杆端关节轴承参数化CAD系统的研究与实现

杆端关节轴承参数化CAD系统的研究与实现 第六图书馆 结合杆端关节轴承传统设计的工程实践,利用计算机辅助设计的方法对杆端关节轴承进行了初步实践.同时,在深入研究 Pro/E的参数化建模与特征建模的基础上,综合考虑了Pro/E与Microsoft visual C+ +、Microsoft Access接口技术 、参数化设计的数据结构与数据传递关系,基于Pro/Toolink,对Pro/E进行了二次开发,实现了三维参数化计算机辅助设计系 统的开发.最终,以杆端关节轴承为例对系统进行了设计应用,验证了系统的实用性,也为其它种类的轴承甚至其它产品设计提 供了好的借鉴方法.结合杆端关节轴承传统设计的工程实践,利用计算机辅助设计的方法对杆端关节轴承进行了初步实践.同 时,在深入研究Pro/E的参数化建模与特征建模的基础上,综合考虑了Pro/E与Microsoft visual C+ +、Microsoft Access接口技术、参数化设计的数据结构与数据传递关系,基于Pro/Toolink,对Pro/E进行了二次开发,实现了三维参数化计 算机辅助设计系统的开发.最终,以杆端关节轴承为例对系统进行了设计应用,验证了系统的实用性,也为其它种类的轴承甚至 其它产品设计提供了好的借鉴方法.参数化 CAD Pro/E 杆端关节轴承机械制造与自动化李秋实 刘印锋 韩 虎 1临沂师范学院,工程学院,山东临沂276005 2临沂师范学院,信息学院,山东临沂2760052007第六图书馆 第六图书馆 信息技术 李秋实， 等 杆端关节轴承参数化 C A D系统的研究与实现 杆 端 关 节 轴 承 参 数 化 CAD 系 统 的 研 究 与 实 现 李秋实 ， 刘印锋 ， 韩虎 ( 1 临沂师范学院 工程学院， 山东 临沂 2 7 6 0 0 5 ： 2 临沂师范学院 信息学院， 山东 临沂 2 7 6 0 0 5 ) 摘要： 结合杆端关节轴承传统设计的工程实践， 利用计算机辅助设计的方法对杆端关节轴承 进行了初步实践。同时， 在深入研究P r o E的参数化建模与特征建模 的基础上， 综合考虑 了 P ro E与Mi c r o s o f t v i s u a l C+ +、 Mi c r o s o f t A c c e s s 接 口技术、 参数化设计的数据结构与数据传递 关系， 基于P r o T o o l i n k ， 对 P r 0 厄 进行了二次开发， 实现了三维参数化计算机辅助设计系统的 开发。最终， 以杆端关节轴承为例对系统进行 了设计应用， 验证了系统的实用性， 也为其它种 类 的轴承甚至其它产 品设计提供 了好 的借鉴方 法。 关键词： 参数化； C A D； P r o E； 杆端关节轴承 中图分类号 ： T P 3 9 1 7 2 文献标识码 ： B 文章编号 ： 1 6 7 1 5 2 7 6 ( 2 0 0 7 ) 0 4 0 0 9 2 0 3 S t u d y a n d Re a l i z a t i o n o f t h e P a r a me t r i c 3 Di me n s i o n CAD S y s t e m o f M i n i a t u r e Ro d En d Ba l l Be ar i n g L I Qi u s h i ， L I U Yi n f e n g z ， HAN Hu ( 1 E n g i n e e ri n g C o l l e g e ， L i n y i T e a c h e r S Co l l e g e ， L i n y i 2 7 6 0 0 5 ， C h i n a ； 2 I n f o r ma t i o n Col l e g e ， L i n y i T eac h e r S Co l l ege ， L i n y i 2 7 6 0 0 5 。 C h i n a ) Ab s t r a c t ： I n c o mb i n a t i o n wi t h t h e e n g i n e e r i r lg p r a c t i c e s o f t h e t r a d i t i o n a l d esi g n o f t h e Mi n i a t u r e Ro d En d Ba l l B e a r i n g ， Mi n i a t u r e Rod En d Ba l l B e a r i n g i s p u t i n t o p r i ma r y p r a c t i c e wi t h t h e u s e o f t h e t e c h n i q u e o f C ADMean wh i l e ，o n t h e b a s i s o f l u c u b r a t i n g p a r a me t r i c mod e l i n g a n d c h a r a c t e ri s t i c mod e l i n g o f P m E， i t s i t o c o n s i d e r comp r e h e n s i v e l y t h e i n t e r f a c e t e c