葉 斌， 趙 韓， 劉向農， 吳 昊， 江 斌

（合肥工業(yè)大學 機械與汽車工程學院，安徽 合肥 230009）

汽車空調蒸發(fā)器型式歷經多種變化，目前層疊式蒸發(fā)器在轎車、面包車以及大客車中應用廣泛，是最有發(fā)展前景的蒸發(fā)器形式。由于層疊式蒸發(fā)器的結構復雜，傳統(tǒng)的設計和計算方法已經不能適應它的發(fā)展，而基于三維繪圖軟件的計算機參數化設計不僅能夠解決層疊式蒸發(fā)器的結構復雜、手工繪制困難的問題，同時還能提高層疊式蒸發(fā)器的設計效率和質量。

參數化設計［1］亦稱為變量化設計，也稱為尺寸驅動Dimension－Driven，是CAD技術在實際應用中提出的新課題，它不僅能夠使CAD系統(tǒng)具有人機交互式繪圖功能，還具有通過程序控制自動進行繪圖的功能。利用參數化設計手段開發(fā)的專用產品的設計系統(tǒng)，能節(jié)省大量的人力、物力和財力，還可以提高設計速度，并減少信息的存儲量。近年來各行各業(yè)中有許多研究者［2－10］利用不同的二維或三維繪圖軟件進行了變量化的設計研究，并且取得了一定的成功。例如，文獻［2］利用Visual Basic開發(fā)語言、AutoCAD二維軟件開發(fā)了板式換熱器的設計系統(tǒng)；文獻［3］將Solid－Edge應用于機床高速主軸數字化設計系統(tǒng)的研究；文獻［4］在SolidEdge變量化設計基礎上對齒輪進行自動建模，從而極大提高了齒輪的設計效率和質量；文獻［5－8］利用Auto CAD為平臺，開發(fā)了換熱設備零部件CAD系統(tǒng)，實現了三維造型、自動裝配和相關測試分析；文獻［9］利用Auto CAD AutoLISP對發(fā)動機零件圖進行參數化繪制；文獻［10］利用Pro／E軟件對漸開線齒輪進行參數化設計；文獻［11］在Visual C＋＋環(huán)境下，采用二次開發(fā)工具對Pro／E進行二次開發(fā)，實現拆卸仿真的關鍵技術。目前的研究鮮見對于制冷空調行業(yè)中常見的換熱器進行三維參數化設計。本文利用Visual Basic簡潔流暢的語言，結合Solid Edge三維繪圖軟件的強大功能對汽車空調中常用的層疊式蒸發(fā)器進行參數化設計。

1 軟件與系統(tǒng)原理

1.1 Solid Edge軟件

Solid Edge軟件為美國UGS公司開發(fā)的三維繪圖軟件，它是在Windows環(huán)境下的中端軟件包，具有強大的二維和三維繪圖功能，界面友好［12］，目前在國內有很大的裝機量。Solid Edge開發(fā)接口采用OLE Automation（自動化）技術。OLE Automation技術是建立在COM基礎上，具有進程透明化和語言無關化的特性。OLE Automation（自動化）技術允許任何支持它的語言（如VC、VB、Delphi，甚至是Office中的宏命令）來與Solid Edge進行通信，以此驅動Solid Edge。本研究采用VB編程語言作為開發(fā)工具來對Solid Edge進行二次開發(fā)。

Solid Edge具有2種參數化建模的方式，分別是完全程序化建模方式和變量化設計建模方式［4］。

（1）完全程序化建模。完全程序化建模就是使用完全程序化的語言對三維實體建模中的特征（如拉伸、旋轉以及放樣等）進行操作，用程序語言控制2D輪廓和3D模型的生成，例如在裝配過程中需要將三維模型進行旋轉，可以直接使用下列語句：Call objsecondpart.Rotate（deltaxX1as double，deltaY1as double，deltaxZ1as double，deltaxX2as double，deltaY2as double，deltaxZ2as double，angel as double）Call objsecondpart.Move（deltaxX as double，deltaY as double，deltaxZ as double）。此方法對程序語言的要求較高，對于Solid Edge本身的操作熟悉度要求也較高。

（2）變量化設計建模。變量化設計建模是預先在Solid Edge零件模塊中建立零件的三維實體模型，對零件的特征尺寸進行標注，使得特征尺寸與設計變量建立一定的關系，并將變量名和特征尺寸都顯示在變量表中，通過Set objvariables＝objDoc.Variables Call objvariables.Edit（"a"，a）語句可訪問Solid Edge的模型變量表，按照用戶設定的參數可修改變量表中相應的設計變量，從而更新模型。使用變量表的變量化設計方法是對Solid Edge進行二次開發(fā)的常用方法，此方法對程序語言的要求不高，但要求熟練掌握Solid Edge的操作。

