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參數(shù)化范文第1篇

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)；參數(shù)化繪圖；Auto CAD二次開(kāi)發(fā)

中圖分類(lèi)號(hào)：TP391文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1009-3044(2008)25-1579-03

Parametric Drawing Design of Gear

XIN Xue-gang, FU Chun-hua, YANG Chang-niu

(Electromechanical Engineering Dept., Sichun University of Science & Engieering, Zigong 643000, China)

Abstract: Taking a parametric drawing design of Gear for instance, this paper analyzes the principles andthe methods of modularization design, and the practical program with an Auto LISP tool. Adapting this method, the user could enhance quality and efficiency of drawing, which will have practical significance and popularization meaning.

Key words: CAD; parametric drawing design; redevelopment of AutoCAD

1 引言

齒輪在機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)中是一種常見(jiàn)的傳動(dòng)件，在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)或維修過(guò)程中常常需要繪制齒輪零件圖。為提高齒輪的設(shè)計(jì)質(zhì)量和效率，降低設(shè)計(jì)成本，其重要途徑就是開(kāi)發(fā)齒輪參數(shù)化設(shè)計(jì)與繪圖軟件。而且它在機(jī)械CAD系統(tǒng)中作為一個(gè)模塊也是十分必要的。AutoCAD軟件包是繪圖功能強(qiáng)大的通用軟件，但其人機(jī)交互方式的繪圖效率卻較低。AutoCAD參數(shù)化繪圖可彌補(bǔ)這一缺陷，AutoCAD參數(shù)化繪圖就是根據(jù)零、部件的相似形狀，編寫(xiě)程序，用程序完成命令的調(diào)用。用戶只需輸入必要的參數(shù)，即可完成形狀相同，參數(shù)不同的圖形的繪制。本文就直齒輪零件圖參數(shù)化繪圖進(jìn)行介紹。

2 總體設(shè)計(jì)思想

參數(shù)化設(shè)計(jì)就是根據(jù)結(jié)構(gòu)確定基本參數(shù)，進(jìn)行計(jì)算后繪圖。

總體設(shè)計(jì)思路是從DCL界面輸入設(shè)計(jì)參數(shù)，然后從數(shù)據(jù)文件讀入相關(guān)的一些數(shù)據(jù)后進(jìn)行基本的參數(shù)化繪圖計(jì)算，采用模塊化設(shè)計(jì)方法，最后完成齒輪零件圖的繪制。

采用模塊化程序設(shè)計(jì)方法可使軟件設(shè)計(jì)思路清晰，便于程序的設(shè)計(jì)與調(diào)試。開(kāi)發(fā)工具選用簡(jiǎn)單易學(xué)的AutoLISP語(yǔ)言，操作界面采用DCL對(duì)話框，使軟件操作方便直觀方便。

其設(shè)計(jì)思想如圖1所示。

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圖1 總體設(shè)計(jì)思路

3 齒輪參數(shù)化繪圖程序的實(shí)現(xiàn)

3.1 齒輪繪圖參數(shù)的確定

齒輪的結(jié)構(gòu)參數(shù)按GB/ T 10095-1998取得，并根據(jù)參數(shù)化繪圖參數(shù)選取的基本原則選取：標(biāo)準(zhǔn)直齒齒輪的結(jié)構(gòu)形式、齒輪的模數(shù)（2個(gè)系列）、齒輪齒數(shù)（Z）、齒寬（b）、齒輪安裝軸的直徑（dh）、毛胚、材料、精度等級(jí)作為基本幾何參數(shù)。

其余結(jié)構(gòu)尺寸根據(jù)工程手冊(cè)上的規(guī)定進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算機(jī)處理。如齒輪輪轂的鍵槽數(shù)據(jù)可采用數(shù)據(jù)文件或數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)。

3.2 參數(shù)的輸入界面設(shè)計(jì)

齒輪基本參數(shù)輸入模塊界面如圖2所示。

在該模塊中，某些數(shù)據(jù)間具有關(guān)聯(lián)性（如齒輪模數(shù)系列與其后面的模數(shù)值的相關(guān)聯(lián)性），對(duì)各種輸入數(shù)據(jù)的容錯(cuò)處理等是比較關(guān)鍵問(wèn)題。

3.2.1 容錯(cuò)處理的實(shí)現(xiàn)

當(dāng)輸入值不符合規(guī)定要求時(shí)，應(yīng)有相應(yīng)提示或能自動(dòng)地做出相應(yīng)處理。

如下面的函數(shù)用來(lái)檢查輸入值是否小于零;VALUE是指輸入值，KEY是指輸入值所在控件。

(defun check-0 (value key)

(if (> 0.0 value)

(progn (alert "非法輸入!

\n請(qǐng)重新輸入：")

(mode_tile key 2)

……

3.2.2 數(shù)據(jù)間關(guān)聯(lián)性的實(shí)現(xiàn)

數(shù)據(jù)間的關(guān)聯(lián)性是指當(dāng)某一項(xiàng)數(shù)據(jù)改變時(shí)，與之關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)項(xiàng)隨著改變。如下面的函數(shù)實(shí)現(xiàn)齒輪模數(shù)系列與其值的關(guān)聯(lián)性，即當(dāng)選擇某一系列模數(shù)時(shí)，齒輪模數(shù)一欄數(shù)據(jù)的顯示，也作相應(yīng)的改變。同時(shí)，鎖住另外一組模數(shù)的選擇，否則選出的模數(shù)有可能不符合設(shè)計(jì)手冊(cè)的推薦優(yōu)先選用值。

3.3 繪制齒輪零件圖的功能模塊

分析標(biāo)準(zhǔn)直齒齒輪的結(jié)構(gòu)，有六種繪圖模塊，如圖2中的幻燈片所示。每一種模塊分別完成一種相應(yīng)樣式的直齒齒輪的繪制。同時(shí)，每一種樣式又基本是由繪制主視圖和剖視圖完成，而繪制主視圖中，又包括基本圖形的繪制、標(biāo)注。一幅完整的齒輪零件圖繪制還包括齒輪參數(shù)表、圖框、標(biāo)題欄、填寫(xiě)技術(shù)要求等。采用模塊化設(shè)計(jì)方法，圖框、標(biāo)題欄、工程標(biāo)注等可利用已開(kāi)發(fā)的模塊，提高開(kāi)發(fā)效率。根據(jù)機(jī)械零件圖的組成要素和模塊化程序設(shè)計(jì)的思想，繪制齒輪零件圖的功能模塊如圖3所示。

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圖3 繪制零件圖的功能模塊圖

3.4 零件圖的生成

根據(jù)作圖基點(diǎn)及帶輪的基本幾何參數(shù)，計(jì)算相應(yīng)繪圖點(diǎn)的坐標(biāo)，然后用LISP編程作圖。

3.4.1 繪齒輪視圖

標(biāo)準(zhǔn)直齒齒輪的六種結(jié)構(gòu)如圖2中的幻燈片所示。每一種齒輪結(jié)構(gòu)的視圖用一個(gè)模塊來(lái)完成?，F(xiàn)以實(shí)心齒輪結(jié)構(gòu)的參數(shù)化繪圖為例說(shuō)明其視圖的繪制與尺寸標(biāo)注。

