基礎篇：3.3）規範化：3d裝配圖

時間 2019-12-12

標籤基礎 3.3 規範化 3d 裝配简体版

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本章目的：規範化3d零件裝配圖，弄清楚裝配層級劃分，這也是機械的基本功夫。設計模式

1.裝配通用原則

在裝配建模設計中，應遵循如下通用原則：
a)全部的裝配單元應具備惟一性和穩定性，不容許冗餘元素存在；

//就算是系列化產品，做者也不建議可互換的零件創建在一個裝配體下，很是容易出錯。
b)應合理劃分零部件的裝配層級，每個裝配層級對應着裝配現場的一道裝配環節，所以，應根據裝配工藝來肯定裝配層級；

//這一條是機械很是重要的常識，具體可見後面的裝配流程圖章節。
c)每一個裝配模型應包含完整的裝配結構樹，該結構樹應包含裝配信息；
d)裝配有形變的裝配單元（例如彈簧、鎖片、鉚釘和開口銷等）應按安裝後的變形狀態進行裝配；
e)裝配建模過程應充分體現DFM和DFA的設計標準，應充分考慮製造因素，儘可能提升其工藝性能；

//DFM見進階篇：3）面向製造的設計指南；

//DFA見進階篇：4）面向裝配的設計指南（重要）;

f)裝配模型中使用的標準件、外購件模型應從模型庫中調用，並統一管理；

//但建議創建本身的模型庫，直接調用SolidWorks軟件的標準庫很是容易出錯。

g)模型預發放或工程發放前應經過模型檢查。

2.裝配整體要求

在裝配建模設計中，應遵循如下整體要求：
a)裝配建模應採用統一的量綱，長度單位一般設爲毫米，質量單位一般設爲千克；

//環境參數設置（但質量單位也有不少公司設爲g）。
b)模型裝配前，應將裝配單元內部的與裝配無關的基準面、軸、點及沒必要要的修飾進行消隱處理，只保留裝配單元在總裝配時須要的基準參考；
c)爲了提升建模效率和準確性，零件級加工特徵容許在裝配環境下采用裝配特徵建構，但所建特徵必須反映在零件級；
d)裝配工序中的加工特徵在零件級應被屏蔽掉；
e)在自頂向下設計時，可在佈局設計中，將關鍵尺寸定義爲變量，以驅動整個產品的設計、修改；

//變動較多較大的產品不建議這麼作。
f)只有在裝配模型中才能肯定的模型尺寸，可採用關係式或參照引用的方式進行設定，必要時可加註釋；
g)複雜結構裝配時，可採用簡化表示法，提升系統加載和編輯速度；
h)在進行模型裝配前，應創建統一的顏色和材質要求，給定各類漆色對應的RGB色值和材料紋理，以保證各型號的產品外觀的一致性；

//零件級材料設置中搞定。
i)裝配模型應包含三維爆炸圖狀態，以便快速示意產品結構分解和構成；

//通常裝配體的爆炸圖是必須的。
j)每一級裝配模型都應進行靜、動態干涉檢查分析，必要時，應按GB/T 26101中的規定進行裝配工藝性分析和虛擬維修性分析。

//別忘記裝配時必須預留合理的零件間隙；

3.裝配層級定義原則

每個裝配模型對應着產品總裝過程當中的一個裝配環節。根據實際狀況，每一個裝配環節又可分解爲多個工序。在分解工序和工步過程當中應遵循DFA原則：
a）根據生產規模的大小合理劃分裝配工序，對於小批量生產，爲了簡化生產的計劃管理工做，可將多工序適當集中；
b）根據現有設備狀況、人員狀況進行裝配工序的編排。對於大批量生產，便可工序集中，亦可將工序分散造成流水線裝配；
c）根據產品裝配特色，肯定裝配工序，例如，對於重型機械裝備的大型零組件裝配，爲了減小工件裝卸和運輸的勞動量，工序應適當集中，對於剛性差且精度高的精密零件裝配，工序宜適當分散。

