（机械设计及理论专业论文）智能安全阀三维cad系统的开发与研究.pdf

东北大学硕士论文摘要 智能安全阀三维c a d 系统的开发与研究 摘要 安全阀广泛用于国民经济的石油、发电、冶金、城建、轻工、农业、国防、 尖端科技等各个部门。如今，国内外对阀门的需求量越来越大，用户对产品的质 量、更新速度以及产品从设计到投放市场的周期都提出了越来越高的要求。而阀 门行业的设计手段极为落后，仍停留在传统的手工设计水平上，已远远不能满足 现代工业生产发展的要求，因此，采用c a d 技术中的参数化设计来提高阀门行业 的设计水平显得十分必要。 参数化设计是指通过改动图形的某一部分或某几部分的尺寸，自动完成对图形 中相关部分的修改，从而实现同类结构机械产品的快速修改与设计。其中，进行驱动 所需的几何信息和拓扑信息需利用商用三维c a d 的交互功能或二次开发接口来提 取。 本文在深入分析阀门设计理论的基础上，通过采用模块化设计技术、参数化特 征建模技术、技术文件生成与管理技术、数据库技术，并开发相应软件的接口程 序，使系统平台和支撑软件有机的结合起来，实现了系统的设计、校核、技术文 件生成与管理、参数化绘图为一体的综合型c a d 系统。 本文以w i n d o w s 操作系统为支撑平台，按软件工程的方法，采用面向对象的 开发技术和关系型数据库技术，以s o ls e r v e r2 0 0 0 数据库为支撑，开发了安全阀 参数化设计的c a d 系统，实现了阀门设计的自动化。并以s o l i d w o r k s 为三维建模 支撑平台，充分利用了s o l i d w o r k s 强有力的尺寸驱动和建模功能，将阀门参数化 设计与三维建模相联系，实现阀门零件的参数化建模和二维图纸的生成，并根据 阀门设计的需要，建立了阀门零件的标准件库，实现了阀门设计、三维建模，二 维图纸的标准化，规范化、智能化。这对提高产品标准化和规范化程度，提高阀 门行业的设计水平，推动企业的科技进步具有重要意义。 关键词：三维建模；参数化；二次开发：尺寸驱动 i i 东北大学硕士论文 a b s t r a c t t h e d e v e l o p m e n t a n ds t u d yo n i n t e l l i g e n t s a f e t yv a l v e t h r e e - d i m e n s i o n a lc a d s y s t e m a b s 仃a c t s a f e t yv a l v ei sw i d e l yu s e di nm a n yd e p a r t m e n ts u c ha so i l 、t h eg e n e r a t i o no f e l e c t r i c i t y 、m e t a l l u r g y ，o u t s k i r t so f ac i t y 、1 i g h ti n d u s t r y ，a g r i c u l m r e ，n a t i o n a ld e f e n s e e t c n o w ，m o r ea n dm o r ev a l v e sa r ed e m a n d e di nd o m e s t i ca n df o r e i g n o e s e r sh a v e h i g h e ra n dh i g h e rr e q u i r e m e n to nv a l v e sq u a l i t y ，_ s p e e do fu p d a t i n ga n dt h ep e r i o do fa n e wp r o d u c tf r o mi t sd e s i g nt ot h em a r k e t b u lb e c a u s eo ft h eb a c k w a r dd e s i g n i n g m e t h o do fv a l v e ，i ts t i l lp a u s e di nt h et r a d i t i o n a lm a n u a ld e s i g nl e v e la n dd o n ts a r i s f y o fr e q u i r e m e n to fm o d e r ni n d u s t r yp r o d u c t i o nd e v e l o p m e n t s oi ti sv e r yn e c e s s a r yt o a d o p tp a r a m e t e rt e c h n o l o g yo fc a dt e c h n o l o g yt oi m p r o v et h ed e s i g nl e v e lo fv a l v e i n d u s t r y p a r a m e t e rd e s i g nr e f e r st ot h ea u t o m a t i cm o d i f i c a t i o no ft h eg r a p ho nc o n d i t i o no f t h es