SolidWorks中建立桁架模型方法

总第139期2014年第3期

设计试验

机械管理开发

Total of 139No.3 2014

SolidWorks中建立桁架模型方法

白跃品，宋 轶

（太原重工技术中心， 山西 太原 030024）

摘要：针对桁架结构的特点，利用SolidWorks软件的焊件模块，建立起整个桁架结构模型。首先，在零件模式下，采用自上而下的模式，针对每个杆件位置，搭建出每个杆件在桁架结构的空间位置关系。其次，对每一个杆件分配截面属性，修改杆件与杆件之间的接头形状，建立起整个桁架结构的焊件零件。最后，该桁架结构的零件可以转化为装配体，每个杆件可以自动拆分成杆件零件。关键词：SolidWorks 软件；桁架模型；焊件

中图分类号：TH213.7 文献标识码：A 文章编号：1003-773X(2014)03-0020-03

SolidWorks软件是一款非常优秀的三维机械设计建模软件。以其优异的性能、易用性和创新性，极大地提高了机械设计工程师的设计效率，在与同类软件的激烈竞争中已经确立它的市场地位[1]。桁架结构具有节约材料、结构简单、受力明确、迎风面少的特点，被广泛应用于车站、港口、码头、工矿企业等露天货场

[2]

在这个骨架模型中，每个杆件用空间中的一根线来表示。为了更好地绘制每一个杆件的空间位置，根据杆件的实际位置，提前绘制一些基准面，将共面的线限制在基准面上。共面的线，用2D草图绘制，不共面的线用3D草图。需要注意的：

1）每根直线的长度由杆件的最大长度确定，长出部分后面可以剪裁，短的话后面还得返回重做。

2）为了方便作图，便于约束，可以在桁架空间位置关系图中增加一些辅助线，这些辅助线可以是真实的线段，也可以是基准线。这些线段只要不进行后期操作，不会影响最终的运算结果。图1是用这种方法建立的履带起重机主臂底节骨架模型。

。本文应用SolidWorks软件针对桁架结构的特点，以

履带起重机主臂桁架结构为实例，探讨SolidWorks中建立桁架模型方法，并指出建模过程中需要注意的事项。其实任何一个大的桁架结构，都可以拆解成以焊件为单位的小桁架结构。焊件是由多个焊接在一起的零件组成，尽管实际上焊件是一个装配体，但在材料明细表中仍然把它看做成一个单独的零件。因此，应当把焊件作为多实体零件来建模，一个特殊的焊件特征会指明这个多实体零件为焊件[3]。SolidWorks中有个焊件模块，用这个模块来建立桁架类模型非常方便。1 桁架模型的骨架建模

首先在SolidWorks软件中新建一个零件，然后在零件模式下，为了建立桁架，要先针对每个杆件位置，搭建出每个杆件在桁架结构的空间位置关系，即建立桁架结构的骨架建模，这个用2D、3D草图很好解决。

图1 履带起重机主臂底节骨架模型示意图2 杆件的建立

完成骨架模型的搭建后，需要插入杆件结构构

件，点击焊件工具条的结构构件图标，插入杆件结构构件。在结构构件选项框可以选择ANSI（英寸）、

ISO和自己创建的型钢轮廓标准，在类型下面选择需要

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第29卷

的型钢轮廓，在大小框中选择需要的型钢轮廓尺寸，如图2所示。

在结构构件选项框中还有组的选项，组的作用是将相同型钢截面且位置相关的杆件编成一组，减少相同杆件多次重复操作，建组的规则是同一组内，只能选择首尾相连的一组线，或者相互平行的一组线，不符合规则的可以建新组。需要注意的是，一组内的杆件数量尽量要少，多建新组，组的数目也不要太多，防止后期修改杆件接头形状时出错。完成上述操作后，点击“√”，如图2所示。

