汽車起重機(jī)吊臂參數(shù)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)研發(fā)

郭克希， 李國志， 楊 巍

（長沙理工大學(xué)汽車與機(jī)械工程學(xué)院，湖南 長沙 410114）

汽車起重機(jī)吊臂參數(shù)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)研發(fā)

郭克希， 李國志， 楊 巍

（長沙理工大學(xué)汽車與機(jī)械工程學(xué)院，湖南 長沙 410114）

根據(jù)汽車起重機(jī)吊臂各節(jié)臂之間的結(jié)構(gòu)尺寸相互關(guān)聯(lián)特點(diǎn)，采用尺寸驅(qū)動(dòng)的方法，利用VB對(duì)三維軟件SolidWorks的二次開發(fā)技術(shù)，研發(fā)了汽車起重機(jī)吊臂的參數(shù)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過輸入汽車起重機(jī)基本臂的截面參數(shù)，設(shè)定吊臂的臂節(jié)數(shù)，可快速建立汽車起重機(jī)吊臂的三維模型，實(shí)現(xiàn)了吊臂設(shè)計(jì)的自動(dòng)化、系列化，從而縮短了設(shè)計(jì)周期，顯著提高了汽車起重機(jī)的設(shè)計(jì)效率和設(shè)計(jì)質(zhì)量。

參數(shù)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)；尺寸驅(qū)動(dòng)；起重機(jī)吊臂；三維模型

隨著市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的激烈，產(chǎn)品設(shè)計(jì)效率也得不斷提高。考慮到部分常用的機(jī)械產(chǎn)品具有相似的形狀結(jié)構(gòu)，若能研發(fā)出自己產(chǎn)品的參數(shù)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)，利用該系統(tǒng)，設(shè)計(jì)人員只需根據(jù)提示輸入一些必要的參數(shù)，系統(tǒng)自動(dòng)生成優(yōu)化的變型設(shè)計(jì)結(jié)果，將極大地提高設(shè)計(jì)效率，縮短產(chǎn)品的研發(fā)時(shí)間。SolidWorks是一套三維CAD軟件，它所倡導(dǎo)的易學(xué)、易用及智能化設(shè)計(jì)風(fēng)格越來越受到企業(yè)的重視。本文基于該軟件就汽車起重機(jī)三維模型參數(shù)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)進(jìn)行了探討研究。

1 汽車起重機(jī)吊臂的特點(diǎn)

汽車起重機(jī)吊臂有基本臂和與基本臂共中心線的二節(jié)臂、三節(jié)臂、四節(jié)臂……，二節(jié)臂插裝在基本臂內(nèi)，三節(jié)臂插裝在二節(jié)臂內(nèi)，四節(jié)臂插裝在三節(jié)臂內(nèi)……。

各節(jié)臂之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)通過相連的滑塊實(shí)現(xiàn)，各節(jié)臂之間的結(jié)構(gòu)尺寸是相互關(guān)聯(lián)的，因此只要確定基本臂的結(jié)構(gòu)尺寸，其他各節(jié)臂的結(jié)構(gòu)尺寸就可以由該尺寸和滑塊尺寸計(jì)算得出，這是吊臂參數(shù)化設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。

2 SolidWorks二次開發(fā)基本原理

SolidWorks為二次開發(fā)提供了大量的 API（Application Program Interface，應(yīng)用編程接口）對(duì)象，SolidWorks API是 SolidWorks的 OLE（Object Linking and Embedding，對(duì)象的嵌入與鏈接）或COM（Component Object Model，組件對(duì)象模型）應(yīng)用程序開發(fā)接口，用戶可以利用它和支持OLE編程的開發(fā)工具，如VB、VBA(Excel,Access)、C、VC++等對(duì) SolidWorks進(jìn)行二次開發(fā)，建立適合用戶需要的、專用的SolidWorks 功能模塊。這些 API對(duì)象涵蓋了全部 SolidWorks的數(shù)據(jù)模型，通過對(duì)這些對(duì)象屬性的設(shè)置和方法的調(diào)用，就可以在用戶自己開發(fā)的 DLL中實(shí)現(xiàn)與SolidWorks相同的功能[1]。

