基于SolidWorks球閥參數(shù)化設(shè)計

1、 參數(shù)化理論與實現(xiàn)方法3.1 三維CAD及三位開發(fā)平臺選擇三維CAD技術(shù)作為數(shù)字化設(shè)計的主體成為工業(yè)領(lǐng)域普遍應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)，是現(xiàn)代產(chǎn)品開發(fā)的核心手段和主導(dǎo)環(huán)節(jié)，對提高企業(yè)的產(chǎn)品開發(fā)能力，增強產(chǎn)品的市場競爭力具有巨大的作用。特征造型是CAD建模方法一個重要里程碑。過去CAD建模技術(shù)都是著眼于完善產(chǎn)品的幾何描述能力，而特征造型則是著眼于更好表達(dá)產(chǎn)品完整的功能和生產(chǎn)管理信息，為建立產(chǎn)品的集成信息建模服務(wù)。特征造型包括產(chǎn)品的特征幾何形狀特征、拓?fù)潢P(guān)系、典型功能、繪圖表達(dá)方法、制造技術(shù)和公差要求等內(nèi)容。特征造型技術(shù)使得產(chǎn)品設(shè)計在更高層次上進(jìn)行，設(shè)計師的操作對象不再是原始的線條和體素，而是產(chǎn)品功能要素。特

2、征的引用直接體現(xiàn)了設(shè)計意圖，使得產(chǎn)品模型更易于為人理解和組織生產(chǎn)，為開發(fā)新一代的基于統(tǒng)一產(chǎn)品信息模型的CAD/CAPP/CAM集成系統(tǒng)創(chuàng)造了條件。建模技術(shù)上三維CAD的核心技術(shù)，三維CAD的建模技術(shù)經(jīng)歷了三維線框造型、曲面造型、實體造型和特征造型四個階段，如今基于特征的參數(shù)化和變量化設(shè)計是CAD技術(shù)的新發(fā)展。參數(shù)化設(shè)計（也叫尺寸驅(qū)動）是CAD技術(shù)在實際應(yīng)用中提出的課題，它不僅可使CAD系統(tǒng)具有交互式繪圖功能，還具有自動繪圖功能。目前它是在CAD技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域的一個重要的研究方向。參數(shù)化設(shè)計一般用于設(shè)計對象拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)比較定型，可以用一組參數(shù)來約束尺寸關(guān)系，并且參數(shù)的求解比較簡單，設(shè)計結(jié)果的尺寸修改受

3、參數(shù)驅(qū)動。生產(chǎn)中最常用的系列標(biāo)準(zhǔn)件就是這一類；變量化設(shè)計是指設(shè)計對象的修改需要更大的自由度，通過求解一組約束方程來確定產(chǎn)品的尺寸和形狀。約束方程可以使用某種幾何關(guān)系，也可以使用公式表示的計算條件，設(shè)計結(jié)果的尺寸修改受到約束方程驅(qū)動。目前，國內(nèi)市場上流行的三維CAD軟件主要有Solidworks公司的Solidworks、Autodesk公司的MDT、EDS公司的UG、PTC公司的Pro/Engineer、SDRC公司的I-DEAS以及國內(nèi)自主版權(quán)的高華CAD和開目CAD等，根據(jù)用戶的實際情況對這些三維CAD軟件比較以后，選用Solidworks作為智能閥門設(shè)計系統(tǒng)的三維支撐軟件平臺。3.2 參

4、數(shù)化理論及其在本課題中的應(yīng)用3.2.1 參數(shù)化設(shè)計與參數(shù)化繪圖參數(shù)化設(shè)計是指參數(shù)化模型的尺寸用對應(yīng)的關(guān)系表示，而不需要確定的數(shù)值，通過調(diào)整參數(shù)將自動改變所有與他相關(guān)的尺寸及位置，自動實現(xiàn)產(chǎn)品的精確造型。參數(shù)化的本質(zhì)是加約束和約束滿足。參數(shù)化設(shè)計的過程可以認(rèn)為是改變模型參數(shù)值后，對約束進(jìn)行求解的過程。用戶無需進(jìn)行干預(yù)，而由CAD系統(tǒng)對整個圖形的約束集進(jìn)行分析和求解。例如：在幾何參數(shù)化模型中，必須是尺寸約束參數(shù)和幾何約束參數(shù)都同時滿足，并求解，才能獲得準(zhǔn)確的幾何形狀。參數(shù)化設(shè)計一般用于設(shè)計對象的結(jié)構(gòu)形狀比較定型，可以用一組參數(shù)來約定尺寸關(guān)系，參數(shù)的求解比較簡單，參數(shù)與設(shè)計對象的控制尺寸有顯式對應(yīng)關(guān)

5、系，設(shè)計結(jié)果的修改受尺寸驅(qū)動。生產(chǎn)中最常見的系列化標(biāo)準(zhǔn)件就是屬于這一類型。利用參數(shù)化設(shè)計手段開發(fā)的專用產(chǎn)品設(shè)計系統(tǒng)，可使設(shè)計人員從大量繁重而瑣碎的繪圖工作中解脫出來，可以大大提高設(shè)計速度，并減少信息的存儲量。參數(shù)化設(shè)計有一種驅(qū)動機制稱為參數(shù)驅(qū)動，參數(shù)驅(qū)動機制是基于對圖形數(shù)據(jù)的操作。通過參數(shù)驅(qū)動機制，可以對圖形的幾何數(shù)據(jù)進(jìn)行參數(shù)化修改，但是，在修改的同時，還要滿足圖形的約束條件，需要約束間關(guān)聯(lián)性的驅(qū)動手段來約束聯(lián)動，約束聯(lián)動是通過約束間的關(guān)系實現(xiàn)的驅(qū)動方法。參數(shù)驅(qū)動是基于對圖形數(shù)據(jù)的操作，因此繪制一張圖的過程就是在建立一個參數(shù)模型。繪圖系統(tǒng)將圖形映射到數(shù)型數(shù)據(jù)庫中，設(shè)置出圖形實體的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，參數(shù)

