王曉翔

(陜西普光能源技術有限公司)

基于SolidWorks方程式及API的容積式換熱器參數化設計*

王曉翔

(陜西普光能源技術有限公司)

為提高容積式換熱器的繪圖效率，簡述了基于SolidWorks的參數化設計方式，介紹了SolidWorks方程式結構和API對象的層次結構。分析了兩種方式的工作原理并詳細介紹了系統(tǒng)工作流程。使用VB語言設計交互界面，設計出容積式換熱器的參數化設計系統(tǒng)。結果表明：該系統(tǒng)具有界面簡潔和繪圖準確的特點，能大幅提高設計效率。

容積式換熱器 API SolidWorks 參數化設計

容積式換熱器具有換熱效率高、儲水能力大的優(yōu)點，被廣泛應用于化工、石油、機械、電力、集中供暖及食品制藥等領域[1]。但它的參數較多，無論是前期設計，還是后期繪制制造工程圖，均需要花費大量的時間。

參數化設計也稱為變形設計，是指在不改變基本原理的基礎上，為滿足不同的功能需求，通過參數改變產品的局部構造，對具體結構進行調整形成參數不同的同類產品[2，3]，參數化設計是企業(yè)目前廣泛采用的機械設計方法，能大幅提高零件的重復利用率，從而提高設計效率。筆者首次將SolidWorks方程式和API的參數化設計方式相結合，對復雜的容積式換熱器進行參數化設計，以提高設計效率。

1 SolidWorks參數化設計方式

SolidWorks是世界上第一款基于Windows的三維參數化設計軟件[4]，在國內外廣泛應用。但SolidWorks是一款通用設計軟件，不能完全滿足每個行業(yè)的特殊要求，為此，它提供了兩種不同形式的變形設計，分別為：

a.基于方程式的變形設計[5，6]。該方式的主要在不同零件參數之間建立一定的尺寸關系，進行鏈接，從而達到只改變少量的主動參數即可對全部參數進行修改的目的。該方式優(yōu)點是簡單易用，并支持特征壓縮，幾乎不需要復雜編程；缺點是變形能力較弱，不適合較大的變形。

b.基于API(Application Programing Interface)的變形設計[7，8]。該方式主要通過VB、C++等高級程序語言調用SolidWorks的API函數，使用程序驅動軟件繪圖。優(yōu)點是能靈活地達到較大的變形設計目的；缺點是需要熟練運用程序語言、API函數等，前期需要較復雜的編程。

筆者同時使用上述兩種形式的變形設計，使用VB語言建立交互界面，對容積式換熱器進行參數化設計。

2 SolidWorks變型設計基礎

2.1 方程式結構

在SolidWorks零件中有3種形式的方程式，分別為“全局變量”、“特征”、“尺寸”，用戶可單獨使用或聯合使用。

“全局變量”一般用于存儲主動參數，其表示方式為：

A=P

A——全局變量名稱；

P——全局變量數值。

“特征”用于對特征的壓縮或解壓縮，表示方式為：

B=S

B——特征名稱；

S——零部件狀態(tài)，有壓縮和解壓縮兩種狀態(tài)。

“尺寸”一般用于存儲從動參數，其表示方式為：

C@D=P

C——草圖或特征的參數名稱，如長、寬等；

D——零件草圖或特征名稱。

2.2 特征的壓縮與解壓縮

特征的壓縮(suppressed)是指將拉伸、切除等特征從產品裝配體中隱藏，并從電腦內存中移除，但并不刪除，當工藝參數要求需要該特征時，可對它解除壓縮(unsuppressed)。壓縮與解壓縮相對于刪除與添加可以減少電腦工作時占用的內存，提高設計效率[9]。

SolidWorks支持通過IF判斷語句對特征實施條件壓縮，即根據某些條件是否滿足對零部件進行壓縮或解壓縮，如：排污口=IF(“直徑”<50,suppressed ,unsuppressed)。

2.3 SolidWorks API

對SolidWorks進行二次開發(fā)的方式一般有兩種[10，11]：一種是基于COM的，可以生成*.dll格式的文件，作為插件在SolidWorks中運用；另一種是基于OLE的，可以開發(fā)出獨立的第三方exe程序。筆者選擇基于OLE技術的二次開發(fā)，開發(fā)出exe形式的應用程序。

SolidWorks對象模型結構如圖1所示，它是一個多層次的樹形結構，每一層均包含若干個對象，每個對象封裝了特定的屬性、事件和方法。

圖1 API對象結構

SolidWorks 提供了幾百個 API函數供用戶使用，常用的API函數[12]及其注解為：

NewDocument 新建

SaveAs2 保存

SelectByID 選擇

AddMate 配合

CreateCircleByRadius2 創(chuàng)建圓

FeatureExtrusion2 拉伸實體

其中，SelectByID是最重要的函數之一，可以選擇實體特征、草圖以及點、線、面等所有的對象，其格式為：Boolstatus =PART.SelectByID(Name,Type,X,Y,Z)。其中，name指選擇對象的名稱；Type指對象的類型；X,Y,Z指被選擇對象上任意一點的坐標。

