参数化设计精选(九篇)

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第1篇：参数化设计范文

关键词：自卸车；参数化；设计技术

中图分类号：TH242 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2017）20-0097-02

自卸车的应用领域很广，其基本工作原理为通过应用发动机驱动液压举升模块来使自卸车的车厢向一定角度倾斜，由此可以将车厢里的货物全部卸出，而车厢的复位功能的实现是通过控制液压回路模块，使车厢因本身的自重量回位。一般来说，自卸车可以分成两大类：第一种是非公路应用的超重型以及重型自卸车，其轴荷及外形尺寸长度、宽度、高度等不受国家相关公路法律法规的限制，这类车因为其载重较大所以不被允许在公路上进行运输工作，主要应用在水利工地、矿山等特定地点，一般情况下与挖掘机一起工作。另外一种就是最常见的公路运货用的普通自卸车，这类车按其载货量分为轻、中、重型自卸车，其主要进行运输的货物为煤炭、砂石、泥土等。

要想将参数化技术应用到自卸车的设计中，则需要通过对其结构特点及各类参数进行分析梳理，以便在参数化设计过程中找主要参变量，为自卸车实现参数化设计奠定基础。

1 自卸车车厢的结构特征

常见的自卸车按照车货厢举升的方式不同可以分为两种，分别是中顶式、前顶式。而中顶式根据油缸设置位置的不同又可分为F式以及T式两种。尽管自卸车的举升方式有所不同，但是行业中所常用货箱厢体的结构都是具有相似性，其具体形状为矩形结构，一般来说，由前板、底板、边板及后板五大总成通过组焊形成了矩形结构的主体厢（见图1）。

五大总成的结构也具有相似性，基本都是由平板构件及骨架构件通过焊接的方式而成，骨架结构在细节处还有些差异，例如其构件放置密度以及截面尺寸。如常见的边板及底板形式（见图2及图3）。

2 自卸车箱体结构设计中的参数的确定

进行厢体设计所用到的参数中最重要的是长、宽、高这三类参数。我国有相关的政策对自卸车箱体的设计宽度进行了规定，其外宽不可以超出2500mm。而在一些企业内部，则对厢体的内宽做出了规定，规定其在2300mm左右，所以我们在对厢体进行参数化设计时不会将厢体的宽度参数设置为变量，而是将宽度参数以及长度参数设置为变量，这两个变量可以用边板的设计参数来进行关联，因此，厢体整体的参数要求可以通过对边板参数的调控来满足。

自卸车参数化设计的主要参数可以通过客户的定制要求以及企业的相关规定和厢体材料尺寸来确定。而一些细节性的设计参数可以先不纳入整体参数化设计的参数选取范畴，例如焊接参数、很小的圆口直径等。这些较小的局部参数一般来说对自卸车整体车厢的设计影响不大，因此这类参数的设计可以放在主体结构设计完成并且经检测无误之后再进行，将已经设计好的宏观结构进行微调，完善那些细小部位的参数化设计，使整体结构更加的完整。反之，如果在最开始参数化设计时就将这些细小的参数纳入设计范围，会导致因参数数量太多而出现设计失误的情况发生，并且参数如果过多，会使设计编程的工作量增大，在设计的过程中不能够灵活的运用各个参数。

3 自卸车车厢参数化设计中对话框的设计

在对自卸车车厢进行参数化设计时，要求其对话框不仅仅有用来设置各个参数的编辑框来方便设计者将参数进行输入或者修改，并且会有图片来提升各个参数的可识别性，在设计界面中，还需要有确定以及取消的操作按键，并且各个按钮以及操作框的位置应该具备一定的协调性，这样有利于对话框保持美观的外形。

自卸车车厢参数化设计中的对话框应该根据参数的数量来随时对自己的大小进行调整。对话框要以UG的规则为基础来实现。第一步是先要将UG的界面打开，然后进入应用菜单，在此菜单中选择用户界面式编辑器，然后点击之后进去编辑器的页面（见图4）。第二步是要以选好的参数以及定制模块做为基础来定制对话框，完成之后再进行保存，这样可以生成三个文件，分别是头文件、界面文件以及模块文件，形成界面效果图（见图5）。

4 自卸车参数化设计技术的应用

对于一般企业来说，普遍应用UGNX3.0来对产品进行参数化设计，因为将UG3.0应用在开发软件中会显示其使用方便、开发便捷等特点，VC++6.0和UGNX3.0作为开发工具来进行应用。自卸车参数化设计中工程设置的路径的环境变量设置为UGII_USER_DIR。举个自卸车参数化设计技术具体应用的例子：笔者为公司客户的订单要求自卸车车厢的长度为7600mm，宽度为2300mm，高度为1500mm，并且其前立柱以及后立柱要求尺寸都为550mm，上边框要求250mm，下边框要求宽度为300mm，中横梁的宽度要求为220mm，中间纵横梁的宽度要求为200mm，将相关参数输入系统，很快形成了主体厢结构图，设计出图速度是常规设计无法比拟的。

