電梯設計中3d參數(shù)化方法的應用

1、<p>　　電梯設計中3D參數(shù)化方法的應用</p><p>　　摘 要：3D 設計是機械產品設計的趨勢，參數(shù)化方法是提升 3D 設計效率的有效方法。兩者結合起來，極有利于設計和管理部件近似度極高的電梯產品。下面我簡單介紹下 3D 參數(shù)化設計方法的理論基礎，和廣闊前景。 </p><p>　　關鍵詞：電梯；3D 設計；參數(shù)化 </p><p>　　中圖分類號

2、： TU857文獻標識碼：A 文章編號： </p><p>　　在激烈競爭的市場環(huán)境中，很少有公司能夠自己設計、生產所需的所有產品零部件。在公司內部，也很少由一個設計工程師設計所有的產品零部件。為加速產品的上市過程，產品往往基于以往的設計進行改型，并大量使用標準的外購件，以降低重復設計成本并節(jié)省時間。為提高客戶滿意度并降低材料成本，盡可能優(yōu)化設計方案，產品的更改必不可少。為了保持優(yōu)勢，超前的研發(fā)投資和知識保護變得

3、尤為重要，而企業(yè)的設計過程離不開數(shù)據(jù)的管理。所以，與單一零件設計相比，工程師面臨的更大挑戰(zhàn)是如何在計算機中高效地協(xié)同設計和仿真虛擬的產品，如何有效地管理產品設計中所產生的大量數(shù)據(jù)，并能在有限的硬件資源上進行這樣的操作。設計工程師需要3DCAD系統(tǒng)提供更高效的裝配設計、仿真和管理功能。 在許多世界級大企業(yè)中，被廣泛應用的計算機輔助三維設計(CAD)的高端主流軟件SolidWorks的裝配模塊，就采用了虛擬裝配技術，即便是在產品設計的初期

4、階段，所產生的最初模型也可放人虛擬環(huán)境進行實驗，可在虛擬環(huán)境中創(chuàng)建產品模型，使產品的外表、形狀和功能得到模擬，而且有關產品的人機交互性能也能得到測試和校驗，產品的缺陷和問題在設計階段就能被及時發(fā)現(xiàn)并加以解決。</p><p>　　四、3D 參數(shù)化方法優(yōu)勢 </p><p>　　目前，電梯行業(yè)的產品圖紙主要還是以 2D 圖紙為主。2D 圖紙的一個特點是彼此之間不存在關聯(lián)。譬如，部件 A1 下

5、的零件 B1 需要維護時，A1 和 B1 的圖紙需要逐一修改；參考 A1、B1、C1 進行新品設計 A2、B2、C2 時，A2、B2、C2 的圖紙也需要重新繪制；當 A1、A2 等逐漸形成部件族后，若進行共性的改進，操作也是機械而重復的。 </p><p>　　就是將設計要求、設計原則、設計方法和設計結果用靈活可變的參數(shù)來表示，以便根據(jù)實際情況隨時加以更改。在 CAD 中，要實現(xiàn)參數(shù)化設計，參數(shù)化模型的建立是關鍵

6、。參數(shù)化模型表示了零件圖形的幾何約束和工程約束。幾何約束包括結構約束和尺寸約束。結構約束是指幾何元素之間的拓撲約束關系，如平行、垂直、相切、對稱等；尺寸約束則是通過尺寸標注表示的約束，如距離尺寸、角度尺寸、半徑尺寸等。工程約束是指尺寸之間的約束關系，通過定義尺寸變量及它們之間在數(shù)值上和邏輯上的關系來表示。在參數(shù)化設計系統(tǒng)中，設計人員根據(jù)工程關系和幾何關系來指定設計要求。 </p><p>　　要滿足這些設計要求，

7、不僅需要考慮尺寸或工程參數(shù)的初值，而且要在每次改變這些設計參數(shù)時來維護這些基本關系，即將參數(shù)分為兩類：其一為各種尺寸值，稱為可變參數(shù)；其二為幾何元素間的各種連續(xù)幾何信息，稱為不變參數(shù)。參數(shù)化設計的本質是在可變參數(shù)的作用下，系統(tǒng)能夠自動維護所有的不變參數(shù)。 </p><p>　　因此，參數(shù)化模型中建立的各種約束關系，正是體現(xiàn)了設計人員的設計意圖。參數(shù)化設計可以大大提高模型的生成和修改的速度，在產品的系列設計及相似設