工具前面確定的基本參數(shù)，按照齒輪設(shè)計(jì)的有關(guān)規(guī)定與基本計(jì)算，可以計(jì)算出圖4所示的點(diǎn)坐標(biāo)。繪制時(shí)新齒輪的點(diǎn)位圖如圖4所示。

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圖4 繪制實(shí)心樣式齒輪視圖的點(diǎn)位圖

基本尺寸的標(biāo)注也需要用到圖4的點(diǎn)位圖。尺寸標(biāo)注的重點(diǎn)在尺寸公差的標(biāo)注。

3.4.2 尺寸公差標(biāo)注與形位公差標(biāo)注

AutoCAD系統(tǒng)的尺寸公差標(biāo)注與形位公差標(biāo)注是以對(duì)話框方式進(jìn)行的，在AutoCAD二次開(kāi)發(fā)中是不允許的出現(xiàn)對(duì)話框進(jìn)行人機(jī)交互的，否則會(huì)大大降低程序的運(yùn)行效率與應(yīng)用推廣。

以標(biāo)注圖5所示的尺寸公差為例,具體實(shí)現(xiàn)語(yǔ)句如下：

(setq m1 (strcat "%%c" (rtos l) dh (itoa dj) "{\\H0.5x;\\S" fuhao sx "^" fuhao xx ";}"))

(command "dim aligned" pt1pt2 "t" m1 b1)

通過(guò)對(duì)形位公差實(shí)體數(shù)據(jù)的研究，在二次開(kāi)發(fā)中可以通過(guò)重新改造形位公差的實(shí)體數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)表來(lái)達(dá)到目的。函數(shù)如下：

(defun tolerance1 (pt)

(setq stm_data1 (entmake '((0 . "TOLERANCE")

(100 . "AcDbEntity")

(8 . "標(biāo)注層")

(100 . "AcDbFcf")

(3 . "STANDARD")

(10 100.0 100.0 0.0)

(1 . "{\\Fgdt;h}%%v0.022%%v%%vA%%v%%v")

(210 0.0 0.0 1.0)

(11 1.0 0.0 0.0))

);entmake

) ;setq

(setq stm_data1 (entget (entlast)))

(setq list_point_new (cons 10 pt) ; 構(gòu)造成為新的組碼表

list_point_old (assoc 10 stm_data1) ; 在屬性列表中取出舊組碼表

stm_data (subst list_point_new list_point_old stm_data1)

);setq

(entmod stm_data) ;更新對(duì)象

);defun

3.4.3 參數(shù)表的填寫(xiě)

齒輪參數(shù)表是齒輪參數(shù)的一個(gè)重要的表示形式，相關(guān)的齒輪參數(shù)都在程序中計(jì)算；同時(shí)，對(duì)公差組部分的參數(shù)，如公法線長(zhǎng)度變動(dòng)公差，則采用數(shù)據(jù)庫(kù)方式錄入，這就大大的減短了設(shè)計(jì)周期，在實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中有很好的使用意義。因篇幅有限，與數(shù)據(jù)庫(kù)的連接及讀取數(shù)據(jù)庫(kù)在此不作討論。

3.5 運(yùn)行示例

運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)圖2的參數(shù)輸入界面，因篇幅有限，選擇簡(jiǎn)單的實(shí)心式齒輪結(jié)構(gòu)，輸入繪制齒輪的基本參數(shù)，就得到一個(gè)完整的齒輪零件圖，如圖6所示為只截取了視圖部分。

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圖6 運(yùn)行實(shí)例（視圖部分）

4 結(jié)束語(yǔ)

本軟件經(jīng)過(guò)多次在AutoCAD2004版以上調(diào)試運(yùn)行，效果十分理想，生成的零件圖符合國(guó)家機(jī)械制圖標(biāo)準(zhǔn)，可用于實(shí)際生產(chǎn)，有較好的實(shí)用性和應(yīng)用性，有一定的推廣價(jià)值。該軟件有以下幾個(gè)特點(diǎn)：

1）輸入數(shù)據(jù)方便、可靠。對(duì)話框操作界面形象直觀、簡(jiǎn)潔，與Windows界面風(fēng)格一致操作方便；

2）可維護(hù)性和可擴(kuò)充性都較好。由于采用模塊化程序設(shè)計(jì)思想，程序的設(shè)計(jì)思路清晰，模塊化程度高，軟件開(kāi)發(fā)效率高，因而具有較好的可維護(hù)性和可擴(kuò)充性；

3）本程序可作為齒輪設(shè)計(jì)計(jì)算、繪圖一體化的一個(gè)獨(dú)立模塊，也可作為機(jī)械圖庫(kù)的一個(gè)模塊。

參考文獻(xiàn)：

[1] 符純?nèi)A.計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)[M].成都:西南交通大學(xué)出版社,2006.

[2] 汪琪美,霍新明.對(duì)話框與驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)[M].北京:海洋出版社,1998.

[3] 吳勇進(jìn),林美櫻.AutoLISP&DCL基礎(chǔ)篇[M].北京:中國(guó)鐵道出版社,2003.

參數(shù)化范文第2篇

1關(guān)鍵技術(shù)

1.1基礎(chǔ)骨架搭建零件的基礎(chǔ)骨架搭建是骨架參數(shù)化式建模方法的重點(diǎn)，主要在三維軟件如CATIA中建立可以繪制出零件基礎(chǔ)模型的尺寸參數(shù)，同時(shí)基本也是零件鍵參數(shù)，以某氣缸體基礎(chǔ)骨架為例：通過(guò)基礎(chǔ)骨架參數(shù)定義后，我們既可以繪制出基礎(chǔ)氣缸體外形輪廓，也可以繪制出基礎(chǔ)內(nèi)腔外形。從下圖1可知，骨架參數(shù)的內(nèi)容中已是由設(shè)計(jì)工程師對(duì)缸體各系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行了定義，有壁厚、到前端距離、高度、螺栓尺寸、主軸承寬度等。而各系統(tǒng)功能模塊則分為了曲軸箱、前端、后端、主軸承座、水套、油道、螺栓孔、曲軸包絡(luò)、加工等，各個(gè)模塊中都存有相關(guān)的參數(shù)信息和基本草圖。工程師在對(duì)各系統(tǒng)模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程中會(huì)很方便，只要將相關(guān)模塊的參數(shù)信息和草圖調(diào)用出來(lái)就可以了。

