基于 SolidWorks 的官帽椅零件设计与虚拟装配论文

　　SCI论文(www.lunwensci.com):

　　摘 要：随着产品创新速度的加快，数字化设计方法在产品设计中的应用越来越多。SolidWorks 是一款功能强大、操作 便捷的数字化设计软件。本文将 SolidWorks 软件应用于官帽椅的零件设计与虚拟装配中，探索数字化设计方法在中国传统家 具设计与制造中的应用，为提高中国传统家具的建模效率、探索中国传统家具创新生产途径提供帮助。

　　关键词：SolidWorks ;官帽椅 ;零件设计 ;虚拟装配

　　Parts Design and Virtual Assembly of Official Headgear Chair Based on SolidWorks

　　LIN Siqi

　　(College of Home and Industrial, Nanjing Forestry University, Nanjing Jiangsu 210037)

　　【Abstract】： With the acceleration of product innovation, the application of digital design method in product design is more and more. SolidWorks is a powerful and convenient digital design software. In this paper, SolidWorks software is applied to the parts design and virtual assembly of official headgear chair, and the application of digital design method in Chinese traditional furniture design and manufacture is explored, in order to improve the modeling efficiency of Chinese traditional furniture and explore innovative ways of production of Chinese traditional furniture to provide help.

　　【Key words】： SolidWorks;official headgear chair;parts design;virtual assembly

　　数字化设计是产品制造的核心，随着产品创新速度的 加快，数字化设计软件的应用越来越多 [1]。SolidWorks 是一款功能强大、操作便捷的数字化设计软件 [2]。以其 优异的性能、易用性和创新性，被广泛应用于机械、汽 车和家电等领域 [3]。官帽椅作为中国传统家具代表之 一，有广泛的市场需求。然而现阶段其生产形式大多 还停留在传统工艺阶段，耗时长且效率低 [4]。本文将 SolidWorks 软件应用于官帽椅的零件设计与虚拟装配 中，探索数字化设计方法在中国传统家具设计与制造中 的应用，为提高中国传统家具的设计效率、探索中国传统家具创新生产途径提供帮助。

　　1 官帽椅介绍

　　官帽椅作为中国传统家具的代表之一，其起源可以 追溯至魏晋时期的壁画 [5]。到了明清时期，官帽椅在手 工业的大发展下逐渐兴盛。官帽椅根据地域主要可划分为南北两种，即南官帽椅和北官帽椅 [6]。其中北官帽椅 因其椅背搭脑和左右扶手出头，形似明朝官员的官帽， 又被称为四出头官帽椅 ;而南官帽椅则在椅背立柱和搭 脑连接处作圆角处理，视觉效果自然 [7]。从审美角度而 观，官帽椅的整体形态端庄儒雅，在搭脑、椅腿、扶 手、联帮棍等部件婉转流畅的线条之中体现出和谐统一 之美 ;在中轴对称的规整形制中体现出有序的构成之 美 ;在温润如玉的表面材质中体现出浑厚的质感之美， 散发着沉稳典雅的文人气质和造法自然的匠人精神 [8]。

　　2 SolidWorks 软件介绍

　　SolidWorks 是一款功能强大、操作便捷的数字化 设计软件，其数字化设计的核心功能为零件设计和虚 拟装配 [9]。零件设计用于创建和编辑产品的三维实体模 型，创建三维实体模型是使用 SolidWorks 软件进行产 品设计开发的主要目的，也是产品三维实体造型的关键环节 [10]。利用 SolidWorks 软件进行产品零件设计的过程，实际上就是使用 SolidWorks 零件设计模块依次创建各种类型特征的过程 [11]。这些特征之间可以相互独立，也可以相互之间存在一定的参考关系，例如各特征之间存在的父子关系等 [12]。在产品的设计过程中特征之间的相互关系是不可避免的，应尽量减少特征之间复杂的参考关系，这样可以方便地对某一特征进行独立的编辑和修改，减少设计错误的发生 [13]。

