管道三维设计 SW 经典教程.docx

1、管道三维设计 SW 经典教程 第 7 章管道系统设计SolidWorks Routing 是 SolidWorks 专门用于管路系统和电缆设计的一个插件，完全 与 SolidWorks 无缝集成。利用 SolidWorks Routing，用户可以快速、高效地完成大部分 用于气体和液体传输设备的管路系统。本章主要介绍 SolidWorks Routing 插件的管道和管筒设计功能，包含如下内容： 管路设计介绍 管道零件和管路附件库 管道设计相关知识 管道和管筒设计步骤7.1 SolidWorks Routing 简介利用 SolidWorks Routing，用户可以完成管道路线、管筒路线以及

2、电力电缆和线束的三 维建模，并将三维模型在工程图中应用，从而建立管道和附件的下料表以及电线电缆的二 维线束工程图。7.1.1 管线系统的主要功能SolidWorks Routing 具有如下功能： 直观地创建和修改线路系统。 在复杂的产品中迅速进行管筒、管道、电力电缆和缆束系统的 3D 参数建模。 直接或通过线夹和吊架自动设计管筒、软管、电力电缆和缆束段。 SolidWorks 提供了管筒、管道、电力电缆和缆束零部件库。 自动创建包含完整信息（包括管道和管筒线路的切割长度）的工程图和材料明细 表。7.1.2 管线系统的分类SolidWorks Routing 管线系统插件可以完成如下系统的设计

3、，如图 7-1 所示。 管道：一般指硬管道，特别指那些需要安装才能完成的管道系统，例如，通过螺纹连接、焊接方法将弯头和管道连接成的管道系统。在 SolidWorks 中，管道系统 称为“Pipe”。 管筒：一般用于设计软管道系统，例如折弯管、塑性管。此类管道系统中，不需 要在折弯的地方添加弯头附件。在 SolidWorks 中的管筒称为“Tube”。 电缆和缆束：用于完成电子产品中三维电缆线设计和工程图中的电线清单或连接 信息。图 7-1 管线系统的分类7.1.3 启动 SolidWorks RoutingSolidWorks Routing 是 SolidWorks Office Premi

4、um 商业版本的一部分。如果用户选用了 SolidWorks Office Premium 商业版本，则 SolidWorks Routing 插件默认安装在用户的机器 上。选择下拉菜单中的【工具】【|插件】命令，在【插件】对话框中选中【SolidWorks Routing】复选框，单击【确定】按钮即可启动【SolidWorks Routing】插件，如图 7-2 所示。图 7-2 激活【SolidWorks Routing】插件7.1.4 SolidWorks Routing 应用界面SolidWorks Routing 完全集成于 SolidWorks 中，在插件未激活前，用户无法使用管线

5、系 统设计功能。在激活 SolidWorks Routing 插件后，系统在工具栏中和菜单中增加了相应的 用于管线系统设计的工具栏和菜单。SolidWorks Routing 一般应用于装配体设计环境，因此在打开装配体文件时可激活并显示 SolidWorks Routing 工具栏和菜单（包含激活的快捷菜单），如图 7-3 所示。图 7-3 SolidWorks Routing 应用界面7.1.5 SolidWorks Routing 系统选项SolidWorks Routing 插件被激活后，在【系统选项】对话框中增加了管路系统设计的系 统选项，如图 7-4 所示。通过这些选项，用户可以设定

6、管道设计中的有关默认设置。图 7-4 SolidWorks Routing 系统选项7.2 管道系统设计的基本原理管道系统设计的基本原理是利用 3D 草图完成管道布局，并添加相应的管路附件，整 个管路系统作为主装配体的一个特殊子装配体。7.2.1 管路系统子装配体建立管线系统时，SolidWorks 将在装配体文件中生成一个特殊类型的子装配体。生成 的子装配体中包含管线系统所必须的管线以及附件，例如，对于管道而言，管道系统子装 配体中可能包含不同长度的管道、弯头以及三通、阀门等相关的附件。子装配体中包含一个“路线 1”特征，如图 7-5 所示，通过“路线 1”特征可以完成对 管道系统属性和管道