6、驅(qū)動時將這些結(jié)構(gòu)中填寫出不同的內(nèi)容，以生成所需要的圖形。參數(shù)驅(qū)動可以被看作是驅(qū)動樹操作數(shù)據(jù)庫內(nèi)容，不同的驅(qū)動樹決定了參數(shù)驅(qū)動的不同操作。由于驅(qū)動樹是根據(jù)參數(shù)模型的圖形特征和相關(guān)參數(shù)構(gòu)成的，所以繪制參數(shù)模型時，有意識的利用圖形特征，并根據(jù)實際需要標(biāo)注相關(guān)參數(shù)，就能在參數(shù)驅(qū)動時，把握對數(shù)據(jù)庫的操作，以控制圖形的變化。繪圖者不僅可以定義圖形結(jié)構(gòu)，還能控制參數(shù)化過程，就像用計算機語言編程一樣，定義數(shù)據(jù)、控制程序流程。這種建立圖形模型、定義圖形結(jié)構(gòu)、控制程序流程的手段稱作圖型編程。在圖形參數(shù)化中，圖形編程是建立在參數(shù)驅(qū)動機制、約束聯(lián)動和驅(qū)動樹基礎(chǔ)上的。利用參數(shù)驅(qū)動機制對圖形數(shù)據(jù)進(jìn)行操作，由約束聯(lián)動和驅(qū)動

7、樹控制驅(qū)動機制的運行。這與以往的參數(shù)化方法不同，它不把圖形轉(zhuǎn)化成其他表達(dá)形式，如方程、符號等；也不問繪圖過程，而是著重理解圖形本身，把圖形看作是一個模型，一個參數(shù)化的依據(jù)。繪圖者通過圖形把自己的意圖“告訴”參數(shù)化程序，參數(shù)化程序返回繪圖者所需要的圖形。它關(guān)心的是圖形，也就是圖形數(shù)據(jù)庫的內(nèi)容，運行方便、快捷，實現(xiàn)起來也比較容易。參數(shù)化繪圖是相對于交互式繪圖而言的。交互式繪圖是早期的CAD系統(tǒng)的繪圖功能，它只能是對手工繪圖的簡單代替。而參數(shù)化繪圖是將圖形尺寸與一定的設(shè)計條件或約束條件相關(guān)聯(lián)，即把圖形的尺寸看成是“設(shè)計條件”的函數(shù)。當(dāng)設(shè)計條件發(fā)生改變時，圖形尺寸也會隨之得到相應(yīng)的更新。參數(shù)化設(shè)計的兩

8、種不同表現(xiàn)形式為： (1)參數(shù)化繪圖指軟件本身具有參數(shù)化功能。我們可以方便地重定義模型和更新顯示結(jié)果，任何交互式的尺寸都會立即導(dǎo)致整個模型的變化。 (2)參數(shù)化繪圖指由應(yīng)用程序生成的圖形具有參數(shù)化的功能。即所有的圖形尺寸是可參數(shù)化的，可以修改的，但是這一過程是借助應(yīng)用程序來實現(xiàn)的。應(yīng)用程序負(fù)責(zé)與用戶進(jìn)行交互，用戶想修改某一尺寸時，應(yīng)用程序來更新這一尺寸和相關(guān)尺寸。參數(shù)化繪圖的基本實現(xiàn)方法有尺寸驅(qū)動法和程序驅(qū)動法。 (1)尺寸驅(qū)動法是指繪圖軟件本身具有的參數(shù)化繪圖功能。這種方法不需用戶變成、操作方便，但程序設(shè)計難度大。 (2)程序驅(qū)動法是指在CAD軟件額基礎(chǔ)之上使二次開發(fā)的程序具有參數(shù)化繪圖功能

9、。它是通過人機交互或其他形式相應(yīng)地用程序傳遞參數(shù)，采用程序驅(qū)動方式，由程序用參數(shù)化方法生成圖形，用戶可以生成圖形中的尺寸進(jìn)行修改，程序按照新尺寸更新圖形。這種方法適合于標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、小批量的產(chǎn)品設(shè)計。3.2.2參數(shù)化設(shè)計與繪圖的實現(xiàn)根據(jù)上節(jié)所述兩種參數(shù)化技術(shù)的優(yōu)缺點，在本課題中針對閥門設(shè)計的特點以及對閥門CAD系統(tǒng)的要求，采用程序驅(qū)動法的參數(shù)化繪圖方法，以面向?qū)ο蟮木幊陶Z言Visual Basic 6.0作為開發(fā)工具，以Solidworks 2003為圖形系統(tǒng)平臺，實現(xiàn)參數(shù)化圖形的繪制。這種方法的總體思想是先繪制好閥門零部件的模版圖形，然后由程序讀取經(jīng)過設(shè)計校核后存儲在數(shù)據(jù)庫中的尺寸，并對模

10、版圖形尺寸進(jìn)行修改。這種方法建立在三維實體模型開放性好、易于系統(tǒng)維護(hù)。其具體工作步驟如下： (1)分析閥門零部件結(jié)構(gòu)特征，建立模版圖形。 首先針對要建立的閥門零部件實體，分析其結(jié)構(gòu)特征。根據(jù)Solidworks 2003創(chuàng)建實體的特點，確定先建立哪個特征，后建立哪個特征，每個特征怎么利用Solidworks 2003建立，并且使所建立的特征要盡可能的簡單，使參數(shù)尺寸盡可能少，然后利用Solidworks的建立特征的功能（如拉伸、旋轉(zhuǎn)、掃描等）根據(jù)分析結(jié)果創(chuàng)建三維實體模版。 在繪圖的過程中，不需要嚴(yán)格確定圖形的幾何參數(shù)，只需設(shè)計者畫出圖形的大致結(jié)構(gòu)形狀即可。 (2)然后在實體模版建立的基礎(chǔ)上，對

