基于VB和SolidWorks的擦窗機立柱參數(shù)化設(shè)計和三維繪圖

趙　香，賴恩暉，鄭倩倩

（長安大學，陜西西安710064）

基于VB和SolidWorks的擦窗機立柱參數(shù)化設(shè)計和三維繪圖

趙香，賴恩暉，鄭倩倩

（長安大學，陜西西安710064）

開發(fā)了一款擦窗機立柱的計算機輔助設(shè)計軟件，該軟件可根據(jù)用戶輸入的基本參數(shù)，計算得到立柱的主要設(shè)計參數(shù)，再結(jié)合立柱的截面類型和尺寸，配備筋板等部件，通過Visual Basic調(diào)用solidworks，參數(shù)化繪制立柱的三維零件圖和裝配圖。得到的三維模型，也為后期的力學分析做好基礎(chǔ)準備工作。

擦窗機立柱；參數(shù)化設(shè)計；參數(shù)化三維繪圖

傳統(tǒng)的擦窗機的伸縮立柱設(shè)計方法比較單一，加之其結(jié)構(gòu)復雜，設(shè)計參數(shù)多，工作量大。本文則基于VB和SolidWorks，通過統(tǒng)計和理論分析得到伸縮立柱的參數(shù)化設(shè)計以及參數(shù)化的三維繪圖，繪制的三維立柱模型也可以方便地用于后續(xù)的結(jié)構(gòu)強度分析、多剛體動力學分析［1-2］。

1　擦窗機立柱的結(jié)構(gòu)設(shè)計計算

1.1擦窗機立柱節(jié)數(shù)的確定

立柱是擦窗機吊臂的重要支撐部分，各節(jié)立柱均采用液壓油缸驅(qū)動，利用油缸伸縮來調(diào)節(jié)整個立柱的高度，從而滿足不同的工況。在設(shè)計立柱時，我們已知立柱的最大工作高度Hmax，以及最小工作高度Hmin，如圖1所示。考慮到實際應(yīng)用，本文中最多考慮到三節(jié)立柱的情況。

圖1　擦窗機分別處于最大最小工作高度時的示意圖

其中，Hmax為立柱最大高度（mm）；Hb為立柱上的臂座高度（mm）；Hi為第節(jié)立柱高度（mm）；ti為第i節(jié)立柱的搭接高度（mm）；Hd為第i節(jié)立柱的搭接高度（mm）；Hmin為立柱最小高度，mm；Bi為第i節(jié)立柱預留的結(jié)構(gòu)尺寸（mm）（該距離為立柱最小高度時，第i節(jié)立柱上端與第i+1節(jié)立柱上端之間的距離，其主要與立柱的上筋板和油缸的安裝位置有關(guān)，可在設(shè)計立柱前確定，為結(jié)構(gòu)尺寸）；Hn為立柱為節(jié)，第n節(jié)立柱的高度（mm）。

（1）當立柱的最大高度與立柱的最小高度相等時，為一節(jié)立柱；

（2）當立柱的最大高度大于立柱的最小高度時，分為兩種情況：

1）第一種情況：若立柱的最大高度小于兩節(jié)標準鋼管以搭接系數(shù)a搭接后所形成的總高度，即Hmax＜2×L-a/（1+a）×L（其中，L為標準鋼管的長度（單位：mm）；a為第一節(jié)立柱與第二節(jié)立柱的搭接系數(shù)，a=t/（H1-t1）.）

若立柱最大高度與立柱最小高度的差值小于目前市場上可用的油缸的最大行程，即Hmax＜Hmin＜Smax（其中，Smax為目前市場上可用的油缸的最大行程，單位：mm.）則為兩節(jié)立柱n=2，即一個油缸即可，且所需的油缸行程為S=Hmax-Hmin，其中，S為所需的油缸行程（單位：mm）.

若立柱最大高度與立柱最小高度的差值大于目前市場上可用的油缸的最大行程，即Hmax-Hmin＞Smax則為三節(jié)立柱，即需要二個油缸。

2）第二種情況：若立柱的最大高度大于兩節(jié)標準鋼管以搭接系數(shù)a搭接后所形成的總高度，且小于三節(jié)立柱以搭接系數(shù)a和搭接系數(shù)b搭接后所形成的總高度，即

2×L-a/（1+a）×L＜Hmax＜3×L

-a/（1+a）×L-b/（1+b）×L

其中，b為第二節(jié)立柱與第三節(jié)立柱的搭接系數(shù)，b=t2/（H2-t2）.

若立柱最大高度與立柱最小高度的差值小于2倍的目前市場上可用的油缸的最大行程，即Hmax-Hmin＜2×Smax，則為三節(jié)立柱，即兩個油缸即可，且所需的油缸行程S=Hmax-Hmin.