7、路径的编辑。管道子装配体的线路来源于在主装配体中根据零件位置和用户绘制的 3D 草图，3D 草图与主装配体相关并且决定管线系统中管道和附件的位置及参数。如图 7-5 所示，3D 草图决定了管道的位置和布局，管道系统的管道附件的位置确定了 每段管道的长度。包含整个 3D 草图在内的所有零件，均作一个特殊的子装配体存在。图 7-5 管道系统和管道零件7.2.2 管道系统中的零件如图 7-5 所示，一般来说，在管道系统中包含如下几类零件： 管道管道系统中的管子零件（Pipe 或 Tube）。应在管道零件定义管道的直径（标称直径） 和壁厚等级（例如，Sch40），这两个参数用于确定管道系统中管道规格并

8、用于筛选管道系 统中的其他管路附件。由于管子名义直径众多，在加上壁厚等级的组合，管子的规格也非常多。一般说来， 在管子零件中应使用系列零件设计表完成各种管子规格的定义。 管路附件 一般说来，管路附件是指管路系统中应用的标准附件，例如弯头、三通、接头、管帽或法兰等标准零件。系统在利用 3D 草图建立管道系统时，可以直接应用不同形式的弯头； 而对于三通或法兰类型的附件，需要用户自行添加。 其他零件 其他的管路零件，例如用户自定义的非标准管路端头、压力表、阀门等相关的零件。管路系统中的这些零件也可以广义地称为“管路附件”。7.2.3 连接点和步路点连接点是管路附件零件中的一个点。连接点定义了管道的起

9、点或结束点，接头零件的 每个端口必须有一个连接点。建立管道系统时，必须从现有装配体中零件上的一个连接点 开始。零件中的连接点定义了管道系统的管道参数，如图 7-6 所示，连接点定义的管道参数 包括： 管道的类型：管筒、管道（装配式管道）和电力。 管道方向：即从连接点开始管道延伸的方向； 管道的参数：管道系统的参数是指针对此连接点而言，将用于连接的管道的相关 数据： 标称直径：也称为名义直径，即要连接的管道的名义直径，与管道零件的名 义直径相匹配。 规格区域名称：用于过滤配合零部件规格的标识符号，例如壁厚等级、压力级别等，与管道零件的管道识别符（“$属性 Pipe Identifier”）相匹配

10、。图 7-6 连接点建立管路系统时，只要选择的管子零件可以匹配连接点的名义直径，系统允许用户选择 管子的规格。管路附件中必有一个步路点，此点的位置定义了当管路附件应用于管道系统中时与 3D草图中的一个断点重合的位置，即管路附件的安装位置，如图 7-7 所示。图 7-7 连接点及管路附件在管路中的位置7.2.4 管道系统设计库SolidWorks 软件提供了用于管道系统设计的设计库，保存在“安装目录datadesign libraryrouting”文件中，用户可以直接从设计库窗口中应用，如图 7-8 所示。图 7-8 管路系统设计库用户可以直接使用设计库中文件完成设计，也可以根据管路零件的规则

11、建立自定义的 管路设计库。为了简单起见，在要求不严格的情况下，用户甚至可以在现有管道系统设计 库的基础上进行改造以后再使用。7.2.5 文件命名和文件复制建立管道系统后，管道系统装配体、管道零件和管路附件的默认命名和保存方式遵守 如下规则，用户也可以在系统提示保存文件时保存为其他名称或位置。 管道系统子装配体建立 SolidWorks 管道系统时，系统将利用主装配体的名称给定管道子装配体一个默认 名称，其规则是：RouteAssy-主装配体名称.sldasm例如：RouteAssy1-燃气管布局.sldasm 管道零件 管道零件默认被复制保存在当前主装配体所在的位置，并建立不同的配置以代表不同

12、的管子长度，文件命名方式为：管道零件的“$属性 Pipe Identifier”值+“-”+“子装配体名称”.sldprt例如：075in Schedule40-RouteAssy1-燃气管布局.sldprt 管路附件 管路附件仍然使用设计库中的零件。7.2.6 连接点和管道零件配置参数的关系实际上，建立管道系统时选择的第一个连接点，已经确定了管路系统的属性：即使用 管路的类型（管道或管筒）、名义尺寸和壁厚等级三个因素。管路系统使用配置来区别管道 或管筒并与管路附件的大小相适应。管道附件和管道零件中包含大量的配置，以代表不同尺寸和不同规格，这些配置的建 立应采用系列零件设计表的方法最为简单。

