Solidworks软件在水工金属结构中的应用

王丽娜

（河北省水利水电勘测设计研究院，天津300250）

1 软件简介

SolidWorks是由SolidWorks公司开发的基于Windows操作系统的功能强大的三维CAD软件。Solid-Works公司成立于1993年，于1995年推出第一套三维机械设计软件，由于技术创新符合CAD技术的发展趋势和潮流，Solidworks成为CAD行业一颗耀眼的明星，最终于1997年由法国达索公司以高额市值全资并购。

Solidworks软件包含三大基本功能：零件设计、装配体设计和工程图生成。SolidWorks软件集成了强大的辅助功能，不仅可以用于二维图的生成、机械设计，而且可以用于动画生成演示、图形渲染及应力和有限元分析。使设计者可以将产品置于三维空间中进行设计，产品在设计过程中可以进行三维浏览、运动模拟及受力分析等。另外，还可以利用SolidWorks提 供 的FeatureWorks、SolidWorks Toolbox 及PDMWorksd等工具来扩展软件的使用范围。

SolidWorks三维制图的主要步骤为：①创建草图，在草图界面绘制生成零件的基本草图形状，并为草图添加相应的几何关系和尺寸约束，退出草图；②通过软件提供的各种特征属性，将草图生成所需的零件；③在装配体文件中将各个零件进行装配，生成最终的产品；④通过工程制图文件将装配体转化为生产所需的各种视图或剖面图，用于指导产品的生产。

2 在水工金属结构中的应用

近年来，随着计算机技术的高速发展及人们对产品在设计阶段期望值的日益增长，三维制图软件在各行业得以迅速发展和应用。SolidWorks软件是专业的机械制图软件，设计方便，简单易学，能够很好地应用于金属结构的设计。

水工金属结构泛指应用于水利水电工程中的各种永久性的钢结构和机械设备，其中最基本的、应用最广泛的是水电站压力钢管、水工钢闸门、启闭机、拦污栅等。水工钢闸门包括平面闸门、弧形闸门、叠梁闸门，其中叠梁检修闸门布置在工作闸门之前，用于工作闸门的检修工作。

以南水北调工程中唐河倒虹吸出口叠梁检修闸门三维设计为例，详细介绍了SolidWorks在金属结构设计中常用的几项功能。

2.1 零部件设计

零件设计是SolidWorks软件所具有的一个专门模块，包含众多的实用工具栏，各工具栏中又包含相应的命令，利用这些命令可以根据零件的特点选择相应的设计方法，实现高效快捷、直观方便的设计。SolidWorks软件采用参数化设计思路，在设计相似零件或修改零件时，只需对相应的参数进行修改即可完成新零件的设计或从零件到装配体的所有修改，使设计人员可以集中精力于方案设计而无需担心细节的漏改问题。

闸门主要是由各种不同尺寸的钢板通过焊接连接形成的，有些钢板的形状相似，只是长、宽或厚度不同，这样只要将之前设计好的钢板另存并修改相应参数即可。图1为加劲肋1的草图，在草图绘制中首先绘制出其长、宽的尺寸，退出草图，根据零件的厚度对长方形进行拉伸，即完成了加劲肋1的设计。图2为加劲肋2的草图，其与加劲肋1的区别在于长和宽的尺寸不同，这样可以将加劲肋1另存，然后进入草图，将尺寸修改为加劲肋2的尺寸并退出草图，即可完成加劲肋2的绘制。SolidWorks软件采用尺寸驱动绘图方法，只需对尺寸的数值进行修改即可完成图形的修改。

图1 加劲肋1

图2 加劲肋2

2.2 装配体设计

装配体是由许多零部件经配合而形成的，装配体文件的首要功能是描述产品零件之间的配合关系。装配体的设计方式包括自下而上的设计方法和自上而下的设计方法。装配体设计中经常会用到一些标准件，如型钢、螺栓、螺母、垫圈等，这些标准件可以在设计库模块中直接调用，设计者只需将标准件的尺寸参数修改成所需参数即可，而无需设计者重新设计，节省了大量的设计时间和精力。

2.2.1 自下而上的装配设计

自下而上的设计是比较传统的方法，这种方法是应用SolidWorks软件把产品中的零件一一设计出来，根据零件在装配体中的具体位置及其之间的配合关系，装配成产品设计模型，适用于比较成熟的产品设计。这种方法在设计之前思路已经很明确，各零件的位置、结构尺寸也都已经确定，只需运用装配文件将各零件通过配合组装起来。下面以南水北调唐河倒虹吸出口叠梁检修门设计为例进行具体说明。