　　虚拟装配是在三维软件环境中通过定义每一个零件相对于其他零件的位置关系而将不同的零部件组装成一个装配体的过程 [14]。通过虚拟装配产品设计可以节省大量的人力、物力和财力，降低开发成本，缩短开发周期，提高设计质量，保证产品设计开发一次成功，增强企业快速适应市场变化的能力 [15]。SolidWorks 虚拟装配模块具有以下特点 ：(1)提供了方便的部件定位方法，可以轻松设置零件间的位置关系 ;(2)提供了十几种配合方式，通过对部件添加多个配合，可以准确把部件装配到位 ;(3)提供了强大的爆炸图工具，可以方便生成装配体的爆炸视图和动画 [16]。

　　3 官帽椅的零件设计

　　使用 SolidWorks 软件对官帽椅进行零件设计前需要对其组成零件进行拆分，可拆分为 33 个零件 [17]。分别为 1 个搭脑零件、2 个背立柱零件、1 个 S 形背靠板零件、2 个扶手零件、4 个联帮棍零件、5 个座面零件、4 个椅腿零件、5 个管脚枨零件和 9 个罗锅枨零件。本文选取官帽椅椅腿，对其零件设计过程进行简述。对椅腿零件进行设计时，主要应用的特征包括“拉伸凸台”和“倒角”[18]。由于椅腿与水平面呈一定角度，绘制其草图时可以选择创建新的参考平面，也可以选择在前视基准面中绘制出带有一定倾角的椅腿横截面草图 [19]。本文选择创建新参考平面的方法，即在座面部件的草图中绘制出一条与新参考平面相交的直线，并以此相交直线为参考创建新参考平面 [20]。创建新参考平面时，选择右视基准面作为第一参考，再选择相交直线作为第二参考，因其与水平面呈一定角度，故需要相对于水平面设置 3°的倾角，以此完成新参考平面的创建。参考平面创建完成后则进行矩形草图的绘制，使用草图工具中的“绘制矩形”命令，绘制矩形的长度设置为 490mm，宽度 设置为 40mm。矩形绘制完成后选择“拉伸凸台”命 令，利用座面边线将拉伸方向调整为水平，拉伸长度设 置为 40mm，拉伸出椅腿的实体模型 [21]。随后对椅腿 实体模型进行细节雕刻，选择椅腿的四条边线进行导圆 角处理，圆角值设置为 5mm。最后进行榫头结构的建模，选择椅腿上端面绘制长 10mm，宽 7mm 的矩形草 图，拉伸出 5mm 的榫卯结构，至此官帽椅椅腿零件设 计完成。官帽椅装配体如图 1 所示，官帽椅渲染效果图 如图 2 所示。

　　4 官帽椅的虚拟装配

　　本文中官帽椅模型采用的装配方法是“自底而上的 设计方法”，即先建成若干个零件，再将其插入装配体， 然后根据设计要求进行零件间的配合操作的方法 [22]。 官帽椅零部件之间的连接全部运用榫卯结构，装配中运 用到的主要配合方式为重合 [23]。本文选取官帽椅座面 部件，对其虚拟装配过程进行简述。

　　官帽椅座面部件由 5 个零件组成，分别为 2 个大边零件、2 个抹头零件和 1 个座面板零件 [24]。首先将 5 个 零件分别导入至装配体文件中，第一个导入的零件为前 大边，此零件为固定零件，其余零件相对于前大边进行 装配 [25]。官帽椅座面部件的装配顺序为 ：前大边―左 边抹头―后大边―右边抹头 [26]。各零件间分别通过选 择榫卯结构的接触面进行重合命令操作，以此拼合成一个矩形外框。最后装配座面板零件，利用其轮廓边线与 矩形外框进行重合命令操作，从而完成官帽椅座面部件 的虚拟装配 [27]。官帽椅座面部件虚拟装配效果图如图 3 所示。

　　5 总结

　　官帽椅作为中国传统家具的代表之一，整体形态端 庄儒雅，在温润如玉的表面材质中体现出浑厚的质感之 美，散发着沉稳典雅的文人气质和造法自然的匠人精神。本文将 SolidWorks 软件应用于官帽椅的零件设计 与虚拟装配中，探索数字化设计方法在中国传统家具设 计与制造中的应用。为提高中国传统家具的设计效率、 探索中国传统家具创新生产途径提供帮助。

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