13、管道零件： 在管道附件的配置参数中，有两个必备参数： NominalDiameterFilterSketetch：用于定义管子的名义直径。 $属性 Pipe Identifier：管道识别符，用于识别或筛选管道的规格； 管道附件的连接点 在管道附件的系列零件设计表中，也需要建立两个必备的参数： $属性Nominal Pipe Size：定义管道附件的名义直径。 SpecificationCPoint1 （每个连接点具有一个“Specification”参数） 这两个参数分别代表连接点的【参数】选项组中的内容，如图 7-9 所示。图 7-9 连接参数和设计表参数因此说，管道零件和管路附件在连接上

14、是有明确的，管道零件的名义直径与规格应于 管道附件的名义直径和规格相匹配，如图 7-10 所示。图 7-10 管道零件和管路附件的匹配参数7.3 管路系统零件库的设计要求为了快捷高效地完成管路系统设计任务，根据设计标准的要求建立相关的零件库是最 基础，也是最关键的一个步骤。涉及到 SolidWorks 软件的内部计算问题和软件不同语言版本的兼容问题，建立管道零 件时，在能够使用英语的地方尽量使用英语。建议读者在 SolidWorks 提供的库零件基础上 进行改进，这是一个比较简单实用的方法。7.3.1 管道零件管道零件（pipe）作为管道系统中的主要零件，由于需要与其他附件进行匹配，因此 在设

15、计上对特征类型、名称、草图和尺寸有特定的要求。如图 7-11 所示，管道零件的特征和草图具有如下要求： 拉伸特征的名称为“Extrusion”，草图名称为“PipeSketch”。 拉伸特征的长度尺寸名称为“LengthExtrusion”，草图中包含两个尺寸（外径和 内 径 ） ， 其 名 称 分 别 为 “ OuterDiameterPipeSketch ” 和“InnerDiameterPipeSketch”。 “FilterSketch”草图中包含一个尺寸名称位“NominalDiameter”的圆，是管道名 义直径的过滤器草图，用于定义管道的名义直径。图 7-11 管道零件如图 7-

16、12 所示，管道零件的设计表参数中，除添加必要的尺寸控制参数外，必须包含 如下设计表参数： NominalDiameterFilterSketetch：用于定义管子的名义直径。 $属性 Pipe Identifier：管道识别符，用于识别或筛选管道的规格； 其中，管道识别符参数用于从管路开始点和管路附件中筛选符合规格的配置，另外，管道识别符还用于管道零件保存时的命名以及在工程图材料明细表中的显示名称。图 7-12 管道零件设计表的要求7.3.2 管筒零件由于软管道可以使用样条线或直线完成布局，因此在管筒零件与管道零件不同，其基 体特征需要使用扫描特征来完成。如图 7-13 所示，管筒零件的设计

17、要求如下：图 7-13 管筒零件 基体特征为扫描的薄壁特征； 扫描路径为一 3D 草图； 扫描轮廓的名称为“PipeSketch” “FilterSketch”过滤器草图与管道零件相同 管筒零件的设计表中，也必须包含如下两个参数，其作用与管道零件相同： NominalDiameterFilterSketetch $属性 Pipe Identifier7.3.3 管路附件零件和装配体管路附件包括法兰、管帽、三通、弯头等零件，这些零件中必须要建立必要的管路连 接点和线路点。如图 7-14 所示，连接点定义了管路附件的名义直径和规格参数。图 7-14 管路附件要求对于使用装配体完成的管路附件，可以在

18、装配体中的主要连接零件中定义连接点，然 后再装配体中使用零件中的连接点进行定义，如图 7-15 所示。图 7-15 作为装配体的管路附件7.3.4 设计案例：改造管路系统零件库管路应用广泛，管路的类型和规格也多种多样。针对不同的行业，其要求和标准也不 同，例如化工行业和建筑行业。国家标准（GB/T12459）给定的管道系列包含两类：A 类和 B 类，其中 A 类管道采用 英制尺寸，其规格参数和名义直径与规格与 SolidWorks 提供的管路零件库基本相同。因此， 为了简单起见，本书不准备详细介绍管路零件中管道和管路附件的建立方法，而是参考国 家标准在现有管道库的基础上进行改造，读者可参考本实

19、例中介绍的思路修改或根据前面 介绍的管路零件设计要求建立针对本行业的管路库零件。使用现有管路系统库进行修改时，应注意如下几点： 将所需的管路零件保存到其他目录中。 由于现有零件设计表中采用英寸为单位，因此要确保零件的长度单位为英寸； 将设计表中的所有属性参数的字头“$prp”改为“$属性”，否则设计表不能正常 更新； 为了便于与国家标准接近，修改“$属性 Pipe Identifier”的值，例如“钢管 DN15Sch40”。 为了在工程图中建立材料明细表，可以添加几个常用自定义属性，例如： $属性number：显示在材料明细表的“代号”栏 $属性description：显示在材料明细表的“备

