型以直线作为主要线型,圆和圆弧为辅,实现线型的统一与变化。减速器的线型设计如图2所示。减速器的箱体采用对称造型,箱体材料主要是灰铸铁,轴

15、类零件的材料主要是合金钢或者优质碳素结构钢,蜗轮材料则用铜合金。减速器的色彩设计主要体现在箱体上,箱体的材料主要是灰铸铁,所以色彩的质地感应该与灰铸铁相近,色彩的明度要低,如黑色、灰色等。色彩的纯度也要低,不会引起现场工作人员的兴奋,从而避免诱发事(上接第82页)组别计算方法本方法效能因数法本方法2效能因数法1平台基于Windows微机系统,易学易用,具有参数化特征建模的特点,几何建模工具丰富,易于实现形式美法则对机械产品造型设计的指导作用,其插件PhotoWorks渲染功能强大,材质库素材丰富,因此,非常适用于机械产品的造型设计。参考文献:1贾宝贤,赵万生.SolidWorks在工业造型设计

16、中的应用J.机械设计与制造,2003(04):116-117.2高楠,李鹏飞.CAID在机车外观造型设计中的应用J.电力机车与城轨车辆,2005(04):54-56.3郑丽,王霄,高传玉.产品开发中的CAID技术J.工程机械,2006(05):1-4.4周海宝.三维机械设计中三维实体的二次利用J.机械设计与制造,2006(04):160-161.5朱辉杰.丽台QuadroFX3700在DassaultSystemesCATIAV5下的应用测试J.CAD/CAM与制造业信息化,2008(09):71-73.6高成慧.CAD软件的选择及其文件间的数据交换J.机床与液压,2006(06):254-255.7杜秋磊.“形式美”在产品造型设计中的应用J.长春大学学报,2007(06):33-35.8陈为.农机产品造型设计中“稳定与轻巧”的研究与应用J.中国农机化,2007(04):61-6.表2计算结果对照表K1(Kt1)K2(Kt2)pnmax1pnmax2(单位力)(单位力)1.51591.51591.52971.52970.53810.53810.54240.54241.222×10-44.318×10-5-1.83×10-46.481×10-5-最大正