顧國玉，仲梁維，葛 歡

（上海理工大學 機械工程學院，上海 200093）

0 引言

目前，機械行業(yè)正在高速不斷發(fā)展，過去的機械產品是大批量少品種，目的是為了降低生產成本，現在的機械產品是以提高設計效率為主，目的是生產出能夠滿足客戶定制設計的產品，企業(yè)不僅以大批量進行生產為目的，也可以根據客戶的要求和需求而改變[1]為了滿足這些需求，可根據企業(yè)的原創(chuàng)產品，對產品基礎模型進行快速設計。參數化設計是指根據客戶要求的理念，并確定參數信息，通過修改產品模型參數值，產生類似的零件、組件和裝配體。吳慶鳴等[2]通過分析復雜的模型和參數，研究了產品的的參數化設計和模型中參數的參數關聯和傳遞；Wilkes[3]等對產品模型參數化設計方法的研究，目的是使設計的過程實現自動化；匡兵等[4]研究零部件尺寸參數化設計的基本思想，得到了關于尺寸變化的規(guī)律。

但當前的參數化設計實質是對三維產品模型的尺寸進行直接驅動。但對模型驅動后的工程有效性研究比較少，既滿足強度，剛度，穩(wěn)定性，又滿足材料使用量最少。

剪式升降平臺參數化設計系統(tǒng)是指不破壞原有設計的基本原理和基本結構特征，而產生滿足工程有效性且和原有設計相似的新產品，本系統(tǒng)以SolidWorks2012為開發(fā)平臺，利用SoldWorks的應用程序編程接口API為開發(fā)工具，以VB.net作為開發(fā)環(huán)境，用SQL Server數據庫建立零件事物特性表，開發(fā)了剪式升降平臺參數化設計系統(tǒng)。

1 參數化設計的原理

本文是將參數化設計、力學特性分析和模型尺寸結構設計的思想結合起來。首先利用SolidWorks建立三維基準主模型，用參數化設計的思想對模型進行力學特性分析和參數分析，最后將設計參數結合力學分析公式寫入程序驅動三維產品模型，生成新的相似產品，實現變型設計。圖1為剪式升降平臺結構示意圖。

圖1 剪式升降平臺結構示意圖

2 參數化設計的關鍵技術

2.1 參數化設計的技術

參數化設計的前提是三維產品主模型是參數化設計，設計的產品都是在主模型的基礎上修改后得到的，在SolidWorks平臺上設計出產品所有的零件及部件，然后按照一定的配合關系裝配成主模型。因此參數化設計的首要條件是建立好產品主模型。

參數化設計是本系統(tǒng)的核心步驟，參數化設計包括總體參數分析、零件參數分析、非標準零件參數分析、標準件參數分析和關聯分析。

1）總體參數分析：目的是分析產品的主要功能參數，控制整個產品的結構和合理性。剪式升降平臺的總體參數包括最大伸展高度H，承載平臺長度L，寬度W，距離x，承載重量G等，利用這些參數算出機構的其他參數。

2）零件參數分析：目的是對零件和部件參數進行分類，并提取出零件的主要參數作為驅動參數[5]，可以將零件參數大致分為A、B、C三類，A類是是主動參數，功能是直接驅動的參數，B類是從動參數，通過力學分析公式計算出來的，C類是不需要改變的參數。

3）關聯分析：目的是建立零部件參數間的關聯[6]，主要分為三類：零件與零件之間參數關聯、零件與部件之間參數關聯、部件與部件之間參數關聯，一部分通過Solidworks自帶的方程式定義關聯，另一部分通過VB.net編寫關聯。

2.2 力學特性分析及實現

為了使零部件能夠滿足工程有效性，參數驅動之前需要對各個零部件進行力學特性分析，計算出能夠滿足工程有效性的參數再進行參數驅動。計算的參數主要包括非標準零件參數和標準零件參數。圖2為零件參數更新流程圖。

圖2 零件參數更新流程圖

1）非標準零件參數分析：目的是使非標準零件能夠滿足強度，剛度。首先查詢非標準零件的許用應力，再根據輸入的設計參數，結合受力分析公式，計算出能夠滿足強度、剛度的非標零件的參數，最后進行零件模型更新，例如計算K點的銷軸直徑，首先對DH桿和DB桿力學特性分析，計算出K點力學公式，然后將該公式寫入代碼計算出K點最大的力，最后結合該銷軸的許用切應力 ][τ計算出該銷軸的直徑進行參數驅動，圖3為DH桿(a)和DB桿(b)受力分析圖。

