2.2 草图设计

草图是生成特征、零件的基础，一般都是先绘制二维草图，然后生成基础特征，最后添加其他特征，完成零件的创建。所以本节由一个引例出发详细介绍草图绘制的相关知识。

2.2.1 引例：传动带轮廓设计

下面以图2-2所示草图的绘制为例，说明草图的绘制步骤及草图工具的使用方法。具体步骤如下。

（1）选平面

双击桌面上的快捷方式启动SolidWorks，在新建文件对话框中单击“零件”按钮，然后，单击“确定”按钮，新零件窗口出现。在左侧的设计树中选择“前视基准面”。在CommandManager中，单击“草图→“草图绘制”进入草图绘制环境。

（2）绘左圆

1）绘形状。单击草图绘制工具上的“圆”按钮，在绘图区的坐标原点附近单击，并移动鼠标绘制圆形，如图2-3a所示草图。

2）定位置。按〈Ctrl〉键，单击原点和圆心，按图2-3b所示，添加“重合”关系。

3）设大小。在CommandManager的“草图”工具栏中单击“智能尺寸”按钮，单击圆线后再单击“确定”按钮，先接受默认尺寸，在“尺寸”对话框中选择“引线”标签，选择半径方式后，在图形区双击尺寸线，将其圆弧半径修改为150mm，如图2-2a所示。单击标准工具栏上的“保存”按钮保存为“草图实例”文件。

3）绘右圆

1）绘形状。单击草图绘制工具上的“圆”按钮，在绘图区的左圆附近单击，并移动鼠标绘制圆形。

2）定位置。按〈Ctrl〉键，单击按钮两圆圆心，添加“水平”关系。在CommandManager的“草图”工具栏中单击“智能尺寸”按钮，单击左圆和右圆圆线，标注两圆距离为500mm。

3）设大小。在CommandManager的“草图”工具栏中单击“智能尺寸”按钮，单击圆线后再单击“确定”按钮，先接受默认尺寸，在“尺寸”对话框中选择“引线”选项卡，选择半径方式后，在图形区双击尺寸线，将其圆弧半径修改为240mm，见图2-2b。

（4）绘连线

1）绘形状。单击草图绘制工具上的“直线”按钮，在绘图区的两圆上、下分别绘制两条较长的直线。

2）定位置。按〈Ctrl〉键，单击上面的直线和左圆圆线，添加“相切”关系；重复上述步骤，添加上面的直线和右圆的“相切”关系。以此类推，添加下面的直线与左右圆的“相切”关系，如图2-2c所示。

（5）裁多余

在CommandManager的“草图”工具栏中单击“剪裁实体”按钮，用方式，裁剪掉草图中多余的部分，结果如图2-2d所示。单击标准工具栏上的“保存”按钮。

（6）看多变

在绘图区中，分别单击R150、R240和500等尺寸，修改为其他数值，观察草图的变化，理解牵一发而动全身的思想在草图绘制过程中是如何实现的。

2.2.2 草图设计基础

上面特征实例造型过程过程涉及以下一些术语。

1．基本术语

（1）草图

三维实体模型在某个截面上的二维轮廓称为草图，草图中包含图线形状、几何关系和尺寸标注3方面的信息。

（2）草图平面

即绘制二维几何图形（草图）的平面。在创建草图前，用户必须选择一个草图平面。草图平面可以是系统默认的基准面，也可以是已有特征上的某一个平面，还可以是用户创建的基准面。SolidWorks系统默认提供3个基准面，分别是上视基准面、前视基准面和右视基准面。用户创建基准平面的菜单命令为：“工具”→“参考几何体”→“基准面”。

（3）约束

每个草图都必须有一定的约束，没有约束则无从体现设计意图。约束是指草图中的直线、圆弧等图线自身的大小及图线之间位置关系。约束有以下两种。

1）几何约束。用几何关系进行约束，主要用于图线之间的位置约束。对于任何几何图形，几何约束总是第一约束条件。如上面引例中的左圆圆心与坐标原点重合，直线与圆相切等。

2）尺寸约束。用尺寸进行约束，尺寸约束包括进行位置约束的定位尺寸和进行形状约束的定形尺寸。定位尺寸和定形尺寸均为参数化驱动尺寸，这些驱动尺寸，定义那些无法用几何约束表达的或者是设计过程中可能需要改变的参数。当它改变时，草图可以随之更改。如上面引例中的左圆圆心与右圆圆心相距500mm为定位尺寸，两圆半径为定形尺寸。