h n i q u e o f P r o E a n d M i c r o s o f t Vi s u a l C+、 Mi c r o s o f t Ac c e s s a n d t h e r e l a t i o nsh i p b e t we e n p a r am e t ri c d esi gn e d d a t a f r am e a n d d a t a t r a n s f o rm a t i o n s y n t h e t i c a l l y On t h e b a s i s o f Pr o To o l i n k，t h e s e c o n d e x p l o i t a t i o n o f Pr o E h a s r eal i z ed t h e e x p l o i t a t i o n o f t h e 3 D p a r am e t ri c CAD s y s t e mF i n a l l y ，t h i s p a p e r p u t s t h e s y s t e m i n t o p r a c t i c e wi t h t h e e x a mp l e o f Mi n i a t u r e Rod En d Ba l l Be a r i n g，wh i c h h a s con f i rm ed t h e p r a c t i c a b i l i t y o f t h i s s y s t e m，a n d a l s o p r o v i d ed t h e g o o d mode l me t h od f o r o t h e r t y p es b ear i n g an d e v e n o t h e r p r o d u c t d esi g n s Ke y wo r d s ： p a r am e t r i c ；CAD；Pr o E；mi n i a t u r e r od e n d b a l l b e a r i n g 0 引言 机械产品的设计从产品构思 、 概念表达、 结构设计 、 性 能分析到最终的产品加工是一个非常复杂的过程， 传统的 设计方法缺乏创新性 、 灵活性， 其效率也低， 严重影响了产 品的上市时间， 已成为现代化产品设计的瓶颈， 而三维参 数化计算机辅助设计是当今设计领域研究的热点 ， 是解决 上面问题的出路之一。 1 参数化设计 参数化设计( p a r ame t ri c d i me n s i o n d r i v e n ) l 卜0 的一种 驱动机制即参数驱动， 参数驱动机制是基于对图形数据的 操作。通过参数驱动机制 ， 可以对图形的几何数据进行参 数化修改。 参数化技术以约束为核心， 是一种比约束 自由造型技 术更新颖、 更好的造型技术。该技术将复杂的设计过程分 解为三个子过程 ， 即草图设计 、 对草图施加约束以及约束 求解。参数化技术具有以下三方面的优点 ： a )设计人员的初始设计要求低。无须精确绘图， 只 需勾绘草图即可， 然后通过适当的约束得到所需精确图 形 ； b )便于系列化设计。一次设计成型后， 可通过尺寸 的修改得到同种规格零件的不同尺寸系列 ； C ) 便于编辑、 修改， 能满足反复设计需要。当在设计 中发现有不适当的部分时， 设计者可通过修改约束而方便 地得到新的设计。 这些优点使得参数化技术非常适合于对整个设计过 程的支持。因为设计的目的是为了满足一定的功能需求， 而这些功能需求往往可以转化为适当的设计约束。设计 者通过对设计约束 的控制可以方便灵活地实现产品的 功能 。 2 系统的开发 我们对三维参数化设计进行了理论研究， 也为本文的 基金项 目： 山东省科技发展计划重大课题 “ 复杂产品虚拟样机技术研究” ( 课题编号 0 3 1 1 1 0 1 1 9 ) 。 9 2 h t t p ： Z Z H D c h i o u r mI n e t c n E ma i l ： Z Z H D c h i n a j o u m a 1 n e t c n 机械制造与 自动化 维普资讯 第六图书馆 第六图书馆 信息技术 李秋实， 等 杆端关节轴承参数化 C AD系统的研究与实现 计算机辅助设计系统的开发打下了坚实的基础。本文就 以GI X S系列的杆端关节轴承的三维参数化计算机辅助 设计为例， 利用面向对象语言友好 的人机接 口界面， 对 P r o E进行T-次开发N , 5 1 ， 开发出一种杆端关节轴承三 维参数化 C AD 系统 ， 现将该系统进行具体的介绍。 2 1 设 计流程 通过对系统要求的综合考虑 ， 确定系统程序流程如图 1 所示。具体如下 ： 1 )启动程序， 进行用户身份验证 ； 2 ) 进入系统主界面， 选择设计菜单中的主参数设计 ， 确定杆 端关节轴承的基本参数； 3 )杆端关节轴承由壳体和关节 球两个部分， 对主要零部件进行设计 ； 4 )每个部件设计中 再细分为选型设计、 总体设计( 部件各零件主要参数设计) 和装配设计等； 5 ) 对修改后的主要零件进行有限元分析， 分析修改参数的合理性； 6 )保存符合要求的模型及保存 、 打印符合需要的工程图； 7 )完成杆端关节轴承的设计过 程 ， 退 出系统 。 