基于SolidWorks的打捆装置建模与装配

李静松

摘要：为了加快打捆装置研发效率，基于SolidWorks软件平台，选取打捆机作为建模对象，对打捆机各零部件进行详细的建模过程分析与装配。该模型较为直观地表达了打捆机各零部件的结构原理及装配方法，可为缩短研发周期及后续研究提供参考价值。

关键词：打捆；SolidWorks；建模；装配

中图分类号：S225.92    文献标识码：A    文章编号：1674-1161（2023）06-0053-04

目前，打捆机在农业和工业领域的研究需求和研究意义日益凸显。在农业方面，打捆机的研究可提高农产品的包装效率、改善包装质量和增强安全性[1]，从而进一步推动农业现代化；在工业方面，打捆机的研究可提高工业产品的运输效率、优化物品保护和防护[2]，以此来促进工业生产的可持续发展。通过对打捆机技术和应用的不断攻关，可以推动农业和工业的发展，提高生产效率、产品质量和资源利用效率。

SolidWorks是法国达索系统子公司推出的一款强大的计算机辅助设计与工程分析软件，具有先进的建模和仿真功能，可为工程师和设计师提供一个高效、精确的设计平台[3]。该软件自1995年问世以来，以其优异的性能、易用性和创新性[4]，极大地提高了机械设计的效率。在打捆机的设计过程中，使用SolidWorks进行建模能够将设计理念转化为可视化的三维模型，这样的建模过程可以更好地了解打捆机的结构、尺寸和功能，并且可以进行多方面的设计优化[5]。研究使用的SolidWorks软件对打捆机的夹持机构、缠绕机构、摆杆滑块机构、送带切割装置、物料承载运输装置和收集箱6个部分进行建模和虚拟装配。下面将详细介绍打捆机各部件的三维建模及装配过程。

1 夹持机构三维建模

夹持机构由夹持爪、两段连接杆、两个连接杆座构成。夹持爪具体建模过程如下：夹持爪按照两部分组合的方式分别创建实体。先绘制弧形夹持爪草图，再绘制夹持爪长杆的草图，通过凸台拉伸命令生成实体，并在长杆侧面上绘制孔；通过拉伸切除形成圆形孔，最后将两部分合成夹持爪，完成建模。连接杆具体建模过程如下：分别绘制两段连接杆草图。短连接杆先通过凸台拉伸生成实体，再通过拉伸切除生成空心短杆；长连接杆通过两段凸台拉伸直接生成，最后分别在两连接杆一段侧边绘制一个圆形草图，通过拉伸切除生成圆形孔，完成连接杆建模。连接杆座具体建模过程如下：绘制连接杆底座矩形草图，通过凸台拉伸生成实体；在矩形底座侧边绘制草图，通过凸台拉伸生成连接架；选中镜像实体，以矩形底座为镜像轴、连接架为实体，实现镜像，完成连接杆座的建模。夹持机构实体如图1所示。

2 缠绕机构三维建模

缠绕机构由固定块、移动块组成。移动块具体建模过程如下：绘制移动块轮廓草图，通过凸台拉伸命令生成实体；在实体一侧绘制圆形槽草图，通过拉伸切除命令生成圆形槽，完成移动块的建模。固定块的三维建模过程如下：绘制固定块轮廓草图，通过凸台拉伸命令生成实体；分别在固定块3个连接处绘制圆形草图，通过拉伸切除命令生成圆形孔；选择倒角指令，选中3个连接处一侧的边线，添加倒角，完成固定块的建模。移动块实体如图2所示，固定块实体如图3所示。

3 摆杆滑块机构三维建模

摆杆滑块机构由凹槽底座、两段曲柄、滑块、小轮组成。两段曲柄的具体建模过程如下：分别绘制两轮廓草图，通过凸台拉伸生成实体；在两实体表面绘制两个圆形草图，通过拉伸切除生成圆形孔，完成建模。小轮具体建模过程如下：绘制圆环草图，通过凸台拉伸生成小轮实体，完成建模。滑块具体建模過程如下：绘制矩形草图，通过凸台拉伸生成实体；在实体短边侧表面绘制圆形草图，通过凸台拉伸生成圆柱体；在实体长边侧面绘制轮廓草图，通过凸台拉伸生成实体；在实体表面绘制圆形草图，通过拉伸切除生成圆孔，完成建模。凹槽底座的建模过程如下：绘制矩形草图，通过凸台拉伸生成实体；在上表面继续绘制矩形草图，通过凸台拉伸生成实体；在实体侧面绘制轮廓草图，通过凸台拉伸生成实体；在侧面绘制圆形草图，通过拉伸切除生成圆形孔；选择镜像命令，以矩形实体上表面中线为镜像面、上一步生成的实体为镜像特征，生成镜像，完成建模。滑块建模如4所示，摆杆滑块机构建模如图5所示。