注：這一條是本章節最重要的一條，請讀者仔細研究一下。

在DFA的章節中咱們瞭解到，一個裝配環節大體分爲7個步驟：

①放置好零件基座；
②識別零件；
③抓取零件；
④移動零件到裝配位置；
⑤零件調整到正確位置；
⑥零件被固定；
⑦檢測。

因此有能力的工程師，徹底能夠依據這些裝配步驟，合理分配裝配環節，並推導出一個產品的全部裝配流程，製做裝配流程圖。（做者後面也有寫）

4.裝配約束的整體要求

裝配約束的選用應正確、完整,不相互衝突,以保證裝配單元準確的空間位置和合理的運動副定義。
裝配約束的定義應符合如下要求
a)根據設計意圖，合理選擇裝配基準，儘可能簡化裝配關係；
b)合理設置裝配約束條件，不推薦欠約束和過約束狀況；
c) 裝配約束的選用應儘量真實反映產品對象的約束特性和運動關係，選用最能反映設計意圖的約束類型；對運動產品應可以真實反映其機械運動特性。佈局

4.1 對於無自由度的裝配模型

對於無自由度的裝配模型，每一個裝配單元均應造成完整的裝配約束。對於經常使用的平面與平面配合，
通常採用面與面的對齊與匹配方式進行約束；對於經常使用的孔軸類配合通常採用軸線與軸線對齊的方式。
經常使用的靜態裝配約束一般包括平面與平面、軸線與軸線、曲面相切、座標系等。性能

4.1.1 平面與平面

可約束兩個平面相重合，或具備必定的偏移距離。若兩平面的法向相同，簡稱爲「面對齊」約束；若兩平面的法向相反，簡稱爲「面匹配」約束；若兩平面只有平行要求，沒有偏距要求，簡稱爲「面平行」約束。優化

4.1.2 軸線與軸線

可約束兩個軸線相重合。這種約束經常使用於軸和孔之間的裝配約束，一般簡稱爲「軸線對齊」或「插入」。spa

4.1.3 曲面相切

可控制兩個曲面保持相切。設計

4.1.4 座標系

可用座標系對齊或偏移方式來約束裝配單元的位置關係。可將各個裝配單元約束在同一個座標系上，以減小沒必要要的相互參照關係。3d

4.2 對於具備自由度的裝配模型

對於具備自由度的裝配模型，應根據其實際的機械運動副類型進行裝配。所造成的約束應與實際機械運動副的運動特性保持一致。
經常使用的機械運動副包括轉動副、移動副、平面副、球鏈接副、凸輪副、齒輪副等。對象

4.2.1 轉動副

又稱「迴轉副」或「鉸鏈」，指兩構件繞某軸線作相對旋轉運動。此時，活動構件具備1個旋轉自由度。blog

4.2.2 移動副

又稱「棱柱副」，指一個構件相對於另外一構件沿某直線僅做線性運動。此時，活動構件具備1個平移自由度。繼承

4.2.3 平面副

一個構件相對於另外一構件在平面上移動，並能繞該平面法線作旋轉運動。此時，活動構件具備3個自由度，分別是2個平動和1個轉動自由度。

4.2.4 球鏈接副

一個構件相對於另外一構件在球心點位置做任意方向旋轉運動。此時，活動構件具備3個轉動自由度。

4.2.5 凸輪鏈接副

凸輪鏈接屬於高副鏈接，用以表達凸輪傳動的特性。

4.2.6 齒輪鏈接副

齒輪鏈接屬於高副鏈接，用以表達齒輪傳動特性。

4.3 裝配模型中的機構運動分析基本要求

裝配模型中的機構運動分析應符合如下要求：
a)針對具備運動機構的區域，定義裝配約束關係、運動副類型、機構的極限位置；
b)對運動機構分別進行運動過程模擬,進行碰撞檢查和機構設計合理性分析,並基於分析結果作出設計改進;
c)對產品各裝配區域進行全局機構運動分析,直到獲得最優的設計結果。