8、計方面具有很大的應用價值。而在電梯領域，無論是零件還是部件，恰恰都很容易形成高度近似的族，即彼此間的“參考”十分顯著。其特點是，同一類的零件，其特征的有無有相似性，而特征的數(shù)量、數(shù)值和位置往往是變化的；同一類的部件，其零件的數(shù)量配置和裝配關系有相似性，而零件的具體選型是變化的。這就希望零部件的模型具有易于修改的柔性，并且在部件中能夠很方便地實施零件的替換。與 2D 圖紙方法相比，使用 3D 參數(shù)化方法進行初次設計時，零部件對象的數(shù)量（部

9、件 A1、零件 B1、零件 C1）是相同的，此外還必須實施參數(shù)化操作（據(jù) A1、數(shù)據(jù) B1、數(shù)據(jù) C1），然后，以此為基礎的參考設計和圖紙維護就會便利許多。譬如，當需要參考“零件 B1”新設計“零件 B2”時，僅需人工編制一組新的“數(shù)據(jù) B2”，即可自動實現(xiàn)由“零件 B1”到“零件B2”的變形；當需要對“零件 C1”和“零件 C2”進行共性修改時，僅需人工改動“零件 C1”的特征，而“零件C2”則可依據(jù)原有的“數(shù)據(jù) C</p>

10、;<p>　　五、3D 參數(shù)化方法示例 </p><p>　　目前常用的參數(shù)化設計 CAD 軟件中，主流的應用軟件有 Pro/Engineer、NX、CATIA 和 Solidworks 四大軟件，其中，NX 目前在傳統(tǒng)的制造行業(yè)比如汽車、航空航天等行業(yè)上兩軟件占據(jù)絕對的市場份額。以下將以 NX 為例，介紹一些 3D 參數(shù)化方法在電梯設計中的示例。NX 的電子表格提供了在 MS Excel 或 Xe

11、ss 與NX 間的一個智能接口 </p><p>　　事實上，表格驅動的界面及機內函數(shù)為相關的參數(shù)化設計提供了方便而有力的工具。當一個部件被載入時，在 NX 的用戶入口(Gateway)應用中，選擇“工具”→“電子表格”可存取Gateway 的電子表格。該電子表格與部件一起存儲，可用于存儲有關的非幾何體數(shù)據(jù)。電子標的強大功能之一就是能夠用來定義部件的變異，根據(jù)表格里可能的系列參數(shù)數(shù)據(jù)來更新部件。這種操作可以代替部

12、件家族功能，生成家族成員部件，并賦予他們讀寫權限，還可以單獨編譯。除能夠影響當前的工作部件之外，NX 的電子表格還能管理裝配組合體。電子表格函數(shù)允許抽取部件的屬性值，并將它賦予組件下級部件的電子表格，以產生由頂級裝配決定的變異。也就是說，合理設計后的組件，即使包含了多層次多數(shù)量的下屬零件，也 </p><p>　　僅需要在唯一的頂級裝配中調整參數(shù)，就能自動引起整個組合體的改變。以下是一組兩塊參數(shù)化設計的轎箱門板組

13、件。 </p><p>　　結語：綜上所述，隨著電梯產量的快速上升，客戶需求的極度多樣化，設計部門需出具的新增圖紙、需維護的歷史圖紙的數(shù)量都在急速增長，各廠家大量寶貴的高知人力不得不羈絆消耗于此。如何升級設計手段，提高工作效率，是本行業(yè)共同面臨的一項挑戰(zhàn)。而尋找新型的設計軟件，探索新穎的設計方法，或能成為一條可行的途徑。在研究分析軸孔磨損的過程中，改變配合方式就能夠降低軸孔磨損和軸振動；更換軸的材質或增加轉軸的尺

14、寸也能夠很好的降低軸裂的發(fā)生率；軸承的損壞可以通過改變軸承類型來滿足要求。 </p><p><b>　　參考文獻： </b></p><p>　　[1] 羅金橋，楊 波，鄧楚南. 應用 UG NX 軟件時間騎車零部件的參數(shù)化設計[J]. CAD/CAM 與制造業(yè)信息化，2006，(5):68-70. </p><p>　　[2] 田彧，王大軍

15、. 電梯轎箱結構模塊化和參數(shù)化設計研究[J].機電產品開發(fā)與創(chuàng)新，2006，6（19）: 29-30. </p><p>　　[3] 薛成超. 自動扶梯參數(shù)化設計框架構建及若干模塊的開發(fā)[D]. 沈陽：東北大學，2008（3）: 37-38. </p><p>　　[4] 趙 波，陳向軍. UG NX4 相關參數(shù)化設計培訓教程[M]. 北京: 清華大學出版社，2007. </p>