11、模版零件進(jìn)行參數(shù)尺寸標(biāo)注。主要是對驅(qū)動各個特征的尺寸進(jìn)行標(biāo)注。這些尺寸包括描述特征大小的定型尺寸和確定特征位置的定位尺寸。標(biāo)注尺寸的大小是模版零件的實際尺寸，Solidworks會自動對標(biāo)注的尺寸進(jìn)行標(biāo)識，并按標(biāo)注順序給尺寸起名（如：D1，D2等）。同時還需要圖形添加定位約束以保證圖形之間的位置關(guān)系（如同心、重合、等距等）。 (3)最后建立用戶界面、讀取設(shè)計參數(shù)、驅(qū)動三維造型。利用VB 6.0這個面向?qū)ο蟮木幊陶Z言可以建立良好的用戶交互界面，方便用戶輸入閥門零部件的主要驅(qū)動參數(shù)，或者可以利用VB 6.0連接數(shù)據(jù)庫的功能從數(shù)據(jù)庫中讀取驅(qū)動參數(shù)，利用上述步驟驅(qū)動模版零件參數(shù)繪制更新符合用戶的三維模

12、型。3.3 Solidworks二次開發(fā)技術(shù)3.3.1 Solidworks二次開發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)Solidworks作為三維CAD設(shè)計軟件，為用戶提供了強大的二次開發(fā)能力，使用戶能按照自己的需要，開發(fā)出適合自己需要的應(yīng)用軟件。作為一個OLE服務(wù)器，Solidworks提供了大量的OLE對象，以及這些對象所擁有的方法和屬性，用戶通過在客戶應(yīng)用程序中對這些OLE對象及其方法和屬性的操作，可以在自己開發(fā)的應(yīng)用軟件中實現(xiàn)諸如生成直線、構(gòu)造實體、檢測曲面參數(shù)等幾乎所有的Solidworks軟件的功能。Solidworks API提供了大量的OLE對象用于用戶的二次開發(fā)，這些OLE對象涵蓋了全部的Solid

13、works的數(shù)據(jù)模型和基本操作。他們之間的關(guān)系簡圖如圖3.1所示。圖3.1 OLE對象關(guān)系簡圖在開發(fā)中常用的OLE對象有Solidworks頂層對象窗體對象、模型文檔對象、零件文檔對象、裝配體文檔對象、工程圖文檔對象、草圖對象和尺寸對象等。圖3.2所示的是Solidworks API對象的一個梗概。圖3.2 Solidworks API對象梗概3.3.2 Solidworks二次開發(fā)在本課題應(yīng)用中的實現(xiàn)方法在Solidworks中的用戶化二次開發(fā)中，可以通過COM對象或者OLE Automation來訪問Solidworks服務(wù)器中的OLE對象。用戶化開發(fā)的應(yīng)用程序可以是對立的EXE可執(zhí)行文件

14、活著Solidworks進(jìn)程內(nèi)的動態(tài)鏈接庫DLL文件。可執(zhí)行文件可以通過OLE Automation使用Visual Basic、VBA和C+等開發(fā)語言進(jìn)行開發(fā)，使用OLE Automation方法以Variant類型作為輸入和返回參數(shù)；動態(tài)鏈接庫DLL通過COM對象使用VC+開發(fā)，使用COM對象方法以HERSULT類型值作為返回值。用戶開發(fā)的動態(tài)連接庫DLL和Solidworks在同一進(jìn)程控件中運行，能直接訪問Solidworks底層的對象和數(shù)組，因此訪問效率高并且可以訪問更多的函數(shù)。用VB開發(fā)時，首先要建立與Solidworks的COM服務(wù)器的連接，創(chuàng)建Solidworks的應(yīng)用對象，下面

15、是其主要語法代碼： Dim swApp as Object Dim Part as Object Dim Assembly as Object Sub main() Set swApp = CreatObject(Solidworsk.Application) Set Part = swApp.NewPart Set Assembly = swApp.NewAsssembly End sub本課題使用了Solidworks的二次開發(fā)技術(shù)，實現(xiàn)了設(shè)計零件的三維造型顯示，并且實現(xiàn)了根據(jù)閥門零部件的設(shè)計參數(shù)進(jìn)行對三維實體造型的實時參數(shù)驅(qū)動。又Solidworks具有的全數(shù)據(jù)相關(guān)技術(shù)特性，可以完全保證

16、尺寸的修改直接影響到二維工程圖的變化。 (1)首先利用Solidworks提供的API函數(shù)建立VB和Solidworks的COM服務(wù)器 (2)然后提取存儲在數(shù)據(jù)庫中的閥門零件部件的設(shè)計參數(shù)。并以此參數(shù)驅(qū)動三維實體模型6。3.3.3本系統(tǒng)建模實例經(jīng)過上述參數(shù)化設(shè)計和特征建模后，本系統(tǒng)就實現(xiàn)了設(shè)計校核模塊所設(shè)計的產(chǎn)品參數(shù)化為產(chǎn)品模型的過程。球閥主要零部件模型包括零件的三維模型和平行圖形，但只有在三維模型建立以后，才能由其自動生成二維工程圖。圖3.3和圖3.4列出了本系統(tǒng)中閥體的三維模型和工作圖。圖3.3 閥體三維模型圖3.4 右閥體工程圖3.4本章小結(jié)本章分析了參數(shù)化建模以及特征建模技術(shù)的特點，并

17、探討了基于Solidworks 2003的閥門零部件參數(shù)化建模及特征造型技術(shù)的實現(xiàn)方法，并對其進(jìn)行二次開發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)做了詳細(xì)的闡述。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)閥門CAD系統(tǒng)的特點及對閥門CAD系統(tǒng)的要求，開發(fā)了球閥主要零件和標(biāo)準(zhǔn)件的設(shè)計建模程序，實現(xiàn)了閥門零部件的三維參數(shù)化設(shè)計、建模和裝配，通過三維模型也可以自動生成零部件的二維工程圖，實現(xiàn)了閥門設(shè)計過程的自動化和可視化。4 球閥設(shè)計與計算4.1 球閥的設(shè)計即設(shè)計任務(wù)書。應(yīng)明確閥門的具體參數(shù)（公稱通徑、公稱壓力、溫度、介質(zhì)、驅(qū)動方式等），使用的條件和要求（如室內(nèi)或室外安裝、啟閉頻率等）及相關(guān)執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)（產(chǎn)品的設(shè)計與制造、結(jié)構(gòu)長度、連接型式、產(chǎn)品的檢驗與試

