汽车起重机吊臂参数化设计系统研发

郭克希， 李国志， 杨 巍

（长沙理工大学汽车与机械工程学院，湖南 长沙 410114）

汽车起重机吊臂参数化设计系统研发

郭克希， 李国志， 杨 巍

（长沙理工大学汽车与机械工程学院，湖南 长沙 410114）

根据汽车起重机吊臂各节臂之间的结构尺寸相互关联特点，采用尺寸驱动的方法，利用VB对三维软件SolidWorks的二次开发技术，研发了汽车起重机吊臂的参数化设计系统。该系统通过输入汽车起重机基本臂的截面参数，设定吊臂的臂节数，可快速建立汽车起重机吊臂的三维模型，实现了吊臂设计的自动化、系列化，从而缩短了设计周期，显著提高了汽车起重机的设计效率和设计质量。

参数化设计系统；尺寸驱动；起重机吊臂；三维模型

随着市场竞争的激烈，产品设计效率也得不断提高。考虑到部分常用的机械产品具有相似的形状结构，若能研发出自己产品的参数化设计系统，利用该系统，设计人员只需根据提示输入一些必要的参数，系统自动生成优化的变型设计结果，将极大地提高设计效率，缩短产品的研发时间。SolidWorks是一套三维CAD软件，它所倡导的易学、易用及智能化设计风格越来越受到企业的重视。本文基于该软件就汽车起重机三维模型参数化系统设计技术进行了探讨研究。

1 汽车起重机吊臂的特点

汽车起重机吊臂有基本臂和与基本臂共中心线的二节臂、三节臂、四节臂……，二节臂插装在基本臂内，三节臂插装在二节臂内，四节臂插装在三节臂内……。

各节臂之间的相对运动通过相连的滑块实现，各节臂之间的结构尺寸是相互关联的，因此只要确定基本臂的结构尺寸，其他各节臂的结构尺寸就可以由该尺寸和滑块尺寸计算得出，这是吊臂参数化设计的基础。

2 SolidWorks二次开发基本原理

SolidWorks为二次开发提供了大量的 API（Application Program Interface，应用编程接口）对象，SolidWorks API是 SolidWorks的 OLE（Object Linking and Embedding，对象的嵌入与链接）或COM（Component Object Model，组件对象模型）应用程序开发接口，用户可以利用它和支持OLE编程的开发工具，如VB、VBA(Excel,Access)、C、VC++等对 SolidWorks进行二次开发，建立适合用户需要的、专用的SolidWorks 功能模块。这些 API对象涵盖了全部 SolidWorks的数据模型，通过对这些对象属性的设置和方法的调用，就可以在用户自己开发的 DLL中实现与SolidWorks相同的功能[1]。

用户借助高级编程语言作为平台，在设计简洁方便的操作界面的同时，通过在程序中调用API对象访问和操作 SolidWorks，可以实现SolidWorks建模的几乎所有可能，从而建立适合用户需要的、专用的SolidWorks功能模块。这些专用模块既可通过生成 DLL文件作为插件挂接在SolidWorks的菜单下，也可置于用户开发的工具条中，或者独立于 SolidWorks之外使用。SolidWorks API对象模型如图1所示[2]。

VisualBasic(VB)是Windows环境下快速开发应用程序的可视化工具。VB提供的动态数据交换(DDE，Dynamic Data Exchange)编程技术，可以在应用程序中实现与其他 Windows应用程序建立数据交换、在不同的应用程序之间进行通信的功能。与其它开发语言相比，VisualBasic语言规则简单，容易上手，功能强大，同时SolidWorks提供的宏录制功能为VBA环境，与VisualBasic语法规则完全一致。本文采用VisualBasic编程语言对SolidWorks进行二次开发。

图1 SolidWorks API对象模型

3 汽车起重机吊臂参数化设计

汽车起重机吊臂的各节臂的截面结构相同，因此在设计过程中，最重要的是设立基本臂的驱动尺寸和从动尺寸，以便确定各节臂装配顺序和准确的建立各零部件之间的几何约束关系，通过更改这些驱动尺寸进而创建其他各节臂的截面草图。

利用 VB语言对 SolidWorks的二次开发实现，先要在 VB集成环境中，通过命令【工程/引用】对话框中勾选SolidWorks Type Library完成有关类型库的引用，才能通过 ActiveX Automation访问SolidWorks提供的主要对象。在VB编辑器中修改宏程序，利用尺寸驱动原理，通过尺寸参数值的变化来生成结构相同而参数不同的零件族[3]。使用SolidWorks的API对象对基本臂的驱动尺寸进行更改获得新的草图，并建立实体特征即可创建了另一个节臂的三维模型。