叠梁检修闸门主要零部件包括面板、主梁、边梁、次梁、滑块、水封、侧轮。面板、边梁、水封的设计比较简单，通过草图绘制、拉伸命令即可完成；主梁为变截面梁，其下翼板的绘制是通过扫描命令来实现的，即先在右视图平面绘制出下翼板的截面尺寸，然后转换到俯视图平面在草图绘制中捕捉到截面上的相应点，以此点为起点绘制路径，退出草图，通过扫描命令完成下翼板的设计，图3为草图设计过程，图4为通过扫描命令生成的下翼板；次梁为角钢，可以从设计库中直接调用并修改尺寸参数；侧轮是经各零件装配而成的子装配体，如图5。

图3 草图设计过程

图4 通过扫描命令生成的下翼板

图5 侧轮

在各零件都已设计完成时，即可进入装配环节。打开装配体文件，将闸门面板插入并固定，随后可以根据面板定位主梁、边梁，通过已定位好的零件继续定位与其有关联的其余零部件，直至装配完成。叠梁检修闸门的完整装配图如图6～图7。

图6 叠梁检修闸门

图7 叠梁检修闸门装配图

2.2.2 自上而下的装配设计

自下而上的装配设计是根据设计思路，利用装配体中已有零件的几何要素来完成与其相关联的零件位置、结构和尺寸的设计。这种方法的优点是在设计更改时变动少，当对涉及方案的主要零部件修改完成后，与其相关的零部件根据所生成的方法而自动更新，设计者无需将全部零部件一一进行修改。因此，在进行装配设计时，一定要结合零件之间的关联性，对零件的位置和配合关系进行适当调整，及时修复因零件更改而产生的错误提示，以达到不断调整优化装配模型的设计目的。

2.3 工程图生成

SolidWorks软件提供了强大的工程图设计功能，设计者可以方便地生成三维装配体的各个视图。工程图是产品设计的重要描述文件，是设计人员进行交流和提高工作效率的重要工具，一方面体现了设计成果，另一方面也是指导生产的参考依据。Solid-Works软件在工程图和零件图或装配体三维模型之间提供全相关的功能，即对零部件或装配体三维模型进行修改时，所有相关的工程视图将自动更新，以反映零部件或装配体的形状和尺寸变化；反之，当在一个工程图中修改零部件或装配体尺寸时，系统也自动将相关的其他工程视图及三维零部件或装配体中相应结构的尺寸进行更新。以侧轮装配为例进行说明。

生成侧轮装配模型后，在SolidWorks新建文件中进入工程图文件，并对图纸格式、大小、图名、比例等进行设置，通过模型视图功能将侧轮装配模型调入，选择合适的视图模式，将图形投影到图纸的相应位置。生成三视图后，通过注解工具栏中的中心线命令和智能尺寸命令，为图形添加中心线和尺寸。侧轮装配图如图8，生成的侧轮工程图如图9。

图8 侧轮装配图

图9 侧轮工程图

2.4 SolidWorks软件对外接口

金属结构设计只是水利工程设计中的一部分，对于水利工程中其余部分的设计，最常用的三维软件是Bently公司开发Microstation软件，其广泛应用于各种工程设计，如大坝、桥梁的设计等，是水利行业的主流三维设计软件。因此，为了更好地完成水利工程设计，发挥每款软件各自的功能强项，将在Solid-Works软件中的设计转换到Microstation软件中，形成完整的工程文件，需要Microstation可以识别并引用SolidWorks文件。

SolidWorks提供了多种文件保存格式，以便模型可以被其他三维软件引用。通过实践，最优方案是模型保存为（*.x_t）格式，可以完好无损地引用到Microstation软件中，并可对其进行相应的编辑修改，从而完成整个工程设计。

3 结语

通过上面的分析和实例可以看出，SolidWorks是一款实用性很强的软件。其功能强大，使用方便，命令齐全。本文所介绍的仅是SolidWorks软件的部分功能，还有许多更强大的功能有待于在日常工作中去领悟和运用，使其更好地服务于设计工作。另外，SolidWorks软件提供了二次开发功能，设计者可以针对自己的工作，开发出专门的命令，扩展所需的功能，提高软件的使用效率。

［1］巩勇智.SolidWorks在机械设计中的应用研究［J］.科技传播，2013（6）：199-200.

［2］曹桂霞，冯长建.SolidWorks在工业设计中的应用［J］.大连民族学院学报，2005（1）：50-52.

［3］李润，邹大鹏，徐振超，等.SolidWorks软件的特点、应用与展望［J］.甘肃科技，2004（5）：57-58.

［4］杨国新，王定标.基于SolidWorks的机械零部件虚拟装配体设计技术［J］.煤矿机械，2007（7）.

［5］曾文忠.基于SolidWorks对机械零件结构的设计与应用［J］.制造业自动化，2012（2）.

［6］毛卫华，应荷香.DGN数据格式转换的研究与实验［J］.测绘通报，2001（5）.