基於引數化技術的裝配件變型設計方法

參ｌ匐似

鄧小林，韋衡冰

（梧州學院計算機與電子資訊工程系，梧州５４３００２）

摘要：在分析三維引數化技術及變型設計原理和方法的基礎上，闡述了裝配件變型設計的基本原理和

工作流程，提出了一種基於引數化技術的裝配件變型設計方法。利用ｖｃ＋＋，開發出了與系統整合的變型設計模組。以齒輪與軸的裝配件為例，對上述方法進行了驗

證。關鍵詞：引數化設計；裝配模型；變型設計；二次開發中圖分類號

文獻標識碼：ｂ

文章編號

０引言隨著市場競爭的日益激烈，如何在最短時間內，以最好的質量、最低的成本，生產出滿足使用者個性化需求的產品，已成為企業生存、發展

本文在上述研究的基礎上，對裝配件的變型設計方法和過程進行了研究，提出了一種基於引數化技術的裝配件變型設計方法，利用ｐｒｏ／

ｔｏｏｌｋｉｔ對進行二次開發，開發

的關鍵。變型設計很好地順應了這種市場競爭的

需要，它的基本原理是指根據客戶需求和概念設

出了引數化變型設計模組，並用齒輪與軸的裝配件模型對該方法進行了驗證。

計，確定定製產品設計引數資訊，通過修改產品變型設計主模型的引數值和尺寸關係，生成相似的產品或零部件。產品變型設計方法能夠快速設計產品原型，降低產品設計成本，從而以大批量生產的效率和成本生產出個性化的產品　。

目前關於變型設計的研究很多，如：魯玉軍等

１裝配件變型設計原理

裝配件開發設計過程中涉及的物件不再是單

個零件，而是由多個零件裝配而成的裝配件。基

於引數化技術的裝配件變型設計原理具體內容如下：首先通過對零部件的事物特性分析，確定好各個零件的可變引數；然後利用提供的裝配功能對裝配件進行裝配，同時對配合尺寸引數進行分析，建立好裝配件各個零部件之間

人提出的基於事物特性表的產品變型設計研究、吳偉偉等人提出的基於引數化的機械產品尺寸變型設計研究與實現、楊青等人提出的基於ｐｒｏ／

的配合尺寸引數的關係式，確定好裝配件的可變尺寸引數並將元件的使用者自定義引數和裝配件的可變尺寸引數關聯；最後利用對進行二次開發所得的引數化變型設計模組提取元件的使用者自定義引數，通過人機互動介面對使用者自定義引數的修改驅動模型變型。其主要流程如圖１所示，步驟如下：