4 送带切割装置三维建模

送带切割装置由带轮、小轮、棘轮、割刀、弹簧，安装板6部分组成。带轮、小轮具体三维建模过程如下：分别绘制两轮结构草图，通过凸台拉伸生成带轮和小轮，完成建模。棘轮具体三维建模过程如下：绘制棘轮草图，通过凸台拉伸生成实体；在圆形弧面上新建一个与之相切的基准面，在该基准面上绘制棘爪草图，选择凸台拉伸命令；选择两个方向，靠近弧面的一侧选择成型到下一面，另一侧设定拉伸长度，完成一个棘爪的建模；选择圆周阵列，以棘轮边线为方向、棘爪为特征对象，实现阵列，完成棘轮建模。割刀具体三维建模过程如下：绘制割刀轮廓草图，通过凸台拉伸生成实体；在实体表面绘制圆形孔草图，通过拉伸切除生成圆形孔；以割刀表面为基准面，绘制用于连接弹簧的三角形草图，通过凸台拉伸生成实体；在实体表面绘制圆形草图，通过拉伸切除生成圆形孔，完成建模。应在割刀前段绘制刀刃草图，并通过凸台拉伸命令生成实体，完成刀刃绘制。弹簧选用E0094-016-0750-M型号。安装板的具体三维建模过程如下：绘制安装板轮廓草图，通过凸台拉伸命令生成安装板；在板面上需要开孔的位置绘制圆形草图，通过拉伸切除生成圆形孔，完成建模。送带切割装置如图6所示。

5 物料承载运输装置三维建模

物料承载运输装置的具体建模过程如下：先绘制圆形草图，通过凸台拉伸生成实体；在圆柱上底面绘制圆形草图，通过拉伸切除生成圆孔；在圆形弧面上新建一个与之相切的基准面，在该基准面上绘制草图，选择凸台拉伸命令；选择两个方向，靠近弧面的一侧选择成型到下一面，另一侧设定拉伸长度，完成一个挡板的建模；选择圆周阵列，以圆柱滚筒边线为方向、挡板为特征对象，实现阵列；在圆柱滚筒前段绘制倒角，后端绘制圆形草图，通过凸台拉伸生成圆形挡板，完成建模。物料承载运输装置如图7所示。

6 收集箱三維建模

收集箱的具体建模过程如下：绘制矩形草图，通过凸台拉伸生成实体；选择抽壳命令，添加参数和厚度，完成抽壳；选择侧边挡板为基准面，绘制圆弧草图；选择拉伸切除指令，勾选完全贯穿，切除两侧板多余部分；以收集箱前挡板外侧面为基准面，绘制矩形草图，通过拉伸切除多余部分；以前挡板内侧面为基准面，绘制矩形草图，通过凸台拉伸命令，在收集箱内部生成一个矩形台；在矩形台侧边，绘制一个三角形草图，通过拉伸切除命令，切掉矩形台多余部分，得到一个梯形台，完成建模。收集箱建模如图8所示。

7 打捆机的虚拟装配

虚拟装配是虚拟产品开发的重要步骤[6]。采用虚拟装配技术，可在设计阶段检验产品各零件之间的配合关系与可装配性，从而保证装配设计的正确性[7]。在SolidWorks的装配体设计中，提供了自下而上、自上而下或两种方法结合的装配方法[8]。研究采用自下而上的方法来进行虚拟装配和干涉检查。由于打捆机零部件较多，且装配关系复杂，在一个装配图内完成装配较为困难，所以采用组合装配的方法。先将各装置分别完成装配，再按顺序导入到总装配图中，这样的方法既方便装配，还便于检查和修改零件尺寸[9]。打捆机具体装配流程如下。

