【正文】 摘 要 在制圖軟件中， Solidworks 軟件自上而下方法的研究已成為研究和開(kāi)發(fā)的熱點(diǎn)，逐漸成為一種趨勢(shì)。在 Solidworks 環(huán)境中 ,通過(guò)產(chǎn)品 、部件和零件三者之間參數(shù)關(guān)聯(lián) ,采用一種基于裝配約束的參數(shù)化設(shè)計(jì)方法實(shí)現(xiàn)部件的參數(shù)化建模 ,闡述了這種參數(shù)化設(shè)計(jì)方法中的關(guān)鍵技術(shù) ,包括產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的劃分 、尺寸分析 、關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì) 、基于布局草圖的 設(shè)計(jì) 和方程式的添加 。運(yùn)用部件參數(shù)化設(shè)計(jì)方法構(gòu)建了一個(gè) Solidworks 部件庫(kù) 。采用這種方法 ,有利于產(chǎn)品的修改和系列化 ,提高設(shè)計(jì)效率 。本文在參閱了國(guó)內(nèi)外大量 對(duì)參數(shù)化設(shè)計(jì)的文獻(xiàn)基礎(chǔ)之上，以自行車自上而下設(shè)計(jì)為例，進(jìn)一步探討了自上而下的發(fā)展和過(guò)程。并根據(jù)參數(shù)化過(guò)程中出現(xiàn)的 API 函數(shù)進(jìn)行闡述，讓設(shè)計(jì)人員從繁瑣的繪圖工作中解脫出來(lái)，集中精力選擇和優(yōu)化設(shè)計(jì)參數(shù)，提高產(chǎn)品質(zhì)量，縮短產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期。 關(guān)鍵詞： Solidworks；裝配約束；自上而下；部件庫(kù)；自行車 ABSTRACT In drawing software, the method of topdown design research has bee the focus of research and development, Topdown, and gradually bee a trend. The thesis discusses the parametric modeling method of ponent s pleted by adopting the parametric method based o n assembly constraint through t heir parametric links of product ponent s and part s under the SolidWorks. Meanwhile , it introduces the key technique of this method , including the partition of product structure , dimension analysis , relating design , assembly design based on layout sketch and t he accession of equation. The thesis creates a ponent s library in t he SolidWorks by using t he method of parametric design for ponent s. Adopting t his method will be in favor of t he modification and serial design of a product , and raise t he design efficiency. Based on a large number of domestic parametric design based on the literature, bicycle of parametric design, for example, further discusses the development and the process parameters. And according to the parametric process, API design personnel from drawing work freed, conce ntrate on selection and optimal design parameters, improve product quality, shorten the product design cycle. KEYWORDS： SolidWorks； assembly constraint ； Topdown； ponent s library；bicycle 第一章 緒論 自行車的行業(yè) 自行車歷史淵源久長(zhǎng)。據(jù)史料文字記載，大約公元前 2300 年，中國(guó)、埃及、印度都出現(xiàn) 過(guò)人類原始的自行車雛形。意大利龐貝城中的壁畫是最早的圖形記載。