１）針對特定產品，將客戶需求轉化為具體的

ｅｎｇｉｎｅｅｒ的三維零件模型的引數化設計、李世國。。等人提出的基於ｐｒｏ／ｅ零件模型的引數化設計技術

研究等等。這些研究主要針對單個零件或某類零

件的再設計上，而針對裝配件的變型設計國內研究的並不多。而在實際設計中，企業對裝配件的變型設計需求更為強烈，因此，研究裝配件的變

型設計方法具有重要的意義。

收稿日期

**專案：廣西科學**專案廣西重點實驗室主任**課題一ｚ）；廣西教育廳科研專案

梧州學院院級重點專案

作者簡介：鄧小林（１９８４一），男，湖南永州人，碩士研究生，研究方向為產品變型設計。

第３２卷

第８期務ｌ勺化

設計需求。

種型別。不變引數是指在零件的各種變型中始終保持不變的引數；可變引數是指在零件的各種變型中可以改變的引數；匯出引數是指由其他引數

計算出來的引數。如圖２所示為齒輪與軸的裝配件簡圖。該裝配件主要由齒輪、軸及鍵組成。．

２）利用ｃａｄ系統建立各個零部件的三維模型，分析零件的不變尺寸引數、可變尺寸引數、

匯出尺寸引數以及配合尺寸引數，從而構建零件

的引數資訊模型。

３）利用ｃａｄ系統提供的裝配功能對裝配件進行裝配。建立裝配件各個零部件之間的配合尺寸引數的尺寸關係式，從而構建引數化裝配件主模

型。４）利用工具」選單下的「引數」功能建立自定義引數，並將裝配件主模型的可變尺寸引數與自定義引數關聯；

５）利用開發的自定義引數提取模組，對提取的裝配件主模型的變型設計引數進行相應修改，即可驅動裝配件模型變型。

圖１裝配件變型設計過程

２裝配件零部件尺寸引數分析

２．１零件事物特性分析

零件的基本事物特性是指表徵零件的功能、幾何、製造等事物特性。零件事物特性分析的好壞將直接影響到部件變型成功與否。要分析零

件的事物特性，首先需要對零件進行尺寸引數分析。零件的尺寸引數有多種型別，通常，可以將尺寸引數分為不變引數、可變引數、匯出引數三

［１２８１第３２卷

第８期２０１０－８

圖２齒輪與軸裝配簡圖

該裝配件的軸零件的尺寸引數分析如圖３所示，齒輪零件的尺寸引數分析如圖４所示，鍵零件的尺寸引數分析如圖５所示。

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ｌ０３圖３軸尺寸引數分析

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圖４齒輪尺寸引數分析匡一

圖５鍵尺寸引數分析ｉ匐似

在如圖３所示的軸零件，共有１５個主要的尺

寸引數。為簡化分析，這裡只對各個零件的主要尺寸引數進行分析，忽略了一些次要的尺寸引數，如倒角尺寸，部分過渡圓弧的圓角半徑等。經過分析，將尺寸歸為固定尺

寸，將歸為可變尺寸，將歸

為匯出尺寸。同理，對齒輪的尺寸引數進行分析。參考機械設計手冊，可知齒輪主要由模數（ｍ）、齒數（ｚ）、壓力角（ａｌｐｈａ）、螺旋角（ｂｅｔａ）、齒厚（ｂ）、齒頂高（ｈａ）、齒根高（ｈｆ）、齒頂高係數（ｈａｘ）、齒頂隙係數（ｃｘ）、變位係數（ｘ）以及齒輪孔徑（ｄ１１）、

鍵槽寬（ｌ１１）、鍵槽深（ｌ１２）組成。這裡可將

尺寸歸為可變尺寸，將ｈａ、ｈｆ歸為匯出尺寸。鍵的齒數引數比較簡單，它主要由１、ｂ、ｈ三個可變尺寸引數組成，這裡不作過多闡

述。對零件尺寸引數進行分析後，接下來的工作就是分析零件尺寸引數之間的約束關係。對齒輪來說，參考機械設計手冊，可知齒頂高

其中ｈａｘ是齒頂高係數，該值一般為１，將其加上變位係數ｘ，就可以用來決定直齒輪的型別。例如：ｈａ＝ｍ為標準齒、ｈａ＝０．８ｍ為短齒、ｈａ＝１．２ｍ為細齒其中ｃｘ是頂隙高，其值

一般約為０．２５。根據機械設計中的定義，ｈｆ的

值一般可在１．１７５ｍ至２．５ｍ之間，如果ｈｆ＝ｍ，

即為短齒。對軸來說，匯出尺寸皆可由可變尺寸引數ｄ０４進行匯出。

例如：可設

２．２裝配件配合尺寸引數分析

裝配件中每個零件與其它零件參與裝配部分

的尺寸引數稱為零件的配合尺寸引數　。我們通過建立不同零部件之間的配合部分的配合尺寸引數關係式，從而將不同零部件之間的尺寸引數關聯。當產品中的某些零件的部分尺寸發生改變以

後，其他零部件將通過配合尺寸引數做出快速準確的相應修改。因此，配合尺寸引數起著在不同零件之間傳遞變型引數，驅動與之裝配的其他模型變型的作用。

在該裝配體中，裝配部分主要是軸和齒輪孔相配合，鍵與鍵槽及齒輪孔槽配合。在該裝配體中，軸的配合尺寸引數為可變尺寸引數齒輪的可變尺寸引數ｄ１１、

ｌ１１、ｌ１２，鍵的可變尺寸引數ｌ、ｂ、ｈ等。我們可以通過建立他們之問的尺寸關聯，從而可以通過修改軸的軸徑ｄ０４、鍵槽尺寸引數驅動鍵以及齒輪的內徑的變型。齒輪的其他部分以及軸的其他需要變型部分則通過其各自的相應

