赵唯
（上海地空防护设备有限公司）
【摘 要】随着计算机辅助设计技术（CAD）的发展及工程技术人员的设计方法的多样化，计算机辅助设计软件因其强大的功能而在相关领域广泛应用，而我国人防事业的飞速发展，也对人防工程防护设备的生产进一步的提高要求。SolidWorks具有关联性强、形象、直观等特点，是三维机械实体设计主流软件之一，现引进到防护设备的生产中，能有效进行产品结构分析，性能评估，查找问题，系列化出图，能有效的指导生产，并提高技术人员的工作效率。
【关键词】SolidWorks；人防防护设备；铰页；闭锁
1．引言
SolidWorks是基于特征的参数化三维设计软件，通过拉伸、旋转、切割以及打孔等特征进行实体建模，包括机械零件设计、装配设计、动画和渲染、钣金制作等模块。SolidWorks的主要特点：1）零件设计模块、装配模型和工程图样任意模块更改后，其他模块自动更改；2）设计库的Toolbox插件提供大量的标准件以及结构件，使得钢结构设计更加快捷；3）装配设计模块可通过配合的方式对零件进行装配，可使用干涉检查工具等对装配体进行干涉检查；4）使用装配体生成的爆炸视图，可明确的标识出装配零件以及装配顺序；5）色彩渲染和动画模拟，完成模型的上色、赋予材料质感、形象直观的反应运动过程。
人防工程防护设备简称“防护设备”，是指设置在人防工程的各种孔口部位，用以阻挡或削弱武器的杀伤破坏效应进入到工程内部，保障工程内部安全的各种设备，最基本的防护功能是防冲击波和化学毒剂，主要分为钢筋混凝土门和普通钢结构门，钢结构门是当代人防工程防护设备的主流产品。其生产步序主要包括门框拼装焊接、门扇拼装焊接、铰页闭锁等组件的生产装配，结构比较复杂，生产加工要求更高。
2．SolidWorks在人防设备钢结构中的应用
2.1人防设备门框门扇制作
人防设备的门框为钢结构，门框主要有角钢、扁钢、钢板、锚固钩等拼装焊接，门框三维模型如图1（a）所示，门扇为钢梁板结构，主要有槽钢、工字钢、钢板拼装焊接，为更直观表达门扇内部结构，设置门扇内面为透明化，门扇模型如图1（b）所示。
（a）人防设备门框模型
（b） 人防设备门扇模型
图1 防护设备模型
SolidWorks焊件零件设计十分独特：在设计焊件过程中，将整个焊件作为一个零件设计形式处理，每一个子焊件作为一个单独实体构建，这样既减少了装配这个环节，又可以做到参数化关联。SolidWorks提供了非常丰富的型材库，支持ANSI和ISO两种标准，也可以建立自己的型材库，只需绘制型材的2D草图轮廓，放置参考点用以定位，最后保存在型材子目录中即可[1]。在防护设备门框模型的制作中，只需建立门框框架草图，依次放置不同型材轮廓在草图线段上，自动生成所需型号的钢结构，预览3D草图，镜像、旋转轮廓，或调整轮廓参考点与草图线段的距离，放置型钢到合适的位置上，防护设备门框门扇构件分别如图2（a）和（b）所示。
（b） 人防设备门扇构件
图2防护设备构件
在防护设备生产的过程中，焊接是极关键工序，焊接位置和焊接工艺将直接影响防护设备的平面度及抗力。SolidWorks有丰富的焊接工艺样式，在3D模型中添加焊缝，能在工程图中直接生成焊接标注，添加焊缝时，选择焊件相接触的表面，再选择连续焊、间断焊或者交错焊，设置焊角高度，焊缝做为特征生成实体，不忽略焊缝质量的情况下，可参与整体结构质量的计算 [1]。
2.2 SolidWorks在人防设备钣金件中的应用
门框角钢开锁孔后，要焊接闭锁盒，为保证锁头深入锁孔后有足够的移动距离，要求锁盒有良好的外观良好，足够的强度和必要的精度，SolidWorks的钣金插件简单易用，可以逼真地建立钣金的三维实体模型，以此为基础模拟钣金的折弯和展开过程，准确计算钣金件展开后的尺寸。