世界上第一輛真正的自行車是由法國(guó)人米狄德，西福拉克于 1790 年發(fā)明的兩輪腳蹬自行車。鏈條式驅(qū)動(dòng)裝置的發(fā)明者是英國(guó)人丁斯塔利和勞森。 1888 年英國(guó)人鄧洛普將實(shí)心輪胎改為充氣輪胎，使行駛較為輕便。自行車的發(fā)展，從車型看， 20 世紀(jì) 60年代初期以普遍車輕便車為主，到 70 年代開(kāi)始流行小輪車， 80 年代則是山地車的天下。而近 10 年來(lái)的世界自行車市場(chǎng)結(jié)合城市輕便車和山地車兩者優(yōu)點(diǎn)而設(shè)計(jì)的混合型自行車。隨著全球環(huán)保綠色浪潮的興起以及人們由于生活節(jié)奏加快而對(duì)交通 工具速度上的要求進(jìn)一步提升。自行車市場(chǎng)向高檔化方向的發(fā)展，已成為全球自行車行業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)。目前，我國(guó)共有自行車整車廠和零件廠 1081 家。自行車整車廠數(shù)量占行業(yè)企業(yè)總數(shù)的 1/3，整個(gè)自行車行業(yè)。國(guó)有、三資和組裝型企業(yè)三足鼎立，年生產(chǎn)能力為 6000 多萬(wàn)輛。經(jīng)過(guò) 80 多年的發(fā)展，我國(guó)自行車行業(yè)取得了驕人的進(jìn)步，自行車的款式和種類不斷得到豐富。目前行業(yè)產(chǎn)品范圍主要包括各種類型、檔次、功能的自行車、助力自行車、童車與各類自行車零件。今年來(lái)，一些自行車生產(chǎn)廠挖掘生產(chǎn)潛力，開(kāi)發(fā)了各類健身車、健身器材等。同時(shí)，產(chǎn)品品種擺 脫了單一的普通車生產(chǎn)，發(fā)展為載重車、輕便車、運(yùn)動(dòng)車、賽車、山地車、城市車等 6 大系列上萬(wàn)個(gè)規(guī)格樣式。采用的材料從單一的鋼材逐步發(fā)展鋁合金、工程塑料與碳纖維復(fù)合材料等。同時(shí)自行車零件品種顯著增加，檔次提高較快。 選題依據(jù)與研究意義 自行車從發(fā)明伊始就是一種最普及的大眾化的輕便交通工具，其造價(jià)低廉、維修簡(jiǎn)單、使用方便，無(wú)污染，深受人們喜愛(ài)。至今它仍然是一些國(guó)家的城市和農(nóng)村的重要交通工具。而自行車的用途已由單一的代步載貨工具向娛樂(lè)、健身、旅游等方向發(fā)展。如何設(shè)計(jì)出結(jié)構(gòu)合理、騎車輕快、美觀舒適的自行車成為當(dāng)前各 自行車生產(chǎn)廠家熱切關(guān)心的問(wèn)題，自下而上設(shè)計(jì)法是比較傳統(tǒng)的方法，先設(shè)計(jì)并造型零件，然后將之插入裝配體，接著使用配合來(lái)定位自行車參數(shù)零件。若想更改零件，必須單獨(dú)編輯零件，這些更改可以在裝配體中看見(jiàn)。自上而下法在 Solidworks 也成“關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)”，是 指在裝配體的布局草圖上布置設(shè)計(jì)信息，然后把信息傳遞到下級(jí)的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，從開(kāi)始就把零部件作為系統(tǒng)的一部分并考慮零部件之間的相互作用，隨著設(shè)計(jì)的進(jìn)行，更為的細(xì)節(jié)信息成為可能并被包含到設(shè)計(jì)當(dāng)中。通過(guò)在一個(gè)布局草圖中表達(dá)整體設(shè)計(jì)意圖，就很容易做出正確的設(shè)計(jì)修改。運(yùn)用機(jī)械設(shè)計(jì)等 知識(shí)完成自行車骨架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)同時(shí)，利用 Solidworks 的建模功能，建立三維模型。最后應(yīng)用 Solidworks 的運(yùn)動(dòng)仿真功能，使得自行車設(shè)計(jì)直觀、快捷、高效。該技術(shù)在機(jī)械工程、化工設(shè)備。汽車制造等很多領(lǐng)域有很強(qiáng)的實(shí)用性和推廣價(jià)值。 Solidworks 是美國(guó) Solidworks 公司的一款高性能三維機(jī)械設(shè)計(jì)提供了一個(gè)方便的可視化平臺(tái)，設(shè)計(jì)創(chuàng)建自行車的三維模型，把整個(gè)自行車系統(tǒng)拆分成相互獨(dú)立且整體統(tǒng)一的模塊，模塊內(nèi)部的零件又可以實(shí)現(xiàn)互換的柔性化裝配。 課題的研究及研究現(xiàn)狀 近年來(lái)，關(guān)于自行車設(shè)計(jì)和以及在 對(duì) Solidworks 的力學(xué)分析，國(guó)內(nèi)外在這些方面的不斷的研究 ,對(duì)于自行車方面的研究國(guó)內(nèi)主要有：王建華 [1]等人對(duì)運(yùn)動(dòng)自行車整個(gè)車架結(jié)構(gòu)參數(shù)化設(shè)計(jì)，讓運(yùn)動(dòng)自行車適應(yīng)人體的特征，從而發(fā)揮騎車者體能技術(shù)發(fā)揮。