18、驗等） (1) 對閥門結(jié)構(gòu)的確定: 一般如果壓力不高,DN150時,可優(yōu)先采用浮動式結(jié)構(gòu),其優(yōu)點是:結(jié)構(gòu)簡單如果浮動球式結(jié)構(gòu)滿足不了需要時,應(yīng)采用固定式結(jié)構(gòu)或其它結(jié)構(gòu)型式(如半球、撐開式) (2) 對密封的材料的確定 由于球閥的使用受溫度的影響很大,因此,密封的材料的選定很關(guān)鍵： 對使用溫度300時,密封面材料可選擇塑料類材料(如聚四氟乙烯、增強聚四氟乙烯、尼龍、對位聚苯) 當(dāng)使用溫度超過300.或者介質(zhì)代顆粒狀時,密封面材料應(yīng)選金屬密封。 (3) 對球閥使用要求的確定 主要確定,球閥是否具有防火.防靜電要求 (4) 對閥體型式確定 由于球閥公稱通徑適用的范圍很廣,其閥體型式也較為多樣,一般分

19、為以下三種： 整體式閥體一般用于DN50的小通徑閥門,此時,其材料多用棒材或厚壁管材直接加工擊來,而對口徑較大時,多采用二體式、三體式或全焊接結(jié)構(gòu) 二體式結(jié)構(gòu)由左右不對稱的二個閥體組成，多采用鑄造工藝方法 三體式結(jié)構(gòu)由主閥體和左右對稱的二個閥體組成,可采用鑄造或鍛造工藝方法 (5) 閥門通道數(shù)量(直通、三通、四通) (6) 選擇彈性元件的形式 (7) 確定閥門的結(jié)構(gòu)長度和連接尺寸 (8) 確定球體通道直徑d 球體通道直徑應(yīng)根據(jù)閥門在管道系統(tǒng)中的用途和性質(zhì)決定，并要符合相關(guān)的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)或用戶要求。球體通道直徑分為不縮徑和縮徑二種:不縮徑：d等于相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的閥體通道直徑 縮徑：一般d=0.78相關(guān)

20、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的閥體通道直徑，此時，其過渡段最好設(shè)計為錐角過渡，以確保流阻不會增大。 (9) 確定球體直徑球體半徑一般按R=（0.750.95）d計算對小口徑R取相對大值，反之取較小值為了保證球體表面能完全覆蓋閥座密封面，選定球徑后，須按下式校核（mm），應(yīng)滿足式中：球體最小計算直徑（mm），：閥座接觸面外徑(mm)，d：球徑通道孔直徑（mm）D：球體實際直徑（mm）8。4.2 球閥的計算 球體與閥座之間比壓的計算應(yīng)滿足式中：qMF：密封面上的必須比壓（MPa） 可根據(jù)工作壓力來計算，qMF =1.2P（適用于中低壓通徑不大場合） 由試驗得出的經(jīng)驗公式計算： (4-1) 式中：m:與流體性質(zhì)有關(guān)的系

21、數(shù)對常溫液體：m=1對常溫油品和空氣、蒸汽以及高于100的液體：m=1.4對氫、氮及密封要求高的介質(zhì)：m=1.8a，c：與密封面材料有關(guān)的系數(shù)，見表4.1所示密封面材料aC鋼、硬質(zhì)合金3.51聚四氟乙烯、尼龍1.80.9銅、鑄鐵3.01中硬橡膠0.40.6軟橡膠0.30.4P ：流體的工作壓力（MPa），設(shè)計給定b :密封面在垂直于流體流動方向上的投影寬度b= （mm）t :密封面寬度（mm），設(shè)計給定 ：密封面法向與流道中心線的夾角：球閥密封比壓（MPa） 對浮動球閥： (4-2)式中：DMW ：閥座密封面外徑（mm）設(shè)計給定 DMN ：閥座密封面內(nèi)徑（mm）設(shè)計給定 P ：介質(zhì)工作壓力（M

22、Pa） 對進(jìn)口密封的固定球閥（見圖4.1示）圖4.1進(jìn)口密封固定球球閥結(jié)構(gòu)計算公式： （4-3） 式中：DJH：進(jìn)口密封座導(dǎo)向外徑 （mm） 設(shè)計給定 R： 球體半徑 （mm） 設(shè)計給定 h： 密封面接觸的寬度在水平方向的投影 （mm） h = l2-l1式中l(wèi)2 ，l1：球體中心至密封面的距離（mm）見圖示 其它密封球閥，略q：密封面材料的許用比壓MPa ，查下表4.2表4.2密封面材料的許用比壓 q密封面材料材料硬度q MPa密封面間無滑動密封面間有滑動黃銅CuZn40Pb2，CuZn38Mn2Pb2，CuZn38CuZn16Si4CuAL10Fe3CuAL10Fe3Mn2，CuAL9Fe

23、4Ni4Mn2HB 8095HB 95110802010025青銅HB1108025HB 12017010035奧氏體不繡鋼1Cr18Ni9Ti、1Cr18Ni12Mo2TiHB氏體不繡鋼2Cr13、3Cr13、1Cr17Ni2HB 20030025045HR 3540氮化鋼35CrMoAlA、38CrMoAlAHv 800100030080堆焊合金TDCoCr1-xHR 404525080TDCr-Ni（含Ni）HB 28032025080中硬橡膠54F-4SFB-1，SFB-2，SFB-3SFBN-1，SFBN-2，SFBN-32015尼龍4030注：鋼和銅合金的

24、牌號對于鑄態(tài)和堆焊均適用9。4.3 閥桿強度計算4.3.1 浮動球閥桿的強度計算(1)閥桿與球體連接部分的計算：閥桿與球體接觸按擠壓計算，見圖4.2示圖4.2 閥桿與球體接觸按擠壓圖ZY=ZY式中：a：見圖示（mm）設(shè)計給定； h：閥桿頭部插入球體的深度，（mm），一般取h=（1.82.2）a，正方形時，a改為b。注意：h不要取的過大，否則球體活動性減小。 ZY：球體材料的許用擠壓應(yīng)力（MPa） 對奧氏體不銹鋼：當(dāng)b600 MPa時，取ZY=122 MPa 或按下式計算：ZY=（b：材料的抗拉強度）(2)閥桿頭部強度校核 -斷面處的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力： N =N 式中： MQZ ：球體與閥座密封面間的摩