3 設計實例

3.1 容積式換熱器結構

換熱器是熱交換系統(tǒng)的關鍵產品，主要由筒體、封頭、底座、管箱、法蘭、儀表接管及機芯組件等零部件組成，如圖2所示。

圖2 容積式換熱器結構

系統(tǒng)工作流程如圖3所示，對于筒體的直徑、厚度及高度等只有參數變化而不涉及到形狀變化的部分，采用方程式設計。對于換熱器筒體與法蘭以及換熱機芯之間的裝配，采用API函數和VB語言進行二次開發(fā)的方式來實現。

3.2 基于方程式的變形設計

先設置底層的全局變量，然后將從動參數與全局變量建立方程式進行鏈接。可以通過只改變少數全局變量即達到修改全部參數的目的。

圖3 系統(tǒng)流程

3.2.1 特征壓縮

溫度計、壓力表支管數量一般有2～4個，應根據實際工藝參數而定。可以在前期將4個支管全部繪制出來，根據工藝條件判斷是否將其壓縮，對于第4個支管，賦予以下方程式：

支管4=IF(“支管數量”=4,unsuppressed,suppressed)

該方程式表示，當需要4個支管時，第4個支管不壓縮；否則，被壓縮。

3.2.2 多條件判斷

換熱器支座高度與換熱器直徑的關系見表1，這里可以使用iff多條件判斷函數建立方程式，處理上述復雜關系。以下方程式可以使支座高度根據所輸入的參數自動變化：

"h@底座" = iif ( "直徑" <= 1000 ,350 ,iif ( "直徑" <= 1400 ,420 ,iif ( "直徑" <= 1800 ,460 ,500 ) ) )

表1 支座高度 mm

3.2.3 鏈接外部文件

方程式可以鏈接到外部的TXT文件，進行數據傳輸。通過VB生成的exe應用程序，修改TXT文件中的全局變量，進而修改所有參數，滿足新工藝條件的要求。程序核心代碼如下：

Open App.Path &"" &Fillname &".txt" For Input As #1

Do While Not EOF(1)

i = i + 1

Line Input #1,LStr : L = InStr(LStr,"=")

LStr = Left(LStr,L) : LStr = LStr &A(i)

MyStr = MyStr &LStr &vbCrLf

If i = n Then Exit Do

Loop

修改全局變量后，所有的方程式快速地逐次自動求解，可以節(jié)省大量時間。

3.3 基于API的變形設計

對于換熱器筒體與法蘭以及換熱機芯之間的裝配，使用方程式技術比較難實現，這里采用API函數和VB語言結合的方式來靈活實現。對于筒體與第1個法蘭零件裝配的核心代碼與注釋如下：

…

′鏈接SolidWorks

Set SWAPP=CreateObject("SldWorks.Application")

′添加對應的法蘭零件，Name1為第1個法蘭的名稱

boolstatus = PART.AddComponent(Name1,0,0,0)

′整理點對象參數，TT為筒體名稱，ZPT為裝配體名稱

Temp1 = "Point1@原點@Name1-1@ZPT"

Temp2 = "Point1@3DSketch1@TT-1@ZPT"

′選擇點對象

boolstatus = PART.SelectByID(Temp1,"",…)

boolstatus = PART.SelectByID(Temp2,"",…)

′點與點進行裝配

Set myMate = PART.AddMate4(0,-1,False,…)

…

′面與面裝配

Set myMate = PART.AddMate4(3,0,False,…)

′重建模型

PART.EditRebuild3

…

其他零件與筒體之間的裝配代碼與上述代碼類似，不再贅述。該程序與上述修改TXT文件的程序可以整合到一起，交互界面如圖4所示，界面簡潔易懂，又具有靈活的變形功能。

圖4 程序交互界面

4 結束語

提出一種基于SolidWorks方程式和API的參數化設計方式，在零件層次和裝配體層次分別運用方程式和API函數對容積式換熱器進行參數化設計，使用VB語言建立交互界面。該參數化設計系統(tǒng)界面簡潔且變形靈活，能大幅提高設計效率。

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ParametricDesignoftheVolumetricHeatExchangerBasedontheSolidWorksEquationandAPI

WANG Xiao-xiang

(ShaanxiPuguangEnergyTechnologyCo.,Ltd.)

In order to improve the drawing efficiency of the volumetric heat exchanger,the SolidWorks-based parametric design methods,the structure of the SolidWorks equation and the hierarchy of the API object were introduced and the working principle of aforementioned two methods was analyzed and the working flow of the system was introduced in detail.Having VB language used to design the interactive interface and the parametric design system of the volumetric heat exchanger was implemented to show that,the system has simple interface,accurate drawing and it can greatly improve the design efficiency.

volumetric heat exchanger,API,SolidWorks,parametric design

王曉翔(1991-)，工程師，從事化工及新能源的研究，originalcandy@163.com。

TQ051.5

A

0254-6094(2017)04-0410-04

2016-10-13)