1.2功能骨架模塊劃分功能骨架模塊的劃分需要依靠工程師對(duì)零件結(jié)構(gòu)的理解，還是以氣缸體為例，氣缸體作為一個(gè)復(fù)雜零件可以看作是一個(gè)內(nèi)部有很多隔板的箱型殼體結(jié)構(gòu)，是安裝運(yùn)動(dòng)件和各附件的支撐架。根據(jù)其功能應(yīng)用的不同，可以將氣缸體劃分為幾個(gè)不同的功能模塊，再通過(guò)統(tǒng)一定義的骨架參數(shù)分別繪制出各功能模塊的外形包絡(luò)，這樣只要通過(guò)修改骨架參數(shù)即可得到不同的功能模塊外形包絡(luò)。氣缸體功能模塊的劃分和其加工過(guò)程的砂芯劃分十分類(lèi)似，骨架模塊劃分如下：1、內(nèi)腔模塊2、水套模塊3、油腔模塊4、外形模塊（包含螺栓包絡(luò)及加強(qiáng)筋）5、整合毛坯模塊6、工藝加工及成品模塊。這樣的拆分使零件結(jié)構(gòu)變得更加清晰。

1.3各功能骨架之間參數(shù)關(guān)聯(lián)及傳遞由于各功能模塊之間有數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)關(guān)系，因此如果將每個(gè)模塊的數(shù)據(jù)都存放在CATIA軟件里的同一零件體下，勢(shì)必Part的結(jié)構(gòu)樹(shù)會(huì)非常復(fù)雜，不便于后期操作。此時(shí)可以利用CATIA軟件里面產(chǎn)品功能，將每個(gè)模塊存放在不同的產(chǎn)品下，做到一個(gè)產(chǎn)品包含一個(gè)功能模塊。根據(jù)產(chǎn)品特點(diǎn)，為避免數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)混亂及傳遞數(shù)據(jù)，需要引用CATIA軟件中的功能。經(jīng)過(guò)后的參數(shù)，可以被包括本零件體在內(nèi)的所有在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)里的其他零件體引用，類(lèi)似文件共享；其他使用者是無(wú)法更改后的參數(shù)的，只能由初始者更改，而相關(guān)引用者會(huì)自動(dòng)得到更新后的數(shù)據(jù)。因此很好達(dá)到了數(shù)據(jù)傳遞的效果。

1.4布爾運(yùn)算替代普通加/減操作普通加/減操作多采用堆疊的方式，利用CATIA軟件本身對(duì)實(shí)體零件進(jìn)行獨(dú)立性控制修飾特征操作，如圖3所示：圖3Catia軟件普通增添操作圖示骨架式建模主要通過(guò)布爾運(yùn)算的方式進(jìn)行操作，在不同的特征結(jié)合之前，可以各自運(yùn)用倒角方式，結(jié)合之后無(wú)需進(jìn)行細(xì)節(jié)倒角處理，并且各個(gè)特征是由各自的骨架參數(shù)進(jìn)行操作得到的，對(duì)于一些參數(shù)進(jìn)行修改調(diào)整，零件不容易出錯(cuò)，很容易修改，如圖4所示：圖4骨架參數(shù)化式建模增添操作圖示

2創(chuàng)新點(diǎn)

2.1自頂向下式建模流程

基礎(chǔ)骨架與功能模塊骨架的引入使建模流程變?yōu)樽皂斚蛳率?，零件工程師在?shù)模搭建時(shí)思路與步驟也隨之自頂向下，清晰的零件結(jié)構(gòu)樹(shù)不僅可視性較好且可操作性高，工程師僅需調(diào)整基礎(chǔ)骨架參數(shù)（頂端），各功能骨架參數(shù)（下部分支）也會(huì)隨之進(jìn)行更改，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)初期，靈變的零件數(shù)?？梢赃m應(yīng)各項(xiàng)變化要求，大量的節(jié)省了零件設(shè)計(jì)及驗(yàn)證時(shí)間。

2.2零件加工工藝引入建模流程零件建模中引入加工工藝模塊不僅使零件數(shù)模更為準(zhǔn)確，同時(shí)節(jié)省了在零件發(fā)包后由于供應(yīng)商反饋的零件加工分析存在問(wèn)題而反復(fù)進(jìn)行修改的時(shí)間。另一方面，設(shè)計(jì)過(guò)程與制造工藝相聯(lián)系也使得零件工程師的技術(shù)專(zhuān)業(yè)知識(shí)進(jìn)一步提高，從而設(shè)計(jì)出更合理的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量。

2.3團(tuán)隊(duì)協(xié)同式建模操作與普通建模方式相比，該創(chuàng)新的建模方式在團(tuán)隊(duì)協(xié)作共同建模的任務(wù)上有著十分顯著的優(yōu)勢(shì)。普通建模方式同時(shí)只能經(jīng)由一人對(duì)零件各功能模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)、修改，如果同時(shí)多人進(jìn)行操作則只會(huì)以最后一人修改內(nèi)容為主。在考慮到節(jié)省建模時(shí)間等方面問(wèn)題，該創(chuàng)新建模方式在搭建完基礎(chǔ)骨架參數(shù)之后，通過(guò)工作站共享操作，各協(xié)同建模者從本地電腦直接打開(kāi)存放在工作站中各自負(fù)責(zé)的模塊，此時(shí)在不打開(kāi)基礎(chǔ)骨架而單獨(dú)打開(kāi)功能骨架的情況下可以單獨(dú)設(shè)計(jì)及修改所負(fù)責(zé)的模塊。

3結(jié)語(yǔ)

參數(shù)化范文第3篇

本文通過(guò)對(duì)比常見(jiàn)的諸如數(shù)字建筑、非線性、BIM系統(tǒng)等概念和參數(shù)化設(shè)計(jì)之間的關(guān)系，闡述了建筑建筑參數(shù)化設(shè)計(jì)組成和意義。

關(guān)鍵字：建筑參數(shù)化設(shè)計(jì)，函數(shù)，變量，數(shù)字建構(gòu)，數(shù)字建筑，非線性，BIM系統(tǒng)

中圖分類(lèi)號(hào)：S611 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：

隨著當(dāng)代學(xué)科之間的互相穿插交疊，計(jì)算機(jī)程序和傳統(tǒng)的建筑設(shè)計(jì)領(lǐng)域結(jié)合誕生了建筑的參數(shù)化設(shè)計(jì)。自此，參數(shù)化作為當(dāng)今建筑設(shè)計(jì)界炙手可熱的一個(gè)名詞閃入了建筑師的眼簾。在其出現(xiàn)伊始，國(guó)內(nèi)建筑師發(fā)現(xiàn)這些利用參數(shù)化生成的作品完全顛覆了傳統(tǒng)建筑的“韻律感”，奉獻(xiàn)給世人極富吸引眼球的“絢麗感”，從而不少建筑師對(duì)其趨之若鶩，生硬的把它理解成對(duì)建筑穿上一層絢麗的表皮，借以讓作品能脫穎而出。參數(shù)化也就和數(shù)字建筑，非線性，BIM系統(tǒng)等詞匯混淆在一起，成為很多建筑師揮灑個(gè)性的手法，甚至是體現(xiàn)自己作品是否時(shí)尚的一種標(biāo)簽。然而非理性的參數(shù)化生成形式又很快伴隨著諸如項(xiàng)目難以施工，造價(jià)高昂而又浪費(fèi)等實(shí)踐問(wèn)題被市場(chǎng)抵觸和排斥。一熱一冷，讓建筑師們開(kāi)始反思究竟什么是參數(shù)化設(shè)計(jì)，該如何使用參數(shù)化設(shè)計(jì)。

