Solidworks小車架參數模塊化設計

2013-05-26 by:廣州有限元分析、培訓中心-1CAE.COM 來源:仿真在線

提出了在Solidworks中起重機小車架的參數模塊化建模方法,應用VC++6.0對Solidworks進行了二次開發,實現了在Solidworks環境下對小車架的功能模塊進行變參,達到進行產品創新,并縮短研制周期,減少成本的目的。
蘇丹吉曉民李世龍來源:萬方數據
關鍵字:CAD技術 Solidworks

0 引言

小車架是橋式起重機上的重要組成部分,但由于其通用性不高,設計工作量較大,其更新設計一直是橋式起重機產品開發的瓶頸之一。本文提出了一種基于SolidWorks二次開發功能的小車架參數——模塊化設計方法。該方法將機械設計方法中的模塊化設計和CAD技術中的參數化設計結合起來,在SolidWorks中建立小車架各組成模塊的模塊庫,并對各模塊的設計參數進行定義,進而通過軟件開發,將模塊組合與參數化設計結合起來,達到進行小車架的變異設計、開發出新產品的目的。

1 小車架參數——模塊化設計系統的建立

小車架參數——模塊化設計系統的基本開發研究思路是:首先研究產品功能模塊和結構模塊的劃分方法,在此基礎上結合CAD技術,研究功能模塊的參數化定義方法,實現功能模塊的變異,以支持這個產品的創新設計。為此,本文將小車架參數——模塊化設計系統的開發過程分成兩部分工作進行:即功能模塊建立和參數化基本模塊建立。具體的設計開發過程如圖1所示。

Solidworks小車架參數模塊化設計solidworks simulation分析案例圖片1

圖1 設計開發過程圖

1.1 小車架的模塊劃分

目前模塊化設計方法主要有結構分析法和功能分析法兩種。前者適用于零部件結構特征相對明顯的產品,而后者適用于零部件功能相對獨立的產品,屬于較高的層次。對于小車架這種功能獨立,本身有層次的產品而言,比較適合采用功能分析法對其進行產品模塊族的劃分以及產品功能模塊模型的建立。通過與用戶的多次交流,確定了小車架的模塊劃分原則是:①保持各個模塊在功能和結構方面有一定的獨立性和完整性;②各個模塊間的接口要素便于聯接和分離;③模塊與模塊之間的相關盡量的少;④模塊分解的粒度要適中。

起重機小車架的功能結構如圖2所示。其中梁是小車架中主要的承重件,主要承擔起升機構和運行機構傳遞給小車架的主要載荷;平臺是小車架中的主要支承件,允許設備使用或維護人員在上面走動;底座是指起升機構與運行機構中的電機、減速器、制動器等與小車架的聯接件,即電機、減速器、制動器等通過底座固定在小車架的梁或平臺上;梯子是允許設備使用或維護人員上下設備的通道;欄桿主要是保證設備使用或維護人員工作的安全性。

Solidworks小車架參數模塊化設計solidworks simulation分析案例圖片2

圖2 車架功能結構圖

基于以上原則本系統把小車架劃分成了主梁,端梁,平臺,減速機座,卷桶底座,制動器底座,支腿及附屬板等幾個功能模塊其中主梁和端梁作為主要模塊,將決定著小車架的主要形狀和載荷,如圖3所示。

Solidworks小車架參數模塊化設計solidworks simulation分析案例圖片3

圖3 小車架的模塊劃分圖

1.2 小車架的參數化驅動

模塊化研究的結果是將按照產品的功能與結構將產品分解成一個個功能模塊,但是這些功能模塊是靜態的,而產品設計中需要將這些功能模塊進行必要的變異,以產生新的模塊,參數化技術就是利用CAD 技術,將產品的功能模塊進行變異,產生新的模塊,從而使功能模塊由靜態向動態轉變,達到創新設計的目的,對于小車架而言,參數化驅動主要分三個步驟來進行:首先是對各功能模塊進行參數化定義,然后對其進行變參,產生新的功能模塊(功能模塊的參數化模型)。

