基于Pro/E軟件的變壓器油箱三維參數(shù)化設(shè)計(jì)

崔明興 佐明

摘要：本文介紹了利用Pro/E5.0三維設(shè)計(jì)軟件，針對(duì)電力變壓器桶式油箱的結(jié)構(gòu)，進(jìn)行三維設(shè)計(jì)，提供了變壓器油箱三維參數(shù)化建模的基本思路。

關(guān)鍵詞：模塊; 參數(shù)化; 油箱; 自頂向下

1 前言

隨著信息技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域的迅速滲透，CAD/CAM/CAE技術(shù)已經(jīng)得以廣泛的應(yīng)用，然而，廣大設(shè)計(jì)人員對(duì)CAD系統(tǒng)的功能要求也越來越高，他們已經(jīng)不再滿足于利用CAD系統(tǒng)達(dá)到“甩圖板”的目的，而是希望能使企業(yè)的設(shè)計(jì)人員從本質(zhì)上減輕大量簡單、重復(fù)、煩瑣的工作量。而三維建模系統(tǒng)具有可視性好、形象直觀、設(shè)計(jì)效率高等優(yōu)勢，取代二維CAD系統(tǒng)已經(jīng)成為歷史發(fā)展的必然。本文介紹了一種基于Pro/E軟件進(jìn)行變壓器油箱三維參數(shù)化設(shè)計(jì)思路。

2 變壓器油箱結(jié)構(gòu)及接口分析

三維參數(shù)化設(shè)計(jì)之前，需對(duì)油箱的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，不是僅僅分析結(jié)構(gòu)，重要的是從結(jié)構(gòu)中分析接口。所稱的接口亦稱元件界面，它是通過接口進(jìn)行連接的兩部分或多部分的公共參考，通過這一公共參考將幾部份連接起來，并且達(dá)到各部分雖相互連接但又各不相擾的目的。

箱蓋與總裝部分的接口主要包括高壓升高座接口、中性點(diǎn)接口、壓力釋放閥接口、濾油閥接口等。箱體與總裝的接口主要包括，散熱器接口、端子箱接口、聯(lián)氣管接口、放油閥接口等。這些接口與總裝部分相連接，是以面或軸為兩者的公共參考基準(zhǔn)，通過這些接口，將箱蓋與總裝部分相關(guān)零部件連接起來，但不論拆卸掉箱蓋或總裝的那一部分零部件，都不影響相關(guān)的其它零部件。

箱蓋與箱體兩部分是箱沿通過螺栓的緊固作用連接在一起的，在箱蓋和箱沿之間還安裝有密封墊元件。可以把箱蓋的下端面與箱沿的上端面作為接口將兩部分連接起來，兩個(gè)端面分別參考兩個(gè)基準(zhǔn)平面。

油箱的主要驅(qū)動(dòng)關(guān)系，首先應(yīng)該確定器身中心的位置。器身中心的位置就是三維軟件系統(tǒng)內(nèi)置的坐標(biāo)系的原點(diǎn)位置。對(duì)于PRO/E三維軟件，就是以系統(tǒng)的PRT_CSYS_DEF坐標(biāo)系為參考，以RIGHT、FRONT兩個(gè)基準(zhǔn)面為器身中心參考基準(zhǔn)面，以TOP面作為箱底內(nèi)側(cè)基準(zhǔn)參考面。

主要的位置尺寸是通過油箱的長、寬、高按照標(biāo)準(zhǔn)化結(jié)構(gòu)計(jì)算出來的。例如，箱蓋內(nèi)側(cè)位置尺寸即為油箱高，兩個(gè)短軸箱壁內(nèi)側(cè)的位置尺寸由油箱長度確定，兩個(gè)長軸箱壁內(nèi)側(cè)位置由油箱寬度確定。

其它位置尺寸在布局文件中給出。如箱蓋高壓升高座法蘭開孔位置等。

3 油箱三維設(shè)計(jì)模塊的劃分與設(shè)計(jì)

3.1 油箱三維設(shè)計(jì)模塊的劃分

模塊化設(shè)計(jì)就是把一個(gè)較大的實(shí)體或復(fù)雜模塊實(shí)體進(jìn)行分解，對(duì)其進(jìn)行并行、分支、同步建設(shè)的方法。在建模過程中，把狹義上的模塊定義為一個(gè)或一組相關(guān)實(shí)體，該實(shí)體或?qū)嶓w的集合隸屬于某一個(gè)更高級(jí)別的實(shí)體或模塊實(shí)體。

對(duì)于油箱而言，其模塊化分基本可以分為箱蓋模塊、箱體模塊兩大部分，而箱體模塊根據(jù)桶式油箱的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，又可以分為四個(gè)箱壁模塊、箱沿模塊、箱底模塊等。

3.2 油箱三維模型設(shè)計(jì)一般步驟

根據(jù)油箱內(nèi)部模塊劃分，按照自頂向下設(shè)計(jì)思想，首先設(shè)計(jì)出油箱的骨架模型，在骨架模型中主要應(yīng)描繪出油箱的各個(gè)部分的接口以及裝配關(guān)系，其次考慮到雖然目前有大量的通用件可以使用，但并非任何情況下都要使用通用件，專用件的設(shè)計(jì)也是會(huì)存在的，所以在骨架中，對(duì)于一些零部件的三維模型特征還應(yīng)以設(shè)計(jì)專用件的要求去做，只不過在具體裝配某個(gè)部件時(shí)，能用通用件的我們建議還是盡量使用通用件，這樣可以大大減少出圖量，暫時(shí)無通用件可用時(shí)再將其設(shè)計(jì)成專用件。