圖3 GE桿(a)和AE桿(b)受力分析圖

60°為JM與BD的夾角，35°為KI與DH夾角。

2）標準零件參數分析：目的是使標準零件能夠滿足強度，剛度。根據設計參數、力學分析公式、許用應力，計算出標準零件特性參數，根據特性參數到數據庫SQL Server提取零件參數，最后進行零件模型更新，例如對DH桿進行參數選取，首先對DH桿和DB桿力學特性分析，計算出DH桿K點和F點的彎矩公式，然后將該公式寫入代碼計算出DH桿的最大彎矩，最后結合該彎矩的許用彎曲應力 ][σ及截面系數，提取出GE桿的參數進行參數驅動。

根據平衡方程計算出GE桿K點和F點彎矩：

2.3 零件事物特征表的數據庫的設計

建立SQL Server事物特性表數據庫是指對零件的幾何特性、功能特性等的信息幾何進行分類，通過這些特性把零件中的參數提取出來，方便對零部件進行精確的驅動。

本系統(tǒng)建立了剪式升降平臺各零件、安全系數、數據管理的事物特性表，存放到數據庫中，矩形鋼的事物特性表如圖4所示。

圖4 矩形鋼事物特性表

3 參數化設計系統(tǒng)的程序設計及實現

本案例選用SolidWorks作為三維CAD系統(tǒng)平臺，SQL Server作為數據庫，VB.net語言作為開發(fā)環(huán)境，SolidWorks API接口技術作為開發(fā)工具，SolidWorks API接口技術中主要對象有SldWorks，ModelDoc2，PartDoc，AssemblyDoc等，利用這些對象成員的屬性和方法，實現了了簡式升降平臺參數化快速設計系統(tǒng)。

1）用戶界面：方便設計人員能夠清楚、簡單地進行模型設計，目的是設計的過程中能方便地對參數進行輸入、計算、修改和保存。圖5為參數設計界面。

圖5 參數設計界面

圖6 模型結果圖

2）程序代碼：控制驅動模型的主要方法，每個零件、部件中的參數以及零部件之間的參數都有相應的程序代碼，程序代碼大致可以分為三大類：（1）根據輸入參數直接進行驅動；（2）根據輸入參數計算出零件的參數，然后進行賦值驅動；（3）根據輸入參數計算出零件特征參數，經過力學特性分析，然后到數據庫提取零件的參數，最后進行賦值驅動。利用程序代碼可以達到驅動模型的目的。

根據上面的步驟，可以完成對簡式升降平臺進行快速設計，設計人員輸入好相應的參數，配置好安全系數和零件參數，點擊“模型驅動”按鈕，系統(tǒng)自動生成簡式升降平臺。圖6為驅動后的模型結果圖。

4 結束語

通過剪式升降平臺的力學特性分析結合事物特性表技術建立主模型，同時利用VB.net編程語言、SQL Server數據庫表功能和SolidWorks API函數進行聯合，構建了剪式升降平臺參數化快速設計系統(tǒng)，達到了對其進行快速建模的目的。因此可得到如下結論：

1）剪式升降平臺參數化設計系統(tǒng)結合力學特性分析證實了產品的實用性。2）該方法加速了建模的進程，提高了該剪式升降平臺的設計效率。

[1] 祁國寧,顧新建,譚建榮,等.大批量定制技術及其應用[M].北京:機械工業(yè)出版社,2003.

[2] 吳慶鳴,宗馳,張強,楊威.復雜產品變型設計及其參數傳遞方法研究[J].中國機械工程,2008,19(22):2955-2960.

[3] WILKESJRLEONARDR.Variant design as a methodof automating the designprocess[J].Computer-AidedEngineering Journal,1988,5(3):97-102.

[4] 匡兵,肖禮志,黃美發(fā),劉夫云.零件尺寸與尺寸公差集成變型設計方法[J].制造業(yè)自動化,2011,33(5):103-106.

[5] 程賢福,王濤,蘭光英,王浩倫.面向變型的橋式起重機車輪組參數化設計[J].制造業(yè)自動化,2011,35(9):112-115.

[6] 吳偉偉,唐任仲,侯亮.基于參數化的機械產品尺寸變型設計研究與實現[J].中國機械工程,2005,16(3):218-222.