基于層疊式蒸發(fā)器的結構特點，軟件中所有零部件均采用變量化設計建模，裝配過程中采用完全程序化建模。通過兩者的結合可以將層疊式蒸發(fā)器的設計建模過程和結果完美地呈現。

1.2 系統(tǒng)原理

層疊式蒸發(fā)器［13］是全鋁結構的新型組合式蒸發(fā)器，由2片加工成復雜形狀的鋁片疊焊在一起形成小直徑流道的制冷劑通道，為強化傳熱通常會在鋁片上加工出點狀紋路、交叉紋路以及平行紋路等，以此來增加制冷劑的流經路徑，從而使熱交換對象的換熱更加充分。在層疊片之間釬焊波紋形百葉窗鋁翅片，在整個層疊式蒸發(fā)器的芯體兩端焊接端板。在本快速設計系統(tǒng)中首先在Solid Edge零件版塊分別生成層疊片、鋁翅片、端板零部件，然后在Solid Edge裝配環(huán)境中進行裝配。每個零件模塊中又分為輸入、處理以及輸出3個模塊。輸入模塊，用戶可以向程序輸入零件參數；處理模塊，進行相應的運算并連接到Solid Edge以完成創(chuàng)建零件的功能；輸出模塊，輸出零件的3D模型并保存。裝配模塊將各種零部件按照順序輸入到裝配環(huán)境中，進而生成裝配件（層疊式蒸發(fā)器）的三維模型，并在用戶檢查滿意后可進一步生成工程圖。系統(tǒng)流程圖如圖1所示。

圖1 軟件流程圖

2 設計實例

在層疊式換熱器的設計和加工過程中，有大量的重復零件出現，例如層疊片和翅片等。在裝配三維模型的過程中需要多個同樣的零部件，為了提高開發(fā)設計產品的效率，將重復零件以標準零件的型式存放于標準零件庫，在裝配時自動調用。

層疊式蒸發(fā)器的設計制造尚無國家和行業(yè)標準，故在本設計示例中根據實際的產品選擇層疊式蒸發(fā)器的設計參數，具體參數如下。

（1）板片參數（單位為 mm）：板片長（a）、板片寬（b）、板片厚度（h）、內部隔板寬度（e）、板片邊緣寬度（f）。

（2）翅片參數（單位為 mm）：翅片高度（hf）、翅片厚度（g）、翅片間距（pf）、翅片百葉窗高度（I）。

（3）端板參數（單位為 mm）：端板厚度（h）。

（4）裝配參數（單位為片）：板片數目（n）。

在軟件設計過程中各個零部件尺寸參數之間具有一定的關系，這種數量上的關系在程序內部的語言中會得以體現，使得各個零部件在設計過程中也能相互通信，從而減少一些重復的輸入工作。軟件界面如圖2所示。

圖2 軟件界面

2.1 連接并啟動Solid Edge

使用VB編程語言對Solid Edge進行二次開發(fā)，首先需要將VB與Solid Edge進行連接，通常需要2個步驟。

（1）在VB編程環(huán)境中引入Solid Edge類型庫。

（2）使用GetObject和CreatObject 2個函數來啟動Solid Edge對象，其連接語句［14］如下：

Set objApp＝CreatObject（"SolidEdge.Application"）

Set objApp＝ GetObject（""，"SolidEdge.Application"）

2.2 程序運行

（1）層疊片三維模型的建立。層疊式蒸發(fā)器的層疊片取決于板片的長（a）、寬（b）、板片的厚度（h）、內部的隔板寬度（e）、邊緣的寬（f），以及翅片高度（hf）。

只要在板片的設計參數輸入界面上輸入參數，即可生成層疊片的三維模型如圖3所示，保存此文件。

圖3 層疊片參數化設計

（2）翅片三維模型的建立。同樣在翅片的三維模型參數設計界面輸入翅片參數，即可得到翅片的三維模型如圖4所示，并保存此零件圖。

圖4 百葉窗翅片參數化設計

（3）端板三維模型的建立。輸入端板設計參數，生成端板的三維模型如圖5所示，同樣將文件保存。

（4）裝配件三維模型的實現。輸入裝配模塊的參數，按照先后順序將各個零部件添加進裝配圖，生成層疊式蒸發(fā)器的三維模型圖，如圖6所示。

圖5 端板三維模型

圖6 層疊式蒸發(fā)器三維模型圖

3 結束語

作為汽車空調軟件設計平臺的最后一個環(huán)節(jié)，本設計使用VB簡潔流暢的語言，采用面向對象以及參數化設計的方法，極大地縮短了層疊式蒸發(fā)器的設計時間，提高了設計質量和效率，并將設計計算過程中得到的層疊式蒸發(fā)器的參數以實物三維模型的方式呈現，將之轉化為指導實際生產的指導性文件，為進一步優(yōu)化層疊式蒸發(fā)器的結構奠定了基礎。

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