3.1 吊臂参数方程确定

汽车起重机吊臂截面尺寸参数如图2所示，由图中的参数和连接滑块的大小就可以计算出相邻节臂的结构尺寸。

图2 吊臂截面尺寸图

设滑块尺寸为dw

则第n节臂参数有如下关系

3.2 SolidWorks建模

把基本臂的截面草图尺寸更改成计算得出的第n节节臂的尺寸，代码如下：

3.3 建立该结构的实体特征

由以上步骤建立的吊臂参数化模型如图3所示。

4 汽车起重机吊臂参数化设计程序的开发

4.1 程序界面的设计

在窗体上建立一组“尺寸参数输入”文本框，用于输入基本臂的结构尺寸；在“臂节数设定”文本框中输入吊臂节数，单击名称为“计算各节臂截面参数”的命令按钮，则计算并在表格中显示其他各节臂相关截面参数，至此与基本臂配合的其他各臂参数均已获得；最后在“臂节选择”文本框中输入指定建模的节臂次数，单击“确定”命令按钮则生成对应的节臂模型。程序界面如图4所示。

图3 吊臂参数化模型效果

图4 程序界面

4.2 程序流程设计

在参数输入栏输入吊臂截面参数，点击“计算各节臂截面参数” 按钮，通过吊臂参数方程计算并在表格中输出计算结果；在 SolidWorks建模栏，通过 API函数创建指定节臂的实体模型。程序流程图如图5所示。

4.3 创建可执行程序

程序设计并调试好后就可以使用VB编译成“.exe”可执行程序，即可在Windows平台上独立运行。

汽车起重机吊臂参数化设计系统在使用时，先打开SolidWorks再启动本程序。在指定文本框输入基本臂的截面参数，并设定吊臂的臂节数；点击“计算各节臂截面参数”按钮，程序将计算各节臂截面参数并在表格中输出显示；在“SolidWorks建模”栏设定生成指定节臂的SolidWorks三维模型。

将各节臂的模型创建完就可以进行吊臂的装配，并且可以将模型生成SolidWorks工程图。

图5 程序流程图

5 结 论

（1） 以SolidWorks三维软件为平台开发出的参数化设计系统可以显著提高产品的设计效率，完成相似零部件乃至整个产品的快速设计，快速响应个性化的市场需求，提高企业的竞争力。

（2） 采用录制宏获得宏代码的方式对SolidWorks进行二次开发易学易用，可大大缩短开发周期；VisualBasic语法规则与 SolidWorks提供的宏录制VBA环境语法完全一致。因此，用 VB开发 SolidWorks的一般方法，对致力于SolidWorks二次开发的人员，具有一定的参考价值。

[1]李权才, 吴俊峰, 武翠荣. 基于 SolidWorks平台对大型架桥机的二次开发技术[J]. 中国水运, 2008,8(1)：41-43.

[2]SolidWorks公司. SolidWorks API二次开发[M]. 北京：机械工业出版社, 2005. 25.

[3]郭克希, 饶显俊. 离心机永磁轴承仿真系统自动化建模研究与实现[J]. 东华大学学报, 2007, 33(3)：298-301.

Research and Development on Parameterized Design System of Truck Crane Arm

GUO Ke-xi, LI Guo-zhi, YANG Wei
( College of Automobile and Mechanical Engineering, Changsha University of Science and Technology, Changsha Hunan 410114, China )

According to the interrelation characteristic of the structure size of the crane arms, the size actuation method is used, the parameterized design system of truck crane arms is developed based on the re-developing of the 3D software SolidWorks with VB language.3D model of the arms of truck crane can be quickly structured through inputing the cross-sectional size of the basic jib and the number of booms of the crane in the system, it accomplishes the automation and serialization of designing of the arms, and hence reduces the development cycle, and enhances observably the efficiency and quality in truck crane design.

parameterized design system; size actuation; crane arm; 3D model

TP 391

A

1003-0158(2010)06-0080-05

2009-11-27

湖南省自然科学基金资助项目（08JJ5024）；湖南省大学生研究性学习与创新性实验资助项目

郭克希（1956-），女，湖南长沙人，教授，硕士，主要研究方向为产品建模与仿真、CAD/CAE/CAM集成。