盆式橡胶支座计算机辅助设计系统

耿建璞，崔洪斌，刘庆华，曹 侃，刘新勇，曹朋贤

（1.河北科技大学机械工程学院，河北石家庄 050018；2.石家庄国泰欣安科技有限公司，河北石家庄 050000）

桥梁支座是连接桥梁上部桥体和下部桥墩的重要组成部分，其功能是把桥梁上部结构反力和变形可靠地传递给桥墩，同时能适应梁体因温度、混凝土收缩徐变及载荷作用下引起的水平位移和挠曲引起的梁体转动。盆式橡胶支座是桥梁结构中应用较为广泛的一种支座。随着近几年国家大力发展桥梁建筑产业，市场竞争日趋激烈，盆式橡胶支座制造企业为了能够在竞争中立于不败之地，必须要提高设计水平，快速推出自己新的产品。基于这样的背景，通过Visual Basic利用SolidWorks提供的二次开发接口，在SolidWorks平台上实现盆式橡胶支座的零件、装配体三维参数化建模。

1 SolidWorks二次开发

1．1 SolidWorks API接口

SolidWorks提供几百个API函数，可适用于SolidWorks二次开发。SolidWorks二次开发技术有2种：一种是COM技术，生成Dll文件，作为插件插入SolidWorks中，该技术可以使用较多的Solid-Works API；另一种是OLE技术，生成exe格式的文件。

SolidWorks API对象的梗概如图1所示，从图中看出SldWorks对象位于图中最顶端，是Solid-Works API最高层对象，通过其下的6个主要模块，可以直接或间接访问API中所有对象。用户利用API函数可以方便地建立适合自己的功能模块，并与SolidWorks连接在一起，实现对SolidWorks的二次开发［1-2］。

图1 SolidWorks API对象梗概Fig.1 Synopsis of solidworks API object

1.2 二次开发工具

Visual Basic，VBA，C，C＋＋以及SolidWorks宏文件等都可作为SolidWorks二次开发的工具。笔者采用Visual Basic对SolidWorks进行二次开发，Visual Basic是面向 Windows的应用程序开发工具，易学易用，由于它采用面向对象程序设计方法，在软件开发过程中得到广泛应用。Visual Basic程序设计的特点是代码简捷，界面简单、调试方便。

2 系统的功能与开发

盆式橡胶支座计算机辅助设计系统研究的主要内容为对客运专线铁路桥梁盆式橡胶支座进行模块化、参数化设计，根据此桥梁盆式橡胶支座的设计过程，对其进行功能分解，确定各功能模块并进行编码；对SolidWorks进行二次开发，建立客运专线铁路桥梁盆式橡胶支座的参数化模型；设计其模块接口，实现参数化设计；划分参数化程序的功能模块，以Visual Basic为开发工具，开发客运专线铁路桥梁盆式橡胶支座参数化建模系统。

该系统功能主要包含设计计算、数据库访问技术、零件参数化建模［3-4］、装配体自动生成技术等。

2.1 盆式橡胶支座总体设计计算

盆式橡胶支座总体设计计算包含支座零件的尺寸设计以及验证支座受到竖向、横向力引起的位移和挠曲。

根据盆式橡胶支座所承受竖向载荷、水平载荷、纵向（横向）位移、转角等条件，利用计算手册和相关的设计标准［5-6］，对盆式橡胶支座进行设计计算，由于一些零件尺寸不是孤立的，而是在已有的零件尺寸基础上，一步步计算而来，主要设计流程如图2所示：首先计算出聚四氟乙烯板和橡胶承压板的直径、厚度，有些尺寸是相互制约的，例如，螺栓长度需要下支座板厚度确定，而下支座板长度需要螺栓的直径来限制。然后通过上面产生的数据，计算出密封圈、中间承压板、上支座板等零件尺寸。