1．建筑參數(shù)化的本意：

參數(shù)化設(shè)計(jì)的英文是Parameter Design，而parameter的意思是“參量，系數(shù)，變量”，也即是說(shuō)，參數(shù)化設(shè)計(jì)就是將設(shè)計(jì)要點(diǎn)提煉成不同的變量，這種過(guò)程類(lèi)似數(shù)學(xué)中的函數(shù)關(guān)系式，一系列的變量經(jīng)由函數(shù)運(yùn)算之后會(huì)產(chǎn)生一系列的結(jié)果，這些結(jié)果雖然不同，但運(yùn)算過(guò)程是相同的。那么對(duì)應(yīng)到建筑設(shè)計(jì)中，變量是一個(gè)合理范圍內(nèi)的很多數(shù)值，有可能是面積，有可能是百分率，也有可能是完全隨機(jī)的一組數(shù)值，函數(shù)關(guān)系就是一套生成或者組合的邏輯。和數(shù)學(xué)函數(shù)一樣，既然變量是很多的，那么結(jié)果也是很多的，建筑師要最后挑選出合理的一個(gè)或者一組結(jié)果?？梢院?jiǎn)單地想象一個(gè)樓梯的構(gòu)建過(guò)程：樓梯的構(gòu)建邏輯就是一個(gè)一個(gè)的臺(tái)階，依次往上同時(shí)往前疊加，最終能到達(dá)上一層標(biāo)高的樓板。這個(gè)構(gòu)建邏輯就是對(duì)構(gòu)建樓梯的函數(shù)描述。那么樓梯設(shè)計(jì)的變量自然是由單個(gè)臺(tái)階的高度和踏面寬度以及樓梯間的大小還有樓層的高度這些數(shù)值組成。這個(gè)過(guò)程，類(lèi)似于使用autocad中的建筑工具來(lái)畫(huà)樓梯，選項(xiàng)中需要建筑師填寫(xiě)的各個(gè)數(shù)值就是變量。相應(yīng)的空間適用雙跑梯、直跑梯、旋轉(zhuǎn)梯或者異形梯就是構(gòu)建邏輯。當(dāng)然，作為一個(gè)有工作經(jīng)驗(yàn)的建筑師，設(shè)計(jì)出一把經(jīng)濟(jì)實(shí)用的樓梯，也許根本不用思考變量和函數(shù)的關(guān)系，甚至不需要電腦和計(jì)算。然而將這個(gè)例子舉一反三，如果加入日照節(jié)能計(jì)算，要求構(gòu)件更符合模數(shù)，模擬人員逃生的效率等控制因素，電腦無(wú)疑將比建筑師的大腦更加勝任，因?yàn)榻y(tǒng)計(jì)的工作是電腦的強(qiáng)項(xiàng)。

2．非線性

非線性原本也是數(shù)學(xué)哲學(xué)的概念，指的是變量和結(jié)果之間不成比例的一種自然關(guān)系。而自然界很多現(xiàn)象包括人的主管感受多是呈現(xiàn)出非線性關(guān)系。延伸到建筑中的例子也有很多，比如想讓房間感覺(jué)大一倍，有時(shí)只用改一改房間的長(zhǎng)寬比，在面積增加不多的情況下就已經(jīng)可以達(dá)到房間變大一倍的感覺(jué)，更不用說(shuō)還可以改變一下房間的高度，開(kāi)窗的比例，房間墻面的顏色等更多的感受手段，這是個(gè)心理感受呈現(xiàn)非線性的例子。實(shí)際使用的例子也很多，比如相同的總疏散寬度，同樣多的人數(shù)，兩個(gè)門(mén)的疏散效果往往會(huì)比一個(gè)門(mén)好，但是也不能說(shuō)三個(gè)，四個(gè)或者更多就一定會(huì)更好。建筑設(shè)計(jì)中的體現(xiàn)非線性關(guān)系的例子比比皆是，維特魯威在前年前的《建筑十書(shū)》中就曾說(shuō)過(guò)建筑作品需要經(jīng)濟(jì)美觀實(shí)用，用現(xiàn)今的觀點(diǎn)，也即是使用者對(duì)空間，功能，造價(jià)，美觀的要求。其實(shí)對(duì)于任何建筑設(shè)計(jì)，這幾點(diǎn)都可以轉(zhuǎn)換成變量，加上不同項(xiàng)目所對(duì)應(yīng)的不同的任務(wù)書(shū)和場(chǎng)地條件等組成的其它變量，經(jīng)過(guò)建筑師理解和重新組織之后呈現(xiàn)的一定是個(gè)非線性結(jié)果。所以說(shuō)，參數(shù)化是迎合建筑設(shè)計(jì)的一種設(shè)計(jì)方式和過(guò)程。

3.數(shù)字建筑

數(shù)字建筑是參數(shù)化設(shè)計(jì)的前提。數(shù)字建筑是上世紀(jì)末電腦輔助設(shè)計(jì)即CAD繪圖方式的流行而誕生的一個(gè)概念。CAD將建筑設(shè)計(jì)從難以修改的圖紙轉(zhuǎn)換到方便修改的數(shù)字模型中，設(shè)計(jì)師可以直接讀取和控制長(zhǎng)度、面積方便的布圖和設(shè)置比例尺，從而提高了設(shè)計(jì)和表達(dá)效率。參數(shù)化設(shè)計(jì)也是建立在電腦運(yùn)算上的，所以說(shuō)參數(shù)化是基于數(shù)字建筑的前提上的。

4．?dāng)?shù)字建構(gòu)：

肯尼思·弗蘭普頓提出“建構(gòu)是詩(shī)意的建造”，其表達(dá)的意思是一整套建筑設(shè)計(jì)、構(gòu)建、施工的合理邏輯。這套邏輯要利用材料的合理的受力形式來(lái)砌筑成形，同時(shí)又要將這種砌筑方式的美學(xué)特點(diǎn)展現(xiàn)出來(lái)。比如磚是穩(wěn)重的材料，那么選它造樓時(shí)適合堆砌，可以用拱結(jié)構(gòu)，但不宜用它來(lái)表現(xiàn)大跨度，這是和磚的受力不符的形式，雖然可以通過(guò)技術(shù)手段做到看上去像用磚砌出的懸挑，但這時(shí)候磚就只是一種裝飾的材料，體現(xiàn)不出穩(wěn)重的堆砌美感。