用戶借助高級(jí)編程語言作為平臺(tái)，在設(shè)計(jì)簡(jiǎn)潔方便的操作界面的同時(shí)，通過在程序中調(diào)用API對(duì)象訪問和操作 SolidWorks，可以實(shí)現(xiàn)SolidWorks建模的幾乎所有可能，從而建立適合用戶需要的、專用的SolidWorks功能模塊。這些專用模塊既可通過生成 DLL文件作為插件掛接在SolidWorks的菜單下，也可置于用戶開發(fā)的工具條中，或者獨(dú)立于 SolidWorks之外使用。SolidWorks API對(duì)象模型如圖1所示[2]。

VisualBasic(VB)是Windows環(huán)境下快速開發(fā)應(yīng)用程序的可視化工具。VB提供的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)交換(DDE，Dynamic Data Exchange)編程技術(shù)，可以在應(yīng)用程序中實(shí)現(xiàn)與其他 Windows應(yīng)用程序建立數(shù)據(jù)交換、在不同的應(yīng)用程序之間進(jìn)行通信的功能。與其它開發(fā)語言相比，VisualBasic語言規(guī)則簡(jiǎn)單，容易上手，功能強(qiáng)大，同時(shí)SolidWorks提供的宏錄制功能為VBA環(huán)境，與VisualBasic語法規(guī)則完全一致。本文采用VisualBasic編程語言對(duì)SolidWorks進(jìn)行二次開發(fā)。

圖1 SolidWorks API對(duì)象模型

3 汽車起重機(jī)吊臂參數(shù)化設(shè)計(jì)

汽車起重機(jī)吊臂的各節(jié)臂的截面結(jié)構(gòu)相同，因此在設(shè)計(jì)過程中，最重要的是設(shè)立基本臂的驅(qū)動(dòng)尺寸和從動(dòng)尺寸，以便確定各節(jié)臂裝配順序和準(zhǔn)確的建立各零部件之間的幾何約束關(guān)系，通過更改這些驅(qū)動(dòng)尺寸進(jìn)而創(chuàng)建其他各節(jié)臂的截面草圖。

利用 VB語言對(duì) SolidWorks的二次開發(fā)實(shí)現(xiàn)，先要在 VB集成環(huán)境中，通過命令【工程/引用】對(duì)話框中勾選SolidWorks Type Library完成有關(guān)類型庫的引用，才能通過 ActiveX Automation訪問SolidWorks提供的主要對(duì)象。在VB編輯器中修改宏程序，利用尺寸驅(qū)動(dòng)原理，通過尺寸參數(shù)值的變化來生成結(jié)構(gòu)相同而參數(shù)不同的零件族[3]。使用SolidWorks的API對(duì)象對(duì)基本臂的驅(qū)動(dòng)尺寸進(jìn)行更改獲得新的草圖，并建立實(shí)體特征即可創(chuàng)建了另一個(gè)節(jié)臂的三維模型。

3.1 吊臂參數(shù)方程確定

汽車起重機(jī)吊臂截面尺寸參數(shù)如圖2所示，由圖中的參數(shù)和連接滑塊的大小就可以計(jì)算出相鄰節(jié)臂的結(jié)構(gòu)尺寸。

圖2 吊臂截面尺寸圖

設(shè)滑塊尺寸為dw

則第n節(jié)臂參數(shù)有如下關(guān)系

3.2 SolidWorks建模

把基本臂的截面草圖尺寸更改成計(jì)算得出的第n節(jié)節(jié)臂的尺寸，代碼如下：

3.3 建立該結(jié)構(gòu)的實(shí)體特征

由以上步驟建立的吊臂參數(shù)化模型如圖3所示。

4 汽車起重機(jī)吊臂參數(shù)化設(shè)計(jì)程序的開發(fā)

4.1 程序界面的設(shè)計(jì)

在窗體上建立一組“尺寸參數(shù)輸入”文本框，用于輸入基本臂的結(jié)構(gòu)尺寸；在“臂節(jié)數(shù)設(shè)定”文本框中輸入吊臂節(jié)數(shù)，單擊名稱為“計(jì)算各節(jié)臂截面參數(shù)”的命令按鈕，則計(jì)算并在表格中顯示其他各節(jié)臂相關(guān)截面參數(shù)，至此與基本臂配合的其他各臂參數(shù)均已獲得；最后在“臂節(jié)選擇”文本框中輸入指定建模的節(jié)臂次數(shù)，單擊“確定”命令按鈕則生成對(duì)應(yīng)的節(jié)臂模型。程序界面如圖4所示。