可變引數進行控制。根據上述定義和分析，齒輪

與軸的裝配件中配合尺寸資訊結構表如表１所示，其中符號「＜＝」表示該符號的二側尺寸引數存在

關係式，且由右邊的尺寸引數驅動左邊的尺寸引數。

表１齒輪與軸的裝配件配合尺寸資訊結構

３裝配件變型設計方法和過程

由於裝配件本身固有的複雜性，現以圖２所示的齒輪與軸的裝配體為例，研究基於引數化技術

的裝配件變型設計的方法和過程。根據本文變型設計原理思想，將整個過程分為產品主模型建立過程和產品變型設計過程兩部分。３．１產品主模型建立過程

首先利用ｃａｄ系統設計出產品的所有零件，並根據零件的事物特性分析，建立好零件的尺寸關係式，確定好零件的可變引數，從而確定好零件的變型設計引數。然後利用ｐｒｏ／

ｅｎｇｉｎｅｅｒ提供的裝配功能對產品進行裝配，同時對配合尺寸引數進行分析，建立好裝配件內的

各個零部件之間的配合尺寸引數的關係式，確定好裝配件的可變尺寸引數，根據裝配件的可變尺

寸引數建立好裝配件的使用者自定義引數。由於自

定義引數識別符號只能由字母、數字和下劃線三種

字元組成，且第乙個字母必須為字母或下劃線，為了「見名知意」，在這裡用下劃線將相應零件的特性尺寸引數和零件序號隔開。最後將元件的

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第８期、ｌ

匐化使用者自定義引數和裝配件的可變尺寸引數關聯。例如：我們通過關係式ｄ０４：０＝ｄ一４，將自定義引數

ｄ＿４與軸的可變尺寸引數ｄ０４進行關聯（注：在元件模式下的零件尺寸表示為ｄ＃：＃，其中字尾表示元件或元件的程序標誌）從而可以通過控制項的自定義引數ｄ＿４來控制軸徑的尺寸引數ｄ０４。

３．２產品變型設計過程

首先利用開發的引數分析處理模組對裝配件

主模型的自定義引數進行遍歷提取，然後利用該變型設計模組的人機互動介面對需要進行變型的尺寸引數進行修改，修改尺寸引數後單擊該模組

的「確定」按鈕，裝配件主模型將進行全自動的

變型。如圖６所示即為引數分析處理模組。該模組參

考文獻［７】［８】開發而成，它能實現元件或者零件的自定義引數提取、新增、刪除以及更改及模型再生等功能。引數分析處理模組的列表控制項顯示的是從模型中提取的使用者自定義引數。單擊列表控制項的任一引數，將在左側的引數編輯框顯示相應引數的名稱、數值及型別。

在此，可以對引數值進行修改。也可以在引數編輯框輸入一新的引數

的名稱、數值及型別，按「新增引數」按鈕新增引數。「刪除引數」按鈕起刪除引數作用，選擇任一引數，點選該按鈕即可進行刪除。在修改或新增好相應引數後，點「模型再生」按鈕即可進行模型的更新。

６引數分析處理模組

４應用舉例

根據上述的定義和分析，這裡以齒輪與軸的裝配件為例，利用開發的變型設計模組對基於引數化技術的裝配件變型設計方法進行驗證。

圖７為模型更新前畫面。在這裡，我們將組

件的自定義引數ｍ由１．５改為１．２５，齒數由１７改為２５，壓力角ｂｅｔａ、螺旋角ｂｅｔａ、齒頂高係數ｈａｘ、齒頂隙係數ｃｘ、變位係數ｘ保持不變，齒

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厚ｂ由１０改為８，配合尺寸引數ｄ０４由８改為１０，

ｌ０９、ｂ、ｈ因為與鍵的厚度相關聯，通過參考機械

手冊將ｌ０９由１．５改為１．２５，ｂ由３改為２．５，ｈ由３改為２．５，其它可變尺寸引數值保持不變，單擊「確定」按鈕，開始更新齒輪與軸的裝配體模型，更新前後的齒輪與軸的裝配體模型如圖７、圖８所

