耿建璞，崔洪斌，劉慶華，曹 侃，劉新勇，曹朋賢

（1.河北科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，河北石家莊 050018；2.石家莊國(guó)泰欣安科技有限公司，河北石家莊 050000）

橋梁支座是連接橋梁上部橋體和下部橋墩的重要組成部分，其功能是把橋梁上部結(jié)構(gòu)反力和變形可靠地傳遞給橋墩，同時(shí)能適應(yīng)梁體因溫度、混凝土收縮徐變及載荷作用下引起的水平位移和撓曲引起的梁體轉(zhuǎn)動(dòng)。盆式橡膠支座是橋梁結(jié)構(gòu)中應(yīng)用較為廣泛的一種支座。隨著近幾年國(guó)家大力發(fā)展橋梁建筑產(chǎn)業(yè)，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈，盆式橡膠支座制造企業(yè)為了能夠在競(jìng)爭(zhēng)中立于不敗之地，必須要提高設(shè)計(jì)水平，快速推出自己新的產(chǎn)品?；谶@樣的背景，通過(guò)Visual Basic利用SolidWorks提供的二次開(kāi)發(fā)接口，在SolidWorks平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)盆式橡膠支座的零件、裝配體三維參數(shù)化建模。

1 SolidWorks二次開(kāi)發(fā)

1．1 SolidWorks API接口

SolidWorks提供幾百個(gè)API函數(shù)，可適用于SolidWorks二次開(kāi)發(fā)。SolidWorks二次開(kāi)發(fā)技術(shù)有2種：一種是COM技術(shù)，生成Dll文件，作為插件插入SolidWorks中，該技術(shù)可以使用較多的Solid-Works API；另一種是OLE技術(shù)，生成exe格式的文件。

SolidWorks API對(duì)象的梗概如圖1所示，從圖中看出SldWorks對(duì)象位于圖中最頂端，是Solid-Works API最高層對(duì)象，通過(guò)其下的6個(gè)主要模塊，可以直接或間接訪問(wèn)API中所有對(duì)象。用戶利用API函數(shù)可以方便地建立適合自己的功能模塊，并與SolidWorks連接在一起，實(shí)現(xiàn)對(duì)SolidWorks的二次開(kāi)發(fā)［1-2］。

圖1 SolidWorks API對(duì)象梗概Fig.1 Synopsis of solidworks API object

1.2 二次開(kāi)發(fā)工具

Visual Basic，VBA，C，C＋＋以及SolidWorks宏文件等都可作為SolidWorks二次開(kāi)發(fā)的工具。筆者采用Visual Basic對(duì)SolidWorks進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，Visual Basic是面向 Windows的應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)工具，易學(xué)易用，由于它采用面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)方法，在軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程中得到廣泛應(yīng)用。Visual Basic程序設(shè)計(jì)的特點(diǎn)是代碼簡(jiǎn)捷，界面簡(jiǎn)單、調(diào)試方便。

2 系統(tǒng)的功能與開(kāi)發(fā)

盆式橡膠支座計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)研究的主要內(nèi)容為對(duì)客運(yùn)專線鐵路橋梁盆式橡膠支座進(jìn)行模塊化、參數(shù)化設(shè)計(jì)，根據(jù)此橋梁盆式橡膠支座的設(shè)計(jì)過(guò)程，對(duì)其進(jìn)行功能分解，確定各功能模塊并進(jìn)行編碼；對(duì)SolidWorks進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，建立客運(yùn)專線鐵路橋梁盆式橡膠支座的參數(shù)化模型；設(shè)計(jì)其模塊接口，實(shí)現(xiàn)參數(shù)化設(shè)計(jì)；劃分參數(shù)化程序的功能模塊，以Visual Basic為開(kāi)發(fā)工具，開(kāi)發(fā)客運(yùn)專線鐵路橋梁盆式橡膠支座參數(shù)化建模系統(tǒng)。

