基于Autodesk Inventor 水工平面閘門參數化三維建模設計

朱琳++宋濤++張婷++劉天政

【摘 要】基于Autodesk inventor軟件平臺，提出可視化外部參數建模原理，闡述了參數及參數表達式設置技巧。以水工平面閘門為例，介紹了參數化三維建模所涉及的參數設置，零部件創建方法，零部件裝配技巧以及二維工程圖設計與編輯。模型特性參數表具有可視化修改功能，局部調整只在可視化參數表中修改與產品特征相關的參數。

【關鍵詞】水工閘 Autodesk inventor參數化化設計 三維模型

1 前言

水工閘門是水利樞紐工程中的主要組成部分，控制著水利樞紐發電、供水、沖砂、泄洪、防洪等運行過程，閘門的設計精度及設計效率直接影響工程的安危成敗。隨著科技技術的迅猛發展，計算機輔助設計大幅度的提高了設計效率及精度，但是平面閘門的設計綜合性強計算量大且零部件較多，傳統的二維軟件設計仍要花費大量的時間和精力在重復勞動上。

2 inventor參數化三維建模原理

2.1 模型特征參數與尺寸驅動約束

尺寸驅動是模型參數驅動的基礎，尺寸約束是是實現尺寸驅動的前提。為了實現模型特征參數來驅動幾何圖形，需要將模型特征參數以.ipt的模式內嵌在模型項目文件中，inventor軟件自動提取內部系統模型特征參數。在零件草圖設計時，草圖繪制界面中衍生與零件特征相關聯的特征參數文件，并使特征參數處于激活狀態，對幾何圖形進行尺寸約束時直接鏈接處于激活狀態的特征參數，圖形處于全約束狀態后，隨著參數的變化，圖形尺寸及與坐標的位置關系都會協同變化。模型特性參數表具有可視化修改功能，當圖形幾何尺寸局部或者整體需要修改時，只在可視化參數表中修改與產品特征相關的參數，無需運行整個設計過程。

2.2 參數表達式驅動模型特征

表達模型特征的參數比較繁多，參數表中不必對每個產品特征定義變量參數，如若對所有特征都設置對應的參數，參數量巨大，參數化建模繁瑣，后期參數化模型應用中參數修改工作更是繁瑣。根據產品各部件的相互配合及對應位置關系，建立特征參數表達式來約束模型特征。最終達到產品特征完全被設計參數及參數表達式全約束的狀態，完善的參數化三維模型不允許存在過約束或欠約束的狀態。模型特征參數與表達式之間相互依賴，相互傳遞數據，提高表達式設計的層次，減少參數建立及修改的工作量。不同零件之間的參數表達式也可以相互鏈接調用，當某一參數發生改變，參數表達式及調用參數表達式會關聯更新，驅動參數模型即時更新。

3 基于inventor的平面閘門參數化建模步驟

使用inventor三維軟件進行平面閘門的三維建模設計，首先要充分了解平面閘門的結構，各零部件之間的相對位置關系，以及閘門與門槽之間的裝配關系。建模設計前，明晰并構思好所有能表達閘門特征的參數以及鏈接特征參數的表達式，以最少數量的參數來表達最完善的產品特征。每一個產品在可研階段的設計，并不是一個方案一撮而就，往往要一波三折，經過反復的論證、重新設計和修改的過程，從而不斷完善設計成果。采用參數化的設計能按照我們所論證的方案，進行靈活修改設計，不用推翻設計的全運行過程。

3.1 平面閘門三維模型參數系統設計

外部參數表主要包括控制零件尺寸和形狀特征參數，是參數化建模的核心部分，為了建立一套參數化驅動平面閘門的模型，首先要對平面閘門包含的參數特征進行分解歸類和采用簡化表達式鏈接。平面閘門主要由門葉、止水、埋件、主側輪等部分組成，對主要組成部分建立相對應的外部參數表，如門葉參數、止水參數等，外部參數表以.ipt零件形式設置，利用參數表設置閘門的特征名稱及相對應的控制尺寸，特征名稱及尺寸在建模過程中與后續使用中能進行可視化修改。以側輪為例，首先建立側輪裝配公用參數，而后建立與側輪相對應的參數表，參數表中包括側輪直徑、輪架高度、底板寬度及厚度等表達側輪特征的參數。側輪外部參數表通過.ipt的格式保存于平面閘門模型的項目中，以備建立側輪零件圖時衍生調用。

3.2 平面閘門三維模型零件設計

模型零件設計主要包括草圖繪制，草圖特征，放置特征。草圖設計是生成零件特征的基礎，創建新零件模板文件時，inventor軟件會自動創建草圖，直接進入草圖設計環境。草圖繪制前，將內嵌在項目中的外部參數衍生到草圖繪制環境中，并激活驅動草圖尺寸的參數。草圖繪制可以在原始坐標系中默認的XY、YZ、XZ平面中進行，也可以根據各零件的互相裝配關系自行建立平面繪制草圖，不同繪制平面中的草圖以及各零件之間的草圖可以相互借用，只須共享草圖選擇所要調用的工作平面即可。繪制平面閘門各零件草圖時，首先創建一個工作平面，以“XZ”平面為基礎，偏移0，創建草圖繪制工作平面。以坐標原點作為基礎零件面板的原點，在工作平面上創建面板二維草圖，調用衍生參數中的面板厚度，面板高度等參數進行二維尺寸標注，當面板草圖處于全約束狀態時，完成面板草圖。依照此方法完成平面閘門其他各零件草圖的繪制。草圖繪制階段，利用參數約束，完成約束各零部件之間的裝配位置關系，目的是為了方便后續零部件的裝配工作。

4 結語

Autodesk Inventor軟件具有強大的三維造型能力，有良好的二維工程圖編輯能力及設計表達能力。通過inventor軟件平臺進行平面閘門的參數化設計，形成平面閘門的標準化、通用化、系列化，可視化外部參數驅動功能縮短產品周期，提高閘門設計質量。當今水利項目日趨增多，市場競爭激烈，參數化三維模型設計提高了設計柔性，縮短了市場反應時間。

參考文獻：

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