图 1 系统程序流程 2 2 系统 的结构功能及说 明 通过前面的研究， 我们最终将杆端关节轴承三维参数 化 C AD 系统l 6 J 的构成设计成如图 2 所示。 杆端关节轴承三维参数化 C AD 系统主要由通讯接口 子系统、 参数确定子系统、 图形生成子系统、 装配子系统、 公差尺寸标注子系统、 数据管理子系统和有限元分析子系 统等组成， 现将该系统的主要子系统的功能特点介绍如 下 ： a )接口子系统： 该子系统负责完成软件与开发工具 Ma c h i n e Bu i Mi n g Au t o ma t i o n， Au g2 0 0 7， 3 6( 4) ： 9 29 4 杆端关节轴承 辅助设计系统 通讯接 口子系统 参数确定子系统 图形生成子系统 装配子 系统 公差尺寸标注子 系统 数据管理子 系统 帮助子系统 图 2 系统构成 图 软件接 f =1 模块接 口 二维 图形 三维 图形 零件模型 装配模 型 之间的数据传送通讯。具体的说， 各个模块子系统之间的 数据相互调用也属于接口系统部分， 它们可以通过关键字 来实现。系统的最终目的是要对 P r o E软件进行操作， 所 以必然涉及 P r o E软件系统环境参数的设置， 以及一系列 与绘图有关的对象， 属性， 类等。以 VB A开发工具为例， P r o E提供了丰富的对象集合 ， 如 A p p l i c a t i o n ( 应用程序) 对象、 T o o l b a r ( I具条) 对象等； b )参数确定子系统 ： 参数化设计的机制是参数驱动， 所以该子系统是本设计系统的基础模块。涉及几大类杆 端关节轴承的设计参数很多， 比如公称油压、 张拉力、 各个 零件的尺寸参数及其关联尺寸参数等， 只有确定好这些参 数， 才可实现参数化的绘图， 并实现部分或全部的参数化 的装配。其中一些参数可以由公式直接得到， 另外还有一 些标准件的参数可以从数据库中提取 ； C )图形生成子 系统： 这是本设计系统的关键模块。 系统的最终目的就是由已知参数来形成各个零件的二维 工程图和三维立体图， 并可 自动根据尺寸的大小调节比 例， 即工程图样的自动生成 ， 实现真正的“ 甩图板” 设计。 P r o E软件中内嵌的 V B A拥有丰富的可供 P r o E直接操 作的对象， 方法 ， 属性等， 使得零件 图的生成可以顺利实 现 ； d )装配子系统： 三维设计软件的优点在于一方面直 接反映物体的真实外形而不像二维图形的抽象， 另一方面 更重要的就是在于三维设计软件可以实现 自上而下的设 计 ， 有零件生成子系统生成每种型号的零件后可由该系统 进行装配设计 ， 其间涉及到的装配干涉等问题可以自动检 测， 发现问题后提示设计人员修改某些参数， 然后重新返 回零件设计子系统 ， 重新调整其他参数进行重新设计。另 外， 从三维装配图中如若发现不合理的地方后都可以重新 返回设计。由于三维图形的直观性， 可以大大提高设计效 率 ； e )有限元分析模型参数化子系统： 该模块负责完成 一 系列的有关性能测试 的任务。零件图和装配图生成后 还需要对它进行性能测试， 如抗拉抗压强度验算是否超过 极限， 安全系数如何等， 这些问题可以用程序代码来实现 ， 但是为了直观起见， 我们最好将其进行动态测试。有限元 分析就是检验零部件受力后安全稳定性的重要而有效的 9 3 维普资讯 第六图书馆 第六图书馆 信息技术 李秋实， 等 杆端关节轴承参数化 C AD系统的研究与实现 手段之一。 高版本的软件本 身带有有限元分析的功能 ， 通过对受 力物体施加约束 和施 加力 ， 以及进行单元格 的划分后就 可 以进行受力分析 ， 它最后 给 出三种形式 的结果 ： 1 ) 截 面变 形图； 2 ) 应力应变图； 3 ) 以表格形式给出数值图表， 包括纵 向变形， 横向变形， 在某方向的最大变形。通过这种方式 可 以很直观地看出零部件受力后的情况。 3 系统的 实现与应用 杆端关节轴承三维参数 化辅 助设计系 统一方 面体 现 在其参数化设计的功能上， 另一方面， 为了避免以前的二 维设计只能对设计进行抽象反映并且只能实现 自下而上 的设计的缺陷， 所开发的设计系统还要体现它的三维造型 能力 。 3 1 生成 工程 图 整个系统有两大主体模块： 参数确定模块和图形生成 模块。图形由参数驱动。以杆端这个零件为例， 在确定了 它的所有参数以后， 通过绘图程序可直接生成如图 3所示 的三维图和二维图。图中菜单栏中的最右侧的“ 杆端关节 轴承” 菜单是作者自己开发的专用菜单。 图 3 确定参数生成工程图 3 2 有 限元分析 系统 自动启用 P r o E的有限元分析工具 ， 满足各个设 置要求后 进行有限元分析。图 4是有 限元 分析对话框 ； 图 5是有 限元分析结果 。 3 3 性能仿真 受试验条件所限， 缺少大型的仿真软件如 AD A MS 等， 所以无法进行动态仿真。本系统通过编制程序代码 ， 对整个系统进行了静态性能仿真分析， 生成的性能曲线可 以帮助了解杆端关节轴承的工作动态。 4 结 论 本文重点讲述了杆端关节轴承三维参数化 C AD 系统 的具体实现过程。利用面向对象语言友好的人机接 口界 面， 对 P r o E进行了二次开发。用户只需选择所需的杆端 关节轴承的型号， 系统即可自动进行设计计算， 并根据用 9