數(shù)字建構(gòu)則可以說(shuō)是利用嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臄?shù)學(xué)模型構(gòu)建成的建筑形式。這些數(shù)學(xué)模型一般說(shuō)來(lái)都可以表現(xiàn)成無(wú)限復(fù)制的幾何形狀，同時(shí)又是美觀和結(jié)構(gòu)邏輯的。比如斐波那契數(shù)列，又稱(chēng)黃金分割數(shù)列，它的組成方式為后面的數(shù)字是有前兩個(gè)數(shù)字相加的和，依次類(lèi)推產(chǎn)生出來(lái)的一種數(shù)列。它的美學(xué)形式上接近黃金分割的比例，自然界有很多美好的實(shí)例也驗(yàn)證了這個(gè)數(shù)列的合理性。

斐波那契數(shù)列在自然的實(shí)例

數(shù)字建構(gòu)的出現(xiàn)，讓電腦在建筑師合理組織功能和空間之后，還可以對(duì)設(shè)計(jì)用數(shù)字邏輯進(jìn)行一輪優(yōu)化。

5．BIM系統(tǒng)

BIM（ Building Information Modeling）也即是建筑信息模型，是實(shí)現(xiàn)參數(shù)化設(shè)計(jì)的應(yīng)用工具，它不僅將建筑師的想法轉(zhuǎn)換成方案，還可以為施工建造提供優(yōu)化和建議。傳統(tǒng)的CAD設(shè)計(jì)里，行業(yè)規(guī)范規(guī)定了建筑師如何用點(diǎn)、填充等手段去繪制墻、樓梯、門(mén)窗等建筑構(gòu)件，而傳統(tǒng)的建筑電腦模型則是用附有不同材質(zhì)參數(shù)的體塊或者面來(lái)表現(xiàn)建筑形體，電腦只是用來(lái)記錄和傳遞建筑師的想法。但在以REVIT為代表的BIM系統(tǒng)里不再是單純的點(diǎn)線面元素。設(shè)計(jì)師在繪制平面圖的時(shí)候就已經(jīng)要輸入相關(guān)的參數(shù)來(lái)告知電腦墻的做法，樓梯的做法，玻璃的設(shè)置，梁柱的位置。這樣電腦才真正的讀懂了建筑師的設(shè)計(jì)，從而能為建筑師繪制圖紙。這不僅僅只是簡(jiǎn)單地理解為為節(jié)省建筑師的繪圖勞動(dòng)，生成最終的建筑模型或者是立剖面大樣。而是在電腦理解圖紙的同時(shí)，還能為建筑師計(jì)算日照節(jié)能，逃生模擬，模擬建筑室內(nèi)的空氣流動(dòng)；方便結(jié)構(gòu)師將建筑模型導(dǎo)入到專(zhuān)業(yè)計(jì)算軟件中驗(yàn)算出合理梁柱的尺寸和結(jié)構(gòu)布置，并反提回BIM系統(tǒng)中；為設(shè)備工種驗(yàn)算管線之間是否有沖突，或者管線與結(jié)構(gòu)之間會(huì)不會(huì)有沖突，提醒建筑師再合適的位置預(yù)留管線的穿孔。如果存在不合理的地方，建筑師可以方便的調(diào)整方案。而B(niǎo)IM對(duì)于類(lèi)似的有可能牽一發(fā)動(dòng)全身的調(diào)整可以迅速作出反饋，讓建筑師看到問(wèn)題是否得以解決又或者是會(huì)牽涉到其它那些修改。換言之就是BIM系統(tǒng)利用電腦的強(qiáng)大運(yùn)算機(jī)能，將每次修改后整個(gè)建筑的建造過(guò)程在電腦里實(shí)施了一次，將來(lái)真正施工的時(shí)候必然減少了各工種對(duì)圖紙時(shí)失誤的可能性，減少了圖紙的變更，減少了人力物力和時(shí)間的浪費(fèi)，數(shù)十倍的提高了建筑師團(tuán)隊(duì)的勞動(dòng)效率。

有豐富實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的建筑師團(tuán)隊(duì)也許也可以做到以上的要求。但對(duì)于非笛卡爾坐標(biāo)系能描述的雙曲面外形的建筑設(shè)計(jì)，BIM系統(tǒng)的高效性尤為凸顯。電腦的窮舉精確分析方式此時(shí)會(huì)比人腦的定性輔助經(jīng)驗(yàn)的分析方式更加可靠。以CATIA軟件為代表的工業(yè)設(shè)計(jì)軟件，可以為雙曲面外形的建筑構(gòu)件進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)?；贑ATIA平臺(tái)的建筑軟件DP（Digital Project）可以讓建筑師以更符合模數(shù)的單元形體去重構(gòu)所需要的曲面效果，從而達(dá)到可以使用更符合模數(shù)的材料，布置出更少種類(lèi)的結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)，甚至直接導(dǎo)出鋼結(jié)構(gòu)的曲線方程和編號(hào)，直接去鋼構(gòu)工廠生產(chǎn)出相應(yīng)的尺寸的鋼件就可以去現(xiàn)場(chǎng)按照編號(hào)進(jìn)行安裝施工。這些曾是傳統(tǒng)建筑師不能單靠想象就能完成的復(fù)雜工作，如今BIM系統(tǒng)已經(jīng)可以完成，讓建筑師解放出更多的精力投入到營(yíng)造空間等設(shè)計(jì)的核心問(wèn)題上。

基于DP-CATIA設(shè)計(jì)的西班牙畢爾巴鄂古根海姆博物館（圖片來(lái)源自因特網(wǎng)）

基于DP-CATIA設(shè)計(jì)的日本橫濱國(guó)際客輪航站樓（圖片來(lái)源自因特網(wǎng)）

參數(shù)化范文第4篇

（福建農(nóng)林大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，福建 福州 350002）

摘 要：挖掘鏟是馬鈴薯收獲機(jī)的關(guān)鍵部件之一，其性能參數(shù)的好壞直接影響到機(jī)具的挖掘效果.針對(duì)目前馬鈴薯挖掘鏟設(shè)計(jì)及改進(jìn)效率低的問(wèn)題，開(kāi)發(fā)出馬鈴薯挖掘鏟參數(shù)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)，該系統(tǒng)以VB為開(kāi)發(fā)環(huán)境，通過(guò)SolidWorks及其提供的API函數(shù)，實(shí)現(xiàn)了挖掘鏟的參數(shù)化建模及裝配；利用ANSYS及其提供的APDL函數(shù)，實(shí)現(xiàn)了挖掘鏟的參數(shù)化有限元分析，并通過(guò)VB建立了交互式用戶窗體，極大的方便了設(shè)計(jì)者對(duì)馬鈴薯挖掘鏟的設(shè)計(jì)與改進(jìn)，提高了設(shè)計(jì)效率.