（4）草图状态

草图状态是指由尺寸约束和几何关系约束决定的草图约束状态，包括欠定义、完全定义和过定义3种。要实现尺寸驱动，即通过修改尺寸改变草图形状和大小，草图必须完全定义。

1）欠定义。是指草图的不充分约束状态，欠定义的绘制元素是蓝色的（默认设置）。在零件早期设计阶段，一般没有足够的信息来对草图进行完全的定义，随着设计的深入，会逐步得到更多有用信息，可以随时为草图添加其他约束。

2）完全定义。是指草图具有完整的约束，完全定义的草图元素是黑色的（默认设置）。一般来说，零件最终完成设计时，每一个草图都应该是完全定义的。

3）过定义。是指草图中有重复的尺寸或互相冲突的约束关系，直到修改后才能使用，过定义的几何体是红色的（默认设置）。应该删除多余的尺寸和约束。

2．草图绘制顺序

草图均由若干段直线和圆弧等图线连接而成，各图线的大小及其相对位置都由几何关系和尺寸关系确定。绘制草图前，只有仔细分析草图构成，确定图线间的尺寸约束和几何约束关系，才能明确该草图应从何处着手绘制，以及按什么顺序绘图。

（1）草图构成分析

如图2-4所示为一平面图形，根据其定位尺寸的完整程度，其图线可分为以下3种。

1）已知线段。具有两个定位尺寸的线段，已知线段的定位点通常是设计基准或工艺基准。如图2-4中的左圆圆心与坐标原点重合，即两个定位尺寸均等于零。

2）中间线段。具有一个定位尺寸的线段和一个几何条件的线段。如图2-4中的右圆圆心与左圆圆心相距500mm，且两者满足在同一水平线上的几何条件。

3）连接线段。没有定位尺寸，但有两个几何条件的线段。如图2-4中的直线只有满足与左、右两圆相切的几何条件。

（2）草图绘制顺序确定

一般按照先绘制已知线段，后绘制中间线段，再绘制连接线段的顺序完成草图绘制。

3．草图绘制步骤

由以上引例可见，创建草图的过程是：选平面→绘形状→定位置→设大小。

1）选平面。选定绘制二维几何图形（草图）的平面（草图平面）。

2）绘形状。用草图工具（如直线、圆弧和矩形等）绘制或编辑二维几何形状。

3）定位置。确定草图的定位关系和定位尺寸，如直线水平或垂直、元素间的距离等。

4）设大小。确定草图的定形尺寸，调整几何体的大小。

4．草图绘制原则

草图服务于零件的各个特征，能否快速合理地建立零件的特征，与绘制草图的过程有很大的关系。在绘制草图的过程中应该遵循以下几个原则。

1）根据建立特征的不同以及特征间的相互关系，确定草图的基本形状和绘图平面。

2）草图尽可能简单，不要包含复杂的嵌套，即单一轮廓，有利于草图的修改和特征的管理。

3）零件的第一幅草图应该根据原点定位，以确定特征在绘图空间的位置。

4）施加约束的一般次序。按设计意图先确定草图各元素间的几何关系，其次是定位尺寸，最后标注草图的形状尺寸。这有利于贯彻设计意图和提高工作效率。

5）对于复杂的草图一定要“边绘图，边约束”。尽管SolidWorks不要求完全定义的草图，但最好使用完全定义的草图约束。

6）“草图不倒角”，圆角和倒角用特征来生成，这便于特征重排和压缩。

7）中心线（构造线）不参与特征的生成，只起到辅助作用。因此，必要的时候可以使用构造线定位或标注尺寸。

5．SolidWorks草图工具

在SolidWorks的工具菜单中包含了所有的草图操作命令。如图2-5所示，在Command Manager的“草图”选项卡中列出了常用的草图工具，包括草图绘制工具、草图编辑工具和草图约束工具，常用草图工具的功能见表2-1。

6．SolidWorks草图反馈

在SolidWorks中几何约束称作几何关系，包括水平、竖直、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。添加几何关系的操作方法：选择“工具”→“几何关系”→“添加”命令或者在草图工具栏单击“添加几何关系”按钮，选择对象（选择多个对象时按住〈Ctrl〉键再单击所选对象）。