25、擦轉(zhuǎn)矩（Nmm）見前面 W ：-斷面的抗扭轉(zhuǎn)斷面系數(shù) 見圖4.3示圖4.3斷面的抗扭轉(zhuǎn)斷面系數(shù)圖 式中：值根據(jù)b/a按表選取表4.3 b/a與的關(guān)系b/a1.01.21.52.02.53.04.06.08.00.2080.2190.2310.2460.2580.2670.2820.2990.307 -斷面處的剪切應(yīng)力=式中：DT ：閥桿頭凸肩的直徑（mm） 設(shè)計給定dF ：閥桿直徑（mm） 設(shè)計給定H ：閥桿頭凸肩高度（mm） 設(shè)計給定P ：計算壓力（MPa）：材料的許用剪切應(yīng)力（MPa），查資料1表3-7 -斷面處扭轉(zhuǎn)應(yīng)力N =N式中：MF ：浮動球閥總轉(zhuǎn)矩（Nmm）。W ：-斷面處的抗扭轉(zhuǎn)

26、斷面系數(shù)（mm3）W=dF3N：材料的許用扭轉(zhuǎn)應(yīng)力（MPa）。 -斷面處扭轉(zhuǎn)應(yīng)力N = N式中：MF ：浮動球閥總轉(zhuǎn)矩（Nmm）。 W ：-斷面處的抗扭斷面系數(shù)（mm3） 對正方形和矩形斷面，按-斷面的原則計算。N ：材料的許用扭轉(zhuǎn)應(yīng)力（MPa）10。4.3.2 固定球閥閥桿強度計算結(jié)構(gòu)為上閥桿代O型圈密封的強度計算 見圖4.4示圖4.4結(jié)構(gòu)為上閥桿代O型圈密封的強度計算 (1) -斷面處的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力：N式中：MQZ：球體與閥座密封面之間的摩擦轉(zhuǎn)矩（Nmm）W：-斷面處的抗扭系數(shù) (4-4)式中：n：鍵的數(shù)量 設(shè)計給定b，d1，t：見圖4.5示（mm） 設(shè)計給定圖4.5鍵的數(shù)量N：材料的許用扭轉(zhuǎn)

27、應(yīng)力（MPa） (2) -斷面處剪切應(yīng)力：按浮動球-斷面公式計算(3) -斷面的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力N式中：MF ：固定球閥的總轉(zhuǎn)矩（Nmm）見7.3.2MFT ：閥桿與填料之間的摩擦轉(zhuǎn)矩（Nmm）見7.3.2W ：-斷面處的抗扭斷面系數(shù)（mm3）計算方法，同上述N：材料的許用扭轉(zhuǎn)應(yīng)力（MPa） 查表同上述 (4) -斷面處的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力N (4-5)式中： MF ，N同上述W ：-斷面處抗扭斷面系數(shù)（mm3）對正方形、矩形，鍵連接的W按上述方法計算。對花鍵連接： (4-6)4.3.3 閥桿連接件（平鍵或花鍵）的強度計算 平鍵的強度計算 (1). 平鍵的比壓計算 (4-7)式中：T: 轉(zhuǎn)矩（Nmm） 對于閥桿

28、手柄或驅(qū)動裝置連接部分：T = MF 對于閥桿與球體連接部分： T = MQZ n: 鍵數(shù) 設(shè)計給定 K、d1：如圖所示（mm） 設(shè)計給定 L: 鍵的工作長度（mm） 設(shè)計給定P：許用比壓（MPa） 查下表4.4表4.4平鍵連接的P與值 許用值連接工作方式輪轂材料載 荷 情 況平穩(wěn)輕微沖擊沖擊P固定連接鋼1251501001206090鑄鐵708050603045導(dǎo)向連接鋼5040301209060注：對于被連接件表面經(jīng)過淬火的導(dǎo)向連接，P值可提高23倍。 平鍵剪應(yīng)力計算 (4-8)式中：T,d1,L,n：與前相同 b: 如圖所示（mm） 設(shè)計給定 ：許用剪切應(yīng)力（MPa）,按上表查取 花鍵連

29、接的強度計算 (4-9)式中：P：許用比壓（MPa），查下表4.5 表4.5 花鍵聯(lián)接的許用比壓 （MPa）聯(lián)接工作方式使用和制造情況P齒面未經(jīng)熱處理齒面經(jīng)熱處理固定聯(lián)接不良35504070中等60100100140良好80120120200不在載荷作用下移動的滑動聯(lián)接不良15202035中等20303060良好25404070在載荷作用下移動的滑動聯(lián)接不良310中等515良好10204.4本章小結(jié)本章根據(jù)機械設(shè)計的基本方法與理論確定了球閥各部件的設(shè)計方法并設(shè)計出每個零件的主要參數(shù)；在本章中根據(jù)不同零件的不同算法制定了程序流程圖。本章祝零件涉及部分為智能球閥設(shè)計系統(tǒng)的實現(xiàn)奠定了堅實的基礎(chǔ)；為之

30、后的三維實體建模提供了參數(shù)數(shù)據(jù)來源。5 閥門CAD系統(tǒng)的構(gòu)成5.1系統(tǒng)構(gòu)成球閥CAD系統(tǒng)根據(jù)要求具有參數(shù)設(shè)計、校核、設(shè)計計算說明書管理、參數(shù)化建模等功能。5.1.1系統(tǒng)主界面啟動智能閥門CAD系統(tǒng)后，首先進(jìn)入的是系統(tǒng)的主界面。主界面采用了典型的Windows的界面設(shè)計風(fēng)格，并綜合前期的研究工作，使其稱為一個風(fēng)格相似的完整CAD系統(tǒng)。其主體部分包括四類閥門：球閥、閘閥、截止閥、止回閥。點擊每個閥門按鈕，就會顯示關(guān)于此類閥門的信息，右邊是此類閥門的示意圖，左邊是此系統(tǒng)的簡單功能介紹，下面為兩個功能按鈕，一個將帶您進(jìn)入該種閥門的設(shè)計主界面，另一個則是您退出該系統(tǒng)。如上圖所示，點擊“進(jìn)入球閥設(shè)計系統(tǒng)”