若立柱最大高度與立柱最小高度的差值大于2倍的目前市場上可用的油缸的最大行程，即Hmax-Hmin＜2×Smax

則為四節(jié)立柱n=4，即需要三個油缸（考慮到現(xiàn)實應(yīng)用，本文中不予考慮）。

1.2各節(jié)立柱高度和搭接高度的確定

在1.1中，已經(jīng)確定立柱的節(jié)數(shù)，結(jié)合立柱節(jié)數(shù)，通過立柱的最大高度和立柱最小高度，預留的結(jié)構(gòu)尺寸Bi，以及立柱的搭接系數(shù)，通過計算，即可得到各節(jié)立柱的高度和搭接高度。

以三節(jié)立柱為例，即需要兩個油缸，兩個油缸的行程總和為立柱最大高度和最小高度的差值，在設(shè)計3節(jié)立柱時，需要先選擇第一個油缸的行程S1或第二個油缸的行程S2，對應(yīng)的另一個行程可計算得到，再根據(jù)油缸的行程，分別計算兩節(jié)立柱的高度。

由以上公式聯(lián)立，可解得以下參數(shù)：

第三節(jié)立柱高度：H3=Hmin-B1-B2

第二節(jié)立柱高度：H2=（S2+B2）/［1-b/（1+b）］

第一節(jié)立柱高度：H1=（S1+B1）/［1-a/（1+a）］

計算得到H2和H1后，可由1.2中的公式得到第二節(jié)立柱搭接高度t2和第一節(jié)立柱搭接高度t1的值。

立柱的截面尺寸的確定，需要考慮到伸縮臂、平衡臂、臂座、配重等多個構(gòu)件，而本文的內(nèi)容并沒有涉及以上內(nèi)容，因此在本文中不進行立柱截面的設(shè)計計算。考慮到之后的三維參數(shù)化繪圖，在本文中將其設(shè)定為輸入值，在后續(xù)的文章中可能對其完善。

2　VisualBasic開發(fā)SolidWorks實現(xiàn)參數(shù)化繪圖

VB調(diào)用solidworks繪制零件和裝配體時，可利用SolidWorks宏錄制的代碼參考修改。（1）VB調(diào)用SolidWorks的關(guān)鍵語句：

Set swApp=CreateObject（"sldworks.application"）

（2）新建裝配體語句:

Set Part=swApp.NewDocument

（"C:ProgramDataSolidWorksSOLIDWORKS

2015 emplatesgb_assembly.asmdot"，0，0，0）（3）零件配合的語句:

SetmyMate=Part.AddMate5（0，0，F(xiàn)alse，4.1，0.1，0.1，0.1，0.1，0，0.5，0.5，F(xiàn)alse，F(xiàn)alse，0，longstatus）

3　VB界面設(shè)計

本節(jié)主要通過一個實例來體現(xiàn)該軟件的功能和界面。

已知立柱的設(shè)計參數(shù)：立柱最大高度為5 066 mm，最小高度為3 966 mm，臂座高度為600 mm，底架高度為856 mm；立柱的結(jié)構(gòu)參數(shù)：鋼管的標準長度為12 000 mm，油缸可用的最大行程為4 000 mm，第一，二節(jié)立柱預留的結(jié)構(gòu)尺寸均為330 mm，第一，二節(jié)立柱的搭接系數(shù)均為0.839 2，進行立柱的設(shè)計。

首先在圖2示界面里，輸入已知參數(shù)，并確認。第二個確認后就直接進入立柱結(jié)果界面，圖3所示，立柱的節(jié)數(shù)已經(jīng)確定，本例節(jié)數(shù)為2，再通過點擊設(shè)計計算按鈕，即可得到立柱長度的設(shè)計結(jié)果，截面尺寸用戶可根據(jù)經(jīng)驗輸入，如圖4所示。

圖2　用戶輸入立柱參數(shù)界面

圖3　兩節(jié)立柱的設(shè)計結(jié)果界面

圖4　參數(shù)化繪制的立柱裝配圖

由于伸縮立柱均采用方管，所以當立柱節(jié)數(shù)大于1時，系統(tǒng)自動默認為方管；而當采用一節(jié)立柱時，則需要用戶選擇截面類型為圓管或方管。

通過立柱的長度和截面尺寸，先繪制立柱的三維零件圖，再繪制裝配圖。

為了更直觀的顯示立柱的裝配圖，給立柱配備回轉(zhuǎn)支撐座和筋板，通過Visual Basic調(diào)用SolidWorks，利用參數(shù)化實現(xiàn)在伸縮立柱上自動裝配回轉(zhuǎn)支承座和筋板。（本文中的回轉(zhuǎn)支撐座和筋板均是提前繪制好的，后期可做成標準件庫，直接選擇）

4　結(jié)束語

利用參數(shù)化的立柱設(shè)計，可以避免重復性的工作，縮短設(shè)計時間。同時，參數(shù)化的三維繪圖，可以更直觀地了解設(shè)計方案，也方便后期的力學分析計算。

［1］張曉強.擦窗機伸縮臂設(shè)計計算與優(yōu)化［D］.西安：長安大學，2014.

［2］劉志海，魯青.VB開發(fā)SolidWorks實現(xiàn)機械產(chǎn)品參數(shù)化設(shè)計［J］.煤礦機械，2008，29（7）:180-183.

The Parametric Design and 3D Draw ing of Building Maintenance Unit's Upright Postbased on VB and Solidworks

ZHAO Xiang，LAIEn-hui，ZHENG Qian-qian
（Chang'an University，Xi'an Shaanxi 710064，China）

This paper developed a computer aided design software of Building Maintenance Unit's upright post，the software can according to the requirements of the user's input upright post's basic parameters，automatically calculate the main design parameters of upright posts.Combined with the post section type and size，equipped withstiffened plate etc，the software can use the Visual Basic call solidworks to achieve the drawing of post's 3D part and assembly drawings.The finished 3D model also prepares for the later basic mechanics analysis.

buildingmaintenance unit's upright post；parametric design；parametric 3D drawing

TP31

A

1672-545X（2016）05-0062-03

2016-02-23

趙香（1991-），女，陜西西安人，在讀碩士研究生，研究方向：建筑機械。