基于Solid Edge的汽車空調(diào)層疊式蒸發(fā)器參數(shù)化設(shè)計(jì)

葉 斌， 趙 韓， 劉向農(nóng)， 吳 昊， 江 斌

（合肥工業(yè)大學(xué) 機(jī)械與汽車工程學(xué)院，安徽 合肥 230009）

汽車空調(diào)蒸發(fā)器型式歷經(jīng)多種變化，目前層疊式蒸發(fā)器在轎車、面包車以及大客車中應(yīng)用廣泛，是最有發(fā)展前景的蒸發(fā)器形式。由于層疊式蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)和計(jì)算方法已經(jīng)不能適應(yīng)它的發(fā)展，而基于三維繪圖軟件的計(jì)算機(jī)參數(shù)化設(shè)計(jì)不僅能夠解決層疊式蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、手工繪制困難的問題，同時(shí)還能提高層疊式蒸發(fā)器的設(shè)計(jì)效率和質(zhì)量。

參數(shù)化設(shè)計(jì)［1］亦稱為變量化設(shè)計(jì)，也稱為尺寸驅(qū)動(dòng)Dimension－Driven，是CAD技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中提出的新課題，它不僅能夠使CAD系統(tǒng)具有人機(jī)交互式繪圖功能，還具有通過程序控制自動(dòng)進(jìn)行繪圖的功能。利用參數(shù)化設(shè)計(jì)手段開發(fā)的專用產(chǎn)品的設(shè)計(jì)系統(tǒng)，能節(jié)省大量的人力、物力和財(cái)力，還可以提高設(shè)計(jì)速度，并減少信息的存儲(chǔ)量。近年來各行各業(yè)中有許多研究者［2－10］利用不同的二維或三維繪圖軟件進(jìn)行了變量化的設(shè)計(jì)研究，并且取得了一定的成功。例如，文獻(xiàn)［2］利用Visual Basic開發(fā)語言、AutoCAD二維軟件開發(fā)了板式換熱器的設(shè)計(jì)系統(tǒng)；文獻(xiàn)［3］將Solid－Edge應(yīng)用于機(jī)床高速主軸數(shù)字化設(shè)計(jì)系統(tǒng)的研究；文獻(xiàn)［4］在SolidEdge變量化設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上對(duì)齒輪進(jìn)行自動(dòng)建模，從而極大提高了齒輪的設(shè)計(jì)效率和質(zhì)量；文獻(xiàn)［5－8］利用Auto CAD為平臺(tái)，開發(fā)了換熱設(shè)備零部件CAD系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了三維造型、自動(dòng)裝配和相關(guān)測(cè)試分析；文獻(xiàn)［9］利用Auto CAD AutoLISP對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)零件圖進(jìn)行參數(shù)化繪制；文獻(xiàn)［10］利用Pro／E軟件對(duì)漸開線齒輪進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì)；文獻(xiàn)［11］在Visual C＋＋環(huán)境下，采用二次開發(fā)工具對(duì)Pro／E進(jìn)行二次開發(fā)，實(shí)現(xiàn)拆卸仿真的關(guān)鍵技術(shù)。目前的研究鮮見對(duì)于制冷空調(diào)行業(yè)中常見的換熱器進(jìn)行三維參數(shù)化設(shè)計(jì)。本文利用Visual Basic簡潔流暢的語言，結(jié)合Solid Edge三維繪圖軟件的強(qiáng)大功能對(duì)汽車空調(diào)中常用的層疊式蒸發(fā)器進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì)。

1 軟件與系統(tǒng)原理

1.1 Solid Edge軟件

Solid Edge軟件為美國UGS公司開發(fā)的三維繪圖軟件，它是在Windows環(huán)境下的中端軟件包，具有強(qiáng)大的二維和三維繪圖功能，界面友好［12］，目前在國內(nèi)有很大的裝機(jī)量。Solid Edge開發(fā)接口采用OLE Automation（自動(dòng)化）技術(shù)。OLE Automation技術(shù)是建立在COM基礎(chǔ)上，具有進(jìn)程透明化和語言無關(guān)化的特性。OLE Automation（自動(dòng)化）技術(shù)允許任何支持它的語言（如VC、VB、Delphi，甚至是Office中的宏命令）來與Solid Edge進(jìn)行通信，以此驅(qū)動(dòng)Solid Edge。本研究采用VB編程語言作為開發(fā)工具來對(duì)Solid Edge進(jìn)行二次開發(fā)。

