基于Solidworks的新型顯示屏支架三維建模設計工藝分析

劉偉，張江華

（常州機電職業技術學院，江蘇常州213064）

基于Solidworks的新型顯示屏支架三維建模設計工藝分析

劉偉，張江華

（常州機電職業技術學院，江蘇常州213064）

利用Solidworks軟件來完成新型軍用工程機械顯示屏支架的三維建模設計與工藝分析。通過使用Solidworks軟件進行支架三維建模設計、討論了支架輕量化技術的選取和工藝分析，以達到提高設計效率、優化新型顯示屏支架及簡化其生產工藝過程的目的。

顯示屏支架；Solidworks；三維建模設計；自沖鉚接；輕量化技術

軍用工程機械的發展一直受到各軍事強國的高度重視。尤其是隨著高技術武器裝備的大量應用和新的作戰理論的形成，各種武器裝備機動性能和作戰效能的快速提高，對軍用工程機械提出了更高的要求。為滿足新的作戰需求，各國軍隊在發展各種武器裝備的同時，也在不斷發展新型軍用工程機械，并對己有裝備不斷進行改進和完善，特別是軍工專用工程機械的發展更適應末來作戰的需要［1］。現代化的軍用工程機械裝備為優化人機交互界面會用到顯示設備及與其配套的交互設備。顯示設備的安裝是對軍用工程機械設備提出的新要求。現有的軍用工程機械設備上使用的顯示屏支架大多為鋁合金鑄造結構。為了提高整個軍用工程機械設備的性能，軍用工程機械設備整機設計對其上應用的顯示屏支架提出新要求：在不改變原有的安裝接口及顯示設備總體安裝空間及尺寸的前提下減重。

本文利用Solidworks軟件對這種軍用工程機械設備上的新型顯示屏支架進行了三維建模設計，同時通過討論支架輕量化技術的選取及其建模的過程結合現有的生產條件，對其生產加工工藝過程進行了分析。

1　顯示屏支架的三維建模設計

1.1支架輕量化方案確定

通過已有產品的再設計，企業能夠提高產品族中的平臺通用性，實現規模經濟效益［2］。所以新型的顯示屏支架設計是采用在原有產品基礎上的改進設計。其整體的設計需求是：安裝接口與原型一致并滿足對顯示設備的減震隔震作用，同時新的產品重量控制在原產品重量的2/3以內。基于以上設計需求正確的選擇輕量化技術是新型顯示屏支架設計的關鍵。原支架為鑄鋁結構，借鑒相關行業輕量化技術可以使用焊接結構或鉚接結構進行新產品的整體輕量化。

在本項目需求中支架是應用在軍用工程機械裝備內部，顯示屏支架主要完成顯示設備的安裝及支撐作用，同時在軍用工程機械裝備高速移動時減緩對顯示設備的振動和沖擊。新型的顯示屏支架方便到軍用工程設備應用現場替換老型號產品。針對上述需求對焊接結構和鉚接結構進行對比：

首先，在軍用工程機械裝備內部使用的顯示屏支架，靜態受力載荷簡單但動態受力載荷比較復雜。研究顯示，在靜態測試中點焊連接的強度要比自沖鉚接連接大，然而在疲勞測試中自沖鉚接連接性能要好得多。在106次的循環里，自沖鉚接連接疲勞強度是點焊連接強度的兩倍［3］。可見，在動態載荷條件下自沖鉚接的性能比焊接要好。

其次，鋁合金焊接有以下難點：鋁合金焊接容易產生氣孔、鋁合金焊接易產生熱裂紋還有由于其線膨脹系數大，易產生焊接變形。而自沖鉚接工藝過程的普遍特征工序周期短是所有，通常一個鉚接工序周期僅為幾秒。此外，自沖鉚接工藝作為新型板件連接工藝相對于其它連接工藝（如電阻點焊工藝）仍有如下突出優點：可以鉚接多層板材組；無熱效應一一可以用于涂層或鍍層板材的連接而不會破壞其涂鍍層，也無其它任何損害。

最后，到現場對既有產品上應用的老型產品改造，鉚接過程簡單，無需在板材上預先開孔；鉚接質量持續穩定，鉚接點質量可以通過視覺觀察；鉚接時無熱量、煙、汽、火花、粉塵或碎屑等產生。而焊接結構現場操作不如鉚接結構簡便。

基于以上三點考慮，新型顯示屏支架采用自沖鉚接輕量化技術進行整體組裝設計。

1.2 Solidwork軟件介紹

Solidworks是一套基于Windows操作系統開發的機械設計自動化軟件，其是采用用戶熟悉的Windows圖形界面，操作簡便，易學易用，被廣泛的應用于機械、汽車和航空等領域。SolidWorks三維設計直接從三維模型入手，省去了三維與二維之間的轉化。設計者可以方便地通過拉伸、旋轉、鈑金特征、高級抽殼、特征陣列、鉆孔等操作不斷改變其結構，最終完成全部零部件的設計。同時，SolidWorks軟件采用參數驅動的設計模式，可以通過修改相關的參數來完善設計方案，支持設計方案的動態修改。這使得該軟件成為了機械設計領域的主流三維設計軟件。基于以上因素，新型顯示屏支架采用Solidworks軟件進行三維建模設計。

1.3新型顯示屏支架部件三維建模

結合原有鑄鋁結構的顯示屏支架設計方案，確定新型的鉚接結構的顯示屏支架主要由兩側的左、右側主立板、底座安裝板、前安裝板、后安裝板五個主要部件和各個轉角處加強筋板等組成。顯示屏支架的三維建模設計包括其所有零件三維建模和整個支架的裝配。

