1 前言

    在同步建模技术问世之前，人们主要使用基于历史记录的建模系统和显示建模系统。基于历史记录的建模系统使用顺序树来存取操作的顺序，例如PRO/E等，这些建模器高度自动化，而且尺寸驱动，但缺乏灵活的编辑能力，需要进行一些限制，所以很难满足随机更改的需要，而且要求编辑人员知道特征相关性，这使得编辑工作受到很大的影响。对于异种CAD数据，无法进行编辑修改，加大了设计人员的重复工作。显示建模提供与几何体的直接交互，而且提供了灵活的编辑能力，但是缺乏可控性和建立设计规则来管理更改能力。利用参数化，根据参数变化快速生成基本模型的实体，从而自动对已用部件进行重用是显示建模无法实现的。

    针对两种建模系统的局限性，2008年，Siemens PLM Software推出了同步建模技术。Solid Edge with Synchronous Technology（简称Solid Edge ST）重新定义了3D建模技术，将显示建模的速度和灵活性与基于历史记录的建模系统的控制能力和参数化设计完美结合。允许用户直接在几何体上工作，更快、更流畅地创建设计和进行编辑。

    连杆是一个应用较为广泛的机械零件，在节约材料、减轻重量的前提下设计一个能满足使用要求的连杆是设计者需要考虑的问题。本文应用Solid Edge ST完成对连杆的建模、力学分析、模型尺寸修改等设计过程，完成连杆件的设计。最终设计完成的零件图如图1所示。

    图1 设计完成的连杆零件图

2 Solid Edge同步建模技术特点

    2.1 全新的交互设计环境

    Solid Edge ST将直接建模的速度、灵活性与尺寸驱动设计的准确性结合在一起，提供最快、最灵活的设计体验和全新的建模方式。Solid Edge ST所创建的特征彼此之间没有相关性，每次更改后，不需要重新计算“特征树”。软件界面基于Microsoft Office 2007界面风格，智能向导，便于学习和使用，效率显著提高。

    2.2 快速编辑其他CAD数据

    同步建模技术突破传统系统的障碍，可以处理无特征的导入数据，导入的模型可以获得与原有系统同等水平的编辑能力。对比其他软件，如PRO/E等，只能读取异种CAD数据而无法编辑，Solid Edge ST处理异种数据的能力是其他系统所无法比拟的。这大大减小了重复劳动而加快了设计效率，同时也节约了成本。

    2.3 用2D的简单性驱动3D的强大功能

    Solid Edge允许在同一环境中使用统一的2D和3D建模命令进行设计，因此提供了一个啮合2D和3D差距的平台。用户在2D中使用的命令可以出现在3D环境中，可以利用对2D系统中各项常见技术的深刻理解进行编辑和设计。

3 连杆的建模

    3.1 迁移2D模型到3D模型的建模方式

    设计者在设计之初，已经拿到了连杆的二维CAD图，如图2所示。为避免重复劳动，直接将AutoCAD中dwg格式的二维图导入到Solid Edge中，作为草图直接创建3D模型，如图3所示。并且导入后的数据可以直接拿来进行编辑，而且2D模型中的尺寸在3D中依然保留且可编辑。这在PRO/E等其他三维制图软件中是无法实现的，显而易见，Solid Edge同步建模技术大大减少了重复劳动，提高了工作效率。事实上，Solid Edge还可以很方便的读取其他三维制图软件的数据，并进行数据的编辑修改。

    图2 连杆二维三视图

    图3 2D模型创建3D模型

    3.2 Solid Edge中直接建模

    Solid Edge ST拥有强大的建模功能，可以很方便的直接在软件中建模。如图4所示，连杆的建模过程可分为以下几步完成：

    （1）选定一个平面，绘制草图。对称结构，可使用镜像功能，加快绘图速度。

    （2）拉伸操作，得到体的大概形状。

    （3）选定下平面，绘制草图，进行拉伸、除料操作，完成连接孔的建模。

    （4）倒圆角，完成整个建模过程。

    草图的建立是一个很随意的过程，可以先不考虑尺寸的影响，待草图完成后采用智能尺寸，可以很方便的输入尺寸。

    图4 连杆直接建模步骤图

4 连杆的力学分析及模型再设计

    4.1 连杆的力学分析

    为检验设计的连杆是否能满足工作要求，运用软件自带的有限元分析程序，进行连杆件的力学分析。固定下端面，在上端孔面上分别施加向下和向右的力，程序自动进行网格划分后计算所得应力图，如图5所示。由图所知，连杆的中间连接部分变形最大，承受的力最大，是最容易遭到破坏的地方。为此要进行连杆件的再设计，将中间连接部分的尺寸加大。

    图5 连杆力学分析结果图

    4.2 连杆的再设计

    在Solid Edge中，进行连杆件尺寸的修改，将中间连接部分的壁厚加大。选中连接部分的内面，直接拉动，输入数值即可完成模型的修改，修改过程及结果如图6所示。笔者尝试过在其他绘图软件中进行尺寸的修改，找到特征树后修改，发现需要变动的尺寸很多，如上部分孔的内外径及连接部分的倒圆角都需要修改，并且系统重新生成较慢。而在Solid Edge中至需要选中一个面进行拖动、输入需要加大的厚度即可很方便的完成模型的修改。

    对修改后的模型再次进行力学分析，中间连接部分的变形明显减小，杆件的最大应力在允许范围以内，达到设计目的，完成本次设计。

    图6 连杆模型修改及完成图

5 结论

    Solid Edge ST同步建模技术突破基于历史记录的设计系统固有的局限性，不需要依赖建模历史记录，很方便的进行模型的编辑和修改，对于异种CAD数据拥有强大的编辑修改能力，可以大大节约设计时间，提高设计效率，是CAD技术史上的又一个里程碑。