i z ec h a n g eo f s o m ep a r t s b yt h i sm e a n s ，t h ef a s tr e v i s i o na n dd e s i g no f m e c h a n i c a l p r o d u c t s 谢t hs i m i l a rs t r u c t u r e c a nb ea c h i e v e d t h eg e o m e t r yi n f o r m a t i o na n dt h e a n a l y s i ss i t u si n f o r m a t i o ne s s e n t i a lt oa c t u a t e dn e e ds h o u l db eo b t a i n e dt h r o u g ht h e i n t e r a c t i v ef u n c t i o no rr e d e v e l o p m e n tc o n n e c t i o no fc o m m e r c i a lt h r e e d i m e n s i o n a l c a d b a s i n go nt h ed e e pa n a l y s i so fs a f e t yv a l v ed e s i g nt h e o r y , u s i n gm o d u l a rd e s i g n t e c h n o l o g y ，p a r a m e t e rc h a r a c t e r i s t i c sm o l dc o n s t r u c t i o nt e c h n o l o g y , t e c h n i c a ld o c u m e n t p r o d u c t i o na n dm a n a g e m e n tt e c h n o l o g y , d a t a b a s et e c h n o l o g y , a n dd e v e l o p i n gc o n n e c t i o n p r o g r a mo fc o r r e s p o n d i n gs o f l w a r e s ，o r g a n i cc o n n e c ts y s t e mp l a t f o r ma n ds u p p o r t i n g s o f t w a r e ，t h i sa r t i c l er e l i z e sas y n t h e s i sc a ds y s t e mo nd e s i g n ，c h e c k i n g , e c h n i c a l d o c u m e n tp r o d u c t i o na n dm a n a g e m e n t ，p a r a m e t e rd r a w i n g t a k i n gt h ew i n d o w so p e r a t i o ns y s t e m a st h e s u p p o r tp l a t f o r ma n ds o f t w a r e e n g i n e e r i n gm e t h o d sa st h eb a s i s ，t h i st o p i cw i l lu s et h eo b j e c t o r i e n t e dd e v e l o p m e n t ，i i i 东北大学硕士论文 a b s t r a c t t e c h n o l o g ya n d t h er e l m i o n md a t a b a s et e c h n o l o g y ，t a k i n gt h es o ls e r v e r2 0 0 0d a t a b a s e a ss u p p o n i o nt od e v e l o pas e to fs a f e t yv a l v ep a r a m e t e rd e s i g nc a d s y s t e ma n dr e a l i z e t h ea u t o m a t i o no fs a f e t yv a l v ed e s i g n a n dt a k i n gs o l i d w o r k sa st h r e e d i m e n s i o n a lm o l d c o n s t r u c t i o ns u p p o r tp l a t f o r m ，t h i ss y s t e mm a k e sf u l lu s eo ft h ep o w e r f u ls i z ea c t u a t i o n o fs o l i d w o r k st or e v i s e g r a p h f u n c t i o na n dc o n s t r u c tt h e p r o d u c t