電梯設(shè)計(jì)中3d參數(shù)化方法的應(yīng)用

1、<p>　　電梯設(shè)計(jì)中3D參數(shù)化方法的應(yīng)用</p><p>　　摘 要：3D 設(shè)計(jì)是機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)的趨勢(shì)，參數(shù)化方法是提升 3D 設(shè)計(jì)效率的有效方法。兩者結(jié)合起來，極有利于設(shè)計(jì)和管理部件近似度極高的電梯產(chǎn)品。下面我簡(jiǎn)單介紹下 3D 參數(shù)化設(shè)計(jì)方法的理論基礎(chǔ)，和廣闊前景。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：電梯；3D 設(shè)計(jì)；參數(shù)化 </p><p>　　中圖分類號(hào)

2、： TU857文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)： </p><p>　　在激烈競(jìng)爭(zhēng)的市場(chǎng)環(huán)境中，很少有公司能夠自己設(shè)計(jì)、生產(chǎn)所需的所有產(chǎn)品零部件。在公司內(nèi)部，也很少由一個(gè)設(shè)計(jì)工程師設(shè)計(jì)所有的產(chǎn)品零部件。為加速產(chǎn)品的上市過程，產(chǎn)品往往基于以往的設(shè)計(jì)進(jìn)行改型，并大量使用標(biāo)準(zhǔn)的外購件，以降低重復(fù)設(shè)計(jì)成本并節(jié)省時(shí)間。為提高客戶滿意度并降低材料成本，盡可能優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，產(chǎn)品的更改必不可少。為了保持優(yōu)勢(shì)，超前的研發(fā)投資和知識(shí)保護(hù)變得

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

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

5、的零件 B1 需要維護(hù)時(shí)，A1 和 B1 的圖紙需要逐一修改；參考 A1、B1、C1 進(jìn)行新品設(shè)計(jì) A2、B2、C2 時(shí)，A2、B2、C2 的圖紙也需要重新繪制；當(dāng) A1、A2 等逐漸形成部件族后，若進(jìn)行共性的改進(jìn)，操作也是機(jī)械而重復(fù)的。 </p><p>　　就是將設(shè)計(jì)要求、設(shè)計(jì)原則、設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)結(jié)果用靈活可變的參數(shù)來表示，以便根據(jù)實(shí)際情況隨時(shí)加以更改。在 CAD 中，要實(shí)現(xiàn)參數(shù)化設(shè)計(jì)，參數(shù)化模型的建立是關(guān)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(jié)構(gòu)約束和尺寸約束。結(jié)構(gòu)約束是指幾何元素之間的拓?fù)浼s束關(guān)系，如平行、垂直、相切、對(duì)稱等；尺寸約束則是通過尺寸標(biāo)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(guān)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(guān)系來表示。在參數(shù)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)中，設(shè)計(jì)人員根據(jù)工程關(guān)系和幾何關(guān)系來指定設(shè)計(jì)要求。 </p><p>　　要滿足這些設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)參數(shù)時(shí)來維護(hù)這些基本關(guān)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(shè)計(jì)的本質(zhì)是在可變參數(shù)的作用下，系統(tǒng)能夠自動(dòng)維護(hù)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(guān)系，正是體現(xiàn)了設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)意圖。參數(shù)化設(shè)計(jì)可以大大提高模型的生成和修改的速度，在產(chǎn)品的系列設(shè)計(jì)及相似設(shè)

8、計(jì)方面具有很大的應(yīng)用價(jià)值。而在電梯領(lǐng)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(diǎn)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(guān)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(shí)施零件的替換。與 2D 圖紙方法相比，使用 3D 參數(shù)化方法進(jìn)行初次設(shè)計(jì)時(shí)，零部件對(duì)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(shí)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(chǔ)的參考設(shè)計(jì)和圖紙維護(hù)就會(huì)便利許多。譬如，當(dāng)需要參考“零件 B1”新設(shè)計(jì)“零件 B2”時(shí)，僅需人工編制一組新的“數(shù)據(jù) B2”，即可自動(dòng)實(shí)現(xiàn)由“零件 B1”到“零件B2”的變形；當(dāng)需要對(duì)“零件 C1”和“零件 C2”進(jìn)行共性修改時(shí)，僅需人工改動(dòng)“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(shè)計(jì) CAD 軟件中，主流的應(yīng)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(duì)的市場(chǎng)份額。以下將以 NX 為例，介紹一些 3D 參數(shù)化方法在電梯設(shè)計(jì)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(gè)智能接口 </p><p>　　事實(shí)上，表格驅(qū)動(dòng)的界面及機(jī)內(nèi)函數(shù)為相關(guān)的參數(shù)化設(shè)計(jì)提供了方便而有力的工具。當(dāng)一個(gè)部件被載入時(shí)，在 NX 的用戶入口(Gateway)應(yīng)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(chǔ)，可用于存儲(chǔ)有關(guān)的非幾何體數(shù)據(jù)。電子標(biāo)的強(qiáng)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(quán)限，還可以單獨(dú)編譯。除能夠影響當(dāng)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(jí)部件的電子表格，以產(chǎn)生由頂級(jí)裝配決定的變異。也就是說，合理設(shè)計(jì)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(jí)裝配中調(diào)整參數(shù)，就能自動(dòng)引起整個(gè)組合體的改變。以下是一組兩塊參數(shù)化設(shè)計(jì)的轎箱門板組

13、件。 </p><p>　　結(jié)語：綜上所述，隨著電梯產(chǎn)量的快速上升，客戶需求的極度多樣化，設(shè)計(jì)部門需出具的新增圖紙、需維護(hù)的歷史圖紙的數(shù)量都在急速增長(zhǎng)，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(jí)設(shè)計(jì)手段，提高工作效率，是本行業(yè)共同面臨的一項(xiàng)挑戰(zhàn)。而尋找新型的設(shè)計(jì)軟件，探索新穎的設(shè)計(jì)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(dòng)；更換軸的材質(zhì)或增加轉(zhuǎn)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(xiàn)： </b></p><p>　　[1] 羅金橋，楊 波，鄧楚南. 應(yīng)用 UG NX 軟件時(shí)間騎車零部件的參數(shù)化設(shè)計(jì)[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(jié)構(gòu)模塊化和參數(shù)化設(shè)計(jì)研究[J].機(jī)電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新，2006，6（19）: 29-30. </p><p>　　[3] 薛成超. 自動(dòng)扶梯參數(shù)化設(shè)計(jì)框架構(gòu)建及若干模塊的開發(fā)[D]. 沈陽：東北大學(xué)，2008（3）: 37-38. </p><p>　　[4] 趙 波，陳向軍. UG NX4 相關(guān)參數(shù)化設(shè)計(jì)培訓(xùn)教程[M]. 北京: 清華大學(xué)出版社，2007. </p>