該系統(tǒng)功能主要包含設(shè)計(jì)計(jì)算、數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)技術(shù)、零件參數(shù)化建模［3-4］、裝配體自動(dòng)生成技術(shù)等。

2.1 盆式橡膠支座總體設(shè)計(jì)計(jì)算

盆式橡膠支座總體設(shè)計(jì)計(jì)算包含支座零件的尺寸設(shè)計(jì)以及驗(yàn)證支座受到豎向、橫向力引起的位移和撓曲。

根據(jù)盆式橡膠支座所承受豎向載荷、水平載荷、縱向（橫向）位移、轉(zhuǎn)角等條件，利用計(jì)算手冊(cè)和相關(guān)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)［5-6］，對(duì)盆式橡膠支座進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，由于一些零件尺寸不是孤立的，而是在已有的零件尺寸基礎(chǔ)上，一步步計(jì)算而來(lái)，主要設(shè)計(jì)流程如圖2所示：首先計(jì)算出聚四氟乙烯板和橡膠承壓板的直徑、厚度，有些尺寸是相互制約的，例如，螺栓長(zhǎng)度需要下支座板厚度確定，而下支座板長(zhǎng)度需要螺栓的直徑來(lái)限制。然后通過(guò)上面產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，計(jì)算出密封圈、中間承壓板、上支座板等零件尺寸。

圖2 設(shè)計(jì)流程Fig.2 Design flow

通過(guò)上述過(guò)程計(jì)算出的零件尺寸需要根據(jù)盆式橡膠支座在實(shí)際情況下受到的力、位移、轉(zhuǎn)角條件進(jìn)行強(qiáng)度、穩(wěn)定性等驗(yàn)算。

2.2 數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)技術(shù)［7］

數(shù)據(jù)庫(kù)的主要功能是利用計(jì)算機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行存取。筆者采用Access創(chuàng)建盆式橡膠支座數(shù)據(jù)庫(kù)，利用數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)聚四氟乙烯板、橡膠承壓板、下支座板、中間承壓板、螺栓等數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)和讀取，通過(guò)使用ADO技術(shù)實(shí)現(xiàn)Visual Basic與數(shù)據(jù)庫(kù)的連接。由于螺栓直徑?jīng)Q定了下支座板長(zhǎng)度，而下支座板厚度決定了螺栓長(zhǎng)度，需要對(duì)螺栓數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取、計(jì)算以及存儲(chǔ)。Visual Basic使用ADO方法連接數(shù)據(jù)庫(kù)需添加引用的方式為工程→引用→Microsoft ActiveX Data Objects2.8Library。

茶室小巧雅致，最讓人稱道的是，溫度適宜，顯示出店家的匠心。太冷固然沒(méi)道理，目下已是寒秋，客人進(jìn)高檔浴池，圖的不就是個(gè)溫暖？太熱，也不相宜。外面清冷，一進(jìn)門(mén)就遭遇燠熱，會(huì)讓人不適，甚至煩躁。在裝修考究、不冷不熱的茶室中，先進(jìn)一小碗熱粥，由內(nèi)而外，把客人的體溫慢慢調(diào)高，這樣，在進(jìn)入更衣室之后，既不會(huì)怕冷，也不至于出汗。

2.3 參數(shù)化建模

盆式橡膠支座的標(biāo)準(zhǔn)化、系列化程度高，可以根據(jù)盆式橡膠支座的特點(diǎn)進(jìn)行系列化、參數(shù)化建模，其優(yōu)點(diǎn)是可以通過(guò)修改幾個(gè)關(guān)鍵尺寸實(shí)現(xiàn)零件重新建模。

目前主要通過(guò)2種方法實(shí)現(xiàn)參數(shù)化建模：程序驅(qū)動(dòng)法和尺寸驅(qū)動(dòng)法［8-9］。筆者采用尺寸驅(qū)動(dòng)法。