示。通過變型前後的對比可以發現，改變軸的直

徑，鍵的寬度及長度尺寸後，軸的鍵槽、齒輪孔

以及鍵都發生了相應的改變。通過該例項，驗證了基於引數化技術的裝配件變型設計方法的可行

陛。圖７模型更新前介面圖

圖８模型更新後介面

５結論本文運用引數化設計的基本原理和方法，通過對裝配件的產品尺寸引數分析，構建了基於引數化技術的裝配件主模型，提出了基於引數化技術的裝配件變型設計方法。利用對

務ｌ進行二次開發，開發出了產品變型設

計的相關模組，並對上述方法進行了驗證，取得了滿意的效果。

匐化【４］楊青，陳東祥，胡冬梅．基於的三維零件模型

的引數化設計［ｊ１．機械設計

［５】李世國，何建軍．基於ｐｒｏ／ｅ零件模型的引數化設計技術研

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喜蠢『毒己『

眚＆『每蠢『

毫　ｌｉ

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工業出版社，２００６．

魯　ｅ『｛盎●是『贏『國『是０．乞『．．拿毛『．．毫島『島『．『｛＆『專＆『『兜『

【上接第８０頁】

戶身份認證模組、使用者許可權分配模組、實時資料只要啟動工業卡資料讀取與分析模組。

接收與分析模組、資料庫啟動與載入模組、資料庫資料儲存與維護模組、ｍｏｄｅｍ檢測模組、串列埠及並口檢測及其位址讀取模組、手機裝置檢測模組、手機簡訊收發模組、工業卡資料讀取與分析模組、工業資料歷史記錄管理模組、工業資料

４系統實現

系統通過對門禁的取樣資料進行分析，判斷

各個門禁各項指標是否在正常狀態，其中測試的專案包括：進出口人數、違禁金屬物、易爆危險物等。在測試的專案的各項指標正常時，各感測器資訊傳給上位機進行處理分析並儲存在ｓｄ卡中

以供參考和查閱；當有專案指標達到或超過設定

卡資料管理模組，系統日誌管理模組、系統後台管理模組、資料列印及其預覽模組、郵件傳送模組、系統公升級模組、系統自檢與更新模組、國家標準通過網際網路更新模組組成。所述使用者身份認

證模組對進行登陸的使用者成功進行使用者身份認證之後，普通使用者與系統管理員便進入系統總控制

狀態時，向監管部門主管手機傳送報警訊號，以便做出及時處理，並啟動調節機構，對各門禁裝

置發出控制訊號。

模組，超級使用者直接進入系統後台管理模組，並

由使用者許可權分配模組分配得到一定的許可權；使用者

５結論本系統可以實現多個站點的進出口人數、違禁物品攜帶的遠端監測，所有監測資料除通過公共**網傳輸到上位機外，還通過串列埠儲存在下

可以在使用者許可權許可下啟動實時資料接收與分析

模組。位機ｓｄ卡上，互為備份，可以有效的防止由於各種外部不確定因素造成的資料流失，從而提高了系統的可靠性，另外系統採用了ｇｓｍ無線傳輸方

式對實時監測到的超限資料進行報警，方便監管

部門主管人員做出及時處理。

參考文獻：

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管理資訊系統【ｊ】．微計算機資訊姚傳安．基於ｍｏｄｅｍ的遠端溫濕度感測器系統的設計ｉｊ】．

圖４監控上位機軟體主介面

儀表技術與感測器

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發［ｊ】．水利水電技術

【４］李瑞峰，顧義坤．基於ｇｓｍ／ｇｐｒｓ網路的家用機械人遠端

模組啟動載入成功的資料庫中，另一方面給

使用者以裝置

檢測到的資料是否符合要求的提示；此外，

監控系統設計［ｊ］，製造業自動化

當使用者需要將工業資料卡中的資料重新讀取時，

第３２卷第８期

基於引數化技術的裝配件變型設計方法

基於ProE的鏈輪引數化設計

基於RFID技術的倉庫目視化管理

基於拆分設計的客戶化定製實現

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