基于VB的Solid Wor ks二次開發(fā)在變形密封件O圈設(shè)計中的應用

尤金鐸 徐 凱 甘守華

（南京寧青環(huán)保工程有限公司，江蘇 南京210001）

0 引言

為了節(jié)能環(huán)保，提高設(shè)備機械的精密度，現(xiàn)代機械設(shè)計制造對于密封結(jié)構(gòu)的使用越來越重視。尤其是食品、制藥、儀表、航天等特種行業(yè)，它們更加注重細節(jié)的設(shè)計制造。密封結(jié)構(gòu)中常用橡膠O型圈（簡稱O圈）成形件裝入相關(guān)零件以變形來達到密封效果。

O圈密封以相關(guān)件結(jié)構(gòu)簡單、制造容易、占用空間小、宜在普通中低壓場合單獨使用或與其他密封件配套使用成為密封件中的標準件。O圈在裝配時裝入相關(guān)件溝槽中，形成相對復雜（和其他密封件變形相比較）的擠壓變形，對此，手工繪制、二維建模都以簡化法處理，以優(yōu)化設(shè)計速度。O圈的選用及相關(guān)件溝槽尺寸可以在機械設(shè)計手冊和相關(guān)資料中查到，但要真正選用和設(shè)計相關(guān)件尺寸，還是有一定工作量的。例如材料的選擇，O圈的工作環(huán)境決定了材料選擇——耐酸、耐堿、抗腐蝕（化工行業(yè)）、抗老化、工作壽命比較長（不好經(jīng)常更換的地方）、工作溫度、有無毒性（食品、制藥等行業(yè)）。O圈及相關(guān)件溝槽尺寸的設(shè)計涉及O圈的工作媒質(zhì)（氣壓、液壓）、壓力范圍、工作形式（靜密封、動密封、雙向運動、單向運動）、密封結(jié)構(gòu)（軸向密封、活塞密封、活塞桿密封、端面密封）等各項的單獨作用和組合的聯(lián)合作用，這要求設(shè)計工程師綜合考慮進行選擇或者作相關(guān)類比設(shè)計。

現(xiàn)有三維軟件也未能真實地模擬反映O圈這類變形件在裝配時出現(xiàn)的變形情況，同時無法檢查相關(guān)件溝槽尺寸的合理性。如利用Solid Wor ks提供的零件庫裝配這些變形的零件，不能達到真實配合的效果，以O(shè)圈為例，如圖1所示，其未反映裝配中O圈的擠壓變形。Solid Wor ks是基于Windows平臺、采用Parasolid圖形為核心的一套三維CAD軟件，它支持參數(shù)化和特征造型技術(shù)，能夠使用戶方便、快捷地創(chuàng)建任何復雜形狀的實體零件，并實現(xiàn)實體零件的參數(shù)化驅(qū)動。由于其界面友好、操作方便、簡單易學，目前已成為企業(yè)流行的三維設(shè)計軟件。三維建模普及應用可以比較真實地反映O圈這類變形件在裝配中的變形，自動生成裝配中的形狀，但每次都必須重新建模，這就要工程師在細節(jié)上花費大量的時間和精力，從而降低了設(shè)計效率。如何提高設(shè)計效率，又可以體現(xiàn)細節(jié)真實情況？也就是說只需要設(shè)計工程師選擇標準（國標、企標）規(guī)格，確認相關(guān)零件尺寸（尺寸若設(shè)計不合理向設(shè)計師示警），就可以由軟件自動完成此類變形件建模。對Solid Wor ks的二次開發(fā)可以解決這個問題，裝配效果圖如圖2所示。

圖1 O圈裝配

圖2 裝配效果圖

1 應用于O圈設(shè)計的Solid Wor ks軟件二次開發(fā)

基于VB語言對Solid Works進行二次開發(fā)，大多停留在開發(fā)使用方法上，對于Solid Works在密封變形件設(shè)計中應用的二次開發(fā)則鮮有報道。本文以O(shè)圈為例對Solid Works進行二次開發(fā)。

1.1 O圈裝配的簡易分析

軸向密封：主要是通過擴大內(nèi)徑、壓縮外徑、增加過盈、對圓截面壓扁變形達到密封效果。端面密封：受內(nèi)部壓力，是通過壓縮外徑及上下端面、增加過盈、壓扁圓截面達到密封效果，如圖3所示；受外部壓力，是通過擴大內(nèi)徑及上下端面、壓扁圓截面、增加過盈達到密封效果，如圖4所示。

圖3 受內(nèi)部壓力O圈裝配

圖4 受外部壓力O圈裝配

1.2 建立數(shù)據(jù)庫

使用Office Access，無需另外安裝數(shù)據(jù)庫軟件。（1）創(chuàng)建O圈規(guī)格數(shù)據(jù)庫，輸入O圈尺寸參數(shù)，如圖5所示。關(guān)聯(lián)后程序可查詢O圈規(guī)格。（2）創(chuàng)建對應O圈規(guī)格的溝槽數(shù)據(jù)庫，輸入溝槽尺寸參數(shù)，如圖6所示。關(guān)聯(lián)后程序確認相關(guān)件尺寸，以保障密封結(jié)構(gòu)的合理性。

圖5 O圈尺寸參數(shù)

圖6 溝槽尺寸參數(shù)

1.3 使用 SolidWorks宏

Solid Wor ks API是Solid Wor ks的OLE應用程序開發(fā)接口，為用戶提供了完全面向?qū)ο蟮念愺w系。它包括對象的類型、對象的屬性、對象的方法。隨著Solid Wor ks的快速發(fā)展，Solid Wor ks API對象屬性、方法多達幾千種，常用的就有幾十種，對象參數(shù)有的多達幾十個。程序代碼編寫存在一定難度，通過宏錄制建模過程獲取相關(guān)代碼數(shù)據(jù)，工具條如圖7所示。

