基于VB和SolidWorks的擦窗機立柱參數化設計和三維繪圖

趙　香，賴恩暉，鄭倩倩

（長安大學，陜西西安710064）

基于VB和SolidWorks的擦窗機立柱參數化設計和三維繪圖

趙香，賴恩暉，鄭倩倩

（長安大學，陜西西安710064）

開發了一款擦窗機立柱的計算機輔助設計軟件，該軟件可根據用戶輸入的基本參數，計算得到立柱的主要設計參數，再結合立柱的截面類型和尺寸，配備筋板等部件，通過Visual Basic調用solidworks，參數化繪制立柱的三維零件圖和裝配圖。得到的三維模型，也為后期的力學分析做好基礎準備工作。

擦窗機立柱；參數化設計；參數化三維繪圖

傳統的擦窗機的伸縮立柱設計方法比較單一，加之其結構復雜，設計參數多，工作量大。本文則基于VB和SolidWorks，通過統計和理論分析得到伸縮立柱的參數化設計以及參數化的三維繪圖，繪制的三維立柱模型也可以方便地用于后續的結構強度分析、多剛體動力學分析［1-2］。

1　擦窗機立柱的結構設計計算

1.1擦窗機立柱節數的確定

立柱是擦窗機吊臂的重要支撐部分，各節立柱均采用液壓油缸驅動，利用油缸伸縮來調節整個立柱的高度，從而滿足不同的工況。在設計立柱時，我們已知立柱的最大工作高度Hmax，以及最小工作高度Hmin，如圖1所示。考慮到實際應用，本文中最多考慮到三節立柱的情況。

圖1　擦窗機分別處于最大最小工作高度時的示意圖

其中，Hmax為立柱最大高度（mm）；Hb為立柱上的臂座高度（mm）；Hi為第節立柱高度（mm）；ti為第i節立柱的搭接高度（mm）；Hd為第i節立柱的搭接高度（mm）；Hmin為立柱最小高度，mm；Bi為第i節立柱預留的結構尺寸（mm）（該距離為立柱最小高度時，第i節立柱上端與第i+1節立柱上端之間的距離，其主要與立柱的上筋板和油缸的安裝位置有關，可在設計立柱前確定，為結構尺寸）；Hn為立柱為節，第n節立柱的高度（mm）。

（1）當立柱的最大高度與立柱的最小高度相等時，為一節立柱；

（2）當立柱的最大高度大于立柱的最小高度時，分為兩種情況：

1）第一種情況：若立柱的最大高度小于兩節標準鋼管以搭接系數a搭接后所形成的總高度，即Hmax＜2×L-a/（1+a）×L（其中，L為標準鋼管的長度（單位：mm）；a為第一節立柱與第二節立柱的搭接系數，a=t/（H1-t1）.）

若立柱最大高度與立柱最小高度的差值小于目前市場上可用的油缸的最大行程，即Hmax＜Hmin＜Smax（其中，Smax為目前市場上可用的油缸的最大行程，單位：mm.）則為兩節立柱n=2，即一個油缸即可，且所需的油缸行程為S=Hmax-Hmin，其中，S為所需的油缸行程（單位：mm）.

若立柱最大高度與立柱最小高度的差值大于目前市場上可用的油缸的最大行程，即Hmax-Hmin＞Smax則為三節立柱，即需要二個油缸。

2）第二種情況：若立柱的最大高度大于兩節標準鋼管以搭接系數a搭接后所形成的總高度，且小于三節立柱以搭接系數a和搭接系數b搭接后所形成的總高度，即

2×L-a/（1+a）×L＜Hmax＜3×L

-a/（1+a）×L-b/（1+b）×L

其中，b為第二節立柱與第三節立柱的搭接系數，b=t2/（H2-t2）.

若立柱最大高度與立柱最小高度的差值小于2倍的目前市場上可用的油缸的最大行程，即Hmax-Hmin＜2×Smax，則為三節立柱，即兩個油缸即可，且所需的油缸行程S=Hmax-Hmin.