s m o d e l f u c t i o n ，c o n n e c ts a f e t yv a l v ep a r a m e t e rd e s i g na n dt h r e e - d i m e n s i o n a lm o l dc o n s t r u c t i o n ， r e a l i z ep a r a m e t e rm o l dc o n s t r u c t i o na n dt h ep r o d u c t i no f t w o d i m e n s i o n a lb l u e p r i n t so f s a f e t yv a l v ec o m p o n e n t s a n da c c o r d i n gt ot h er e q u i r e m e n to fs a f e t yv a l v ed e s i g n ，t h e s t a n d a r dc o m p o n e n td a t a b a s eo fs a f e t yv a l v es y s t e mi se s t a b l i s h e d a l lo ft h e s er e a l i z e t h es t a n d a r d i z a t i o na n di n t e l l i g e n t i z a f i o no ft h ev a l v ed e s i g n ，t h r e e d i m e n s i o n a lm o l d c o n s t r u c t i o na n dt w o - d i m e n s i o n a lb l u e p r i n t s t h e s eh a v ei m p o r t a n tm e a n i n gt op r o m o t e t h ep r o d u c ts t a n d a r d i z a t i o n ，a n di m p r o v et h ed e s i g nl e v e la n dp u s hf o r w a r dt h es c i e n c e a n dt e c h n o l o g yp r o g r e s s e so f e n t e r p r i s e s k e y w o r d ：t h r e e d i m e n s i o n a lm o l dc o n s t r u c t i o n ；p a r a m e t e r i z a t i o n ；r e d e v e l o p m e n t ；s i z e a c t u a t i o n i v 独创性声明 本人声明，所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中所 取得的研究成果除加以标准和致谢的地方外，不包含其他人已经发表或 撰写过的研究成果，也不包含本人为获得其他学位而使用过的材料。与 我同工作的同志对本研究所做的贡献已在论文中作了明确的说明并表 示谢意。 学位论文作者签名：昨藕鸦 日期：童石2 a 5 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使用学位 论文的规定：即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印 件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人同意东北大学可以将学位论文 的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、交流。 ( 如作者和导师不同意网上交流，请在下方签名；否则视为同意) 学位论文作者签名：导师签名： 签字日期：签字日期： 东北大学硕士论文第一章绪论 1 1c a d 技术概述 1 1 1c a d 的基本概念 第一章绪论 c a d 即计算机辅助设计，是指利用计算机硬件和软件来辅助工程或产品设 计的活动，包括使用计算机的数据库、程序库及通讯等技术来完成设计过程的信 息检索、分析、综合、造型、修改及文件编制工作【l l 2 1 。 1 1 2c a d 的发展历史 c a d 技术起步于2 0 世纪5 0 年代后期。1 9 6 2 年，美国麻省理工学院( m r r ) 的d t r o s s 和s a c o o n s 合作，开始探索计算机辅助机械设计的可能性。c o o n s 在题为计算机辅助设计需求纲要( a no u t l i n eo ft h er e q u i r e m e n t sf o rt h e c o m p u t e r a i d e dd e s i g n ) 的报告中，对计算机辅助设计作了如下的描绘：“设计师 坐在c r t ( 显示器) 的控制台前用光笔操作，从概念设计到生产设计以至制造， 都可以实现人机对话，设计人员可以随心所欲的对计算机显示的图形进行增、删、 改“这里首次提出了计算机辅助设计和制造的概念。