20、注”栏 $属性material：显示在材料明细表的“材料”栏 增加“$零件号”参数列，用于在材料明细表中的“名称”中显示零件名称，如“45弯头”如图 7-16 所示，这是对 SolidWorks 管道库中“threaded steel pipe.slpprt”零件设计表的 修改结果。图 7-16 编辑系列零件设计表读者可参考上述要求，将管路设计库中“pipingthreaded fittings (npt)”文件夹中的管 路零件进行修改，修改成可用于带螺纹连接的钢制管道库。在本书提供的光盘中已经包含了修改过的管道零件库，默认保存在“C:SolidWorksTutorial Files装配体实例

21、管道设计库螺纹钢制管道”目录中，在本章后面的设计案例中要 用到这个零件库。7.3.5 设计案例：同心异径接头管路附件如图 7-17 所示，本设计案例的任务是建立“同心异径接头”管路附件，根据标准要求 利用系列零件设计表建立“Sch 5S”规格的各种接头尺寸。通过这个实例，希望读者可以了解并掌握管道附件的建立方法以及相关参数的设置方 法。图 7-17 设计案例：连接点和步路点 打开零件打开“C:SolidWorks Tutorial Files装配体实例第 07 章”文件夹中的“同心异径接 头.sldprt”零件，如图 7-18 所是，零件中已经按照“DN 2015”的“Sch 5S”规格建立了

22、 零件的默认配置。为了下一步建立连接点和管路点，这里绘制了连接点和管路点的位置草图“管路 位置草图”。图 7-18 “同心异径接头”零件 建立连接点在“步路”工具栏中单击【连接点】按钮，或选择下拉菜单的【布路】|【布路工 具】|【生成连接点】命令 如图 7-19 所示，选择粗端的“管路位置草图”中的点和粗端的 平面作为连接点的参考。必须保证已经启动了“SolidWorks Routing”，请参考本章7.1.3 激活 SolidWorks Routing。 管道类型和管道方向从【选择步路类型】下拉列表框中选择管道的类型，如图 7-19 所示，这里选择【装配 式管道】。注意图形区域所示的管道方向

23、，如果方向不正确，选中【反向】按钮改变管道连 接方向。图 7-19 连接点的参考、类型和方向 管道的参数在 PropertyManager 中的【参数】选项组中，设置管道的【标称直径】为 20mm。给定 规格区域名称为“规格”，输入规格参数为“Sch 5S”。如果用户已经建立了管道零件的各种规格和详细参数，可以单击【选择管道】按钮从管道零件中选择一种规格。图 7-20 连接的管道参数 由于在下面的步骤中要使用系列零件设计表完成零件设计，【参数】选项组中的各种参数可在系列零件设计表中给定。因此，上述参数要求并不严格。 完成单击【确定】按钮，完成“连接点 1”特征。选择下拉菜单中的【视图】|【步路

24、点】 命令，在图形区域显示零件的连接点特征，如图 7-21 所示。图 7-21 连接点特征 较细一端的连接点 使用同样的方法，建立接头较细一端的连接点，如图 7-22 所示。 为了与下一步系列零件设计表相匹配，这里要求粗端连接点的名称为“连接点 1”，而细端连接点的名称为“连接点 2”。图 7-22 两个连接点 线路点 管路点的位置决定了灾管路附件应用到管路系统时，与管路草图某个断点重合的位置。 如图 7-23 所示，在“步路”工具栏中单击【线路点】按钮，选择“管路位置草图”中间的草图点建立线路点。图 7-23 线路点 系列零件设计表由于需要建立多种尺寸的管接头，因此应该使用系列零件设计表建立

25、。本例中，已经参照国家标准建立了一个 EXCEL 文件，读者只需读入到零件即可完成。 建立系列零件设计表选择下拉菜单中的【插入】|【系列零件设计表】命令，如图 7-24 所示，从【源】选项 组中选择【来自文件】，单击【浏览】按钮。选择“C:SolidWorks Tutorial Files装配体实例第 07 章”文件夹中的“同心异径接头.xls”文件作为设计表来源，直接读入到当前零件中。图 7-24 插入系列零件设计表 设计表参数在设计表中，已经定义了两个零件的参数和零件的几何尺寸参数，如图 7-25 所示。图 7-25 系列零件设计表 通过设计表建立的配置如果系统可以利用插入的设计表建立配置