關(guān)鍵詞 ：挖掘鏟；VB；SolidWorks；ANSYS

中圖分類(lèi)號(hào)：S23；TP311文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1673-260X（2015）08-0026-03

基金項(xiàng)目：東南煙區(qū)煙葉生產(chǎn)機(jī)械化關(guān)鍵技術(shù)裝備研究與開(kāi)發(fā).中煙辦【2010】2號(hào)（110200902076）；閩煙司科【2012】2號(hào)（2012（048））

馬鈴薯已成為我國(guó)繼稻米、小麥、玉米之后的又一主糧，但我國(guó)馬鈴薯收獲的機(jī)械化水平低，特別是適用于丘陵地區(qū)的馬鈴薯收獲機(jī)還很少，大多還是人工挖掘[1,2].挖掘鏟是馬鈴薯收獲機(jī)的重要部件之一，它由鏟片及鏟架等組成，其主要功能為挖掘薯塊，并將薯塊輸送至分離裝置[3].挖掘鏟的結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)機(jī)具的挖掘效果影響很大，工作時(shí)既要挖掘出所有薯塊，將薯塊順利輸送至分離部件，又要盡量降低機(jī)具的動(dòng)力消耗[4]，設(shè)計(jì)出一個(gè)符合要求的挖掘鏟需進(jìn)行大量田間試驗(yàn)及修改，在傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法中，挖掘鏟的每一次改進(jìn)都需重新進(jìn)行人工建模及有限元分析.因此，將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用在農(nóng)機(jī)的仿真中，通過(guò)VB、SolidWorks、ANSYS軟件及其二次開(kāi)發(fā)模塊設(shè)計(jì)出馬鈴薯挖掘鏟參數(shù)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有便捷的用戶界面，它可以根據(jù)用戶所輸入的尺寸參數(shù)對(duì)挖掘鏟進(jìn)行參數(shù)化三維建模，以及根據(jù)用戶所輸入的材料特性及載荷等參數(shù)進(jìn)行參數(shù)化有限元分析，并對(duì)挖掘鏟進(jìn)行自動(dòng)裝配，該系統(tǒng)極大的提高了挖掘鏟設(shè)計(jì)和改進(jìn)的效率.

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程

馬鈴薯挖掘鏟參數(shù)化系統(tǒng)包括參數(shù)化建模、參數(shù)化有限元分析及自動(dòng)裝配模塊.系統(tǒng)通過(guò)SolidWorks進(jìn)行建模及裝配，采用ANSYS進(jìn)行有限元分析，并利用VB編制用戶窗體.用戶在建模窗體中輸入相應(yīng)的尺寸參數(shù)，系統(tǒng)便會(huì)驅(qū)動(dòng)SolidWorks建立對(duì)應(yīng)的馬鈴薯挖掘鏟的零件模型，用戶在有限元分析窗體中輸入相應(yīng)的材料參數(shù)，系統(tǒng)便驅(qū)動(dòng)ANSYS對(duì)零件進(jìn)行有限元分析，并顯示分析結(jié)果.零部件設(shè)計(jì)完成，便可通過(guò)建模窗體自動(dòng)完成建模.其流程圖如圖1所示.

2 挖掘鏟的參數(shù)化建模

Solidworks向用戶提供了API函數(shù)進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，用戶在Solidworks中的所有操作都可以通過(guò)編輯API函數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)參數(shù)化[5].API函數(shù)通過(guò)聲明和實(shí)例化可以被VB所調(diào)用.本文通過(guò)挖掘鏟鏟片的參數(shù)化來(lái)介紹參數(shù)化建模過(guò)程.

在VB中創(chuàng)建鏟片的參數(shù)化建模窗體，如圖2所示，將其鏟厚、鏟長(zhǎng)、鏟寬等尺寸參數(shù)作為輸入內(nèi)容，并將鏟片的結(jié)構(gòu)示意圖顯示在窗口中，方便用戶設(shè)計(jì)時(shí)參考.

為了實(shí)現(xiàn)VB與SolidWorks的連接，必須先對(duì)SolidWorks API的最高層對(duì)象及文檔對(duì)象進(jìn)行聲明和實(shí)例化，具體代碼如下：

Set swApp CreateObject("sldworks.appli cation")//對(duì)SolidWorks API的最高層對(duì)象

Set part = swapp.newpart//創(chuàng)建新文檔

利用SolidWorks API函數(shù)編制草圖及特征命令，并提取其中的尺寸特征，通過(guò)VB對(duì)其尺寸進(jìn)行參數(shù)驅(qū)動(dòng)，代碼如下：

Dim H as Double//申明變量類(lèi)型

H= CDbl(txtH.Text) / 1000 //對(duì)變量單位進(jìn)行轉(zhuǎn)換

boolstatus = Part.Extension. SelectByID2 ("草圖1", "SKETCH", 0, 0, 0, False, 0, Nothing, 0)//選取草圖

Set myFeature = Part. FeatureManager. FeatureExtrusion2(True, False, False, 0, 0, H, ……)//拉伸命令

……

輸入相應(yīng)的尺寸參數(shù)，點(diǎn)擊創(chuàng)建，即可在SolidWorks中創(chuàng)建出鏟片模型，如圖3所示：

3 挖掘鏟的參數(shù)化有限元分析

ANSYS為用戶提供了二次開(kāi)發(fā)模塊[6]，用戶可以首先建立鏟片、鏟架等的log文件，然后利用APDL語(yǔ)言對(duì)其進(jìn)行編譯，并通過(guò)VB對(duì)APDL命令流進(jìn)行調(diào)用，對(duì)零件的單元類(lèi)型、彈性模量等變量進(jìn)行參數(shù)化，實(shí)現(xiàn)對(duì)挖掘鏟的參數(shù)化分析，最后通過(guò)VB的圖像控件顯示有限元分析結(jié)果.本文通過(guò)鏟片的分析介紹參數(shù)化有限元分析的過(guò)程.

鏟片的有限元分析用戶窗體如圖4所示，窗體中有單元類(lèi)型、網(wǎng)格精度等下拉框及彈性模量等用戶輸入文本框.

為了能使VB調(diào)用ANSYS，首先要通過(guò)shell函數(shù)來(lái)建立VB與ANSYS的連接，代碼如下：

Dim dy

dy=Shell("C:\Program Files\……\ANSYS.exe -b -p ane3fl -i shi.txt -o sh.log", 1)

其中C:\Program Files\……\ANSYS.exe為ANSYS的安裝目錄.-b表示為設(shè)置ANSYS的處理模式為Batch模式.-p 表示為設(shè)置ANSYS為Multiphsics模塊產(chǎn)品特征代碼，變量名為ane3fl.-i為所輸入的APDL文件，-o表示輸出的文件，此處為*.log文件.

