基于VB和SolidWorks的擦窗机立柱参数化设计和三维绘图

赵　香，赖恩晖，郑倩倩

（长安大学，陕西西安710064）

基于VB和SolidWorks的擦窗机立柱参数化设计和三维绘图

赵香，赖恩晖，郑倩倩

（长安大学，陕西西安710064）

开发了一款擦窗机立柱的计算机辅助设计软件，该软件可根据用户输入的基本参数，计算得到立柱的主要设计参数，再结合立柱的截面类型和尺寸，配备筋板等部件，通过Visual Basic调用solidworks，参数化绘制立柱的三维零件图和装配图。得到的三维模型，也为后期的力学分析做好基础准备工作。

擦窗机立柱；参数化设计；参数化三维绘图

传统的擦窗机的伸缩立柱设计方法比较单一，加之其结构复杂，设计参数多，工作量大。本文则基于VB和SolidWorks，通过统计和理论分析得到伸缩立柱的参数化设计以及参数化的三维绘图，绘制的三维立柱模型也可以方便地用于后续的结构强度分析、多刚体动力学分析［1-2］。

1　擦窗机立柱的结构设计计算

1.1擦窗机立柱节数的确定

立柱是擦窗机吊臂的重要支撑部分，各节立柱均采用液压油缸驱动，利用油缸伸缩来调节整个立柱的高度，从而满足不同的工况。在设计立柱时，我们已知立柱的最大工作高度Hmax，以及最小工作高度Hmin，如图1所示。考虑到实际应用，本文中最多考虑到三节立柱的情况。

图1　擦窗机分别处于最大最小工作高度时的示意图

其中，Hmax为立柱最大高度（mm）；Hb为立柱上的臂座高度（mm）；Hi为第节立柱高度（mm）；ti为第i节立柱的搭接高度（mm）；Hd为第i节立柱的搭接高度（mm）；Hmin为立柱最小高度，mm；Bi为第i节立柱预留的结构尺寸（mm）（该距离为立柱最小高度时，第i节立柱上端与第i+1节立柱上端之间的距离，其主要与立柱的上筋板和油缸的安装位置有关，可在设计立柱前确定，为结构尺寸）；Hn为立柱为节，第n节立柱的高度（mm）。

（1）当立柱的最大高度与立柱的最小高度相等时，为一节立柱；

（2）当立柱的最大高度大于立柱的最小高度时，分为两种情况：

1）第一种情况：若立柱的最大高度小于两节标准钢管以搭接系数a搭接后所形成的总高度，即Hmax＜2×L-a/（1+a）×L（其中，L为标准钢管的长度（单位：mm）；a为第一节立柱与第二节立柱的搭接系数，a=t/（H1-t1）.）

若立柱最大高度与立柱最小高度的差值小于目前市场上可用的油缸的最大行程，即Hmax＜Hmin＜Smax（其中，Smax为目前市场上可用的油缸的最大行程，单位：mm.）则为两节立柱n=2，即一个油缸即可，且所需的油缸行程为S=Hmax-Hmin，其中，S为所需的油缸行程（单位：mm）.

若立柱最大高度与立柱最小高度的差值大于目前市场上可用的油缸的最大行程，即Hmax-Hmin＞Smax则为三节立柱，即需要二个油缸。

2）第二种情况：若立柱的最大高度大于两节标准钢管以搭接系数a搭接后所形成的总高度，且小于三节立柱以搭接系数a和搭接系数b搭接后所形成的总高度，即

2×L-a/（1+a）×L＜Hmax＜3×L

-a/（1+a）×L-b/（1+b）×L

其中，b为第二节立柱与第三节立柱的搭接系数，b=t2/（H2-t2）.

若立柱最大高度与立柱最小高度的差值小于2倍的目前市场上可用的油缸的最大行程，即Hmax-Hmin＜2×Smax，则为三节立柱，即两个油缸即可，且所需的油缸行程S=Hmax-Hmin.