7.1 夹持机构装配

新建装配体，选择导入零部件，依次导入夹持爪、小连接杆座、长连接杆、短连接杆、大连接杆座；夹持爪与小连接杆座之间添加重合、距离配合关系；小连接杆座与长连接杆之间添加同轴、重合配合关系；长连接杆和短连接杆之间添加同轴、距离配合关系；短连接杆和大连接杆座之间添加同轴、重合配合关系；大连接杆座与夹持爪之间添加平行配合关系，完成装配。

7.2 缠绕机构装配

新建装配体，选择导入零部件，依次导入固定块和移动块，添加同轴、平行配合关系，完成装配。

7.3 送带切割装置装配

新建装配体，选择导入零部件，依次导入安装板、带轮、小轮、棘轮、割刀、弹簧，分别把带轮、小轮、棘轮、割刀移动到安装板对应的圆形孔附近，添加同轴和距离配合关系，再将弹簧移动到指定位置，最后用销轴固定各零件，完成装配。

7.4 摆杆滑块机构装配

新建装配体，选择导入零部件，依次导入凹槽底座、两段曲柄、滑块、小轮；底座与一段曲柄之间添加同轴、重合配合关系；曲柄与曲柄之间添加同轴、重合配合关系；第二段曲柄与滑块之前添加同轴、重合配合关系；滑块与底座之间添加平行、重合、限制距离配合关系；滑块与小轮之间添加同轴、配合配合关系；同销轴固定各零件，完成装配。

7.5 打捆机总装配

新建装配体，选择导入零部件，先导入机架、物料承载运输装置、主轴，三者之间添加同轴、距离配合关系；再导入收集箱，与物料承载运输装置之间添加重合、距离配合关系；接着导入送带切割装置，与机架对应的圆孔位置添加同轴心、重合配合关系，并用螺栓固定；再导入摆杆滑块机构和电机箱，添加重合配合关系；接着导入缠绕机构、夹持机构和挡针，缠绕机构与电极之间添加同轴心、重合配合关系，与挡针之间添加同轴、重合配合关系，与夹持机构之间添加同轴心、重合、距离配合关系；最后导入链轮、链条、电机并进行相应配合。完成装配后，通过干涉检查命令来对打捆机装配体进行干涉检查，发现存在的问题并及时修正，从而确保打捆机各零部件的安装位置准确、无冲突。打捆机总装配图如图9所示。

8 结论

研究中使用SolidWorks 软件进行了打捆机的三维建模和虚拟装配。SolidWorks三维建模是一种高效且强大的工具，能够将设计转化为接近实物的三维模型。通过SolidWorks的建模功能，可以快速准确地创建各种零件和装配体，并对其进行修改和优化。采用三维建模可视化的方式，可以更加直观地理解机器的外观和结构，从而提高设计决策的准确性。SolidWorks的装配功能使得多个零部件的装配工作变得更加高效和准确。通过定义零部件之间的关系和约束，可以实现零部件的精确组装，并保证装配体的正确性和稳定性。在装配的过程中，通过干涉检测功能来分析零部件之间的干涉情况，及时发现潜在的问题并及时改正，可避免在后续制造和使用过程中可能出现的困扰，从而提高产品可靠性、节约制造成本。随着SolidWorks技术的不断发展和推广应用，它将继续为工程设计和制造领域带来更多的便利和价值。

参考文献

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[3] 王琛，张佳音，郑泠汐.SolidWorks软件在计算机辅助产品设计教学中的应用与探索[J].林业机械与木工设备，2021，49（2）：66-68.

[4] 郭元恒.涡轮钻具在高陡构造的应用及展望[J].石油钻探技术，2002，30（6）：48-49．

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[8] 李鹏.基于蹦idworks的齿轮减速器三维建模与仿真分析[J].机械工程与自动化，2018（1）：73-74.

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Modeling and Assembly of Binding Devices Based on SolidWorks

LI Jingsong

（Linfen Vocational Technical College， Linfen Shanxi 041000， China）

Abstract：   In order to speed up the efficiency of binding device development， based on SolidWorks software platform， the binding machine is selected as the modeling object. The detailed modeling process analysis and assembly of each part of the binding machine are carried out. The model intuitively expresses the structural principle and assembly method of each component of the binding machine， which can provide reference value for shortening R&D cycle and follow-up research.

Key words：binding; SolidWorks; modeling; assembly