謝慶森、林俊聰 [2]等人在基于 Pro/E 的自行車參數(shù)化設(shè)計(jì) 主要是縮短自行車設(shè)計(jì)的周期，提高自行車設(shè)計(jì)的水平，提出了自行車參數(shù)化設(shè)計(jì)理論，闡述了系統(tǒng)的構(gòu)建原理和系統(tǒng)框架。張祥林、鄧?yán)?[3]等人研究面向裝配的自行車 CAD 系統(tǒng)研究，其 為了提高自行車設(shè)計(jì)效率和設(shè)計(jì)質(zhì)量 ,而基于 UG 建立了自行車 CAD 系統(tǒng) , 引入了 參數(shù)化模板和裝配接口模型，還闡述了參數(shù)化建模、自動(dòng)裝配、干涉檢查等關(guān)鍵技術(shù)在該系統(tǒng)中的實(shí)現(xiàn)。陳東祥 、胡冬梅 [4]的碩士論文基于 Pro/Engineer 的自行車參數(shù)化計(jì)系統(tǒng)中是對(duì)當(dāng)前我國(guó) CAD 技術(shù)應(yīng)用日益普及和推廣，而自行車 CAD 二次開(kāi)發(fā)相對(duì)落后的現(xiàn)狀，利用 Pro／ Engineer 提供的二次開(kāi)發(fā)工具 Pro／ Toolkit 和 VisualC++6． 0 的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境，對(duì) Pro／ Engineer 進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，建立了一個(gè)快速的自行車設(shè)計(jì)系統(tǒng)。采用三維造型技術(shù)與參數(shù)化設(shè)計(jì)相結(jié)合的方法，通過(guò) Pro／ Toolkit 應(yīng)用程序設(shè) 計(jì)模塊，進(jìn)入自行車零件模型庫(kù)，對(duì)零件模型進(jìn)行調(diào)用、修改、再生等操作，從而實(shí)現(xiàn)自行車產(chǎn)品的快速設(shè)計(jì)。 林霜 [5]的論文主要研究與分析自行車設(shè)計(jì)中的人機(jī)因素， 從人機(jī)工程學(xué)的角度出發(fā) ,對(duì)自行車設(shè)計(jì)的發(fā)展、自行車設(shè)計(jì)中人的因素和自行車設(shè)計(jì)人機(jī)關(guān)系進(jìn)行分析和研究。利用三維造型軟件設(shè)計(jì)出自行車 ,借助人機(jī)分析軟件結(jié)合自行車結(jié)構(gòu)和人的因素進(jìn)行分析自行車設(shè)計(jì)的合理性和舒適性 。鄧?yán)?[6]研究參數(shù)化模板 的自行車快速設(shè)計(jì)方法，是 針對(duì)自行車的設(shè)計(jì)建立了基于 UG 的專用 CAD 系統(tǒng)。通過(guò)對(duì)自行車零部件進(jìn)行 ABC分析和幾何形狀分析 ,建立了描述 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的參數(shù)化模板 ,創(chuàng)建了完善的零部件數(shù)據(jù)庫(kù) ,開(kāi)發(fā)了不同款式自行車車架的快速設(shè)計(jì)模塊和零部件自動(dòng)裝配模塊 ,實(shí)現(xiàn)了對(duì)產(chǎn)品配置、模具明細(xì)表以及其它產(chǎn)品相關(guān)信息的管理 ,快速生成工程圖 ,有效地指導(dǎo)分析和生產(chǎn) ,并為知識(shí)的再利用提供基礎(chǔ)。 王璞 [7]主要研究?jī)和孕熊嚕?以兒童為中心的前提下提出了兒童參與設(shè)計(jì)的方式、分析了兒童參與自行車設(shè)計(jì)的組織過(guò)程 ,并構(gòu)建了兒童自行車用戶參與設(shè)計(jì)的任務(wù)模型和思維模型。對(duì)兒童參與設(shè)計(jì)中界面的設(shè)計(jì)依兒童年齡層次不同 ,提出了不同的設(shè)計(jì)指導(dǎo)意見(jiàn)。 實(shí)踐部分對(duì)兒童自行車進(jìn)行了模塊化的劃分 ,歸納 出適于兒童參與設(shè)計(jì)的基本模塊部分。建立了兒童自行車個(gè)性化設(shè)計(jì)的基本模塊庫(kù)與個(gè)性化模塊庫(kù) 。宋賢敦 [8]自針對(duì)自行車設(shè)計(jì)，從自行車的使用要求，及設(shè)計(jì)要求進(jìn)行展開(kāi)闡述。林俊聰 [9]研究與開(kāi)發(fā)自行車模塊化概念設(shè)計(jì)系統(tǒng)，而此文是 在研究模塊化設(shè)計(jì)和概念化設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)之上 ,針對(duì)自行車設(shè)計(jì)的特點(diǎn) ,探討了自行車的模塊化概念設(shè)計(jì)的理論和實(shí)現(xiàn)。