31、，將進(jìn)入球閥設(shè)計的主界面11。 球閥設(shè)計主界面包括標(biāo)題欄、菜單欄、任務(wù)區(qū)和技術(shù)文檔區(qū)。進(jìn)入主界面后，首先必須在“請輸入您要設(shè)計或校核的球閥圖號”提示后面的文本框內(nèi)輸入本次設(shè)計球閥的圖號。閥門的土豪是按照國家統(tǒng)一規(guī)定的，體現(xiàn)了閥門的種類、公稱壓力、公稱通徑、材料等情況，每種型號的閥門圖號是唯一的。如果沒有輸入閥門圖號，系統(tǒng)將進(jìn)行提示，并且不能進(jìn)行閥門的設(shè)計工作。任務(wù)區(qū)分為兩大部分，右邊為技術(shù)文檔瀏覽區(qū)，左邊為設(shè)計任務(wù)區(qū)。本課題的主要任務(wù)就是體現(xiàn)在這里。其主要包括以下功能： (1)球閥設(shè)計這部分主要是球閥主零部件的設(shè)計計算，包括基本條件的輸入和主要設(shè)計參數(shù)的計算。 (2)球閥校核這部分的主要作用是

32、對設(shè)計結(jié)果做了修改后的零部件活著對已知參數(shù)的球閥零部件進(jìn)行強度校核，確保設(shè)計結(jié)果的合理性。 (3)球閥繪圖主要針對球閥主零部件進(jìn)行三維建模。球閥主零部件繪圖包括：球體通道繪圖、閥體繪圖、密封閥座繪圖、閥桿繪圖、填料壓蓋繪圖和裝配圖繪圖。在進(jìn)行裝配圖繪圖之前必須將所有的零部件都繪制完畢。 (4)球閥平面圖形三維圖形生成完畢，即可進(jìn)行生成二維工程圖的操作。 (5)標(biāo)準(zhǔn)件繪圖球閥的標(biāo)準(zhǔn)件繪圖包括：石棉填料繪圖、填料壓套繪圖、扳手繪圖、活動套筒繪圖等。球閥主界面的菜單欄包括：“球閥的設(shè)計”、“球閥的校核”、“球閥的繪圖”、“標(biāo)準(zhǔn)件繪圖”、“球閥平面圖”、“計算書”、“退出”。同時，這些菜單項還包括子菜

33、單，菜單欄的所有項目區(qū)的所有功能。“退出”菜單項包括“退出系統(tǒng)”和“返回到系統(tǒng)主界面”兩項，點擊“退出系統(tǒng)”則退出本設(shè)計系統(tǒng)；點擊“返回到系統(tǒng)主界面”這系統(tǒng)返回到上一級的系統(tǒng)主界面，可以重新選擇閥門類別進(jìn)行設(shè)計12。5.1.2 系統(tǒng)功能界面進(jìn)入了球閥系統(tǒng)主界面以后，首先要填寫圖號，接下來就可以選擇球閥零部件進(jìn)行設(shè)計建模了。設(shè)計界面是有用戶自行根據(jù)需要以及已知條件輸入初始參數(shù)，確定球閥零部件的主要參數(shù)，以獲得零件的建模尺寸；繪圖界面是根據(jù)設(shè)計校核后的結(jié)果對零件進(jìn)行三維建模和繪圖。球閥的每一個零部件和標(biāo)準(zhǔn)件都有自己的繪圖界面，并且保持了你繪圖界面的一致13。每個繪圖界面都包括三部分：參數(shù)輸入?yún)^(qū)：包

34、括零件繪圖所需要的所有參數(shù)，可以連接設(shè)計參數(shù)，也可以手動輸入要生成三維模型的參數(shù)。圖5.1 螺栓的設(shè)計界面圖5.2 活節(jié)螺母的設(shè)計界面圖5.3 閥體的設(shè)計界面(2)圖形區(qū)：顯示所設(shè)計零件的平面示意圖，可以在設(shè)計中給設(shè)計者以直觀的印象，輔助設(shè)計者輸入所需要的尺寸參數(shù)。(3)按鈕區(qū)：包括“連接設(shè)計參數(shù)”、“連接Solidworks繪圖”、“退出”三個按鈕。其他的功能項也都有自己的功能界面介紹請參照6.2節(jié)功能簡介。5.2功能簡介5.2.1設(shè)計校核這部分內(nèi)容包括球閥零件設(shè)計條件的輸入和主要參數(shù)的設(shè)計與校核。通過設(shè)計過程確定零件的主要參數(shù)，為零件建模奠定基礎(chǔ)，并可以生成設(shè)計計算說明書。5.2.2零件繪

35、圖球閥主零件繪圖部分的界面包括圖形示意區(qū)、參數(shù)輸入?yún)^(qū)、功能按鈕區(qū)。其中圖形示意區(qū)顯示的是該零件的平面示意圖，圖中標(biāo)有零件的尺寸的參數(shù)代號，與參數(shù)輸入?yún)^(qū)的代號相對應(yīng)，起到給設(shè)計者以提示的作用。參數(shù)輸入?yún)^(qū)，是用戶設(shè)計閥門零部件的所有建模所需參數(shù)的輸入?yún)^(qū)域14。功能按鈕區(qū)包括三個按鈕，下面分別根據(jù)各個按鈕的功能詳細(xì)介紹：圖5.4-5.18為球閥主要零部件的三維建模繪圖界面，輸入已知參數(shù)活著按“連接設(shè)計參數(shù)”提取數(shù)據(jù)庫中相應(yīng)繪圖參數(shù)后，在這些界面下按“連接Solidworks繪圖”按鈕即可建立零件的三維模型，圖5.12-5.13為球體，左閥體的三維模型。圖5.4 球閥閥桿繪圖界面圖5.5 球閥閥體繪圖

