盆式橡膠支座計算機輔助設計系統

耿建璞，崔洪斌，劉慶華，曹 侃，劉新勇，曹朋賢

（1.河北科技大學機械工程學院，河北石家莊 050018；2.石家莊國泰欣安科技有限公司，河北石家莊 050000）

橋梁支座是連接橋梁上部橋體和下部橋墩的重要組成部分，其功能是把橋梁上部結構反力和變形可靠地傳遞給橋墩，同時能適應梁體因溫度、混凝土收縮徐變及載荷作用下引起的水平位移和撓曲引起的梁體轉動。盆式橡膠支座是橋梁結構中應用較為廣泛的一種支座。隨著近幾年國家大力發展橋梁建筑產業，市場競爭日趨激烈，盆式橡膠支座制造企業為了能夠在競爭中立于不敗之地，必須要提高設計水平，快速推出自己新的產品。基于這樣的背景，通過Visual Basic利用SolidWorks提供的二次開發接口，在SolidWorks平臺上實現盆式橡膠支座的零件、裝配體三維參數化建模。

1 SolidWorks二次開發

1．1 SolidWorks API接口

SolidWorks提供幾百個API函數，可適用于SolidWorks二次開發。SolidWorks二次開發技術有2種：一種是COM技術，生成Dll文件，作為插件插入SolidWorks中，該技術可以使用較多的Solid-Works API；另一種是OLE技術，生成exe格式的文件。

SolidWorks API對象的梗概如圖1所示，從圖中看出SldWorks對象位于圖中最頂端，是Solid-Works API最高層對象，通過其下的6個主要模塊，可以直接或間接訪問API中所有對象。用戶利用API函數可以方便地建立適合自己的功能模塊，并與SolidWorks連接在一起，實現對SolidWorks的二次開發［1-2］。

圖1 SolidWorks API對象梗概Fig.1 Synopsis of solidworks API object

1.2 二次開發工具

Visual Basic，VBA，C，C＋＋以及SolidWorks宏文件等都可作為SolidWorks二次開發的工具。筆者采用Visual Basic對SolidWorks進行二次開發，Visual Basic是面向 Windows的應用程序開發工具，易學易用，由于它采用面向對象程序設計方法，在軟件開發過程中得到廣泛應用。Visual Basic程序設計的特點是代碼簡捷，界面簡單、調試方便。

2 系統的功能與開發

盆式橡膠支座計算機輔助設計系統研究的主要內容為對客運專線鐵路橋梁盆式橡膠支座進行模塊化、參數化設計，根據此橋梁盆式橡膠支座的設計過程，對其進行功能分解，確定各功能模塊并進行編碼；對SolidWorks進行二次開發，建立客運專線鐵路橋梁盆式橡膠支座的參數化模型；設計其模塊接口，實現參數化設計；劃分參數化程序的功能模塊，以Visual Basic為開發工具，開發客運專線鐵路橋梁盆式橡膠支座參數化建模系統。

該系統功能主要包含設計計算、數據庫訪問技術、零件參數化建模［3-4］、裝配體自動生成技術等。

2.1 盆式橡膠支座總體設計計算

盆式橡膠支座總體設計計算包含支座零件的尺寸設計以及驗證支座受到豎向、橫向力引起的位移和撓曲。

根據盆式橡膠支座所承受豎向載荷、水平載荷、縱向（橫向）位移、轉角等條件，利用計算手冊和相關的設計標準［5-6］，對盆式橡膠支座進行設計計算，由于一些零件尺寸不是孤立的，而是在已有的零件尺寸基礎上，一步步計算而來，主要設計流程如圖2所示：首先計算出聚四氟乙烯板和橡膠承壓板的直徑、厚度，有些尺寸是相互制約的，例如，螺栓長度需要下支座板厚度確定，而下支座板長度需要螺栓的直徑來限制。然后通過上面產生的數據，計算出密封圈、中間承壓板、上支座板等零件尺寸。

