基于SolidWorks的水平直元線犁體曲面參數(shù)化設(shè)計(jì)

2013-05-13 by:廣州有限元分析、培訓(xùn)中心-1CAE.COM 來源:仿真在線

作者: 楊化偉*劉利明來源: 萬方數(shù)據(jù)
關(guān)鍵字: SolidWorks 犁體曲面參數(shù)化設(shè)計(jì)

研究了水平直元線法犁體曲面的形成原理,二次開發(fā)基于SolidWorks本身特點(diǎn)的屬性管理器對(duì)話框并結(jié)合Solidworks強(qiáng)大的三維造型功能開發(fā)了水平直元線犁體曲面參數(shù)化設(shè)計(jì)模塊.并實(shí)現(xiàn)了所研發(fā)系統(tǒng)與SolidWorks系統(tǒng)的無縫集成.有效解決了水平直元線犁體曲面設(shè)計(jì)過程復(fù)雜、誤差大,勞動(dòng)強(qiáng)度高等一系列問題,使水平直元線犁體曲面的優(yōu)化設(shè)計(jì)變得非常直觀和方便,利于犁體產(chǎn)品進(jìn)一步開發(fā)的系列化和標(biāo)準(zhǔn)化,達(dá)到了縮短設(shè)計(jì)周期、增加經(jīng)濟(jì)效益的目的。

引言

犁體是鏵式犁中最重要的部件,而犁體的形狀、結(jié)構(gòu)、曲面式樣對(duì)犁的作業(yè)質(zhì)量和牽引阻力有很大影響。所以犁體曲面的設(shè)計(jì)就成為鏵式犁設(shè)計(jì)中的核心問題。犁體曲面形狀非常復(fù)雜,是一個(gè)扭曲的空間曲面。它不能用簡(jiǎn)單的常規(guī)曲面方程描述,亦不能通過常用的三視圖表示。犁體曲面二維設(shè)計(jì)主要通過尺寸齊全的曲面正視圖、俯視圖和樣板曲線圖來表示,其俯視圖、主視圖和樣板曲線圖的繪制通常都是用作圖法獲得。這種設(shè)計(jì)方法,繪圖工作量大.從條件到設(shè)計(jì)結(jié)果要進(jìn)行多次變換.繪圖誤差和度量誤差也較大。另外。犁體曲面的設(shè)計(jì)一般都要憑借經(jīng)驗(yàn)和實(shí)踐,設(shè)計(jì)結(jié)果需要經(jīng)過反復(fù)的試驗(yàn)、修正、改進(jìn),以最終滿足犁的工作要求。每一次參數(shù)的改動(dòng),都要重新繪制犁體曲面圖紙。這樣使得犁體曲面的設(shè)計(jì)任務(wù)繁重、設(shè)計(jì)周期長(zhǎng)、費(fèi)用高。近年來,CAD技術(shù)發(fā)展迅猛.但一般的CAD/CAM軟件系統(tǒng)是通用性支撐平臺(tái).沒有提供針對(duì)農(nóng)機(jī)行業(yè)的專用CAD模塊。因此借助功能強(qiáng)大的通用CAD平臺(tái).二次開發(fā)針對(duì)農(nóng)機(jī)行業(yè)的專用模塊CAD系統(tǒng)是一條可行之路。SolidWorks是美國(guó)SolidWorks公司開發(fā)的三維CAD產(chǎn)品.在操作平臺(tái)上基于Windows.在技術(shù)內(nèi)核上基于先進(jìn)的Parasolid圖形語言平臺(tái).采用VC++編程和面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)庫來開發(fā)的三維CAD軟件。便于用戶的二次開發(fā),設(shè)計(jì)過程簡(jiǎn)單、使用方便。利用SolidWorks強(qiáng)大的曲面造型功能.可以繪制出很逼真的犁體曲面,用于下一步的仿真、運(yùn)動(dòng)分析。但犁體曲面設(shè)計(jì)參數(shù)數(shù)量多.并且參數(shù)取值變動(dòng)頻繁.這就要求軟件在設(shè)計(jì)過程以尺寸驅(qū)動(dòng)。進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì)。

不同類型的犁體曲面設(shè)計(jì)方法各不相同.主要設(shè)計(jì)方法有:在試修法的基礎(chǔ)上測(cè)繪獲得犁體曲面,這種方法主要用于改進(jìn)已有的犁體曲面;用幾何作圖法和數(shù)學(xué)分析法設(shè)計(jì)犁體曲面。這種方法主要用來設(shè)計(jì)新的犁體曲面。本文涉及的是幾何作圖法。犁體曲面的作圖法根據(jù)成型原理的不同而不同.常見的作圖法有水平直元線法、傾斜直元線法和曲元線法。