与此同时，m i t 的林肯 ( l i n c o l n ) 研究所的博士生i e s u t h e r l a n d 提出了用光笔在显示器上选取、定位图 形要素的s k e t c h - p a d 系统。使用该系统，设计者可以在控制台上对问题及问题的 解决直接通信，实现了人机对话式的交互作业。他还提出了用不同的层来表示某 一工程图的轮廓、剖面线和尺寸。这个系统为交互式图形学和计算机辅助技术奠 定了基础。 c a d 技术刚开始发展时，人们是希望借助此项技术摆脱繁琐、低精度的传统 手工绘图，这时的c a d 只能称之为计算机辅助绘图，随后出现的三维线框c a d 系统只能表达基本的几何信息，不能有效表达几何数据间的拓扑关系，并且缺乏 形体的表面信息，c a e 、c a m 等无法实现，于是又有了三维曲面造型系统。三维 曲面造型系统首次实现了以计算机完整描述产品零件的主要信息，同时也使得 c a m 系统的开发有了实现的基础。但是表面模型只能表达形体的表面信息，难以 完整表达零件的其他特征，如质量、重心、惯性矩等。而实体造型技术的出现则 1 东北大学硕士论文第一章绪论 解决了这问题，因此也得到了长足的发展。 2 0 世纪8 0 年代中期，种比无约束自由造型更好的算法参数化实体造 型技术被提了出来。他的主要特点是：基于特征、全尺寸约束、全数据相关、尺 寸驱动设计修改。其后，s d r c 公司又提出了一种比参数化技术更为先进的实体造 型技术变量化技术，将c a d 技术又推上了一个新的高度。现在，大多数的 c a d c a m 软件都采用了将优越的参数化和变量化技术与传统的线框、表面、实体 造型结合在一起的方式，这一结合已被证明是强有力的f 4 】。 1 1 ，3c a d 的基本功能 一个完备的c a d 系统，应具备如下功能： ( 1 ) 科学计算 能进行各种复杂的工程计算，设计优化，动态模拟。 ( 2 ) 图像处理 能进行几何构型，交互式图形输入、显示和修改，自动绘图。 ( 3 ) 数据处理 有完善的数据库系统，能对设计、计算、绘图中所使用的大量信息进行 存取、查找比较、加工和处理。 ( 4 ) 分析检验 能对所做设计结果进行检验、性能分析与评价。 ( 5 ) 文件编制 能编制各种技术文档资料，包括材料明细表、概预算等。 ( 6 ) 人工智能 将c a d 与专家系统结合，形成所谓智能c a d ，能仿照人类专家的能力 进行逻辑与推理、决策等。 1 1 4c a d 技术的发展方向 c a d 技术作为成熟的普及技术已在企业中广泛应用。从总体上说，c a d 技术 的发展趋势是集成化、智能化、标准化、嗣络化。 ( 1 ) 集成化 集成化就是向企业提供一体化的解决方案。集成化的含义是多角度、多层次 的，它可以是一个c a d 系统内部各模块之间的集成，或者是体现一个企业引进的 多种c a d 系统之间的集成，也可以理解为工程设计领域c a d 、c a p p 、c a m 、c a e 2 一 东北大学硕士论文第一章绪论 解决了这一问题，因此也得到了长足的发展。 2 0 世纪8 0 年代中期，一种比无约束自由造型更好的算法参数化实体造 型技术被提了出来。他的主要特点是：基于特征、全尺寸约束、全数据相关、尺 寸驱动设计修改。其后，s d r c 公司又提出了一种比参数化技术更为先进的实体造 型技术变量化技术，将c a d 技术又推上了一个新的高度。现在，大多数的 c a d c a m 软件都采用了将优越的参数化和变量化技术与传统的线框、表面、实体 造型结台在一起的方式，这一结合已被证明是强有力的。 1 1 3c a d 的基本功能 一个完备的c a d 系统，应具备如下功能： ( 1 ) 科学计算 能进行各种复杂的工程计算，设计优化，动态模拟。 ( 2 ) 图像处理 能进行几何构型，交互式图形输入、显示和修改，自动绘图。 ( 3 ) 数据处理 有完善的数据库系统，能对设计、计算、绘图中所使用的大量信息进行 存取、查找比较、加工和处理。 ( 4 ) 分析检验 能对所做设计结果进行检验、性能分析与评价。 ( 5 ) 文件编制 能编制各种技术文档资料，包括材料明细表、概预算等。 f 6 ) 人工智能 将c a d 与专家系统结合，形成所谓智能c a d ，能仿照人类专家的能力 进行逻辑与推理、决策等。 1 1 4c a d 技术的发展方向 c a d 技术作为成熟的普及技术已在企业中广泛应用。从总体上说，c a d 技术 的发展趋势是集成化、智能化、标准化、网络化， ( 1 ) 集成化 集成化就是向企业提供一体化的解决方案。集成化的含义是多角度、多层次 的，它可以是一个c a d 系统内部各模块之问的集成，或者是体现一个企业引进的 多种c a d 系统之间的集成，也可以理解为工程设计领域c a d 、c a p p 、c a m 、c a e 多种c a d 系统之间的集成，也可以理解为工程设计领域c a d 、c a p p 、c a m 、c a e 2 东北大学硕士论文第一章绪论 解决了这问题，因此也得到了长足的发展。 2 0 世纪8 0 年代中期，种比无约束自由造型更好的算法参数化实体造 型技术被提了出来。他的主要特点是：基于特征、全尺寸约束、全数据相关、尺 寸驱动设计修改。