分析了自行車模塊化概念設(shè)計(jì)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) ,并把該系統(tǒng)拆分成 3 個(gè)相對(duì)獨(dú)立的子系統(tǒng) :基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)、自行車模塊化數(shù)據(jù)庫(kù)、用戶交互接口 。鄧國(guó)光 [10]從力學(xué)角度較為詳細(xì)地研究了自行車運(yùn)動(dòng)員的蹬踏方式，并用 微機(jī)控制系統(tǒng) — 自行車運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練測(cè)試臺(tái)得出的數(shù)據(jù)，研究出曲柄旋轉(zhuǎn)角與蹬踏角的關(guān)系。 劉軍、耿國(guó)強(qiáng) [11]的主要研究了 Solidworks 自上而下設(shè)計(jì)方法。 林修成、張朝陽(yáng) [12]的論文是對(duì)自行車行駛穩(wěn)定性及后進(jìn)動(dòng)性的力學(xué)分析，文章首先根據(jù)拉格朗 H 方程，得到廣義坐標(biāo)下的車輪運(yùn)動(dòng)的拉格朗 H 方程，然后根據(jù)廣義坐標(biāo)下的拉格朗 H 微分方程研究車輪的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，車輪初始的不穩(wěn)定性，在直線行駛中的穩(wěn)定性，抗沖擊性以及自行車轉(zhuǎn)彎時(shí)的后進(jìn)動(dòng)問(wèn)題傾翻的問(wèn)題，從而回答了自行車在彎道行駛車身處于顛倒?fàn)顟B(tài)，在重力作用下而不致。李立順、孟祥德等人 [13]的論文基于 Solidworks 的整車自裝卸車虛擬設(shè)計(jì)與運(yùn)動(dòng)仿真，主要介紹了基于Solidworks 軟件進(jìn)行機(jī)械系統(tǒng)虛擬設(shè)計(jì)和運(yùn)動(dòng)仿真的基本方法，綜合利用 Solidworks的參數(shù)化、變量化建模技術(shù)以及自下而上和自上而下相結(jié)合的設(shè)計(jì)方法，完成了整體自裝卸車的虛擬設(shè)計(jì)，證明了這種方法可有效提高設(shè)計(jì)效率，具有良好的應(yīng)用前景。付永忠 [14]基于 Solidworks 的自頂而下裝配體設(shè)計(jì)及運(yùn)動(dòng)仿真，改論文指出了傳統(tǒng)的自下而上裝配體設(shè)計(jì)的缺點(diǎn)，并提出自頂而下裝配體與運(yùn)動(dòng)仿真相結(jié)合的產(chǎn)品設(shè)計(jì)方法。鄭向華 [15]基 于 Solidworks 的機(jī)械手運(yùn)動(dòng)仿真設(shè)計(jì)，本文在上料機(jī)械手設(shè)計(jì)與研 究的基礎(chǔ)上，具體進(jìn)行了機(jī)械手仿真動(dòng)畫設(shè)計(jì)。楊艷紅、周紅生等人 [16]的碩士論文液壓傳動(dòng)自行車車自頂向下設(shè)計(jì)及傳動(dòng)分析，液壓傳動(dòng)自行車是一種新型的交通工具，通過(guò)繪制液壓傳動(dòng)自行車的概念草圖，基于參數(shù)化特征建模技術(shù)多層次的裝配模型，利用自頂向下設(shè)計(jì)方法完成液壓傳動(dòng)自行車的骨架模型及整機(jī)設(shè)計(jì)，并對(duì)液壓泵和馬達(dá)傳動(dòng)原理進(jìn)行分析。結(jié)果表明，自頂向下設(shè)計(jì)方法為提高產(chǎn)品的快速更新設(shè)計(jì)提供了一條新路子。國(guó)外在自行車方面的研究： Soden 和 Adeyefai[17]對(duì)騎車中的自行車做了受力分析，指出騎車開(kāi)始是蹬踏力可達(dá)到人體體重的三倍。 Hull 和他的合作者們 [18]研究了騎車生物力學(xué)，用五趕平面機(jī)構(gòu)模擬具有圓鏈輪驅(qū)動(dòng)的腳蹬自行車系統(tǒng)，探討了腳蹬力和腳蹬速率如何影響騎行過(guò)程以及鉸鏈力矩節(jié)奏的關(guān)系。 第 2 章 Solidworks 的概述 Solidwork 軟件的介紹 Solidworks 是一款非常優(yōu)秀的三維制圖軟件，易學(xué)易用，目前是市場(chǎng)份額增長(zhǎng)最快、技術(shù)發(fā)展最快、市場(chǎng)前景最好、性能價(jià)格比最優(yōu)的軟件。在全球銷量已達(dá)到 30萬(wàn)套，排名處于 3D CAD 軟件銷售榜 首，遙遙領(lǐng)先與其他同類產(chǎn)品。一套基于 Windows 的 CAD 桌面集成系統(tǒng) ,是由美國(guó) SolidWorks 公司在總結(jié)和繼承了大型機(jī)械 CAD 軟件的基礎(chǔ)上 ,在 Windows 環(huán)境下實(shí)現(xiàn)的第一個(gè)機(jī)械三維 CAD 軟件。 SolidWo