若立柱最大高度與立柱最小高度的差值大于2倍的目前市場上可用的油缸的最大行程，即Hmax-Hmin＜2×Smax

則為四節立柱n=4，即需要三個油缸（考慮到現實應用，本文中不予考慮）。

1.2各節立柱高度和搭接高度的確定

在1.1中，已經確定立柱的節數，結合立柱節數，通過立柱的最大高度和立柱最小高度，預留的結構尺寸Bi，以及立柱的搭接系數，通過計算，即可得到各節立柱的高度和搭接高度。

以三節立柱為例，即需要兩個油缸，兩個油缸的行程總和為立柱最大高度和最小高度的差值，在設計3節立柱時，需要先選擇第一個油缸的行程S1或第二個油缸的行程S2，對應的另一個行程可計算得到，再根據油缸的行程，分別計算兩節立柱的高度。

由以上公式聯立，可解得以下參數：

第三節立柱高度：H3=Hmin-B1-B2

第二節立柱高度：H2=（S2+B2）/［1-b/（1+b）］

第一節立柱高度：H1=（S1+B1）/［1-a/（1+a）］

計算得到H2和H1后，可由1.2中的公式得到第二節立柱搭接高度t2和第一節立柱搭接高度t1的值。

立柱的截面尺寸的確定，需要考慮到伸縮臂、平衡臂、臂座、配重等多個構件，而本文的內容并沒有涉及以上內容，因此在本文中不進行立柱截面的設計計算。考慮到之后的三維參數化繪圖，在本文中將其設定為輸入值，在后續的文章中可能對其完善。

2　VisualBasic開發SolidWorks實現參數化繪圖

VB調用solidworks繪制零件和裝配體時，可利用SolidWorks宏錄制的代碼參考修改。（1）VB調用SolidWorks的關鍵語句：

Set swApp=CreateObject（"sldworks.application"）

（2）新建裝配體語句:

Set Part=swApp.NewDocument

（"C:ProgramDataSolidWorksSOLIDWORKS

2015 emplatesgb_assembly.asmdot"，0，0，0）（3）零件配合的語句:

SetmyMate=Part.AddMate5（0，0，False，4.1，0.1，0.1，0.1，0.1，0，0.5，0.5，False，False，0，longstatus）

3　VB界面設計

本節主要通過一個實例來體現該軟件的功能和界面。

已知立柱的設計參數：立柱最大高度為5 066 mm，最小高度為3 966 mm，臂座高度為600 mm，底架高度為856 mm；立柱的結構參數：鋼管的標準長度為12 000 mm，油缸可用的最大行程為4 000 mm，第一，二節立柱預留的結構尺寸均為330 mm，第一，二節立柱的搭接系數均為0.839 2，進行立柱的設計。

首先在圖2示界面里，輸入已知參數，并確認。第二個確認后就直接進入立柱結果界面，圖3所示，立柱的節數已經確定，本例節數為2，再通過點擊設計計算按鈕，即可得到立柱長度的設計結果，截面尺寸用戶可根據經驗輸入，如圖4所示。

圖2　用戶輸入立柱參數界面

圖3　兩節立柱的設計結果界面

圖4　參數化繪制的立柱裝配圖

由于伸縮立柱均采用方管，所以當立柱節數大于1時，系統自動默認為方管；而當采用一節立柱時，則需要用戶選擇截面類型為圓管或方管。

通過立柱的長度和截面尺寸，先繪制立柱的三維零件圖，再繪制裝配圖。

為了更直觀的顯示立柱的裝配圖，給立柱配備回轉支撐座和筋板，通過Visual Basic調用SolidWorks，利用參數化實現在伸縮立柱上自動裝配回轉支承座和筋板。（本文中的回轉支撐座和筋板均是提前繪制好的，后期可做成標準件庫，直接選擇）

4　結束語

利用參數化的立柱設計，可以避免重復性的工作，縮短設計時間。同時，參數化的三維繪圖，可以更直觀地了解設計方案，也方便后期的力學分析計算。

［1］張曉強.擦窗機伸縮臂設計計算與優化［D］.西安：長安大學，2014.

［2］劉志海，魯青.VB開發SolidWorks實現機械產品參數化設計［J］.煤礦機械，2008，29（7）:180-183.

The Parametric Design and 3D Draw ing of Building Maintenance Unit's Upright Postbased on VB and Solidworks

ZHAO Xiang，LAIEn-hui，ZHENG Qian-qian
（Chang'an University，Xi'an Shaanxi 710064，China）

This paper developed a computer aided design software of Building Maintenance Unit's upright post，the software can according to the requirements of the user's input upright post's basic parameters，automatically calculate the main design parameters of upright posts.Combined with the post section type and size，equipped withstiffened plate etc，the software can use the Visual Basic call solidworks to achieve the drawing of post's 3D part and assembly drawings.The finished 3D model also prepares for the later basic mechanics analysis.

buildingmaintenance unit's upright post；parametric design；parametric 3D drawing

TP31

A

1672-545X（2016）05-0062-03

2016-02-23

趙香（1991-），女，陜西西安人，在讀碩士研究生，研究方向：建筑機械。