几何约束是参数化技术的基本功能之一,利用其功能在二维草图状态下,对线条进行约束定义,可以进行原理图的仿真,实现机构的快速构型、原理演示的直观明了,尤其适合于方案设计和课堂教学。笔者在使用SolidWorks时,就利用其几何约束和尺寸驱动的参数化功能,在草图状态下,进行了机构原理图的快速构型设计和动态原理性仿真演示。
　　
　　一、SolidWorks有关功能的介绍
　　
　　SolidWorks 是基于微机Windows 平台的三维机械设计软件,针对二维平面图形、三维零件模型、装配体、工程图等的设计,有很多的相应功能。这里着重几何约束、尺寸驱动等参数化设计方面的功能做一简单介绍。
　　1.SoliWorks中的约束
　　在SolidWorks中,约束称为几何关系,可以通过相关操作让用户在草图实体之间或草图实体与基准面、基准轴、边线或顶点之间生成几何关系。SolidWorks中的几何关系包括水平放置或竖直放置、共线、全等、垂直、平行、相切、同心、中点、交叉点、重合、相等、对称、固定、穿透、融合点等。
　　2.SolidWorks中的尺寸驱动
　　SolidWorks是基于尺寸驱动的,通过改变尺寸可以得到新的模型。SolidWorks的尺寸有驱动和从动之分:驱动尺寸可以作为约束驱动模型的变化;从动尺寸是指尺寸是由其他尺寸或条件所驱动,且不能被修改。SolidWorks的尺寸标注主要有直线或边线的长度、两直线之间的角度、两直线之间的距离、点到直线的垂直距离、两点之间的距离、圆弧半径、圆弧长度、圆的直径等。
　　
　　二、几何约束、构件和运动副的定义
　　
　　1.橡皮筋线、构件和曲柄的形成
　　在平面上绘制任一直线,在没有任何约束的情况下,两端点在平面内可以任意移动,即为一条平面上的橡皮筋线。对橡皮筋线沿其长度方向标注尺寸,产生定长约束,这时该直线两端点就不能任意移动了,只能做平动,此时橡皮筋线就转化为一个杆(构件)。若再限定其一个端点相对于坐标系(如坐标原点)固定,直线的另一端点只能在一个圆上运动了,显然这就成了一个曲柄,如图1所示。
　　
　　3.移动副和导杆的形成
　　若一直线的端点始终和一固定直线保持重合约束,即为移动副,如图3a)所示。若一直线的端点始终和另一可以运动的直线始终保持重合约束,即为导杆上的移动副,如图3b)所示。
　　
　　然后,通过“添加几何关系”命令来一个个定义约束。将A点和原点定义成重合,再将直线AD定义成水平。定义好几何关系后,进行尺寸的标注,结果如图5所示。这样该机构模型就有了一定的约束关系。此时,处在非完全约束的状态下,如果AD位置固定不动,AB、BC、CD可以处于任意位置而保持各自长度以及首尾相接的关系不变,这正是铰链四杆机构的特性。
　　
　　在草图编辑状态下,用鼠标拖动B点使之绕原点(A点)转动,此时C点沿导轨直线移动,完成曲柄滑块机构的动态模拟。有意思的是,用鼠标拖动C点进行直线移动,可以感觉到死点位置的存在。
　　3.导杆机构
　　在SolidWorks中新建文件,以前视基准面为草图平面,任意绘制一定长直线AB,其一端点和坐标原点重合(A点),作为曲柄;再绘制一条定长的铅垂直线AC,定义一端点同原点重合(A点),作为机架;绘制一定长直线作为导杆(CD),使之和曲柄端点重合(B点),一个端点和机架直线的另一端点重合(C点),这时就组成了曲柄导杆机构,结果如图7所示。
　　
　　在草图编辑状态下,用鼠标拖动B点使之绕原点(A点)转动,此时CD杆绕C点转动(或摆动),完成曲柄滑块机构的动态模拟。改变AB和BC的长度可以分别得到曲柄摆动导杆机构(ABAC时)。同样,用鼠标拖动D点使CD杆作为主动件绕C点转动(或摆动),也可以感觉到死点位置的存在。
　　(作者单位:江苏省南京化工职业技术学院)