用戶可以根據(jù)需要編制常用的APDL命令流，如單元類(lèi)型、材料屬性等，部分命令流如下：

et,1,solid164 //定義單元類(lèi)型

mp,ex,1,2.1e5!Q235 //定義定義彈性模量及材料特性

mp,nuxy,1,0.3 //定義泊松比

mp,dens,1,7.81e-3 //定義密度

……

在分析的過(guò)程中需通過(guò)VB的timer控件對(duì)ANSYS的分析進(jìn)度進(jìn)行實(shí)時(shí)判斷[7]，如果有file.err文件產(chǎn)生，則說(shuō)明VB的shell函數(shù)對(duì)ANSYS的調(diào)用成功.用戶窗口中跳出“ANSYS分析完成”通知用戶.其關(guān)鍵代碼如下：

Private Sub Timer1_Timer()

If Dir(App.path&"\file.err") <> "" Then

MsgBox("ANSYS分析完成！")

End if

Timer1.Enable=False

End sub

分析完成后，用圖形保存命令將圖形保存至到工作目錄中，并利用VB圖像控件的Loadpicture函數(shù)將應(yīng)力云圖顯示在VB窗口中，如圖5所示.從圖中我們可以看到鏟片的最大應(yīng)力在鏟片與鏟架連接的地方，為195MPa，小于Q234的屈服極限強(qiáng)度233MPa，因此，該尺寸參數(shù)可以做為鏟片的設(shè)計(jì)參數(shù).在設(shè)計(jì)時(shí)如果發(fā)現(xiàn)強(qiáng)度不夠，則可以通過(guò)修改鏟片的尺寸參數(shù)并在系統(tǒng)中快速建模并進(jìn)行有限元分析.

4 挖掘鏟的參數(shù)化裝配

挖掘鏟的參數(shù)化裝配需利用SolidWorks API函數(shù)的選擇與遍歷面的技術(shù)將多個(gè)零件按對(duì)應(yīng)的配合關(guān)系裝配在一起[8].挖掘鏟主要包括鏟架、鏟片以及沉頭螺栓.

在自動(dòng)裝配之前首先需用swApp.ActiveDoc來(lái)激活SolidWorks文檔，并通過(guò)swApp.NewAssembly()函數(shù)新建裝配體文檔，然后再利用OpenDoc6()函數(shù)將需要插入的零件放至內(nèi)存.具體代碼如下：

Set swModel=swApp.ActiveDoc//激活SolidWorks文件

Set swModel=swApp.NewAssembly()//新建SolidWorks裝配體文件

AssemblyTitle=swModel.GetTitle//獲得SolidWorks新建裝配體的標(biāo)題

Set swPart=swApp.OpenDoc6(＂F:\canshuhua\chanjia.SLDPRT＂,1,0,＂ ＂, longstatus, longwarnings)//將鏟架放入內(nèi)存

……

接下來(lái)利用函數(shù)AddComponent4()將加載后的零件通過(guò)添加到當(dāng)前裝配體中，并且通過(guò)AddMate3()函數(shù)添加約束關(guān)系，使兩零件約束完全，關(guān)鍵代碼如下：

boolstatus = swModel.AddComponent 4(＂F:\canshuhua\chanpian.SLDPRT＂,0,0,0)

boolstatus=swModel.SelectByID(＂chanpian -1＂+＂@＂+AssemblyName,＂COMPONENT＂,0,0,0)

Set myMate=swModel.AddMate3(swMateConcentric,1,False,0,0,0,0,0,0,0,0,False, Errors) //兩孔采用同心軸配合

自動(dòng)生成的裝配體如圖6所示，通過(guò)SaveAs3()函數(shù)將裝配體保存至指定的文件夾中.

longstatus = swModel.SaveAs3(＂F:\canshuhua\zhuangpeiti.SLDASM＂,0,2)

5 結(jié)論

通過(guò)開(kāi)發(fā)馬鈴薯挖掘鏟的參數(shù)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)，使用戶在系統(tǒng)中輸入相應(yīng)的尺寸參數(shù)便可實(shí)現(xiàn)對(duì)挖掘鏟的參數(shù)化建模并進(jìn)行自動(dòng)裝配；輸入相應(yīng)的材料參數(shù)等便可以對(duì)挖掘鏟進(jìn)行自動(dòng)有限元分析并顯示分析結(jié)果.如用戶發(fā)現(xiàn)參數(shù)設(shè)計(jì)不合理，則可修改相應(yīng)參數(shù)，系統(tǒng)會(huì)快速重新建模及分析.通過(guò)此系統(tǒng)，可以減少建模及有限元分析所消耗的時(shí)間，提高了挖掘鏟的設(shè)計(jì)效率，使設(shè)計(jì)者可以更加專(zhuān)注于田間試驗(yàn)及挖掘鏟的改進(jìn).

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參數(shù)化范文第5篇

關(guān)鍵詞:精確建模;斜齒輪;參數(shù)化;掃掠

引言

齒輪傳動(dòng)是機(jī)械傳動(dòng)中應(yīng)用最廣泛的一種傳動(dòng)方式,由于漸開(kāi)線的特點(diǎn),漸開(kāi)線齒輪又是齒輪傳動(dòng)最常用的齒輪類(lèi)型。近年來(lái)隨著CAD/CAE/CAM/CAPP技術(shù)的迅速發(fā)展,為了便于利用計(jì)算機(jī)仿真軟件對(duì)齒輪傳動(dòng)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)、振動(dòng)噪音、輪齒修型等分析,齒輪的精確參數(shù)化建模已經(jīng)成為一個(gè)必要過(guò)程,而齒輪的建模精度又對(duì)計(jì)算結(jié)果起到?jīng)Q定性的作用。漸開(kāi)線直齒圓柱齒輪由于螺旋角為零,因此精確建模已經(jīng)沒(méi)有問(wèn)題,而漸開(kāi)線斜齒輪由于齒面為空間漸開(kāi)線螺旋面,且其端面齒形與法面齒形不同,三維精確參數(shù)化建模過(guò)程比較困難。在目前所能查找的論文中提出了很多斜齒輪精確參數(shù)化建模的方法,但仔細(xì)研究發(fā)現(xiàn)里面所提到的很多方法根本就無(wú)法實(shí)現(xiàn)斜齒輪的精確參數(shù)化建模,為此先從理論上對(duì)斜齒輪參數(shù)化精確建模進(jìn)行討論。

一、參數(shù)化建模中齒數(shù)與模型分析

在斜齒輪的精確建模中有一部分文獻(xiàn)沒(méi)有考慮到齒數(shù)對(duì)建模的影響[1][3][4][5][6][7][8]。沒(méi)有考慮齒根圓與基圓之間的大小關(guān)系,根據(jù)斜齒輪的齒根圓與基圓公式有:

df=d-2?mn(h*an+c*n)(1)

db=d?cosat(2)

df=db=d-2?mn(h*an+c*n)-d?cosat(3)

由公式(3)可以得到

=z?--2.5(4)

如果斜齒輪的齒根圓 與基圓 相等,則公式(4)右邊等于零。

z?--2.5(5)