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1、水平直元線犁體曲面的形成原理

犁體曲面可以看作是由直線或曲線在空間按照一定規(guī)律運(yùn)動(dòng)而成。這些構(gòu)成曲面的直線或曲線。稱為"元線"。元線在空間的運(yùn)動(dòng),可由直線、曲線或平面來控制。這些控制元線運(yùn)動(dòng)規(guī)律的幾何要素稱為導(dǎo)線或?qū)?在幾何學(xué)上又稱為"準(zhǔn)線"或"準(zhǔn)面")。目前國(guó)內(nèi)外的鏵式犁產(chǎn)品中.以用水平直元線或傾斜直元線所形成的犁體曲面為最多。由水平直元線構(gòu)成的扭柱型曲面,其形成原理如圖1所示。直元線在運(yùn)動(dòng)過程中始終保持水平.即以溝底平面作為導(dǎo)向面,同時(shí)直元線又始終與一條平面曲線(導(dǎo)曲線)相接觸。導(dǎo)曲線位于與鏵刃線相垂直的平面內(nèi)。此外,元線在空間的位置還取決于它同溝墻平面的夾角的變化規(guī)律。由此可見,當(dāng)導(dǎo)曲線的參數(shù)和元線角的變化規(guī)律確定之后.水平元線的運(yùn)動(dòng)即可唯一確定一個(gè)曲面。這種設(shè)計(jì)方法是在大量的實(shí)踐的基礎(chǔ)上形成的,在生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用。

這種方法的優(yōu)點(diǎn)是設(shè)計(jì)參數(shù)較容易控制.可以通過有規(guī)律地改變參數(shù),得到不同的犁體曲面。
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2.水平直元線犁體曲面原始零件的繪制

根據(jù)前面所介紹的SolidWorks的產(chǎn)品參數(shù)化設(shè)計(jì)的思想.下面以BTU35型號(hào)的犁體曲面的數(shù)據(jù)為初始數(shù)據(jù)。根據(jù)直元線法形成原理繪制犁體曲面。在SolidWorks中新建一個(gè)零件,命名為"犁體曲面"。步驟如下:

2.1建立基準(zhǔn)面

首先將"右視"面改名為"脛刃線面",點(diǎn)擊"草圖繪制",選擇"中心線",通過原點(diǎn)作出三條中心線,退出"草圖繪制"。

選擇"脛刃線面"和其中一條基準(zhǔn)軸,再選擇"生成基準(zhǔn)面",在"屬性管理器"中,選擇"角度",輸入"90"。"確定",得到一個(gè)新的基準(zhǔn)面,命名為"脛刃線面".因?yàn)殓f刃線與脛刃線面的夾角為θ0(BTU35的θ0等于42°),導(dǎo)曲線面與脛刃線面的夾角為(90-θ0)。同理在"生成基準(zhǔn)面"的"屬性管理器"的"角度"中輸入"48"。得到一個(gè)新的基準(zhǔn)面,命名為"導(dǎo)曲線面"。在"方程式"中添加"1"DI@導(dǎo)曲線面"=90-"元線…/48deg"。可知48°只是一個(gè)從動(dòng)尺寸。對(duì)于犁體來說,設(shè)θ0至θmin之間的元線角為直線規(guī)律,根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值我們假設(shè)犁鏵高度為75mm.把這一部分分為三個(gè)間隔(即在犁面上分成三個(gè)水平元線)。選擇"鏵刃線面",選擇"生成基準(zhǔn)面",在其"屬性管理器"中的"距離"中輸入"25".得到一個(gè)新的基準(zhǔn)面,命名為"直元線面1";重復(fù)上述步驟,輸入"50","75",分別得到新的基準(zhǔn)面,命名為"直元線面2"、"直元線面3"。在"方程式"中添加:

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    2"D1@直元線面1"=75/3 /25mm
    3"DI@直元線面2"=75*2/3 /50mm驅(qū)動(dòng)方程。
    4"D1@直元線面3"=75 /75mm

在θmin至θmax之間的總距為:導(dǎo)曲線高-7.5=36-7.5=28.5cm。采用水平元線間距為5 cm.選擇"直元線面3"。選擇"生成基準(zhǔn)面",在"距離"中分別輸入"50","100","150","200","250","285"。將新基準(zhǔn)面分別命名為"直元線面4"等。

在方程式中添加:

    5"D1@直元線面4"=50   /50mm
    6"D1@直元線面5"=2*"D1@… /100mm
    7"DI@直元線面6"=3*"D1@… /150mm
    8"Dl@直元線面7"=4*"D1@… /200mm
    9"D1@直元線面8"=5*"D1@… /250mm

驅(qū)動(dòng)方程。到此為止,所有的基準(zhǔn)面全部確定。

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2.2導(dǎo)曲線的繪制

導(dǎo)曲線是由一段直線和一段拋物線構(gòu)成。選擇"導(dǎo)曲線面".選擇"草圖繪制"。先繪制一段直線和一段拋物線,然后選擇"添加幾何關(guān)系",在其"屬性管理器"中,選擇該段直線和拋物線,添加"相切"關(guān)系;選擇"尺寸標(biāo)注"。添加如圖所示的尺寸約束.可以確定導(dǎo)曲線;在"方程式"中添加:

    10"DI@直元線面9"="導(dǎo)曲線高… /285mm

驅(qū)動(dòng)方程。即可得到導(dǎo)曲線,如圖2所示。

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3.常用型號(hào)水平直元線犁體曲面數(shù)據(jù)配置
為了方便用戶的使用,將一些常用型號(hào)的犁體曲面數(shù)據(jù)直接保存在SolidWorks的配置中,在用戶選擇某一型號(hào)時(shí),可以直接調(diào)用,大大地減少了程序數(shù)據(jù)的錄入,同時(shí)提高了運(yùn)行速度,能夠較快地得到零件.這種方法適用于參數(shù)較多的復(fù)雜零件。圖6所得到的犁體曲面是按照BTU35型號(hào)的立體參數(shù)所繪制的.為了得到相似形狀的不同型號(hào)的犁體曲面,可采用系列零件表存放犁體的各個(gè)驅(qū)動(dòng)參數(shù).不同的參數(shù)值將會(huì)得到不同型號(hào)的犁體曲面,在使用時(shí)只需要在"配置管理器"中打開所需要的配置。"重新建模"即可。具體方法如下:

(1)在"特征管理器設(shè)計(jì)樹"中,右鍵單擊"注解"文件夾,選擇"顯示特征尺寸",特征定義的一部分尺寸變?yōu)樗{(lán)色,將零件中的每一個(gè)驅(qū)動(dòng)尺寸和特征尺寸重新命名,使之一目了然,便于查找對(duì)應(yīng)。

(2)選擇"插入"菜單中的"系列零件表",新建一個(gè)Excel工作表,這時(shí)一個(gè)Excel工作表出現(xiàn)在零件文件窗口中.Excel工具欄取代了SolidWorks的工具欄,在默認(rèn)情況下,第三行(A3)命名為第一實(shí)例列.標(biāo)題單元格的(B2)是激活的。

(3)雙擊某一驅(qū)動(dòng)尺寸數(shù)值,尺寸名稱自動(dòng)插入單元格(B2),尺寸之自動(dòng)插入單元格(B3),相鄰的列標(biāo)題單元格C2自動(dòng)激活,重復(fù)這一操作,將所有的驅(qū)動(dòng)尺寸及特征尺寸全部添加在表格中。

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(4)對(duì)應(yīng)著同一參數(shù),輸入BT30和BT35的不同的數(shù)值,完成以后.點(diǎn)擊表格以外的任一地點(diǎn),就可以退出"系列零件表"。所建系列零件表如圖7所示。

(5)這時(shí)在"配置管理器"中就添加了BT30和BT35兩種配置。使用時(shí)只需要先選擇所需型號(hào)的配置,再"建模"即可。為了方便用戶的使用,我們將常用型號(hào)的犁體曲面的數(shù)值通過方程式、系列表等封裝在配置中,在需要選取常用型號(hào)的犁體曲面時(shí),只需通過組合框中的型號(hào)提取所對(duì)應(yīng)的配置即可。

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4.水平直元線犁體曲面參數(shù)化流程

在前面創(chuàng)建了水平直元線犁體曲面模型的基礎(chǔ)上.需要編寫程序?qū)崿F(xiàn)水平直元線犁體曲面的參數(shù)化驅(qū)動(dòng)程序。

首先在"SolidWorks Add-in App Wizard"創(chuàng)建一個(gè)工程"OpenDoc".選擇除"Overload WNDPROC of ModelView"外所有的復(fù)選框。

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在OpenDocPage.h中定義所需要的組合框、數(shù)字框等,在OpenDocPage.cpp中,對(duì)COpenDocPage的構(gòu)造函數(shù)COpenDocPage添加初始化代碼.在COpenDocPage的析構(gòu)函數(shù)~COpenDocPage中添加要釋放的各種對(duì)話框。在Layout函數(shù)中添加各個(gè)對(duì)話框及描述.以犁體曲面為例。在組合框中選項(xiàng)的個(gè)數(shù)是通過常用犁體曲面型號(hào)的個(gè)數(shù)確定的,數(shù)字框的個(gè)數(shù)是通過犁體曲面的驅(qū)動(dòng)尺寸的個(gè)數(shù)確定,程序流程圖如圖8所示。

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5.結(jié)束語

本文利用水平直元線法犁體曲面的形成原理,二次開發(fā)基于SolidWorks本身特點(diǎn)的屬性管理器對(duì)話框,結(jié)合SolidWorks強(qiáng)大的三維造型功能開發(fā)了水平直元線犁體曲面參數(shù)化設(shè)計(jì)模塊,并實(shí)現(xiàn)了所研發(fā)系統(tǒng)與SolidWorks系統(tǒng)的無縫集成,有效解決了水平直元線犁體曲面設(shè)計(jì)過程復(fù)雜、誤差大,勞動(dòng)強(qiáng)度高等一系列問題。使水平直元線犁體曲面的優(yōu)化設(shè)計(jì)變得非常直觀和方便.利于犁體產(chǎn)品進(jìn)一步開發(fā)的系列化和標(biāo)準(zhǔn)化.達(dá)到了縮短設(shè)計(jì)周期、增加經(jīng)濟(jì)效益的目的。

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