不同截面的型钢通过插入新的结构构件的方法来建立。在这里需要指出的，有的杆件虽然截面形状相同，但是最终长短尺寸、安装位置、接头形状不同，最好也通过不同的结构构件来建立，如果不这样操作，在进行杆件接头形状的处理时，软件经常会报错。所以在一开始建立模型时，多通过插入新的结构构件去建立杆件结构构件，后期发现问题再处理，修改工作量就会加大，这点和组的操作相同。具体需要插入多少个结构构件并无规律可循，需要反复尝试。在插入结构构件之初，可以根据焊件规模，同一个位置区域且相同截面的杆件用一个结构构件，或者将来能生成同一个零件的杆件用一个结构构件，每一个结构构件的规模都不要太大。图2是焊件中插入结构构件的操作示意图。

图2 焊件中插入结构构件的操作示意图如果结构构件的截面尺寸不是自己需要的，有两种方法来解决：方法一，把需要的型钢轮廓做成库文件，加入到软件型钢库文件中；方法二，修改现有型钢类型截面的尺寸，满足自己的使用要求。本文实例就是采用后面的方法。找到设计树的相应结构构件下面Sketch1图标单击右键，选择编辑草图，将型钢截面

.21.

改成自己需要的尺寸。3 杆件的接头处理

如果结构构件作为单独的特征插入的话，系统会自动进行剪裁，但是，一般结构构件都是通过多步操作插入的，这就需要对插入的结构构件和现有的结构构件进行剪裁，把干涉的实体剪掉或缝隙延伸。

对杆件的接头进行处理。这时要用到焊件模块下面的剪裁/延伸命令。点击该命令后，就出现如图3所示选项框，在边角类型中选择需要的边角类型，在要剪裁的实体选项下，选择需要被剪裁的杆件，在剪裁边界选项下，选择执行剪裁操作的杆件，这时的剪裁边界可以是实体，也可以是实体的面，一般我们通常选择实体。可以进一步修改边角的形状，选择是否允许延伸，也可以选择焊接焊缝，填写留下焊缝的大小。需要指出的是，一次用剪裁/延伸命令操作的杆件不易过多，杆件连接关系比较复杂的接头处应该多次应用剪裁/延伸命令，否则容易出错。图3是履带起重机主臂底节的接头操作示意图。

图3 履带起重机主臂底节的接头操作示意图通常工程中有些结构构件的端面需要闭合，可能要加端盖，把它封闭起来。这种情况可以直接用顶端盖命令完成。注意：只能对封闭截面的结构构件加顶端盖，如矩形管，园管等，不能对开放的截面加顶端

盖，如槽钢、角钢等；只能对结构构件生成实体的封闭截面加顶端盖，顶端盖不适用拉伸特征。

有时需要将一个大的焊件分割成数个小的焊件，或者根据需要只截取焊件的一部分组成新的焊件，此时可以用生成子焊件的功能。在切割清单下选择需要的剪裁/延伸选项，右键单击，选择生成子焊件，则包含所选实体的子焊件文件夹出现在切割清单之下。右键单击这个子焊件，选择插入到新零件，子焊件在新

.22.

白跃品，宋轶：SolidWorks中建立桁架模型方法

2014年第3期

的 SolidWorks 窗口中打开，另存为对话框出现，为子焊件零件输入一个新名称，单击保存，就能生成一个新的子焊件。

假如整个桁架模型在焊件模式下的材料是一样的，可以在设计树下找到材料的选项，默认情况下它会自动给整个模型分配一个材料属性。右键单击这个菜单，选择编辑材料，即可打开材料选项卡，在材料选项卡中选择我们需要的材料。4 桁架零件转化为装配体

完成以上步骤后，整个模型在SolidWorks 软件中仍然是一个零件，有时需要将整个焊件由单一零件变成装配体，将焊件中每一个杆件变为一个单独的零件，SolidWorks 软件能很好地解决这个问题。在设计树下，右键单击切割清单，选择保存实体，此时进入保存实体的选项框，如图4 所示，在“所产生的零件”选项列表，将列出这个焊件按焊接关系拆分成的所有零件，此时必须给所产生的零件命名，命名时需要注意：

1）事先要做好规划，对每一个所产生的零件的命名都应该具有唯一性，在以后使用零件时不要修改。这样做的好处是，由焊件产生的零部件和这个焊件保留参考关系。以后对这个焊件所做的修改，都会自动反应到所产生的零部件上。后期一旦将产生的零部件改名字，将断开它们的关联性。