36、界面圖5.6 球閥端蓋繪圖界面、圖5.4球閥彈性閥芯繪圖界面圖5.8 固定球球閥壓蓋繪圖界面圖5.9 球閥閥蓋密封件繪圖界面圖5.10 球閥閥蕊三維模型圖圖5.11 球閥密封圈三維模型圖5.12 球閥閥體三維模型主零件的模型建立完成后，還需要對球閥所需的標(biāo)準(zhǔn)件進(jìn)行建模。圖5.13 球閥的裝配圖圖5.14 扳手繪圖界面當(dāng)所有的祝零件和標(biāo)準(zhǔn)件建模完成后，接下來就可以進(jìn)行主零件二維工程圖和閥門整體三維裝配圖的繪制了。圖5.15 球閥閥體平面圖繪制界面圖5.16 球閥三維圖繪制界面圖5.17 球閥閥體平面圖形圖5.18 球閥裝配體6 結(jié)論本文以Windows為開發(fā)平臺，采用面向?qū)ο蟮木幊陶Z言VB 6.

37、0為開發(fā)工具，并以大型數(shù)據(jù)軟件SQL Server 2000為支撐，基于Solidworks三維繪圖軟件開發(fā)的一套智能球閥設(shè)計系統(tǒng)?，F(xiàn)就本課題的研究開發(fā)工作總結(jié)如下：(1)本課題在線代設(shè)計理論和方法的指導(dǎo)下，根據(jù)閥門行業(yè)零件設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，完成球閥的智能設(shè)計系統(tǒng)。本系統(tǒng)具備球閥各零部件的參數(shù)設(shè)計和校核功能。在本文中，以大型數(shù)據(jù)庫SQL Server 2000為支撐，利用VB 6.0方位數(shù)據(jù)庫的強大功能，實現(xiàn)了參數(shù)化設(shè)計與建模、設(shè)計結(jié)果集成與共享等功能。同時運用軟件工程學(xué)的方法，實現(xiàn)了智能閥門CAD系統(tǒng)軟件的開發(fā)，并生成技術(shù)文檔。(2)本文對三維參數(shù)化技術(shù)及利用面向?qū)ο缶幊陶Z言VB對Solidwork

38、s的二次開發(fā)技術(shù)閥門CAD系統(tǒng)上的應(yīng)用做了探討與研究。建立了以模版零件為數(shù)據(jù)驅(qū)動源的二次開發(fā)方式，實現(xiàn)了球閥零部件模型的參數(shù)化驅(qū)動。建立了以模版零件為數(shù)據(jù)驅(qū)動源的二次開發(fā)方式，實現(xiàn)了球閥零部件模型的參數(shù)化驅(qū)動。(3)以數(shù)據(jù)庫為支撐，采用參數(shù)化設(shè)計和特征造型建模技術(shù)，實現(xiàn)了閥門零部件及裝配體三維模型的建立和主要零件的工作圖的繪制，從而實現(xiàn)了設(shè)計工作的可視化、自動化。并利用三維建模軟件的數(shù)據(jù)實時相關(guān)性，實現(xiàn)了設(shè)計、三維造型、二維工程圖的數(shù)據(jù)實時相關(guān)性。 (4)作為應(yīng)用軟件，本系統(tǒng)具有良好的交互性、開放性和實用性。實踐證明系統(tǒng)分析設(shè)計、方法運用的正確合理性。參考文獻(xiàn)1 陸佩文.實用閥門設(shè)計手冊M.北

39、京：機械工業(yè)出版社,2002.10.2 楊源泉,閥門設(shè)計手冊M.北京：機械工業(yè)出版社,1992.12.3 李曉,張巍.Visual Basic+SQLServer數(shù)據(jù)應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)與實例M.人 民郵電出版社,2003.8.4 吳狄.3D CAD在閥門設(shè)計中的應(yīng)用J.閥門,2003.1.5 曹巖,趙汝嘉.Solidworks 2003 基礎(chǔ)篇M.機械工業(yè)出版社,2003.8.6 李勇,姚進(jìn),彭挺紅.閥門三維參數(shù)化CAD系統(tǒng)開發(fā)J.機械科學(xué)與技術(shù), 2002.9.7 馬景喜.閥門零件的特征模型與CAD技術(shù)J.礦山技術(shù),1997.7.8 張桂芳,張曉玉,吳雪林.閥門產(chǎn)品的計算機繪圖研究J.昆明理工大學(xué)

40、學(xué) 報,1998.2.9 劉艷超.虛擬設(shè)計技術(shù)及其工程應(yīng)用D.機械科學(xué)研究院,2002.7.10 姜鴻飛,金炳哲.面向?qū)ο箝_發(fā)方法的最新進(jìn)展J.計算機科學(xué),1998.2.11 蔣學(xué)峰.軟件工程M,重慶大學(xué)出版社,1997.7.12 趙春慧.基于Solid Edge平臺三維零件庫的設(shè)計D.哈爾濱工業(yè)大學(xué),2001,7.13 鐘呂勤,鄧乾旺,范中平.基于特征閥門CAD系統(tǒng)的研究J.閥門,1998.4.14 張桂芳,張曉玉,吳雪林.閥門產(chǎn)品計算機繪圖研究J.昆明理工大學(xué)學(xué) 報，1998.2.15 王玉琨,莫亞林,曹愛國,林守恒.閥門產(chǎn)品的計算機輔助設(shè)計系統(tǒng)J.焦作礦業(yè)學(xué)院學(xué)報,1995.8.16 閻

41、洪奎.應(yīng)用CAD技術(shù)開發(fā)閥門新產(chǎn)品J.閥門,1994.1.17 李剛.基于構(gòu)件的客車件彎曲模CAD智能系統(tǒng)的開發(fā)D.大連理工大學(xué), 2004.3.18 劉彥超.虛擬設(shè)計技術(shù)及其工程應(yīng)用D.機械科學(xué)研究院,2002.7.19 Zhang Yan,Tang Xiaochu.Method of organization and implementation of heat exchanger CAD graphic library JJournal of Petrochemical Universitics,1998.6.20 Gregoire,Normand.From CAD to geons;A

