盆式橡膠支座計算機輔助設(shè)計系統(tǒng)

耿建璞，崔洪斌，劉慶華，曹 侃，劉新勇，曹朋賢

（1.河北科技大學(xué)機械工程學(xué)院，河北石家莊 050018；2.石家莊國泰欣安科技有限公司，河北石家莊 050000）

橋梁支座是連接橋梁上部橋體和下部橋墩的重要組成部分，其功能是把橋梁上部結(jié)構(gòu)反力和變形可靠地傳遞給橋墩，同時能適應(yīng)梁體因溫度、混凝土收縮徐變及載荷作用下引起的水平位移和撓曲引起的梁體轉(zhuǎn)動。盆式橡膠支座是橋梁結(jié)構(gòu)中應(yīng)用較為廣泛的一種支座。隨著近幾年國家大力發(fā)展橋梁建筑產(chǎn)業(yè)，市場競爭日趨激烈，盆式橡膠支座制造企業(yè)為了能夠在競爭中立于不敗之地，必須要提高設(shè)計水平，快速推出自己新的產(chǎn)品。基于這樣的背景，通過Visual Basic利用SolidWorks提供的二次開發(fā)接口，在SolidWorks平臺上實現(xiàn)盆式橡膠支座的零件、裝配體三維參數(shù)化建模。

1 SolidWorks二次開發(fā)

1．1 SolidWorks API接口

SolidWorks提供幾百個API函數(shù)，可適用于SolidWorks二次開發(fā)。SolidWorks二次開發(fā)技術(shù)有2種：一種是COM技術(shù)，生成Dll文件，作為插件插入SolidWorks中，該技術(shù)可以使用較多的Solid-Works API；另一種是OLE技術(shù)，生成exe格式的文件。

SolidWorks API對象的梗概如圖1所示，從圖中看出SldWorks對象位于圖中最頂端，是Solid-Works API最高層對象，通過其下的6個主要模塊，可以直接或間接訪問API中所有對象。用戶利用API函數(shù)可以方便地建立適合自己的功能模塊，并與SolidWorks連接在一起，實現(xiàn)對SolidWorks的二次開發(fā)［1-2］。

圖1 SolidWorks API對象梗概Fig.1 Synopsis of solidworks API object

1.2 二次開發(fā)工具

Visual Basic，VBA，C，C＋＋以及SolidWorks宏文件等都可作為SolidWorks二次開發(fā)的工具。筆者采用Visual Basic對SolidWorks進行二次開發(fā)，Visual Basic是面向 Windows的應(yīng)用程序開發(fā)工具，易學(xué)易用，由于它采用面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計方法，在軟件開發(fā)過程中得到廣泛應(yīng)用。Visual Basic程序設(shè)計的特點是代碼簡捷，界面簡單、調(diào)試方便。

2 系統(tǒng)的功能與開發(fā)

盆式橡膠支座計算機輔助設(shè)計系統(tǒng)研究的主要內(nèi)容為對客運專線鐵路橋梁盆式橡膠支座進行模塊化、參數(shù)化設(shè)計，根據(jù)此橋梁盆式橡膠支座的設(shè)計過程，對其進行功能分解，確定各功能模塊并進行編碼；對SolidWorks進行二次開發(fā)，建立客運專線鐵路橋梁盆式橡膠支座的參數(shù)化模型；設(shè)計其模塊接口，實現(xiàn)參數(shù)化設(shè)計；劃分參數(shù)化程序的功能模塊，以Visual Basic為開發(fā)工具，開發(fā)客運專線鐵路橋梁盆式橡膠支座參數(shù)化建模系統(tǒng)。

該系統(tǒng)功能主要包含設(shè)計計算、數(shù)據(jù)庫訪問技術(shù)、零件參數(shù)化建模［3-4］、裝配體自動生成技術(shù)等。

2.1 盆式橡膠支座總體設(shè)計計算

盆式橡膠支座總體設(shè)計計算包含支座零件的尺寸設(shè)計以及驗證支座受到豎向、橫向力引起的位移和撓曲。

根據(jù)盆式橡膠支座所承受豎向載荷、水平載荷、縱向（橫向）位移、轉(zhuǎn)角等條件，利用計算手冊和相關(guān)的設(shè)計標準［5-6］，對盆式橡膠支座進行設(shè)計計算，由于一些零件尺寸不是孤立的，而是在已有的零件尺寸基礎(chǔ)上，一步步計算而來，主要設(shè)計流程如圖2所示：首先計算出聚四氟乙烯板和橡膠承壓板的直徑、厚度，有些尺寸是相互制約的，例如，螺栓長度需要下支座板厚度確定，而下支座板長度需要螺栓的直徑來限制。然后通過上面產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，計算出密封圈、中間承壓板、上支座板等零件尺寸。