Solid Edge具有2種參數(shù)化建模的方式，分別是完全程序化建模方式和變量化設(shè)計(jì)建模方式［4］。

（1）完全程序化建模。完全程序化建模就是使用完全程序化的語言對(duì)三維實(shí)體建模中的特征（如拉伸、旋轉(zhuǎn)以及放樣等）進(jìn)行操作，用程序語言控制2D輪廓和3D模型的生成，例如在裝配過程中需要將三維模型進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，可以直接使用下列語句：Call objsecondpart.Rotate（deltaxX1as double，deltaY1as double，deltaxZ1as double，deltaxX2as double，deltaY2as double，deltaxZ2as double，angel as double）Call objsecondpart.Move（deltaxX as double，deltaY as double，deltaxZ as double）。此方法對(duì)程序語言的要求較高，對(duì)于Solid Edge本身的操作熟悉度要求也較高。

（2）變量化設(shè)計(jì)建模。變量化設(shè)計(jì)建模是預(yù)先在Solid Edge零件模塊中建立零件的三維實(shí)體模型，對(duì)零件的特征尺寸進(jìn)行標(biāo)注，使得特征尺寸與設(shè)計(jì)變量建立一定的關(guān)系，并將變量名和特征尺寸都顯示在變量表中，通過Set objvariables＝objDoc.Variables Call objvariables.Edit（"a"，a）語句可訪問Solid Edge的模型變量表，按照用戶設(shè)定的參數(shù)可修改變量表中相應(yīng)的設(shè)計(jì)變量，從而更新模型。使用變量表的變量化設(shè)計(jì)方法是對(duì)Solid Edge進(jìn)行二次開發(fā)的常用方法，此方法對(duì)程序語言的要求不高，但要求熟練掌握Solid Edge的操作。

基于層疊式蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，軟件中所有零部件均采用變量化設(shè)計(jì)建模，裝配過程中采用完全程序化建模。通過兩者的結(jié)合可以將層疊式蒸發(fā)器的設(shè)計(jì)建模過程和結(jié)果完美地呈現(xiàn)。

1.2 系統(tǒng)原理

層疊式蒸發(fā)器［13］是全鋁結(jié)構(gòu)的新型組合式蒸發(fā)器，由2片加工成復(fù)雜形狀的鋁片疊焊在一起形成小直徑流道的制冷劑通道，為強(qiáng)化傳熱通常會(huì)在鋁片上加工出點(diǎn)狀紋路、交叉紋路以及平行紋路等，以此來增加制冷劑的流經(jīng)路徑，從而使熱交換對(duì)象的換熱更加充分。在層疊片之間釬焊波紋形百葉窗鋁翅片，在整個(gè)層疊式蒸發(fā)器的芯體兩端焊接端板。在本快速設(shè)計(jì)系統(tǒng)中首先在Solid Edge零件版塊分別生成層疊片、鋁翅片、端板零部件，然后在Solid Edge裝配環(huán)境中進(jìn)行裝配。每個(gè)零件模塊中又分為輸入、處理以及輸出3個(gè)模塊。輸入模塊，用戶可以向程序輸入零件參數(shù)；處理模塊，進(jìn)行相應(yīng)的運(yùn)算并連接到Solid Edge以完成創(chuàng)建零件的功能；輸出模塊，輸出零件的3D模型并保存。裝配模塊將各種零部件按照順序輸入到裝配環(huán)境中，進(jìn)而生成裝配件（層疊式蒸發(fā)器）的三維模型，并在用戶檢查滿意后可進(jìn)一步生成工程圖。系統(tǒng)流程圖如圖1所示。

圖1 軟件流程圖

2 設(shè)計(jì)實(shí)例

在層疊式換熱器的設(shè)計(jì)和加工過程中，有大量的重復(fù)零件出現(xiàn)，例如層疊片和翅片等。在裝配三維模型的過程中需要多個(gè)同樣的零部件，為了提高開發(fā)設(shè)計(jì)產(chǎn)品的效率，將重復(fù)零件以標(biāo)準(zhǔn)零件的型式存放于標(biāo)準(zhǔn)零件庫，在裝配時(shí)自動(dòng)調(diào)用。