3.2.1 布局設(shè)計(jì)

布局是一個(gè)非參數(shù)化 2D 草繪，它不需要精確繪制，其幾何圖形僅僅表示產(chǎn)品的大概形狀。針對(duì)桶式油箱的布局，考慮到油箱結(jié)構(gòu)的復(fù)雜度，可以創(chuàng)建多張布局文件，分別描述各部分的結(jié)構(gòu)特征以及設(shè)計(jì)意圖。

箱蓋布局。桶式油箱采用的是平頂箱蓋，由于這個(gè)特點(diǎn)，箱蓋上各個(gè)零部件的位置均可以方便地直接參考同一個(gè)器身中心進(jìn)行定位，需要進(jìn)行三維參數(shù)化的尺寸需在布局圖中標(biāo)注出。

箱體的布局。箱體的布局圖較箱蓋的布局圖更為復(fù)雜，為了更清晰地表達(dá)油箱箱體的布局細(xì)節(jié)，可增加各種細(xì)節(jié)示意，以提高用戶的可讀性。

3.2.2 油箱骨架模型的建立

油箱骨架模型反映油箱的結(jié)構(gòu)，并定義了設(shè)計(jì)意圖。油箱骨架模型是油箱其它零部件設(shè)計(jì)的參考基準(zhǔn)，將這些參考設(shè)計(jì)基準(zhǔn)傳達(dá)到下游的零部件之中。油箱骨架模型的變化將使下游設(shè)計(jì)的模型產(chǎn)生相應(yīng)的變化，也是所有下游設(shè)計(jì)共同參照的標(biāo)準(zhǔn)。油箱骨架模型被聲明成與布局關(guān)聯(lián)，因此布局中的參數(shù)將驅(qū)動(dòng)骨架模型的變化，導(dǎo)致整個(gè)油箱模型的變化。

骨架模型樹中除了一些基準(zhǔn)面和基準(zhǔn)軸之外，按照油箱結(jié)構(gòu)，將箱蓋、四個(gè)箱壁、箱沿、箱底等分別參照相應(yīng)的基準(zhǔn)面繪制，并且它們之間各自相對(duì)獨(dú)立，亦即與它們?nèi)S設(shè)計(jì)的先后順序無關(guān)。骨架模型中的參數(shù)均源于布局，調(diào)整布局參數(shù)也就是調(diào)整了骨架參數(shù)。骨架模型通過再生操作才能使布局參數(shù)在骨架模型中生效。

3.2.3 箱蓋模型裝配

箱蓋是一個(gè)裝配模型，按照參考信息逐層傳遞的原則，箱蓋應(yīng)該具有自己的骨架模型，上游出版幾何在箱蓋骨架模型中得以繼承，同時(shí)對(duì)于箱蓋的某些具體細(xì)節(jié)將在箱蓋骨架模型中進(jìn)行設(shè)計(jì)。為了在箱蓋裝配時(shí)，各個(gè)零部件之間不出現(xiàn)相互干擾的現(xiàn)象，一般在零部件裝配時(shí)均要統(tǒng)一參考箱蓋骨架模型，而不是零部件之間相互參照。這樣，當(dāng)修改或替換零部件時(shí)不至于影響到其它的零部件模型。

3.2.4 油箱箱體模型裝配

油箱箱體也是一個(gè)裝配模型。按照油箱結(jié)構(gòu)分別為四個(gè)箱壁裝配、箱沿裝配、箱底零件等等。四個(gè)箱壁的裝配獨(dú)立進(jìn)行，互不相擾，零部件裝配或設(shè)計(jì)參考均由上游設(shè)計(jì)提供，因而受油箱總骨架控制，由于骨架參考在油箱裝配之前已經(jīng)調(diào)試完成，因此裝配后會(huì)符合設(shè)計(jì)意圖。箱沿、箱壁尺寸受布局參數(shù)控制，依據(jù)油箱結(jié)構(gòu)自動(dòng)算出，三維模型也將隨著布局參數(shù)的改變而發(fā)生相應(yīng)的變化。

4 結(jié)束語

三維實(shí)體建模，實(shí)際上就是通過三維設(shè)計(jì)軟件開發(fā)數(shù)字化的客觀物體模型，由于參數(shù)驅(qū)動(dòng)技術(shù)的應(yīng)用，使三維參數(shù)化建模更加精彩。然而在進(jìn)行大型裝配的三維設(shè)計(jì)時(shí)，我們不僅要考慮大型裝配的結(jié)構(gòu)以及裝配要求，同時(shí)還要考慮大型裝配內(nèi)部各個(gè)零部件之間關(guān)系，合理劃分模塊，降低復(fù)雜度，將問題由復(fù)雜轉(zhuǎn)為簡單。根據(jù)結(jié)構(gòu)抽象出邏輯接口，合理規(guī)劃，盡量做到同級(jí)模塊之間不耦合，各級(jí)模塊之間自上而下建立驅(qū)動(dòng)關(guān)系。

參考文獻(xiàn)：

[1].顧吉仁.基于PROE的參數(shù)化建模方法及三維零件庫的創(chuàng)建.科技風(fēng)，2015，1.