在草图绘制过程中，鼠标指针形状发生的相应变化称为草图反馈。指针显示表示实体捕捉情况：如捕捉到端点、中点或者重合点等类型，什么工具为激活（直线或圆），所绘制的实体尺寸（圆弧的角度和半径）及所处的几何关系如（水平）。常见的反馈符号见表2-2。

2.2.3 复杂轮廓草图设计

本节以图2-6所示草图为例，详细说明草图设计的步骤。

1．草图构成分析

参照前面草图设计的方法，对图2-6中的草图分析可知：该草图中R15的圆弧为已知线段，R10和R2的两圆弧为中间线段，R20和R45的两圆弧及直线为连接线段。各图线连接点均为相切关系。

2．草图绘制步骤

1）选平面

双击桌面上的SolidWorks快捷方式启动SolidWorks，在“新建文件”对话框中单击“零件”按钮，然后单击“确定”按钮，新零件窗口出现，单击标准工具栏上的“保存”按钮保存为“草图实践”文件。在左侧的设计树中选择“前视基准面”，在CommandManager中单击“草图”→“草图绘制”按钮进入草图绘制环境。

2）绘制已知线段—R15的圆弧

1）定位绘形状。单击草图绘制工具上的“圆”按钮，在绘图区绘制以坐标原点为圆心的圆。

2）标半径尺寸。在CommandManager的“草图”工具栏中单击“智能尺寸按钮，单击圆线后再单击“确定”按钮，先接受默认尺寸，如图2-7所示，在“尺寸”对话框中选择“引线”选项卡，选择半径方式后，在图形区双击尺寸线，将圆弧半径修改为15mm。

3）绘制中线段—R10和R12的两圆弧

1）绘形状。单击草图绘制工具上的“圆”按钮，在绘图区R15圆附近单击，并移动鼠标绘制圆形。

2）定位置。在CommandManager的“草图”工具栏中单击“智能尺寸”按钮，单击两圆圆线，标注两圆的水平距离为35，竖直距离为2mm。

3）标半径。在CommandManager的“草图”工具栏中单击“智能尺寸”按钮，单击圆线，单击“确定”按钮，先接受默认尺寸，然后在“尺寸”对话框中选择“引线”选项卡，选择半径方式后，在图形区双击尺寸线，将圆弧半径修改为10mm。

重复上述步骤，绘制R12的圆弧。

（4）绘制连接线段1—R20和R45的两圆弧

1）绘形状。单击草图绘制工具上的“圆”按钮，在绘图区R15和R10两圆上部较远位置单击，并移动鼠标绘制圆形，其最下段不得与两圆交叉。

2）定位置。按〈Ctrl〉键，单击R20的圆弧和R15的圆弧，添加“相切”关系；重复上述步骤，添加R20圆与R10的圆的“相切”关系。

3）裁多余。在CommandManager的“草图”工具栏中单击“剪裁实体”按钮，用方式，裁剪掉上部圆弧。

4）标半径。在CommandManager的“草图”工具栏中单击“智能尺寸”按钮，单击圆弧线并标注半径为10mm。

重复上述步骤，绘制R45的圆弧。

（5）绘制连接线段2—直线

1）绘形状。单击草图绘制工具上的“直线”按钮，在绘图区的R10和R12两圆右侧绘制一条较长的直线。

2）定位置。按〈Ctrl〉键，单击上面的直线和圆R10的圆线，添加“相切”关系；重复上述步骤，添加上面的直线和圆R12的“相切”关系。

3）裁多余。在CommandManager的“草图”工具栏中单击“剪裁实体”按钮，用方式，裁剪掉草图中多余的图线获得最终草图。单击“标准”工具栏上的“保存”按钮。

（6）看多变

在绘图区中，分别单击图中R15等各尺寸，修改其数值，观察草图的变化，理解牵一发而动全身的思想在草图绘制过程中是如何实现的。

（7）特征设计

特征是构成零件的基本要素，复杂的零件是由多个特征叠加而成的，特征建模就是将多个特征按一定位置关系叠加起来生成三维零件。本节从圆柱销建模出发介绍特征的相关知识。