層疊式蒸發(fā)器的設(shè)計(jì)制造尚無國家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，故在本設(shè)計(jì)示例中根據(jù)實(shí)際的產(chǎn)品選擇層疊式蒸發(fā)器的設(shè)計(jì)參數(shù)，具體參數(shù)如下。

（1）板片參數(shù)（單位為 mm）：板片長（a）、板片寬（b）、板片厚度（h）、內(nèi)部隔板寬度（e）、板片邊緣寬度（f）。

（2）翅片參數(shù)（單位為 mm）：翅片高度（hf）、翅片厚度（g）、翅片間距（pf）、翅片百葉窗高度（I）。

（3）端板參數(shù)（單位為 mm）：端板厚度（h）。

（4）裝配參數(shù)（單位為片）：板片數(shù)目（n）。

在軟件設(shè)計(jì)過程中各個(gè)零部件尺寸參數(shù)之間具有一定的關(guān)系，這種數(shù)量上的關(guān)系在程序內(nèi)部的語言中會(huì)得以體現(xiàn)，使得各個(gè)零部件在設(shè)計(jì)過程中也能相互通信，從而減少一些重復(fù)的輸入工作。軟件界面如圖2所示。

圖2 軟件界面

2.1 連接并啟動(dòng)Solid Edge

使用VB編程語言對(duì)Solid Edge進(jìn)行二次開發(fā)，首先需要將VB與Solid Edge進(jìn)行連接，通常需要2個(gè)步驟。

（1）在VB編程環(huán)境中引入Solid Edge類型庫。

（2）使用GetObject和CreatObject 2個(gè)函數(shù)來啟動(dòng)Solid Edge對(duì)象，其連接語句［14］如下：

Set objApp＝CreatObject（"SolidEdge.Application"）

Set objApp＝ GetObject（""，"SolidEdge.Application"）

2.2 程序運(yùn)行

（1）層疊片三維模型的建立。層疊式蒸發(fā)器的層疊片取決于板片的長（a）、寬（b）、板片的厚度（h）、內(nèi)部的隔板寬度（e）、邊緣的寬（f），以及翅片高度（hf）。

只要在板片的設(shè)計(jì)參數(shù)輸入界面上輸入?yún)?shù)，即可生成層疊片的三維模型如圖3所示，保存此文件。

圖3 層疊片參數(shù)化設(shè)計(jì)

（2）翅片三維模型的建立。同樣在翅片的三維模型參數(shù)設(shè)計(jì)界面輸入翅片參數(shù)，即可得到翅片的三維模型如圖4所示，并保存此零件圖。

圖4 百葉窗翅片參數(shù)化設(shè)計(jì)

（3）端板三維模型的建立。輸入端板設(shè)計(jì)參數(shù)，生成端板的三維模型如圖5所示，同樣將文件保存。

（4）裝配件三維模型的實(shí)現(xiàn)。輸入裝配模塊的參數(shù)，按照先后順序?qū)⒏鱾€(gè)零部件添加進(jìn)裝配圖，生成層疊式蒸發(fā)器的三維模型圖，如圖6所示。

圖5 端板三維模型

圖6 層疊式蒸發(fā)器三維模型圖

3 結(jié)束語

作為汽車空調(diào)軟件設(shè)計(jì)平臺(tái)的最后一個(gè)環(huán)節(jié)，本設(shè)計(jì)使用VB簡潔流暢的語言，采用面向?qū)ο笠约皡?shù)化設(shè)計(jì)的方法，極大地縮短了層疊式蒸發(fā)器的設(shè)計(jì)時(shí)間，提高了設(shè)計(jì)質(zhì)量和效率，并將設(shè)計(jì)計(jì)算過程中得到的層疊式蒸發(fā)器的參數(shù)以實(shí)物三維模型的方式呈現(xiàn)，將之轉(zhuǎn)化為指導(dǎo)實(shí)際生產(chǎn)的指導(dǎo)性文件，為進(jìn)一步優(yōu)化層疊式蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)奠定了基礎(chǔ)。

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