SolidWorks采用的钣金折弯算法有三种：折弯系数法、折弯扣除法和K-因子法[2]。在钣金属性管理器中，输入折弯系数，在折弯系数中选择K-因子，不同板材厚度及折弯角度K-因子系数不同，可查表所得，做出符合要求的闭锁盒如图3（a）所示。利用钣金工具栏里的展开特征，即可得出闭锁盒的展开尺寸，如图3（b）所示。
（b） 闭锁盒展开图
图3 钣金件闭锁盒
3．SolidWorks在人防设备零配件生产中的应用
铰页是连接门框和门扇的组件，承载整个门扇的重量，铰页机构的生产装配是门扇启闭是否灵活，门扇关闭后与门框严密贴合的关键因素，闭锁是传递冲击波负压到门框上的关键组件，战时闭锁是否运行顺利，直接关系到生命安全。在防护设备零件生产中，主要是使用SolidWorks对铰页、闭锁等建立实体模型。
3.1 SolidWorks方程式的应用
SolidWorks的零件设计采用尺寸驱动的原则，零件尺寸之间存在固有的数值关系、零部件之间也存在数值配合关系。可使用尺寸名称作为变量生成零件模型的方程式；装配体零件之间也可以使用配合尺寸来生成方程式。方程式顺序从左到右，等号右侧的尺寸会驱动左侧的尺寸，按编辑所列方程式的顺序逐一解出多个方程式。方程式支持大部分数学函数，使用条件语句时，语法格式为：“Dx@ SketchX”=if((条件)，参数1，参数2)。当式中条件成立时，取值为参数1，否则取值为参数2。铰页中承重臂安装在门扇上，当门扇型钢的高度不同时，承重臂的底板的宽度，定位孔的位置，承重臂托板顶部圆弧都跟随变化，设置门扇型钢高度为全局变量，添加方程式，方程式包括承重臂底板宽度等于全局变量，承重臂托板是底板宽度的一半，孔距是型钢高度小于220mm时，孔距80mm，否则110mm，在零件图中，只需更加全局变量，全局变量驱动的尺寸同时变化，全局变量为250mm时，如图4（a）所示，对应的承重臂模型如图4（b）所示。
（b）全局变量160承重臂模型
图5全局变量160方程式及模型
3.2 铰页闭锁的装配及干涉检查
SolidWorks装配设计模块包括自下而上和自上而下2种装配方法，自下而上是先制作零件模型，再在装配体模块中插入零件模型，利用配合关系放置零件模型的过程[3]。铰页组件和闭锁组件装配后的模型分别如图6（a）和6（b）所示。
图7 下平移铰页干涉检查
3.4 对运动机构的仿真模拟
SolidWorks的motionmanager运动算例能对三维模型进行动画制作，及时反映零部件位置和外观的变化。建立密闭小门三维模型后，隐藏小门外面板，显示内部运动部件。点击运算算例，拖到时间线到6s的位置，旋转输入轴，使锁头伸出最大，更新键码，点击播放，保存动画。小门运动动画在0s和6s时分别如图7（a）和7（b）所示。
（a）小门动画0s时状态
（b）小门动画6s时状态
图7 某型号小门运动模拟
4．设计出图
SolidWorks由三维模型直接生成二维工程图，不需要重新绘制，并具有强大的视图表达能力，可直接生成标准三视图、投影视图、剖面视图、局部视图等。SolidWorks还能生成装配体工程图，便于按图装配，单击模型视图，浏览事先做好的三维模型的爆炸视图如图8所示，防护设备中密闭小门的装配体工程图如图9所示。
图9 密闭小门装配体工程图
5．结语
应用SolidWorks三维软件在防护设备生产中，能直观表达结构，检查问题，分析性能，方便出图，有效的指导生产，也极大提高工程技术人员的工作效率。
参考文献：
[1]郭健.应用SolidWorks进行焊接结构设计[J] .CAD/CAM与制造业信息化，2008（7）:64-67.
[2]葛辉，秦显柱.SolidWorks钣金折弯在生产中的应用.大众科技，2009（10）：126-128.
[3]曹震宇.Solidworks软件在机械设计中的应用.企业文化，2013(7)
论文作者:赵唯
论文发表刊物:《工程建设标准化》2016年6月总第211期
论文发表时间:2016/8/13
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