尺寸驅(qū)動(dòng)法是利用建立好的參數(shù)化模型，通過(guò)修改尺寸重新生成模型。該方法運(yùn)行效率高、程序穩(wěn)定性較好，同時(shí)減少了SolidWorks API函數(shù)的調(diào)用，使設(shè)計(jì)者從大量程序代碼中解放出來(lái)。以縱向支座上支座板為例，只需要修改部分關(guān)鍵尺寸即可生成新的模型。

部分代碼如下：

swPart.Parameter（"AZ＠草圖1"）.System Value＝txtA.Text＇修改尺寸

……

2.4 裝配體的自動(dòng)生成［10］

SolidWorks提供了2種裝配設(shè)計(jì)方法，一種是自底而上設(shè)計(jì)，先建立好零件模型再進(jìn)行裝配；另一種是自頂而下的設(shè)計(jì)，在新建裝配體中進(jìn)行零件設(shè)計(jì)，零件與零件之間相互關(guān)聯(lián)，避免了設(shè)計(jì)過(guò)程中常識(shí)性錯(cuò)誤。盆式橡膠支座采用自頂而下的設(shè)計(jì)方法創(chuàng)建裝配體：首先通過(guò)SolidWorks創(chuàng)建好盆式橡膠支座各個(gè)零件以及裝配體模型，然后利用程序讀取裝配體模型文件，以尺寸驅(qū)動(dòng)法更新各個(gè)零件尺寸，實(shí)現(xiàn)裝配體的重新建模。

部分代碼如下：

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例

盆式橡膠支座根據(jù)使用性能和位移類型可以分為固定支座、縱向活動(dòng)支座、橫向活動(dòng)支座和多向活動(dòng)支座4種類型，雖然每種支座適應(yīng)條件不同，但其結(jié)構(gòu)大體相同。現(xiàn)在以縱向活動(dòng)支座為例，介紹盆式橡膠支座計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)。

單擊盆式橡膠支座計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)，輸入賬號(hào)密碼進(jìn)入主界面，單擊“下一步”出現(xiàn)參數(shù)設(shè)置界面，如圖3所示。

該界面功能是輸入盆式橡膠支座的豎向載荷、水平載荷（豎向載荷的百分比）、橋梁支座的橫向位移、縱向位移、轉(zhuǎn)角等參數(shù)以及選擇盆式橡膠支座類型。

單擊“下一步”生成聚四氟乙烯板和承壓橡膠板，計(jì)算下支座板時(shí)需要用到螺栓尺寸，在生成下支座板前先調(diào)用螺栓數(shù)據(jù)庫(kù)，如圖4所示。

由于螺栓尺寸與下支座板相互制約，因此把二者安排在一個(gè)界面內(nèi)，下支座板參數(shù)設(shè)置見(jiàn)圖5。

圖3 參數(shù)設(shè)置界面Fig.3 Setting of parameters

圖4 選取螺栓Fig.4 Selection of bolts

圖5 下支座板參數(shù)設(shè)置Fig.5 Parameter setting of bottom support plate

不同類型支座的下支座板結(jié)構(gòu)基本一致，可以共用同一個(gè)界面。螺栓長(zhǎng)度是根據(jù)下支座板厚度確定，而螺栓直徑又影響了下支座板長(zhǎng)度，因此把它們?cè)O(shè)計(jì)到一個(gè)界面內(nèi)，便于查看管理。

單擊“下一步”將依次生成密封圈、不銹鋼板、中間鋼襯板、SF-1B板、上支座板。完成這些計(jì)算，就可生成盆式橡膠支座的零部件，最后生成總裝配體。裝配體尺寸數(shù)據(jù)來(lái)自于存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中的各個(gè)零部件的信息。

4 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)對(duì)SolidWorks進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)出盆式橡膠支座計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)。與傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法相比，該系統(tǒng)能夠?qū)ε枋较鹉z支座進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì)，縮短了設(shè)計(jì)時(shí)間。

／References：

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