其后，s d r c 公司又提出了一种比参数化技术更为先进的实体造 型技术变量化技术，将c a d 技术又推上了一个新的高度。现在，大多数的 c a d c a m 软件都采用了将优越的参数化和变量化技术与传统的线框、表面、实体 造型结合在一起的方式，这一结合已被证明是强有力的f 4 】。 1 1 ，3c a d 的基本功能 一个完备的c a d 系统，应具备如下功能： ( 1 ) 科学计算 能进行各种复杂的工程计算，设计优化，动态模拟。 ( 2 ) 图像处理 能进行几何构型，交互式图形输入、显示和修改，自动绘图。 ( 3 ) 数据处理 有完善的数据库系统，能对设计、计算、绘图中所使用的大量信息进行 存取、查找比较、加工和处理。 ( 4 ) 分析检验 能对所做设计结果进行检验、性能分析与评价。 ( 5 ) 文件编制 能编制各种技术文档资料，包括材料明细表、概预算等。 ( 6 ) 人工智能 将c a d 与专家系统结合，形成所谓智能c a d ，能仿照人类专家的能力 进行逻辑与推理、决策等。 1 1 4c a d 技术的发展方向 c a d 技术作为成熟的普及技术已在企业中广泛应用。从总体上说，c a d 技术 的发展趋势是集成化、智能化、标准化、嗣络化。 ( 1 ) 集成化 集成化就是向企业提供一体化的解决方案。集成化的含义是多角度、多层次 的，它可以是一个c a d 系统内部各模块之间的集成，或者是体现一个企业引进的 多种c a d 系统之间的集成，也可以理解为工程设计领域c a d 、c a p p 、c a m 、c a e 2 一 东北大学硕士论文 第一章绪论 系统之间的集成，进一步发展成为支持产品开发的整个生命周期的集成化系统。 犯) 智能化 机械产品的设计是一种复杂的创造性劳动，其中的活动可归纳为两类：一类 是数值计算型工作，另一类是符号推理工作。一般的机械c a d 以数值计算为主体， 能比较圆满的完成第一类工作，而要完成第二类工作则有困难，因为第二类工作 难用一个明确的数学模型表达清楚，要求解的是非数值型问题。 人工智能领域的一个分支专家系统，为实现上述非数值计算的智能行为 提供了有力的手段。将其引入c a d 系统，使得c a d 系统具有专家的经验和知识， 具有学习、推理、联想和判断的能力，以及智能化的视觉、听觉、语言豹处理能 力，从而能达到设计自动化的目的。 f 3 ) 标准化 除了c a d 支撑软件逐步实现i s o 标准和工业标准外，面向应用的标准构件、 标准化方法也成为c a d 系统中的必备内容，且向着合理化工程设计的应用方向发 展。 传统形式的手画工程图已经有了成熟的国际标准，相互都能理解。而存储在 磁盘、光盘上的形形色色的c a d 二进制数字记录，要想实现标准化就复杂、困难 得多。从8 0 年代中期起，i s o 国际标准化组织着手酝酿制订这类标准，称作 i s 0 1 0 3 0 3 产品数据表达与交换标准，简称s t e p 。它要涵盖所有人工设计的产 品，采用统一的数字化定义方法。由于s t e p 标准涉及的面非常宽，众口难调，标 准的制定过程十分缓慢，存在问题很多。 c a d 软件一般应集成在一个异构的工作平台之上，为了支持异构跨平台的环 境，就要求它应是一个开放的系统，这里主要是靠标准化技术来解决这个问题。 目前标准有两大类：一是公用标准，主要来自国家或国际标准制定单位；另一是 市场标准或行业标准，属私有性质。前者注重标准的开放性和所采用技术的先进 性，而后者以市场为导向，注重考虑有效性和经济利益。后者容易导致垄断和无 谓的标准战。 f 1 ) 网络化 随着计算机网络的飞速发展，c a d 系统的网络化已经是不可阻挡的历史潮流。 网络化可以充分发挥系统得总体优势，共享昂贵的设备，节省投资，不同设计人 员可以在网络上方便的交换设计数据。现在的c a d 系统正在逐步与i n t e m e t 整合， 在企业行为国际化的大潮下，在e x t r a n e t 的大环境下建立c a d 系统已成为必然趋 势。 3 一 东北大学硕士论文第一章绪论 1 2 阀门概述 阀门是管路流体输送系统中控制部件，它是用来改变通路断面和介质流动方向， 具有导流、截止、调节、节流、止回、分流或溢流卸压等功能。 用于流体控制的阀门，从最简单的截止阀到极为复杂的自控系统中所用的各 种阀门，其品种和规格繁多，阀门的公称通径从极微小的仪表阀大至通径达l o m 的工业管路用阀。阀门可用于控制水、蒸汽、油品、气体、泥浆、各种腐蚀性介 质、液态金属和放射性流体等各种类型流体的流动，阀门的工作压力可从 1 3 x i o m p a 到1 0 0 0 m p a 的超高压，工作温度从。2 6 9 的超低温到1 4 3 0 的高温。 阀门的控制可采用多种传动方式， 如手动、电动、液动、气动、蜗轮、电磁动、 电磁一液动、电一液动、气一液动、正齿轮、伞齿轮驱动等；可以在压力、温度或 其它形式传感信号的作用下， 按预定的要求动作，或者不依赖传感信号而进行简 单的开启或关闭，阀门依靠驱动或自动机构使启闭件作升降、滑移、旋摆或回转 运动，从而改变其流道面积的大小以实现其控制功能【1 9 】【2 0 】 2 8 1 。 