圖2 設(shè)計流程Fig.2 Design flow

通過上述過程計算出的零件尺寸需要根據(jù)盆式橡膠支座在實際情況下受到的力、位移、轉(zhuǎn)角條件進行強度、穩(wěn)定性等驗算。

2.2 數(shù)據(jù)庫訪問技術(shù)［7］

數(shù)據(jù)庫的主要功能是利用計算機對數(shù)據(jù)進行存取。筆者采用Access創(chuàng)建盆式橡膠支座數(shù)據(jù)庫，利用數(shù)據(jù)庫對聚四氟乙烯板、橡膠承壓板、下支座板、中間承壓板、螺栓等數(shù)據(jù)進行存儲和讀取，通過使用ADO技術(shù)實現(xiàn)Visual Basic與數(shù)據(jù)庫的連接。由于螺栓直徑?jīng)Q定了下支座板長度，而下支座板厚度決定了螺栓長度，需要對螺栓數(shù)據(jù)進行讀取、計算以及存儲。Visual Basic使用ADO方法連接數(shù)據(jù)庫需添加引用的方式為工程→引用→Microsoft ActiveX Data Objects2.8Library。

茶室小巧雅致，最讓人稱道的是，溫度適宜，顯示出店家的匠心。太冷固然沒道理，目下已是寒秋，客人進高檔浴池，圖的不就是個溫暖？太熱，也不相宜。外面清冷，一進門就遭遇燠熱，會讓人不適，甚至煩躁。在裝修考究、不冷不熱的茶室中，先進一小碗熱粥，由內(nèi)而外，把客人的體溫慢慢調(diào)高，這樣，在進入更衣室之后，既不會怕冷，也不至于出汗。

2.3 參數(shù)化建模

盆式橡膠支座的標準化、系列化程度高，可以根據(jù)盆式橡膠支座的特點進行系列化、參數(shù)化建模，其優(yōu)點是可以通過修改幾個關(guān)鍵尺寸實現(xiàn)零件重新建模。

目前主要通過2種方法實現(xiàn)參數(shù)化建模：程序驅(qū)動法和尺寸驅(qū)動法［8-9］。筆者采用尺寸驅(qū)動法。

尺寸驅(qū)動法是利用建立好的參數(shù)化模型，通過修改尺寸重新生成模型。該方法運行效率高、程序穩(wěn)定性較好，同時減少了SolidWorks API函數(shù)的調(diào)用，使設(shè)計者從大量程序代碼中解放出來。以縱向支座上支座板為例，只需要修改部分關(guān)鍵尺寸即可生成新的模型。

部分代碼如下：

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

……

2.4 裝配體的自動生成［10］

SolidWorks提供了2種裝配設(shè)計方法，一種是自底而上設(shè)計，先建立好零件模型再進行裝配；另一種是自頂而下的設(shè)計，在新建裝配體中進行零件設(shè)計，零件與零件之間相互關(guān)聯(lián)，避免了設(shè)計過程中常識性錯誤。盆式橡膠支座采用自頂而下的設(shè)計方法創(chuàng)建裝配體：首先通過SolidWorks創(chuàng)建好盆式橡膠支座各個零件以及裝配體模型，然后利用程序讀取裝配體模型文件，以尺寸驅(qū)動法更新各個零件尺寸，實現(xiàn)裝配體的重新建模。

部分代碼如下：

3 系統(tǒng)設(shè)計實例

盆式橡膠支座根據(jù)使用性能和位移類型可以分為固定支座、縱向活動支座、橫向活動支座和多向活動支座4種類型，雖然每種支座適應(yīng)條件不同，但其結(jié)構(gòu)大體相同?，F(xiàn)在以縱向活動支座為例，介紹盆式橡膠支座計算機輔助設(shè)計系統(tǒng)。

單擊盆式橡膠支座計算機輔助設(shè)計系統(tǒng)，輸入賬號密碼進入主界面，單擊“下一步”出現(xiàn)參數(shù)設(shè)置界面，如圖3所示。

該界面功能是輸入盆式橡膠支座的豎向載荷、水平載荷（豎向載荷的百分比）、橋梁支座的橫向位移、縱向位移、轉(zhuǎn)角等參數(shù)以及選擇盆式橡膠支座類型。

單擊“下一步”生成聚四氟乙烯板和承壓橡膠板，計算下支座板時需要用到螺栓尺寸，在生成下支座板前先調(diào)用螺栓數(shù)據(jù)庫，如圖4所示。

由于螺栓尺寸與下支座板相互制約，因此把二者安排在一個界面內(nèi)，下支座板參數(shù)設(shè)置見圖5。

圖3 參數(shù)設(shè)置界面Fig.3 Setting of parameters

圖4 選取螺栓Fig.4 Selection of bolts

圖5 下支座板參數(shù)設(shè)置Fig.5 Parameter setting of bottom support plate

不同類型支座的下支座板結(jié)構(gòu)基本一致，可以共用同一個界面。螺栓長度是根據(jù)下支座板厚度確定，而螺栓直徑又影響了下支座板長度，因此把它們設(shè)計到一個界面內(nèi)，便于查看管理。

單擊“下一步”將依次生成密封圈、不銹鋼板、中間鋼襯板、SF-1B板、上支座板。完成這些計算，就可生成盆式橡膠支座的零部件，最后生成總裝配體。裝配體尺寸數(shù)據(jù)來自于存儲在數(shù)據(jù)庫中的各個零部件的信息。

4 結(jié) 語

通過對SolidWorks進行二次開發(fā)設(shè)計出盆式橡膠支座計算機輔助設(shè)計系統(tǒng)。與傳統(tǒng)的設(shè)計方法相比，該系統(tǒng)能夠?qū)ε枋较鹉z支座進行參數(shù)化設(shè)計，縮短了設(shè)計時間。

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