圖2 設計流程Fig.2 Design flow

通過上述過程計算出的零件尺寸需要根據盆式橡膠支座在實際情況下受到的力、位移、轉角條件進行強度、穩定性等驗算。

2.2 數據庫訪問技術［7］

數據庫的主要功能是利用計算機對數據進行存取。筆者采用Access創建盆式橡膠支座數據庫，利用數據庫對聚四氟乙烯板、橡膠承壓板、下支座板、中間承壓板、螺栓等數據進行存儲和讀取，通過使用ADO技術實現Visual Basic與數據庫的連接。由于螺栓直徑決定了下支座板長度，而下支座板厚度決定了螺栓長度，需要對螺栓數據進行讀取、計算以及存儲。Visual Basic使用ADO方法連接數據庫需添加引用的方式為工程→引用→Microsoft ActiveX Data Objects2.8Library。

茶室小巧雅致，最讓人稱道的是，溫度適宜，顯示出店家的匠心。太冷固然沒道理，目下已是寒秋，客人進高檔浴池，圖的不就是個溫暖？太熱，也不相宜。外面清冷，一進門就遭遇燠熱，會讓人不適，甚至煩躁。在裝修考究、不冷不熱的茶室中，先進一小碗熱粥，由內而外，把客人的體溫慢慢調高，這樣，在進入更衣室之后，既不會怕冷，也不至于出汗。

2.3 參數化建模

盆式橡膠支座的標準化、系列化程度高，可以根據盆式橡膠支座的特點進行系列化、參數化建模，其優點是可以通過修改幾個關鍵尺寸實現零件重新建模。

目前主要通過2種方法實現參數化建模：程序驅動法和尺寸驅動法［8-9］。筆者采用尺寸驅動法。

尺寸驅動法是利用建立好的參數化模型，通過修改尺寸重新生成模型。該方法運行效率高、程序穩定性較好，同時減少了SolidWorks API函數的調用，使設計者從大量程序代碼中解放出來。以縱向支座上支座板為例，只需要修改部分關鍵尺寸即可生成新的模型。

部分代碼如下：

swPart.Parameter（"AZ＠草圖1"）.System Value＝txtA.Text＇修改尺寸

……

2.4 裝配體的自動生成［10］

SolidWorks提供了2種裝配設計方法，一種是自底而上設計，先建立好零件模型再進行裝配；另一種是自頂而下的設計，在新建裝配體中進行零件設計，零件與零件之間相互關聯，避免了設計過程中常識性錯誤。盆式橡膠支座采用自頂而下的設計方法創建裝配體：首先通過SolidWorks創建好盆式橡膠支座各個零件以及裝配體模型，然后利用程序讀取裝配體模型文件，以尺寸驅動法更新各個零件尺寸，實現裝配體的重新建模。

部分代碼如下：

3 系統設計實例

盆式橡膠支座根據使用性能和位移類型可以分為固定支座、縱向活動支座、橫向活動支座和多向活動支座4種類型，雖然每種支座適應條件不同，但其結構大體相同。現在以縱向活動支座為例，介紹盆式橡膠支座計算機輔助設計系統。

單擊盆式橡膠支座計算機輔助設計系統，輸入賬號密碼進入主界面，單擊“下一步”出現參數設置界面，如圖3所示。

該界面功能是輸入盆式橡膠支座的豎向載荷、水平載荷（豎向載荷的百分比）、橋梁支座的橫向位移、縱向位移、轉角等參數以及選擇盆式橡膠支座類型。

單擊“下一步”生成聚四氟乙烯板和承壓橡膠板，計算下支座板時需要用到螺栓尺寸，在生成下支座板前先調用螺栓數據庫，如圖4所示。

由于螺栓尺寸與下支座板相互制約，因此把二者安排在一個界面內，下支座板參數設置見圖5。

圖3 參數設置界面Fig.3 Setting of parameters

圖4 選取螺栓Fig.4 Selection of bolts

圖5 下支座板參數設置Fig.5 Parameter setting of bottom support plate

不同類型支座的下支座板結構基本一致，可以共用同一個界面。螺栓長度是根據下支座板厚度確定，而螺栓直徑又影響了下支座板長度，因此把它們設計到一個界面內，便于查看管理。

單擊“下一步”將依次生成密封圈、不銹鋼板、中間鋼襯板、SF-1B板、上支座板。完成這些計算，就可生成盆式橡膠支座的零部件，最后生成總裝配體。裝配體尺寸數據來自于存儲在數據庫中的各個零部件的信息。

4 結 語

通過對SolidWorks進行二次開發設計出盆式橡膠支座計算機輔助設計系統。與傳統的設計方法相比，該系統能夠對盆式橡膠支座進行參數化設計，縮短了設計時間。

／References：

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