副產(chǎn)品模型分析和功能簡介 - 基于SolidWorks的多功能自平衡護(hù)理床設(shè)計(jì)

　　多功能自動(dòng)平衡護(hù)理床的總體方案如圖2所示，由床身、固定支撐桿、伺服液壓缸、電動(dòng)缸、行走底架和控制系統(tǒng)等 部分構(gòu)成。

　　1.自動(dòng)調(diào)平衡系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成及功能

　　由圖2可見，平臺(tái)的上表面，即平臺(tái)的穩(wěn)定面由4個(gè)球鉸支撐。對(duì)兩自由度平臺(tái)，固定桿3與底架固定連接，電液伺服缸4、5 關(guān)于桿3對(duì)稱、與底架鉸鏈連接，三者在一條直線上。液壓伺服缸9與桿3在一條中線上，與底架也是鉸鏈連接。平臺(tái)在三個(gè)伺服缸的控制下，可做繞通過固定支撐點(diǎn)水平軸的俯仰運(yùn)動(dòng)和繞固定支撐點(diǎn)與約束支撐點(diǎn)縱軸的搖擺運(yùn)動(dòng)，以達(dá)到底板搖晃時(shí)穩(wěn)定面保持水平之目的。

　　2.體位調(diào)整功能

　　按照人機(jī)工程學(xué)的原理，將床身分成背板1、座板2和腿板6三部分，背板和座板通過軸鉸接，通過控制電動(dòng)缸的伸縮可實(shí)現(xiàn)0°～85°背位調(diào)整，同理可實(shí)現(xiàn)腿板的角度調(diào)整。這樣就實(shí)現(xiàn)了床身坐姿與臥姿間的連續(xù)體位調(diào)整功能， 如圖3所示。

　　3.床身直立功能

　　整床的支撐桿系主要由固定桿3和電液伺服缸9兩部分組成，控制電液伺服缸9的伸縮量使床體繞固定桿3的球鉸轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)床身在0°～80°范圍內(nèi)的角度調(diào)整。

　　四、模型裝配設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵問題

　　在三維建模中，多功能護(hù)理床基本是標(biāo)準(zhǔn)的模型構(gòu)建，在復(fù)雜曲面方面應(yīng)用較少。需要考慮的問題包括參數(shù)化設(shè)計(jì)與處理、工業(yè)造型與整體處理和零件系列化的問題。

　　1.參數(shù)化問題

　　在護(hù)理床的設(shè)計(jì)中，參數(shù)化主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面，即零件建模與裝配。對(duì)于零件建模而言，參數(shù)可分為三類：

　　(1)相互之間存在一定約束條件，不可隨意更改參數(shù)，如電動(dòng)機(jī)的外形尺寸參數(shù)就是如此，必須通過查閱相關(guān)技術(shù)參數(shù)得到。

　　(2)查閱相關(guān)手冊(cè)取得，但是可以根據(jù)實(shí)際情況修改。

　　(3)根據(jù)具體情況自行確定。

　　在零件設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)該采用參數(shù)化草圖建模方法。首先根據(jù)設(shè)計(jì)要求完成較為理想的結(jié)構(gòu)形狀，然后對(duì)每一條曲線賦予尺寸約束或幾何約束，使曲線按照設(shè)計(jì)者的意圖更新交換，生成參數(shù)化特征。其中，草圖實(shí)現(xiàn)全約束繪制較為容易，實(shí)體建模則需要考慮到布爾運(yùn)算的影響。通過這種建模方式，可以方便地實(shí)現(xiàn)零件的修改及變形設(shè)計(jì)，生成其他類似零件無需重新建模，這可顯著提高設(shè)計(jì)效率。

　　在裝配過程中，很多零件之間存在繼承及約束關(guān)系，如液壓缸活塞頭部鉸接孔內(nèi)徑等于安裝銷的外徑。當(dāng)改變時(shí)，也隨之改變，通過表達(dá)式建立二者之間的相等關(guān)系。同時(shí)，由于二者在裝配過程中要求有匹配、對(duì)齊等約束關(guān)系，當(dāng)某個(gè)零件位置尺寸發(fā)生變化時(shí)，也可以通過這種定位關(guān)系自動(dòng)更改配合零件的位置，這樣就保證了零件之間約束關(guān)系的一致性，便于產(chǎn)品設(shè)計(jì)與參數(shù)修改，或者以此為模板進(jìn)行系列化產(chǎn)品的參數(shù)化設(shè)計(jì)。