(1)功能模塊的參數化定義。對于給定形狀的零件,它的拓撲結構不變,變化的主要是它的尺寸參數。因此建立相同結構不同尺寸的參數化零件,我們只要實現相關參數聯動即可。即使僅僅考慮零件的尺寸參數,忽略其它的參數,這類參數還是數量大,關系復雜,必須根據區分出的各個特征,確定主約束參數和次約束參數。然后提取主約束參數,建立主約束參數與次約束參數之間的關系。主約束參數確定有兩個原則。是必須保證參數化特征的所有次約束參數都可以直接或間接地和主約束參數發生聯系;二是設計的目標要求以及決定設計的一些關鍵參數應該作為主約束參數。在每個特征部分將參數分為三類:①主參數。決定零件裝配約束或形狀結構的參數。參數之間是相互獨立的,由設計者或者應用計算程序確定其值;②次參數。其值由主參數決定。主參數確定以后,根據參數關系表達式確定次參數。這類參數不能人工進行改變;③常數。這類參數是設計中其它關系表達式要用到的一些常數,將它們也作為一種固定參數表達式列出。

現取小車架上的一個模塊卷筒支承座為例進行說明,如圖4所示。首先根據它的特征,確定主約束參數,即L,W,H,T1,T2,T3,X1,X2和X3另外根據各個零件間的拓撲關系,利用參數關系表達式,來確定次參數。如零件1的長寬高特征參數分別為:L,W,T3;零件2的長寬高特征參數分別為L,H-T3,T2;零件3的長寬高特征參數分別為:W-X3-T2,T1,H-T3;零件4的長寬高特征參數分別為:X3,T1,H-T3;零件3的相對坐標是:X1+T1;零件4的相對坐標:X1+T1+X2+T1。

Solidworks小車架參數模塊化設計solidworks simulation分析案例圖片4

圖4 卷筒支承座的參數劃分簡圖

(2)功能模塊的參數化模型建立。在本系統中,主要采用的是參數修改法,即在SolidWorks中,利用已有的模型,通過修改模型參數的方法得到需要的新模型。用此方法建立參數化模型,必須有模型庫的支持,模型庫通常是由用戶事先用手工方式建立,保存在程序指定的目錄下。需要使用時,從模型庫中打開模型文件,對指定的尺寸參數進行修改,重建,就可以獲得滿足需要的模型。

1.3 小車架的參數——模塊化設計系統

本系統是針對橋式起重機上的小車架設計開發的計算機輔助設計工具。從用戶的角度來講,通過簡單的數據輸入和操作,就可以得到符合設計要求的一系列零部件三維模型以及工程圖;從邏輯上講,系統包括零件庫,工程圖庫,模型驅動軟件幾個部分,首先通過分析建立小車架各個模塊的參數化模型,然后建立模型驅動軟件,當用戶輸入簡單的一切驅動參數,就可以得到新的符合設計要求的零部件模型和工程圖。

2 系統運行實例

啟動SolidWorks(本系統需運行在SolidWorks2006版本),點擊【文件】【打開】選擇相應的打開文件類型*.dll進行加載。

點擊【小車架參數化設計】【總體參數】,啟動小車架設計界面進行參數化設計。對其主要參數進行——設計,既而得到新的小車架以及主要特征參數。

3 結束語

隨著計算機的迅速發展,CAD技術已經深入到制造行業的各個方面了。模塊化設計思想要求設計人員采用計算機輔助設計,快速檢索以往的設計信息,在此基礎上經少量修改,迅速滿足用戶需求。本文正是將模塊化設計和CAD技術結合起來,建立產品的模塊庫,對產品進行參數化,以此來支持產品的變異設計。

企業的初步使用說明,小車架參數——模塊化設計方法適合于開發有很強適應性和靈活性的橋式起重機變型產品,它不僅可以滿足用戶多樣化多層次的需求,而且具有產品設計生產周期短、成本低的特點,具有很強的市場競爭能力。

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