5.裝配結構樹的管理要求

裝配結構樹的管理應符合如下要求：

a）裝配結構樹應能表達完整有效的裝配層次和裝配信息；

b）應對零、部件模型在裝配結構樹上相應表達的信息進行審查；

c）完成模型裝配後，應對模型的裝配結構樹上的全部信息進行最終的檢查。

6.配建模的詳細要求

6.1 裝配建模設計流程

產品的裝配建模通常採用兩種模式:自頂向下設計模式和自底向上設計模式。

6.1.1 自底向上設計 bottom-up design 定義

獨立於裝配體設計各個零件，而後把設計完成的零部件自下而上地逐級裝配成部件、組件直至完整的產品，其間每一個零部件應符合上一層裝配件規定的外形尺寸、外部接口尺寸和相對位置尺寸。

6.1.2 自頂向下設計 top-down design 定義

設計時從系統角度入手，針對設計目的，綜合考慮造成產品的各類因素（專業技術現狀、工藝條件和設計手段等），肯定產品的性能、組成、相互關係和實現方式，造成設計的整體方案；而後在此基礎上分解設計目標給分系統具體實施，分系統從上級系統得到必須的相關參數等，並在上級系統肯定的邊界內開展設計，最終完成整體性能相對最優的設計。

6.2 裝配建模流程的選用

兩種設計模式各有特色,應根據不一樣的研發性質和產品特色選用合適的流程。

對於產品結構較簡單或對成熟度較高產品的改進設計,建議採用自底向上設計模式。對於新產品研發或須要曲面分割的產品更適宜採用自頂向下的設計模式。兩種設計模式並不互相排斥,在實際工程設計中,也常將兩種設計模式混合使用。

6.3 自底向上裝配建模的設計流程

自底向上設計模式通常須要把全部底層零部件設計完成後才進行裝配設計，其順序是從底層向上逐級搭建產品模型。

自底向上裝配建模的設計流程以下：

6.3.1 完成裝配單元設計

在進行裝配建模設計前,應分別完成參與裝配的零部件設計

6.3.2 建立裝配模型

經過新建裝配文件,建立產品的裝配模型。裝配模型可在行業或企業預約義的模板文件上產生

6.3.3 肯定裝配的基準件

根據裝配模型的結構特色和功能要求,肯定裝配基準件。其餘裝配單元依據此基準件肯定各自的位置關係。

6.3.4 添加裝配單元

根據裝配要求,按順序將已完成設計的裝配單元安裝到裝配模型中,逐步完成模型裝配。裝配時應選擇合適的裝配約束,減小不相關的參照關係

6.4 自頂向下裝配建模的設計流程

自頂向下設計模式既能管理大型組件，又能有效地掌握設計意圖。它不只能在同一設計小組間迅速傳遞設計信息、達到信息共享的目的，也能在不一樣的設計小組間一樣傳遞相同的設計信息，達到協同做戰的目的。在開發過程當中，經過嚴謹的溝通管理能讓不一樣的設計部門同步進行產品的設計和開發。

自頂向下裝配建模的設計流程以下：

6.4.1 建立裝配模型

依據行業或企業預約義的模板文件產生初始的裝配模型。

6.4.2 建立頂層佈局模型

根據裝配模型特色,創建頂層佈局模型,並在佈局模型中創建控制頂層裝配模型位置和姿態的關鍵點、線、面、座標系,以及頂層模型的關鍵裝配尺寸和裝配基準參照等信息

6.4.3 逐級建立裝配單元

根據產品的結構分解,在總裝配模型中依次建立參與各級別裝配的裝配單元,並根據須要對子裝配模型分別創建各自的子佈局模型,造成該子裝配模型設計所需的幾何信息和約束信息。子佈局模型從頂層佈局模型中繼承模型信息,並隨之更新;子佈局模型可隨着裝配設計逐步細化和完善。