1 2 1 阀门的用途 阀门是一种管路附件，它是用来改变通路断面和介质流动方向，控制输送介质 运动的一种装置，具有导流、截止、调节、节流、止回、分流或溢流卸压等功能。 具体讲，阀门有以下几种用途： ( 1 ) 截断阀类：接通或截断管路中各段中的介质。如闸阀、截止阀、球阀、旋 塞阀、隔膜阀、蝶阀等。 f 2 1 调节阀类：调节管路中介质的流量和压力。如节流阀、调节阀、减压阀、 安全阀等。 0 ) 分流阀类：改变管路中介质的流动方向，用于分配、分离或混合介质。如 分配阀、三通旋塞阀、三通或四通球阀、疏水阀等。 1 2 2 阀门的分类 阀门的种类繁多，随着各类成套设备工艺流程和性能的不断改进，阀门种类 还在不断增加，但总的来说可分为两大类： ( 1 ) 自动阀门 依靠介质( 液体、气体、蒸汽等) 本身的能力而自行动作的阀门。如安全阀、止 4 东北大学硕士论文第一章绪论 回阀、减压阀、疏水阀、水力控制阀、紧急切断阀、排气阀等。 ( 2 ) 驱动阀门 借助手动、电动、液动和气动来操纵的阀门。如闸阀、截止阀、节流阀、蝶阀、 球阀、平衡阀、柱塞阀、旋塞阀等。 阀门依靠自动或驱动机构使启闭件升降、滑移、旋摆或回转的运动，从而改变 其流道面积的大小，以实现其控制功能。 此外，阀门还有以下几种分类方法。 ( 1 ) 按结构特征分 根据启闭件相对于阀座的移动方向可分为： ( a ) 截门形：启闭件沿着阀座的中心线移动。 m ) 闸门形：启闭件沿着垂直于阀座中心线的方向移动。 ( c ) 旋塞和球形：启闭件是柱塞或球体，围绕本身的轴线旋转。 ( d ) 旋启形：启闭件围绕阀座外的轴线旋转。 ( e ) 蝶形：启闭件的圆盘，围绕阀内的轴线旋转( 中线式) 或阀座外的轴线旋转( 偏 心式) 滑阎形：启闭件在垂真于通道的方向上向上滑动埘。 ( 2 ) 按操纵方法分：根据不同的操纵方法可分为： ( a ) 手动阀f 1 - - 借助手轮、手柄、扳手、杠杆或链轮等。由人力来操纵的阀门， 当需要传递较大的力矩时，可装蜗轮、齿轮等减速装置。 ( b ) 电动阀门一借助于电动机、电磁或其它电气来操纵的阀门。 ( c ) 液动或气动阀门一借助于液体( 水、油等液体介质) 或气体操纵的阀门。 ( d )自动阀门一依靠介质( 液体、气体、蒸汽) 本身的能力而自行动作的阀门。 ( 3 ) 按主要参数分类 ( a ) 按压力分： 真空阀工作压力低于标准大气压的阀门，绝对压力小于o 1 m p 酊即7 6 0 m m 汞 柱高) 的阀门，通常用毫米水柱( m m h 2 0 ) 或毫米汞柱( m m s g ) 表示压力。 低压阀f - - 公称压力p n s l 6 m p a 的阀门。 中压阀门公称压力p n 2 5 6 4 m p a 的阀f - j ( 2 5 一- 6 4 k g ) 。 高压阀门一公称压力p n l 0 0 8 0 o m p a 的润j - j 0 0 0 8 0 0 k g ) 。 超高压阀门一公称压力 1 0 0 m p a 的阀f q ( 1 0 0 0 , - d 万k 曲。 c b ) 按介质工作温度分： 常温阀一- 4 0 t 4 5 0 的阀门。 底温阀1 0 0 ! l s 一4 0 的阀门。 超低温阀t - 1 0 0 * c 的阀门。 ( c ) 按公称通径分： 小口径阀门一公称通径d n 1 2 0 r a m 的阀门。 ( d ) 按与管道连接的方式分： 螺纹连接阀门一阀体上带有内螺纹或外螺纹，与管道采用螺纹连接。 法兰连接阀门一阀体上带有法兰，与管道采用法兰连接。 焊接连接阀门一阔体上带有焊口，与管道采用焊接。 对夹连接阀门一用双头螺栓将阀门连接在管道上的法兰之间。 夹箍连接阀门一阀体上带有夹口纹，与管道采用夹箍连接。 卡套连接阔门一采用卡套与管道连接。 ( 4 ) 阀门通用分类法 这种分类法既按原理、作用又按结构划分，是目前国内、国际最常用的分类方 法。一般分为：闸阀、截止阀、节流阀、减压阀、球阀、蝶阀、安全阀、止回阀和 底阀、隔膜阀、排污阀、疏水阀、柱塞阀、调节阀【2 】。 1 2 3 阀门树概述 目前，我国阀门制造厂还存在着以下几个问题：一是，产品比较单一；二是， 缺乏成套的配套服务；三是，售后服务不周全。因此，给用户带来了诸多不便。比 如，阀门厂供应阀门产品，不供应连接阀门的法兰和连接用的螺栓、螺母、管件等 配件，用户购得阀门后，不能马上就安装，还需自行加工法兰，再外购齐全合适的 螺栓、螺母、管件等配件后才能使用，不但给用户带来了不便，也延误了工程工期， 并影响到工程质量。 在激烈的市场竞争中，这种生产与服务方式，是目前我国阀门市场疲软的原因 之一，阀门产品销售不出去，势必给阀门厂造成设备闲置不用、车间开工不足和经 济效益差等问题。 基于以上这些问题，提出阀门树这一概念是非常必要的。 ( 1 ) 阀门树f m s 的定义 6 东北大学硕士论文第一章绪论 阀门树是优质阀门成套装置的简称，它是一种按工艺系统要求，将一个以上阀 门用阀门配件连接起来，组成一个具有特殊功能的阀门成套装置。这种按工艺要求 连接在一起的阀门群体，从设计图样上看极其像一棵树，具有树干和树枝，故称阀 门树。这种具有特殊功能的阀门成套装置，具有极大的通用性，它是一个大型系统 工程的积木块，一个系统工程是由无数积木块组成的，故它具有极强的生命力。