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

则为四节立柱n=4，即需要三个油缸（考虑到现实应用，本文中不予考虑）。

1.2各节立柱高度和搭接高度的确定

在1.1中，已经确定立柱的节数，结合立柱节数，通过立柱的最大高度和立柱最小高度，预留的结构尺寸Bi，以及立柱的搭接系数，通过计算，即可得到各节立柱的高度和搭接高度。

以三节立柱为例，即需要两个油缸，两个油缸的行程总和为立柱最大高度和最小高度的差值，在设计3节立柱时，需要先选择第一个油缸的行程S1或第二个油缸的行程S2，对应的另一个行程可计算得到，再根据油缸的行程，分别计算两节立柱的高度。

由以上公式联立，可解得以下参数：

第三节立柱高度：H3=Hmin-B1-B2

第二节立柱高度：H2=（S2+B2）/［1-b/（1+b）］

第一节立柱高度：H1=（S1+B1）/［1-a/（1+a）］

计算得到H2和H1后，可由1.2中的公式得到第二节立柱搭接高度t2和第一节立柱搭接高度t1的值。

立柱的截面尺寸的确定，需要考虑到伸缩臂、平衡臂、臂座、配重等多个构件，而本文的内容并没有涉及以上内容，因此在本文中不进行立柱截面的设计计算。考虑到之后的三维参数化绘图，在本文中将其设定为输入值，在后续的文章中可能对其完善。

2　VisualBasic开发SolidWorks实现参数化绘图

VB调用solidworks绘制零件和装配体时，可利用SolidWorks宏录制的代码参考修改。（1）VB调用SolidWorks的关键语句：

Set swApp=CreateObject（"sldworks.application"）

（2）新建装配体语句:

Set Part=swApp.NewDocument

（"C:ProgramDataSolidWorksSOLIDWORKS

2015 emplatesgb_assembly.asmdot"，0，0，0）（3）零件配合的语句:

SetmyMate=Part.AddMate5（0，0，False，4.1，0.1，0.1，0.1，0.1，0，0.5，0.5，False，False，0，longstatus）

3　VB界面设计

本节主要通过一个实例来体现该软件的功能和界面。

已知立柱的设计参数：立柱最大高度为5 066 mm，最小高度为3 966 mm，臂座高度为600 mm，底架高度为856 mm；立柱的结构参数：钢管的标准长度为12 000 mm，油缸可用的最大行程为4 000 mm，第一，二节立柱预留的结构尺寸均为330 mm，第一，二节立柱的搭接系数均为0.839 2，进行立柱的设计。

首先在图2示界面里，输入已知参数，并确认。第二个确认后就直接进入立柱结果界面，图3所示，立柱的节数已经确定，本例节数为2，再通过点击设计计算按钮，即可得到立柱长度的设计结果，截面尺寸用户可根据经验输入，如图4所示。

图2　用户输入立柱参数界面

图3　两节立柱的设计结果界面

图4　参数化绘制的立柱装配图

由于伸缩立柱均采用方管，所以当立柱节数大于1时，系统自动默认为方管；而当采用一节立柱时，则需要用户选择截面类型为圆管或方管。

通过立柱的长度和截面尺寸，先绘制立柱的三维零件图，再绘制装配图。

为了更直观的显示立柱的装配图，给立柱配备回转支撑座和筋板，通过Visual Basic调用SolidWorks，利用参数化实现在伸缩立柱上自动装配回转支承座和筋板。（本文中的回转支撑座和筋板均是提前绘制好的，后期可做成标准件库，直接选择）

4　结束语

利用参数化的立柱设计，可以避免重复性的工作，缩短设计时间。同时，参数化的三维绘图，可以更直观地了解设计方案，也方便后期的力学分析计算。

［1］张晓强.擦窗机伸缩臂设计计算与优化［D］.西安：长安大学，2014.

［2］刘志海，鲁青.VB开发SolidWorks实现机械产品参数化设计［J］.煤矿机械，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

赵香（1991-），女，陕西西安人，在读硕士研究生，研究方向：建筑机械。