圖3 吊臂參數(shù)化模型效果

圖4 程序界面

4.2 程序流程設(shè)計(jì)

在參數(shù)輸入欄輸入吊臂截面參數(shù)，點(diǎn)擊“計(jì)算各節(jié)臂截面參數(shù)” 按鈕，通過吊臂參數(shù)方程計(jì)算并在表格中輸出計(jì)算結(jié)果；在 SolidWorks建模欄，通過 API函數(shù)創(chuàng)建指定節(jié)臂的實(shí)體模型。程序流程圖如圖5所示。

4.3 創(chuàng)建可執(zhí)行程序

程序設(shè)計(jì)并調(diào)試好后就可以使用VB編譯成“.exe”可執(zhí)行程序，即可在Windows平臺(tái)上獨(dú)立運(yùn)行。

汽車起重機(jī)吊臂參數(shù)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)在使用時(shí)，先打開SolidWorks再啟動(dòng)本程序。在指定文本框輸入基本臂的截面參數(shù)，并設(shè)定吊臂的臂節(jié)數(shù)；點(diǎn)擊“計(jì)算各節(jié)臂截面參數(shù)”按鈕，程序?qū)⒂?jì)算各節(jié)臂截面參數(shù)并在表格中輸出顯示；在“SolidWorks建模”欄設(shè)定生成指定節(jié)臂的SolidWorks三維模型。

將各節(jié)臂的模型創(chuàng)建完就可以進(jìn)行吊臂的裝配，并且可以將模型生成SolidWorks工程圖。

圖5 程序流程圖

5 結(jié) 論

（1） 以SolidWorks三維軟件為平臺(tái)開發(fā)出的參數(shù)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)可以顯著提高產(chǎn)品的設(shè)計(jì)效率，完成相似零部件乃至整個(gè)產(chǎn)品的快速設(shè)計(jì)，快速響應(yīng)個(gè)性化的市場(chǎng)需求，提高企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。

（2） 采用錄制宏獲得宏代碼的方式對(duì)SolidWorks進(jìn)行二次開發(fā)易學(xué)易用，可大大縮短開發(fā)周期；VisualBasic語法規(guī)則與 SolidWorks提供的宏錄制VBA環(huán)境語法完全一致。因此，用 VB開發(fā) SolidWorks的一般方法，對(duì)致力于SolidWorks二次開發(fā)的人員，具有一定的參考價(jià)值。

[1]李權(quán)才, 吳俊峰, 武翠榮. 基于 SolidWorks平臺(tái)對(duì)大型架橋機(jī)的二次開發(fā)技術(shù)[J]. 中國水運(yùn), 2008,8(1)：41-43.

[2]SolidWorks公司. SolidWorks API二次開發(fā)[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社, 2005. 25.

[3]郭克希, 饒顯俊. 離心機(jī)永磁軸承仿真系統(tǒng)自動(dòng)化建模研究與實(shí)現(xiàn)[J]. 東華大學(xué)學(xué)報(bào), 2007, 33(3)：298-301.

Research and Development on Parameterized Design System of Truck Crane Arm

GUO Ke-xi, LI Guo-zhi, YANG Wei
( College of Automobile and Mechanical Engineering, Changsha University of Science and Technology, Changsha Hunan 410114, China )

According to the interrelation characteristic of the structure size of the crane arms, the size actuation method is used, the parameterized design system of truck crane arms is developed based on the re-developing of the 3D software SolidWorks with VB language.3D model of the arms of truck crane can be quickly structured through inputing the cross-sectional size of the basic jib and the number of booms of the crane in the system, it accomplishes the automation and serialization of designing of the arms, and hence reduces the development cycle, and enhances observably the efficiency and quality in truck crane design.

parameterized design system; size actuation; crane arm; 3D model

TP 391

A

1003-0158(2010)06-0080-05

2009-11-27

湖南省自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（08JJ5024）；湖南省大學(xué)生研究性學(xué)習(xí)與創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)資助項(xiàng)目

郭克希（1956-），女，湖南長沙人，教授，碩士，主要研究方向?yàn)楫a(chǎn)品建模與仿真、CAD/CAE/CAM集成。