圖7 宏工具條

1.4 代碼分析與改進

通過分析適當簡化編輯代碼，找出有關(guān)的關(guān)鍵函數(shù)，并確定其中的關(guān)鍵數(shù)據(jù)。弄清關(guān)鍵數(shù)據(jù)的變化對實體建模的影響，將關(guān)鍵數(shù)據(jù)用變量代替，這樣就建立了Solid Wor ks中零件的參數(shù)化模型（O圈裝配時壓縮后的草圖）。

1.5 VB編程開發(fā)平臺

（1）可以在通用的開發(fā)平臺如 VB、VBA、VC、C、C＋＋等編程軟件上開發(fā)使用這些類的程序，也可以在自己的程序中派生這些類的子類，生成這些類的對象，對對象進行操作，設(shè)置或修改對象的屬性，從而訪問Solid Wor ks的數(shù)據(jù)庫、圖形系統(tǒng)和系統(tǒng)界面。由于Solid Wor ks宏是使用VB語言，所以用VB開發(fā)可以最大限度地利用宏，減少代碼更改，減少工作量。（2）VB程序與Solid Wor ks接口的實現(xiàn)是零件參數(shù)化建模的關(guān)鍵。將類零件建模的過程錄制成宏文件，將宏復制到VB中，在VB環(huán)境中對宏文件進行修訂改編。（3）創(chuàng)建用戶界面，編寫繪圖程序關(guān)鍵代碼（圖8）。用VB編程軟件設(shè)計窗體，添加控件，選擇設(shè)置屬性，編寫事件代碼，完成程序的用戶主界面創(chuàng)建。

圖8 繪圖程序關(guān)鍵代碼

對數(shù)據(jù)庫進行關(guān)聯(lián)綁定：利用Office Access軟件建立數(shù)據(jù)庫關(guān)聯(lián)。用Access數(shù)據(jù)庫來存儲各種相關(guān)變量參數(shù)，將復雜多樣的數(shù)據(jù)用嵌入和鏈接的方式內(nèi)置于數(shù)據(jù)庫中，建立一個關(guān)系型數(shù)據(jù)庫。在VB應用程序中通過數(shù)據(jù)控件和數(shù)據(jù)庫相鏈接。通過調(diào)試、運行、修改、反復檢驗設(shè)計軟件的性能，完成對軟件的開發(fā)。最后創(chuàng)建O圈模型生成軟件的啟動圖標：O。

2 O圈模型生成軟件的使用

（1）雙擊軟件啟動圖標，打開軟件用戶主界面，軸向密封如圖9所示，端面密封如圖10所示。（2）選擇O圈的規(guī)格。（3）選擇或確認相關(guān)件的尺寸。（4）單擊相關(guān)按鈕可以查詢材料、尺寸公差、粗糙度。（5）單擊自定義按鈕可以定義非國標規(guī)格O圈，并創(chuàng)建相對應的O圈模型。（6）單擊“創(chuàng)建”按鈕，生成O圈三維模型，如圖11所示。（7）單擊“退出”按鈕，關(guān)閉程序。（8）在Solid Wor ks中保存生成的模型文件，裝入相關(guān)裝配文件（此類零件一般不需出零件圖）。

3 結(jié)語

利用上面軟件生成的O圈，由O圈與溝槽尺寸的合理選配決定復雜的擠壓變形，展現(xiàn)出了O圈擠壓變形后的截面形狀。在裝配模型圖和工程圖中可見O圈的相對位置及壓縮后的變形。

圖9 軸向密封

圖10 端面密封

圖11 O圈三維模型

O圈生成軟件的開發(fā)成功及使用，表明用VB對Solid－Wor ks進行二次開發(fā)用于密封變形零件的設(shè)計是比較容易的，非專業(yè)人員也可以做到，并且實現(xiàn)了整體與細節(jié)均可比較真實地反映實際裝配情況的目的。一次開發(fā)成功后，就能夠由軟件自動化建模進行O圈設(shè)計。結(jié)合數(shù)據(jù)庫的應用，能檢查密封結(jié)構(gòu)的合理性（對相關(guān)件溝槽尺寸進行智能校驗）。同時集成了各種材料的應用資料等，可省去查機械設(shè)計手冊的步驟，既使設(shè)計工程師操作變得簡單方便，又大大提高了工作效率。

針對O圈設(shè)計的Solid Wor ks軟件二次開發(fā)方法可以擴展應用于其他橡膠密封件（防塵圈、密封圈等）設(shè)計，既可實現(xiàn)局部小結(jié)構(gòu)的精細化，加快設(shè)計速度，又能節(jié)省設(shè)計師的精力，使之更加專注于其他設(shè)計工作。該方法也適用于一般常用零件的自動化設(shè)計，實現(xiàn)企業(yè)標準件的自動生成。需要說明的是，軟件在使用過程中可能會出現(xiàn)一些不足和缺陷，還有待于在以后的升級中逐步改進和完善。

［1］數(shù)字化手冊編委會.機械設(shè)計手冊（軟件版V3.0）［M］.機械工業(yè)出版社，2006

［2］成大先.機械設(shè)計手冊（第3卷）［M］.第5版.化學工業(yè)出版社，2008

［3］Michael Halvorson.Microsoft Visual basic6.0循序漸進教程［M］.北京希望電子出版社，1999

［4］Solid Wor ks公司.Solid Wor ks高級教程：二次開發(fā)與 API［M］.機械工業(yè)出版社，2009