42、 simplified data represcntation for rapid indexing of large CAD models databaseJ,Proceedings of SPIE,1999. 1.21 Duncan,Helen.Curent state of CAD-a usersperspective M,Microwave Engineeting Europe,2005.8.致 謝 本文的設(shè)計工作是在導(dǎo)師千學(xué)明老師親切關(guān)懷和精心指導(dǎo)下完成的，從選題到研究方法和研究過程的很多細(xì)節(jié)都得到倒是的指點和幫助。在四年的學(xué)習(xí)期間，還耳濡目染了導(dǎo)師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、一絲不茍的工作作風(fēng)

43、、頑強拼搏的精神，使我受益匪淺。再此向?qū)煴硎菊\摯的敬意！就導(dǎo)師學(xué)業(yè)上給予的指導(dǎo)、生活上給予的關(guān)心表示衷心的感謝！ 在學(xué)習(xí)和研究期間，得到各位老師和同學(xué)的關(guān)心和幫助。沒有他們的合作精神和大力支持，本文很難完成，在此向曹揚、王瑞斌同學(xué)表示由衷的感謝！ 感謝各位老師和領(lǐng)導(dǎo)的關(guān)心和幫助！ 感謝機械學(xué)院各位領(lǐng)導(dǎo)和老師的關(guān)心和幫助！ 感謝家人在生活上給予的關(guān)心和照顧。 最后，向?qū)忛啽菊撐牡睦蠋煴硎居芍缘母兄x和敬意！附錄附錄本文中所需要的應(yīng)用程序：各零件生成程序：Option ExplicitDim swApp As ObjectDim Part As Object Dim A As Double Dim

44、 B As Double Dim C As Double Dim D As Double Dim E As Double Dim F As Double Dim G As Double Dim H As Double Dim I As Double Dim J As Double Dim K As Double Dim L As Double Dim M As Double Dim N As Double Dim O As Double Dim P As Double Dim Q As Double Dim R As Double Dim s As Double Dim T As Double

45、 Dim U As Double Dim V As Double Dim W As Double Dim X As Double Dim Y As Double Dim Z As Double Dim result As Integer Dim longstatus As LongDim longwarnings As LongDim boolstatus As BooleanDim myModelView As ObjectPrivate Sub Command1_Click()Set swApp = CreateObject(SldWorks.Application) swApp.Visi

46、ble (True)Dim filepath As String filepath = App.Path + + 閥體.sldprtSet Part = swApp.OpenDoc6(filepath, 1, 0, , longstatus, longwarnings)swApp.ActivateDoc2 閥體, False, longstatusSet Part = swApp.ActiveDocSet myModelView = Part.ActiveViewmyModelView.FrameLeft = 0myModelView.FrameTop = 0 A = Val(Text1.Te

47、xt)B = Val(Text2.Text)C = Val(Text3.Text)D = Val(Text4.Text)E = Val(Text5.Text)F = Val(Text6.Text)G = Val(Text7.Text)H = Val(Text8.Text)I = Val(Text9.Text)J = Val(Text10.Text)K = Val(Text11.Text)L = Val(Text12.Text)M = Val(Text13.Text)N = Val(Text14.Text)O = Val(Text15.Text)P = Val(Text16.Text)Q = V

48、al(Text17.Text)R = Val(Text18.Text)s = Val(Text19.Text)T = Val(Text20.Text)U = Val(Text21.Text)V = Val(Text22.Text)W = Val(Text23.Text)X = Val(Text24.Text)Y = Val(Text25.Text)Z = Val(Text26.Text)Part.Parameter(D2草圖1).SystemValue = (A / 2) / 1000Part.Parameter(D6草圖1).SystemValue = (B / 2) / 1000Part.

49、Parameter(D1草圖10).SystemValue = (C / 2) / 1000Part.Parameter(D4草圖1).SystemValue = (D / 2) / 1000Part.Parameter(D1草圖3).SystemValue = (E / 2) / 1000Part.Parameter(D3草圖1).SystemValue = (F / 2) / 1000Part.Parameter(D7草圖1).SystemValue = G / 1000Part.Parameter(D2草圖10).SystemValue = H / 1000Part.Parameter(

50、D1草圖1).SystemValue = I / 1000Part.Parameter(D9草圖3).SystemValue = J / 1000Part.Parameter(D3草圖3).SystemValue = K / 1000Part.Parameter(D7草圖6).SystemValue = L / 1000Part.Parameter(D6草圖6).SystemValue = M / 1000Part.Parameter(D3草圖6).SystemValue = N / 1000Part.Parameter(D4草圖13).SystemValue = O / 1000Part.P

51、arameter(D1草圖13).SystemValue = P / 1000Part.Parameter(D1凸臺-拉伸1).SystemValue = (Q / 2) / 1000Part.Parameter(D2草圖13).SystemValue = R / 1000Part.Parameter(D1切除-拉伸3).SystemValue = s / 1000Part.Parameter(D2草圖3).SystemValue = (T / 2) / 1000Part.Parameter(D1圓角1).SystemValue = U / 1000Part.Parameter(D1草圖8).

52、SystemValue = V / 1000Part.Parameter(D1切除-拉伸4).SystemValue = W / 1000Part.Parameter(D1草圖9).SystemValue = (X / 2) / 1000Part.Parameter(D9草圖1).SystemValue = Y / 1000Part.Parameter(D5草圖3).SystemValue = Z / 1000Part.ViewZoomtofit2Part.ShowNamedView2 *等軸測, 7Part.ShowNamedView2 *等軸測, 7Part.ShowNamedView2 *等軸測, 7Part.ShowNamedView2 *等軸測, 7Part.ViewZoomtofit2Part.EditRebuildEnd Sub球閥生成的插件：Private Sub Command2_Click()Data1.Recordset.MoveFirstlongstatus = Part.SaveAs3(filepath, 0, 2)End SubPrivate Sub Command3_Click()Data1.Recordset.MovePreviousIf Data1.Recordset.BOF Then