6.4.4 定義全局變量

在總裝配模型中定義全局變量,並經過全相關性信息逐級反映到各級子裝配模型及其子佈局模型中,造成產品設計的控制參數

6.4.5 在裝配模型中設計實體元件

根據從上級裝配模型中傳遞來的設計信息,分別設計出知足要求的實體零件,經過零件裝配造成子裝配模型。

子裝配模型設計可獨立進行,亦可協同並行完成。各子裝配模型設計完成後,經過數據更新可實現頂層裝配模型的自動更新。

6.4.6 SolidWorks幫助裏的內容

1）自上而下的設計
在自上而下裝配體設計中，零件的一個或多個特徵由裝配體中的某項定義，如佈局草圖或另外一零件的幾何體。
設計意圖來自頂層，即裝配體，並下移至零件。設計意圖的示例包括特徵尺寸、裝配體中的零部件位移並與其餘零件接近。
例如，您使用拉伸命令在塑料零件上生成定位銷。選擇成形到面選項，而後選擇電路板的底部，它是另外一個零件。該選擇將使定位銷長度恰好接觸線路板，即便線路板在未來的設計更改中發生移動亦是如此。銷釘的長度在裝配體中定義，而不是被零件中的靜態尺寸所定義。

2）方法
您可使用這些自上而下的方法：
•單個特徵可經過參考裝配體中的其餘零件而自上而下進行設計，如定位銷示例。
在自下而上設計中，零件在單獨窗口中建造，此窗口中只可看到零件。可是，您在裝配體窗口中操做時能夠編輯零件。這使其餘零部件的幾何體可供參考。要參考的幾何體示例包括複本或尺寸。
該方法對於大可能是靜態但具備與其餘裝配體零部件交界之特徵的零件較有幫助。
•完整零件可經過自上而下的方法在裝配體上下文中建立新零部件進行構建。您所構建的零部件附加或配合到裝配體中的另外一現有零部件。您所構建的零部件的幾何體基於現有零部件。
該方法對於像托架和器具之類的零件較有用，它們大多或徹底依賴其它零件來定義其形狀和大小。
•整個裝配體亦可經過自上而下的設計，首先構建定義零部件位置、關鍵尺寸等的佈局草圖。接着使用以上方法之一構建 3D 零件，這樣 3D 零件就遵循草圖的大小和位置。
草圖的速度和靈活性可以讓您在構建任何 3D 幾何體以前快速嘗試數個設計版本。即便在您建造 3D 幾何體後，草圖可以讓您在一中心位置進行大量更改。

3）考慮事項
•只要在您使用自上而下技術生成零件或特徵時，都將爲您所參考的幾何體生成外部參考引用。
•在某些狀況下，帶有大量關聯特徵（這構成了自上而下設計的基礎）的裝配體可能比無關聯特徵的同一裝配體須要更長時間重建。
優化 SOLIDWORKS 以重建更改的零件。

6.5 做者小注

做者的設計理念的自頂向下設計模式。

但自頂向下設計只是用在設計理念的層面，在實際運用中反而不多。由於一則這種方法對系統的負擔太大；二則建模須要關聯，所花費的時間更多。

在實際的設計中做者是會先創建主要零件的大體模型，裝配完畢後。再進一步細化模型和追加細節零件。因此算是二者的混合。

從本質而言，全部的機械設計都是自頂向下設計模式，理解設計要求後再追求設計細節，所謂自底向上模式只是一種簡便的方式罷了，但這種方式很經常使用。

機械設計不一樣於軟件設計，軟件設計的高級工程師能夠定義出接口（仍是抽象類來着？），讓底層的工程師去完善，機械設計卻作不到。一則由於機械設計中頂層要求沒法對下層設計強制約束（這一點軟件設計中可作到），二則由於零部件之間聯繫過於精密，三則由於kiss原則貫徹始終，因此如今就做者而言，最好的辦法，仍是一我的負責一個產品（或大模組）。