　　2.零件系列化問題

　　在護(hù)理床設(shè)計(jì)中，參數(shù)化建模非常重要，但并不是所有的零件每次都需要經(jīng)歷參數(shù)化設(shè)計(jì)過程，而是可以建立零件庫。在SolidWorks中，對(duì)于通用標(biāo)準(zhǔn)件(如螺栓等)，建議直接建庫并調(diào)用即可。對(duì)于廠標(biāo)系列化零件(如推力軸承)，它們外形和結(jié)構(gòu)都相似，但幾何尺寸和部分次要特征有差異。此時(shí)可以首先建立一個(gè)零件模板，將其要更改的重要尺寸列入到SolidWorks提供的表格中，這樣就形成了零件族。當(dāng)需要調(diào)用時(shí)，在表格中直接更改這些尺寸則可以生成新的部件，從而縮短設(shè)計(jì)與裝配時(shí)間。

　　3.工業(yè)造型與整體設(shè)計(jì)

　　在國外，工業(yè)造型是一切設(shè)計(jì)工作的開始，在策劃中將其與總體設(shè)計(jì)結(jié)合在一起。在護(hù)理床設(shè)計(jì)中，與工業(yè)造型密切相關(guān)的就是床身的設(shè)計(jì)和渲染處理。床身的設(shè)計(jì)不但要考慮人機(jī)環(huán)境，而且要考慮材料選用和流線設(shè)計(jì)，這里采用SolidWorks的曲面造型功能完成床身設(shè)計(jì)。另外，三維實(shí)體模型建立后，還需要通過高級(jí)渲染制作出具有真實(shí)感的護(hù)理床產(chǎn)品和部件效果圖，一個(gè)好的渲染會(huì)對(duì)產(chǎn)品的推廣帶來良好的效果。

　　五、裝配與運(yùn)動(dòng)仿真的結(jié)構(gòu)驗(yàn)證

　　1.裝配中的關(guān)鍵問題

　　這里所說的裝配是指靜態(tài)裝配，在此不再介紹其裝配過程，在實(shí)際設(shè)計(jì)中需要解決的問題如下。

　　(1)裝配模式。在多功能護(hù)理床的裝配中，采用Top-down或者Down-top方式都可以，二者并不對(duì)立，實(shí)際上它們是一個(gè)并行過程，經(jīng)?；煊?。

　　(2)干涉檢查。對(duì)于護(hù)理床而言，在各個(gè)部件中，都必須進(jìn)行零件干涉分析，以避免在試生產(chǎn)中發(fā)生干涉碰撞。由于該機(jī)器產(chǎn)品復(fù)雜、零件數(shù)量多，不可能通過反復(fù)生產(chǎn)樣機(jī)解決問題，而需要在設(shè)計(jì)階段就盡量減少這種錯(cuò)誤。SolidWorks裝配模塊中的干涉功能可以解決整機(jī)的靜態(tài)干涉分析，如推力軸承與軸承環(huán)之間，這是目前常采用的方式。

　　(3)公差問題。靜態(tài)裝配的三維模型都是處于理想狀態(tài)下，也就是無公差模型，這在實(shí)際工作環(huán)境中參考價(jià)值不大，因?yàn)榧庸こ鰜淼牧慵际菐в衅畹摹Ｒ虼?，還需要考慮不同公差情況對(duì)零件裝配的影響。相比之下，干涉檢查只是檢查理想尺寸與碰撞情況。

　　采用SolidWorks模塊對(duì)零件和裝配的全過程進(jìn)行公差分析與綜合，從而分析零件公差對(duì)產(chǎn)品精度造成的影響，以及裝配模型是否符合精度要求。確定影響裝配關(guān)系和裝配精度的關(guān)鍵尺寸公差的約束及其敏感度，通過改變個(gè)別關(guān)鍵尺寸的公差約束降低制造成本。在滿足產(chǎn)品精度、性能和技術(shù)指標(biāo)要求的前提下放寬公差指標(biāo)，使尺寸在較寬松的公差范圍內(nèi)滿足產(chǎn)品的預(yù)期精度要求，降低制造成本。

　　2.運(yùn)動(dòng)仿真

　　對(duì)于運(yùn)動(dòng)仿真而言，作用有兩個(gè)：即動(dòng)態(tài)干涉分析和分析運(yùn)動(dòng)規(guī)律。SolidWorks中的Simulation模塊可以進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真分析(圖4)，從而觀察在運(yùn)動(dòng)過程中構(gòu)件之間的干涉關(guān)系，如液壓缸與床身之間可能發(fā)生的碰撞干涉。在運(yùn)動(dòng)分析中，可以通過位移、速度及加速度曲線觀察運(yùn)動(dòng)規(guī)律是否符合設(shè)計(jì)要求，如圖5所示。