26、，则将提示通过设计表建立的配置名称，如图 7-26 所示。在 PropertyManager 中，显示并列出了零件中的所有配置。图 7-26 建立的配置 删除“默认”配置零件中不再需要“默认”配置，因此可以从零件中删除。 保存并关闭文件7.4 管道设计相关技术在利用 SolidWorks Routing 进行管路设计时，除了要应用系列零件设计技术和自顶向 下的装配体建模技术外，还将应用到如下相关的技术： 3D 草图 样条曲线 分割曲线 使用设计库 本节主要介绍一下上述技术在管路系统设计中必需的一些基本知识，也是对这些知识的一些复习和回顾。7.4.1 3D 草图SolidWorks 的管路系统使

27、用 3D 草图作为管路系统中管道和管筒延伸的参考。如图 7-27 所示，管道系统中的 3D 草图只包含直线和圆弧：直线代表管道的延伸，在圆弧的位置将 需要选择适当的弯头。图 7-27 管道系统的路线由于 3D 草图是三维空间中的点、线和圆弧的组合，因此在绘制 3D 草图时，用户应注 意参考基准面。尽管 3D 草图是三维空间的草图，但在用户绘制 3D 草图时仍然是在一个二维的平面上 开始的。如图 7-28 所示，当用户激活绘图工具时，系统默认在于“前视”基准面平行的一个基准面上绘制草图，绘图工具光标的下面的图标显示了绘图工具所在的基准面（对于 3D草图而言，可以认为是坐标系）。如果用户不切换坐标

28、系，绘制的所有实体均位于当前的基 准面。图 7-28 3D 草图坐标系如果用户需要切换其他坐标系（例如，切换到与“右视”基准面平行的基准面上），只 需按 TAB 键即可在 XY、YZ、XZ 三个坐标系中切换，如图 7-29 所示。图 7-29 切换绘图坐标系绘制 3D 草图时的坐标系与三个参考平面的对应关系是： XY=前视 YZ=右视 ZX=上视在绘制 3D 草图时显示“参考三重轴”，将非常有利于帮助用户了解当前的坐标系，如图7-29 左下角的“参考三重轴”。7.4.2 样条曲线在 SolidWorks 管线系统中，在线路中使用样条曲线可以建立管筒或电缆的线路。 样条曲线是通过若干个点（至少为

29、两个点）的平滑曲线，如图 7-30 所示，用户可以通过控制样条曲线的型值点的位置和数量、相切控制点、相切长度来控制样条曲线的形状。图 7-30 样条曲线用户可以在 2D 草图中绘制样条曲线，也可以在 3D 草图中绘制 3D 样条曲线。在SolidWorks 管路系统中，样条曲线大多数情况下是 3D 样条曲线。 在 SolidWorks 管路系统中常用的几个编辑样条曲线的方法为： 插入样条曲线型值点 右击样条曲线，从快捷菜单中选择【插入样条曲线型值点】命令，可以为样条曲线添加一个控制点，从而便于利用新增的控制点控制样条曲线的形状，如图 7-31 所示。图 7-31 添加样条曲线型值点 修改相切控

30、制 通过改变样条曲线相切控标的长度和角度，调整样条曲线的形状，如图 7-32 所示。图 7-32 修改相切控制 为样条曲线添加几何关系 在管路系统中，一般使用样条曲线的端点和直线的管线建立“相切”几何关系。 为样条曲线标注尺寸 在为样条曲线标注尺寸时，主要是通过尺寸控制样条曲线型值点的位置尺寸。7.4.3 分割实体“分割实体” 工具位于“草图”工具栏中，该工具主要用于对草图实体的分割。 在 SolidWorks 管路系统设计中，一般使用分割工具对直线进行分割，从而便于在分割的位置（断点）上添加其他必要的管路附件，例如三通或开关，如图 7-33 所示。图 7-33 使用分割实体工具分割直线7.4.4 使用设计库在设计时使用设计库，是最有效的提高效率的手段之一，也是 SolidWorks 管路系统设 计中必须的用户界面。在管道系统设计中，SolidWorks 可以根据路线情况自动添加一些必要的管路附件，例如 90或 45弯头。但对于其他的一些管路附件，例如开关、三通、接头等附件，则要求用 户人工添加，从设计库中拖放相应的附件到管路系统是最有效的设计方法。如图 7-34 所示，从设计库中拖放管路附件到相应的点上，即可在管路中添