一 个阀门企业向用户提供优质的阀门树，要取得用户的满意，必须作出三项承诺：即 产品质量优良，配套齐全，售后服务周到。阔门树由三个汉语拼音字母f m s 表示： 他是阀门树汉语拼音的第一个字母。它具有双重含义，一是阀门树本身的名词代表， 而是f m s 三个字母中，f m 代表阀门企业，s 字母代表中文“三”字的汉语拼音的 第一个字母，即代表上述的阀门企业的三优( 产品质量、阀门配套和售后服务) 承 诺。不久的将来，f m s 将成为阀门界阀门产品优质、配套完善和售后服务优良的象 征。 ( 2 ) 阀门树f m s 编码 每一个阀门树f m s 编码由五个单元组成，即：第一单元十第二单元+ 第三单元 + 第四单元+ 第五单元。各单元的意义如下： 编码第一单元代表科目大类，以汉语拼音字母f 、g 和阀门树专业的汉语拼 音第一个字母表示，f 代表阀门类，g 代表管件类，其它字母代表众多阀门组合在一 起的阀门集成块类，即阀门树类。 编码第二单元表示产品名称，由一组汉语拼音字母构成，每一个字母表示 每个汉字的汉语拼音的第一个字母，如z 表示闸字，f 表示阀字，z f 表示闸阀，z f d 表示电动闸阀。 编码第三单元代表产品的质，由个汉语拼音字母p 和后续的一组数字组 成，字母p 表示材质，它的象征意义是公称压力。后续的数字表示压力等级数，如 p 6 4 表示公称压力为6 4 m p a 。 编码第四单元代表产品的量，由一个汉语拼音字母d 和后续的一组数字组 成，它的象征意义是公称通径，如d 2 5 表示公称通径为2 5 r a m 。 编码第五单元表示产品的型号或特殊属性，由一组汉语拼音字母和数字组 成，可以不表示，不表示时则为通用产品。 以上各单元字母和数字连写，再输入电脑时应连续输入。 为了各编码按各纲目类别有序排列，个具有说明词( 形容词) 的产品，如电 动闸阀，电动二字的编码代号排在该词之后，即：z f d d ，为了简化，“动”字则予 省略，则写为z f d ，以后凡带有电动、气动、液动的词等，均简化为d 、q 、y 等。 阀门树f m s 编码示例： 7 东北大学硕士论文第一章绪论 f z f p l 0 d 5 0 表示公称压力为1 0 m p a ，公称通径为5 0 m m 的通用型闸阀。 f z f d p l 0 d 2 5 0 2 9 4 1 h 一1 0 0 表示公称压力为1 0 m p a ，公称道径为3 0 0 r a m 的z 9 4 1 h 一1 0 0 型电动闸阀。 g s t p 2 5 d 3 0 0 表示公称压力为2 5 m p a ，公称通径为3 0 0 r a m 的三通管件。 ( 3 ) 采用阀门树的重大意义 由于阀门树是一项阀门产品成套供货的系统工程，产品在工厂制造，它具有 产品品质好，在工她易于安装的优点。过去做设计时，将一大批阀门做组装设计， 花费极多工时，如采用阀门厂工厂化的优质阀门成套产品，可以大大减轻繁重的 设计工作量，可以提高工效5 倍以上，这一创新将会得到设计人员的欢迎【4 6 】。 1 3 参数化设计概述 1 3 1 参数化设计的概念 参数化的概念早就被人们所熟悉，如参数方程和参数曲线，通过一组参数建 立有关睦线之间的对应关系，给出不同的参数，即可得到不同的曲线，这就是最 基本的参数化原理，参数化设计就是根据这种原理，建立起一组参数与一组图形 基本元素或多组图形之间的对应关系，给出不同的设计参数，即可得到不同的机 械零部件或结构图形【7 j 。 基于约束的参数化设计技术以一种全新的思维方式来支持产品的设计、修改 及变形设计。约束关系中的几何约束用以描述产品的形状特征，拓扑约束则描述 产品构成要素之间的相互依赖和制约的关系，通过要素关系的建立和求解来捕捉 设计者的意图，并完成从功能约束到产品结构描述的转换过程。从基于约束的参 数化设计的实施机理来看，有以下几种方法： ( 1 】基于几何约束的几何变量法 这是美国麻省理工学院d c o o s s 盯d 发展了英国剑桥大学r c h i l l y 盯d 等人的 研究成果面创建的，这是一种面向非线性方程组整体求解的代数方法，它用一组 特征点定义欧式空间的一个形体。通过建立约束方程来确定形体的形状和位置。 它将几何形状看作一些特征点，将约束关系转换成以特征点坐标为变元的非线性 方程组，通过n e w t o n 弛p h s o n 法迭代求解，从而确定出几何细节。此法概念清晰， 适应力强，但方程组整体求解效率低，迭代初值的选取可能影响算法的成败。 8 东北大学硕士论文第一章绪论 f 2 ) 基于几何推理的作图规则匹配法 此法基本思路是将约束关系用一阶逻辑谓词来描述并存入事实库中，通过推 理机的控制作用，从规则库中选用规则并应用于现有事实，推理的结论作为新的 事实，推理史记录所有成功的规则应用，并提供给重构过程，从而构造出整个几 何体。其主要特点是将人们手工作图过程分解为一系列的最基本的作图规则，从 中求解未知参数。其主要优点是表达简洁直观，且可以避免变量几何法的不稳定 性，但系统庞大，速度慢，无法处理循环约束。 ( 3 ) 基于构造过程的参数化方法 此方法采用一种参数化履历的机制，通过记录构图过程中几何体素的生成过 程的先后顺序及连接关系，捕捉设计者的意图。该方法适用于结构相同而尺寸不 同的零件设计。 ( 4 ) 基于辅助线的参数化方法 此方法主要特点是所有轮廓线都建立在辅助线的基础上，而辅助线的求解条 件在作图过程中己明确规定。此方法在实现技巧上与作图规则匹配法完全一致， 只是求解步骤更简单，因为这里所有的作图线都是建立在辅助线基础上。此法求 解速度较快，但当图形复杂时，辅助线将影响作图。 1 3 2 参数化设计c a d 的技术思想 参数化设计是c a d 系统十几年来所追求的目标。它能极大的提高机械设计的 效率，为设计者提供直观、准确的信息反馈。设计过程中所涉及到的所有参数都 可以当做变量，这些变量间的关系可以跨越c a d 软件的不同模块，从而实现设计 数据的全相关1 6 】。 参数化技术出现的时间并不是很长，目前仍处于不断完善和发展的时期，其 主要代表是p t c 公司推出的基于特征造型的参数化c a d 系统p r o e n g i n e e r , 此外 s o l i d w o r k s 也采用了类似的设计技术。下面就目前流行的参数化c a d 系统中设计 到的一些技术和思想做个简单介绍。 ( 1 ) 零件造型 f a l 轮廓( p r o f i l e ) 在非参数化的c a d 系统中，各图形元素是孤独无关的，不会因相邻元素的删 除或修改而产生任何变化。参数化设计系统引入了轮廓的概念，轮廓是由若干首 尾相接的直线或曲线组成，用来表达实体模型的截面形状或扫描路径。轮廓的构 造过程一般是： 9 东北大学硕士论文 第一章绪论 在工作平面上，使用二维图形元素绘制轮廓草图。 制定几何元素之阉的拓扑关系。 标注尺寸。 将拓扑约束和尺寸转化为方程组或知识库中的知识项。 求解未知元素。 根据求解结果，绘制新的轮廓图形 图1 1 基于几何推理法的参数化设计的体系结构 f i g1 ip a r a n l c t e r d e s i g ns y s t o ms t r u c t u r eb a s e do l l g e o m e t r y i n f e r s 轮廓的草图有两种：无约束草图和有约束草图。 无约束草图是设计各个特征时最基本的图形，一般由基本的二维绘图命令产 生。设计者可以根据设计的思路随意勾画线条，此时各图形元素的形状和尺寸都 不必太精细，线条可以不是很平直，要求等半径的圆弧也可以有大有小。对于草 图的形状，不同的c a d 系统有不同的要求，一般都要求线条要首尾相接，不能断 开或自相交。 无约束草图绘图后，需要施加参数化的草图规则，此时草图就由无约束草图 转化为有约束草图，即轮廓图( p r o f i l e ) ，轮廓图与无约束草图表面上看起来没什 么差别，但本质上是不同的。无约束草图是非参数化，各线条之间没有相互关系， 而轮廓图已经加入了各种约束关系，是作为一个整体存在的，这些约束有些是系 统自动识别并添加的，有些则是设计人员根据设计需要添加的。轮廓与无约束草 图也可以互相转化，但当轮廓重新变为无约束草图时，所有的约束信息都会丢失， 同时以此轮廓为基础的特征也会消失。 ( b ) 驱动( d r i v e ) 参数c a d 中的驱动一般有两种，尺寸驱动和变量驱动。 所谓尺寸驱动就是当轮廓尺寸的数值改变时，轮廓的形状也会随之发生相应 的变化。实现尺寸驱动对设计人员来讲具有重要的意义，它把设计图形的直观性 和设计尺寸的精确性有机的统一起来，设计者可以及时地掌握尺寸所体现的形状 和位置信息，迅速修改不合理的尺寸，使尺寸不再只是一个抽象的数字。 1 0 东北大学硕士论文 第一章绪论 变量驱动也叫变量化建模技术。变量驱动将所有的设计要素如尺寸、约束条 件、工程计算条件等都视为设计变量，周时允许用户定义这些变量之间的关系 ( r e l a t i o n ) 及程序逻辑。变量驱动进一步扩展了尺寸驱动技术，使设计对象的修 改更加自由，为c a d 技术带来了更大的适应性和易用性。 f c ) 约束( c o n s t r a i n t s ) 所谓约束是作用于零件特征上的各种规则的集合，是对几何图形的形状与位 置施加的各种控制条件。 无约束草图绘出后，对其添加必要的约束，无约束草图就转换为轮廓图，当 二维轮廓图变为三维特征后，相应的约束也就加在了三维特征体上。 不同的c a d 系统对约束的细分有些差异，但大致上都可以归纳为以下几种： 相切约束( t a n g e n t ) 使两个端点相连的图素在连接处相切。 同心约束( c o n c e n t r i c ) 使两个圆或圆弧的圆心处在同一点上。 共线约束( c o l l i n e a r ) 使不童接相连的两条线段处在同一条直线的延长线上。 平行约束( p a r a l l e l ) 使两条直线实现同向平行。 垂直约束( p e r p e n d i c u l a r ) 使两条直线夹角成9 0 度。 水平约束( h o r i z o n t a l ) 使某条线平行于x 轴。 竖直约束( v e r t i c a l ) 使某条线平行于y 轴。 投影约束( p r o i e c t ) 使某个角点与一条线、一个点、一个圆弧或一个圆相连。 等径约束( s a m er a d i u s ) 使选中的圆或圆弧具有相同的半径。 o 等长约束( s m i l et e n g t h ) 使选中的线段或样条曲线具