由于是參考原有鑄造支架基礎上的改進設計，所以對整個鉚接的支架的三維建模采用自底向上的裝配設計方法，即先依據各零部的結構形狀和尺寸建立其三維模型，然后再按照它們彼此之間的裝配和約束關系逐個進行組裝，最后完成整機的虛擬裝配。

Solidworks零部件造型的一般過程：首先、選擇適當的基準面，繪制生成零件模型特征草圖；然后、使用拉伸、旋轉和掃描等基本特征命令創建反映零件主要形狀的基礎特征；最后、使用倒角、圓角等修飾特征命令在基礎特征上添加其它特征完成整個零件對象的造型。針對Solidworks三維建模的實踐，提出以下三個零件建模技巧：首先、分析零件對象的基礎特征，繪制的草圖應能生成零件的基礎特征；其次、繪制截面草圖時，盡量采用實體轉換命令使用已生成的實體特征中的圖線，這樣既準確又快捷、同時減少了編輯修改時的參數；最后、零件的命名要簡單直觀合理（建議使用圖號來命名零件的模型文件），建好的零部件最好保存在一個目錄便于修改查找。

新型軍用工程機械設備顯示屏支架的各個組成部件的精確建模和正確定義各部件之間的裝配關系，是完成顯示屏支架整體建模的關鍵。裝配好各主要部件后，再按照上述的方法完成整機的裝配。圖1-圖5分別是左、右側主立板、底座安裝板、前安裝板和后安裝板子裝配三維模型。圖6為整個新型顯示屏支架的三維模型。

圖2　右側主立板子裝配三維模型

圖3　底座安裝板子裝配三維模型

圖4　前安裝板子裝配三維模型

圖5　后安裝板子裝配三維模型

圖6　新型顯示屏支架三維模型

2　新型顯示屏支架虛擬裝配及工藝分析

虛擬裝配是虛擬制造的一個重要而關鍵的環節，是虛擬現實技術與裝配技術相結合的產物。它是將虛擬現實技術作為輔助工具應用于裝配技術研究，利用虛擬現實系統提供的交互性、沉浸性和想象性，為產品裝配工藝的研究提供一個理想的環境，以解決產品在裝配過程中可能出現的問題，并將裝配信息反饋給設計人員，修改、優化設計，提高設計質量與水平［4］。在產品試制生產前可以使用虛擬裝配技術對產品進行靜態干涉檢查來確定靜止零件間是否滿足設計要求的最小距離，確定零件的可裝配性。利用動態干涉檢查來檢查三維零部件實體在相互運動過程中或是安裝過程中是否產生干涉現象。對于產品的裝配過程，這一操作步驟具有重要的現實意義，是對整個產品裝配過程的一個初步的裝配工藝分析過程。它將直接關系到產品實際組裝的成敗。

對于新型顯示屏支架供給新的軍用工程機械產品使用時，可以在出廠前完整組裝。對于現有在現場使用的工程設備進行老顯示屏支架的改造工作，應先以五個主要子裝配的形式運送到改造場地。按照如下的安裝工藝過程進行安裝：首先在工程設備內部對應的支架安裝接口上安裝底座安裝板子裝配，完成后安裝前、后安裝板子裝配，接下來安裝左、右側主立板子裝配，完成主體安裝后在安裝相關配件。這樣的工藝流程有利于在工程設備內部完成整個顯示屏支架的安裝，同時能使其安裝的工藝質量得到保障。

3　結束語

本文充分發揮SolidWorks軟件的三維建模設計優勢，討論了新型顯示屏支架輕量化方案并進行三維建模設計和虛擬裝配。通過虛擬裝配對新型顯示屏支架整個模型進行干涉檢查，以及工藝分析，優化新型顯示屏支架的設計工程及工藝工程。縮短了設計周期，為新產品的開發創造有利條件。同時為其后續進行振動沖擊仿真做了相應的準備。

［1］張欲保.軍用工程機械的發展、分析與未來［J］交通世界（建養.機械）2009，（19）：41.

［2］Nanda J，Thevenot H J，Simpson T W.Product family repre sentation and redesign:increasing commonality using formal concept analysis［C］Proceedings of ASME DesignEngineer ing Technical Conferences and Computers and Information in Engineering Conference，Long Beach，2005：969-978.

［3］A.R.Krause，R.A.Chernenkoff.A comparative study of the fatigue behavior of spot-welded and mechanically fastened aluminuet joints［J］.Society of Automotive Engineers，1995，45（3）：85-88.

［4］張林鍹，童秉樞.并行工程中的裝配仿真系統及其關鍵技術研究［J］計算機輔助設計與圖形學學報1999，（3）：163-167.

3D Modeling Design and Process Analysis of a New type Display Screen Bracket based on Solidworks

LIU Wei，ZHANG Jiang-hua
（Changzhou Institute of Mechatronic Technology，Changzhou Jiangsu 213164，China）

Three dimensional modeling and process analysis of the new military engineering machinery display screen support using Solidworks software.Through the use of SolidWorks software for three-dimensional modeling design，discussed support lightweight technology selection and process analysis，in order to improve the design efficiency and optimization model display screen bracket and the production process is simplified.

display screen bracket；solidworks；3D modeling design；self-piercing riveting；lightweight technology

TP31

A

1672-545X（2016）08-0249-03

2016-05-18

常州機電職業技術學院院級課題（2014/YJKT/09）

劉偉（1977-），男，黑龍江富裕人，碩士，高級工程師，教師，研究方向：計算機輔助設計與制造；張江華（1973-），男，浙江東陽人，碩士，副教授，主任，研究方向：機械制造及自動化。