2）尽量不要使用自动指派名称，给零件命名。一个焊件自动指派名称的零件，将会与其他焊件自动指派名称的零件具有相同的名字，将这两个焊件生成的装配体进行再装配时，由于零件同名，装配就会出现零件冲突。

3）即使杆件相同也编制不同的名称，否则软件会报错。在“生成装配体”选项中，选择装配体模板，并命名，点击“√”，焊件中的杆件在焊接位置处断开生成相应的零件，同时软件将自动生成和焊件一模一样的装配体。此时原来那个桁架焊件零件只保存原来的建模关系，后期如果桁架装配体模型有什么要修改，只需修改这个桁架焊件零件，则相应的装配体模型和零件也会随之改变。图5为图4所示履带起重机主臂底节焊件生成的装配体。

图6 履带起重机主臂模型示意图5 结语

利用SolidWorks软件的焊件模块，对履带起重机主臂桁架结构进行建模。结果表明，利用SolidWorks软件对桁架结构进行建模，是切实可行 的，并且建模速度和质量相比其他三维软件，具有操作简便，建模速度快，模型修改方便等优点。

（下转第25页）

图5 履带起重机主臂底节装配体

在桁架装配体生成后，即可在这个桁架装配体模型的基础上，再添加其他零部件，完善整个桁架模型。最后将各部分装配体模型组装起来，即可形成更大的桁架装配体模型，图6 是用这种方法建立的履带起重机主臂模型示意图。

图4 履带起重机主臂底节焊件零件

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王东：三辊抱芯机构数学模型的建立

.25.

2）图形处理的M文件，文件名为D2Lline.m。clear clc

口度变大，二者负相关。

800780油缸长度，L /m m

[**************]

i=0;

for x=100:1:325i=i+1;z(i)=D2L(x);end

x2=100:1:325;plot(x2,z,'*r'),grid

将两个M文件置于同一个文件夹下，然后运行D2Lline.m（D2L.m被间调用）,可得二者之间的关系图形如图4所示。

从图4中可以看到：第一，两者之间近似为一直线关系。第二，油缸伸出，开口度变小；油缸缩回、开

660100

图4 开口度—油缸长度开口度，D /（°）

[**************]

4 结语

本文所述的数学模型，虽然相对复杂，但计算精度较高，可在实际项目中推广应用。在精度要求不高或定性分析时，也可以用MATLAB曲线拟合的功能将两者之间的关系近似为一直线，计算较为方便。

（编辑：苗运平）

Mathematics Model of Tri-roller Unit

Wang Dong

(Taiyuan Heavy Industry Co.,Ltd ., Technical Center, Taiyuan Shanxi 030024)

[Abstract] Tri-roller unit is one of the important equipment in the production line of the seamless tubes , the resolution of its control directly affects the quality of seamless tube products. This paper analyzes the tri-roller device and has established a mathematics model.[Key words] Tri-roller device; mathematics model; MATLAB

（上接第22页）

参考文献

[1] SolidWorks公司著. PDMWorks产品数据管理[M].北京：机械工业出版社，2005.

[2] 张亮有，郭云霞，杨明亮.大跨度桁架门式起重机主

梁三维设计与分析[J].起重运输机械，2010 (4):10-14.

[3] 李翔鹏. 无师自通：SolidWorks2008（中文版）[M].北京：人民邮电出版社，2008.

（编辑：苗运平）

The Way to Building SolidWorks Weldment Model

Bai Yuepin, Song Yi

(Taiyuan Heavy Industry Co., Ltd ., Technical Center, Taiyuan Shanxi 030024)

[Abstract] In this paper, a whole truss structure is created by using SolidWorks software’s weldment model, according to the characteristics of the truss structure. First, using the top-down method, a space relationship in the truss structure is built according to each rod position. Secondly, a whole part of truss structure is made by every rod’s section property being assigned and the corner shape being modified. Finally, the part of truss structure can be transformed into an assembly, and every rod can be automatically split into parts.[Key words] SolidWorks software; truss structure; weldment