對(duì)應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)齒輪有an=200,這樣斜齒輪的齒根圓與基圓之間的大小關(guān)系就是螺旋角β、齒數(shù)z和法面模數(shù)mn的函數(shù)。當(dāng)齒根圓與基圓相等時(shí),那么斜齒輪的齒數(shù)z與斜齒輪的螺旋角β就成一函數(shù)關(guān)系,在此把這個(gè)函數(shù)關(guān)系用z=f(β)來(lái)表示,這說(shuō)明斜齒輪的齒根圓與基圓相等的分界線是變化的,而不是恒定的。

齒輪精確建模時(shí),當(dāng)齒根圓小于基圓的時(shí)候,齒根圓與基圓之間是沒(méi)有漸開(kāi)線的,這部分曲線是刀具的齒頂加工出來(lái)的過(guò)渡曲線;當(dāng)齒根圓大于基圓時(shí),齒廓曲線全部為漸開(kāi)線。所以斜齒輪精確建模一定要分這兩種情況來(lái)討論,為了方便在此用表格來(lái)給出兩者的數(shù)據(jù)關(guān)系。

二、螺旋角與斜齒輪模型的關(guān)系分析

現(xiàn)有很多論文中斜齒輪的精確參數(shù)化建模都是先利用漸開(kāi)線表達(dá)式生成漸開(kāi)線一條齒廓曲線,把這個(gè)端面曲線沿螺旋線進(jìn)行沿引導(dǎo)線“掃掠”或“曲面已掃掠”命令來(lái)生成一個(gè)斜齒輪的輪齒,然后利用環(huán)形陣列生成斜齒輪的精確模型[1][2][3][4][5][6][7][8]。

(一)螺旋角的關(guān)系推導(dǎo)

斜齒輪的螺旋角是指分度圓上螺旋線的切線與軸線之間所夾的角度。由下推出[10]:

tanβ=(6)

L-螺旋線的導(dǎo)程;

π?d-斜齒輪分度圓上的直徑;

可以看出螺旋角是齒輪分度圓的一個(gè)函數(shù),在同一齒輪中,任意圓周di上的螺旋角為:

tanβi=(7)

通過(guò)公式(7)可以看出,在不同的圓周上螺旋角是不同的。

(二)沿引導(dǎo)線掃掠策略

掃掠體的數(shù)學(xué)模型是,先進(jìn)行路徑規(guī)劃,即將掃掠路徑進(jìn)行離散,求解出t時(shí)刻通過(guò)掃掠路徑曲線上節(jié)點(diǎn)si的坐標(biāo),然后確定在每個(gè)節(jié)點(diǎn)上的投影面(法平面)方程,然后將物體向投影面(法平面)投影,當(dāng)時(shí)間間隔足夠小時(shí),在滿足一定的精度情況下,把時(shí)刻t和t+t時(shí)刻之間生成的掃掠體看成是由這些投影曲線組成的面域繞轉(zhuǎn)動(dòng)極軸轉(zhuǎn)動(dòng)生成的實(shí)體。

為了簡(jiǎn)化求解過(guò)程, 掃掠路徑通常寫(xiě)成式的參數(shù)形式:

那么要想對(duì)一個(gè)物體進(jìn)行掃掠必須給出掃掠路徑和掃掠物體,在斜齒輪精確建模中,掃掠路徑是空間螺旋線,掃掠物體為漸開(kāi)線的齒廓,這樣掃掠出來(lái)的齒形隨可以參數(shù)化,但在齒形上的每一點(diǎn)的法線都為掃掠路徑的切矢量,如果在創(chuàng)建時(shí),給定的掃掠路徑是分度圓上的螺旋線(在軟件中這個(gè)命令是單參數(shù)的),則得到的輪齒是任意一點(diǎn)的螺旋角都等于分度圓上的螺旋角,通過(guò)公式(7)可以看出這是不正確的。三維模型圖參考圖1.4。

(三)沿多條引導(dǎo)線已掃掠策略

一條螺旋線不可能得到正確的輪齒,如果采用多條螺旋線做掃掠路徑只能使用軟件中的“曲面已掃掠”命令來(lái)實(shí)現(xiàn),當(dāng)掃掠路徑比較多的時(shí)候可以得到比較精確的輪齒模型,但這個(gè)命令是不支持參數(shù)化的,也得不到參數(shù)化模型。

下面用一個(gè)實(shí)例進(jìn)行驗(yàn)證:

圖四是將端面的一個(gè)齒廓面沿引導(dǎo)線掃掠生成的輪齒形狀,此螺旋角為β=200,可以看出輪齒的形狀發(fā)生了嚴(yán)重的扭曲,且隨著螺旋角的度數(shù)增大,扭曲現(xiàn)象就越明顯。

圖五是將端面的一個(gè)齒廓面利用曲面里面的已掃掠生成的輪齒形狀,可以看出當(dāng)使用一條螺旋線的時(shí)候,輪齒發(fā)生了扭曲,不可能產(chǎn)生精確地輪齒。當(dāng)增多引導(dǎo)引導(dǎo)線串時(shí),扭曲程度降低,另外通過(guò)圖三與圖二的對(duì)比可以看出兩個(gè)操作都產(chǎn)生了扭曲,但扭曲程度是不一樣的。

通過(guò)上述論證,要想得到參數(shù)化的精確模型,必須使用掃掠命令來(lái)實(shí)現(xiàn),可以對(duì)此命令進(jìn)行二次開(kāi)發(fā),給定分度圓上的螺旋角,然后設(shè)定漸開(kāi)線上上段的個(gè)點(diǎn)螺旋角的值是線性遞增的,下半段式線性遞減的,使遞增和遞減的值分別等于齒頂圓上螺旋角和齒根圓上的螺旋角,這樣既可以參數(shù)化又可得到精確的模型

三、陣列操作與參數(shù)化分析

在很多文獻(xiàn)中當(dāng)單個(gè)齒生成后通過(guò)陣列的方法來(lái)生成整個(gè)斜齒輪模型,通常在軟件中有兩種生成方法:第一種是特征操作下的陣列(引用下的環(huán)形陣列)第二中方法是變換下的環(huán)形陣列,這兩種方法本質(zhì)上是不同的,引用下的環(huán)形陣列是不能參數(shù)化的,而特征操作下的環(huán)形陣列是可以參數(shù)化的。

所以要想進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì)必須采用特征操作下的沿引導(dǎo)線掃掠來(lái)生成輪齒,然后再進(jìn)行特征操作下的環(huán)形陣列來(lái)得到參數(shù)化模型。

四、結(jié)束語(yǔ)

本文主要對(duì)已有的斜齒輪精確參數(shù)化建模的方法進(jìn)行分析,推導(dǎo)出其不能得到精確參數(shù)化模型的理論原因,為以后斜齒輪的精確建模提供理論上的參考依據(jù)。精確模型一定是理論上推導(dǎo)證明出來(lái)的精確,還要注意當(dāng)通過(guò)計(jì)算機(jī)算法去實(shí)現(xiàn)出來(lái)后一定存在誤差的,那么必須對(duì)誤差進(jìn)行分析,確定誤差的范圍是不是在后續(xù)分析的允許范圍內(nèi)。

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