图2 设计流程Fig.2 Design flow

通过上述过程计算出的零件尺寸需要根据盆式橡胶支座在实际情况下受到的力、位移、转角条件进行强度、稳定性等验算。

2.2 数据库访问技术［7］

数据库的主要功能是利用计算机对数据进行存取。笔者采用Access创建盆式橡胶支座数据库，利用数据库对聚四氟乙烯板、橡胶承压板、下支座板、中间承压板、螺栓等数据进行存储和读取，通过使用ADO技术实现Visual Basic与数据库的连接。由于螺栓直径决定了下支座板长度，而下支座板厚度决定了螺栓长度，需要对螺栓数据进行读取、计算以及存储。Visual Basic使用ADO方法连接数据库需添加引用的方式为工程→引用→Microsoft ActiveX Data Objects2.8Library。

茶室小巧雅致，最让人称道的是，温度适宜，显示出店家的匠心。太冷固然没道理，目下已是寒秋，客人进高档浴池，图的不就是个温暖？太热，也不相宜。外面清冷，一进门就遭遇燠热，会让人不适，甚至烦躁。在装修考究、不冷不热的茶室中，先进一小碗热粥，由内而外，把客人的体温慢慢调高，这样，在进入更衣室之后，既不会怕冷，也不至于出汗。

2.3 参数化建模

盆式橡胶支座的标准化、系列化程度高，可以根据盆式橡胶支座的特点进行系列化、参数化建模，其优点是可以通过修改几个关键尺寸实现零件重新建模。

目前主要通过2种方法实现参数化建模：程序驱动法和尺寸驱动法［8-9］。笔者采用尺寸驱动法。

尺寸驱动法是利用建立好的参数化模型，通过修改尺寸重新生成模型。该方法运行效率高、程序稳定性较好，同时减少了SolidWorks API函数的调用，使设计者从大量程序代码中解放出来。以纵向支座上支座板为例，只需要修改部分关键尺寸即可生成新的模型。

部分代码如下：

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

……

2.4 装配体的自动生成［10］

SolidWorks提供了2种装配设计方法，一种是自底而上设计，先建立好零件模型再进行装配；另一种是自顶而下的设计，在新建装配体中进行零件设计，零件与零件之间相互关联，避免了设计过程中常识性错误。盆式橡胶支座采用自顶而下的设计方法创建装配体：首先通过SolidWorks创建好盆式橡胶支座各个零件以及装配体模型，然后利用程序读取装配体模型文件，以尺寸驱动法更新各个零件尺寸，实现装配体的重新建模。

部分代码如下：

3 系统设计实例

盆式橡胶支座根据使用性能和位移类型可以分为固定支座、纵向活动支座、横向活动支座和多向活动支座4种类型，虽然每种支座适应条件不同，但其结构大体相同。现在以纵向活动支座为例，介绍盆式橡胶支座计算机辅助设计系统。

单击盆式橡胶支座计算机辅助设计系统，输入账号密码进入主界面，单击“下一步”出现参数设置界面，如图3所示。

该界面功能是输入盆式橡胶支座的竖向载荷、水平载荷（竖向载荷的百分比）、桥梁支座的横向位移、纵向位移、转角等参数以及选择盆式橡胶支座类型。

单击“下一步”生成聚四氟乙烯板和承压橡胶板，计算下支座板时需要用到螺栓尺寸，在生成下支座板前先调用螺栓数据库，如图4所示。

由于螺栓尺寸与下支座板相互制约，因此把二者安排在一个界面内，下支座板参数设置见图5。

图3 参数设置界面Fig.3 Setting of parameters

图4 选取螺栓Fig.4 Selection of bolts

图5 下支座板参数设置Fig.5 Parameter setting of bottom support plate

不同类型支座的下支座板结构基本一致，可以共用同一个界面。螺栓长度是根据下支座板厚度确定，而螺栓直径又影响了下支座板长度，因此把它们设计到一个界面内，便于查看管理。

单击“下一步”将依次生成密封圈、不锈钢板、中间钢衬板、SF-1B板、上支座板。完成这些计算，就可生成盆式橡胶支座的零部件，最后生成总装配体。装配体尺寸数据来自于存储在数据库中的各个零部件的信息。

4 结 语

通过对SolidWorks进行二次开发设计出盆式橡胶支座计算机辅助设计系统。与传统的设计方法相比，该系统能够对盆式橡胶支座进行参数化设计，缩短了设计时间。

／References：

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