基于实际的应用情况我们可以得出以下经验：第一条是我们可以对客户的订单进行测试，由此可以基本看出自卸车车厢的底板模型、后板模型、前半模型以及边板模型这四大部分。第二条经验是通过参数化设计出来的模型图只需通过一点改善就可以当作正式生产时的图形。第三条，公司在对自卸车进行设计时已经将这个系统进行了应用，效果非常明显。第四条，参数化设计软件系统也存在着一些不足之处，自卸车设计人员在确定参数时需要将具体模型中的一些细节进行合理的修改，因为参数化设计系统在运行的过程中有可能会将一些细节的参数排除，所以需要设计人员对其设计出来的图纸进行严格的把关。事实证明，在自卸车制造中使用参数化设计技术极大地提升了自卸车设计的效率。

5 结束语

现代社会的科技发展迅速，尤其是计算机专业技术的发展，为我各个行业的工作带来了很大的便利，参数化设计技术的应用不仅仅提升了自卸车设计工作的效率，还大大提高了设计质量，在自卸车参数化设计中合理的应用UG软件及其二次开发和参数化设计的理论在专用车设计中有一定的创新意义，参数化设计技术应用到自卸车设计中加大了企业的竞争力，使自卸车的设计更加的智能化，节省了人力以及物力，为企业带来了更大的经济效益。

参考文献：

[1]元博，张耀龙，刘娟.基于SolidWorks方程式的自卸车货箱参数化设计[J].机械工程师，2015（9）：100-102.

[2]卢鹏鹏，马力，杜媛媛.重型自卸车异形货厢参数化设计及拓扑优化[J].机械设计，2015（9）：25-29.

第2篇：参数化设计范文

关键词：参数化设计;零件参数化;方法

参数化方法的本质即是基于约束的产品描述力法，这是由于产品的整个设计过程就是约束规定，约束变换求解以及约束评估的逐步求精过程、因此与传统设计力法的最大区别在于，参数化设计方法通过基于约束的产品描述方法实际上存储了产品的设计过程，因而它设计出一族而小是某个单一的产品、另外参数化设计能够使工程设计人员在产品设计初期无需考虑具体细节而能够尽快草拟零件形状和轮廓草图，并可以通过局部修改和变动某些约束参数而不必对产品设计的过程进行重新设计。目前，参数化技术大致可以分为直接式和非直接式两种、非直接式参数化技术有：编程法和基于三维参数化的形体投影法、直接式参数化技术则是指设计者通过用户界面直接对图形进行操作，而不必理会计算机内部的处理力式，这是当前使用最为广泛的一种力法，也称人机交互法。

人机交互法参数化设计是目前参数化设计领域发展得较快的一个方向，也是应用最为广泛的一种方法、这种力法已经成为目前参数化设计的主要技术路线。

从实现参数化的原理上分，人机交方法主要有：①基于几何约束的变量几何法，这是一种基于约束的数学力法，它将图形的儿何模型分解为一系列特征点，以特征点坐标为变量形成了一个非线性力程组，当约束发生变化时，利用Newton-Raphson法迭代求解方程组，就可以求出这此特征点的新坐标，从而形成了新的图形;②基于几何推理的人工智能法，这种力法是用幕于规则的推理力法来确定用一组约束描述的几何模型、在推理过程中，利用专家系统将几何形体的约束关系用一阶逻辑谓词描述，存入事实库中。推理机把从规则库中提取出来的规则用于当前的事实集中，然后推理出几何形体的细}兄推理过程输出的是山一系列推理出的规则组成的一个几何形体的构造计划，参数化的模型也因此由在构造计划中顺序算出的规则所决定;③基于构造过程方法，这种方法在交互造型过程中的每一步操作，采用了一种称为“参数化履历”的机制，在设计过程中，系统自动记录造型操作过程的程序化描述，将记录的定量信息作为变量化参数，当赋予参数小同的值时，更新模型生成历程，就会得到不同大小或形状的几何模型。这种方法较适用于结构相同而尺寸不同的零件设计，但由于需要严格遵循某种构图顺序，改柔性和灵活性较差;④基于辅助线的方法，这种方法是让所有的几何图形的轮廓线都建立在辅助线的基础上，辅助线的求解条件在作图过程中已明确规定，由辅助线来管理图形的几何约束和结构约束，由辅助线来直接定义图形的约束集，这样就省去了在图中遍历搜索和检查求解条件是否充分的工作，使约束的表达得以简化，减小了约束力程的求解规模。

1.零件参数化设计

尺寸驱动法。它只考虑几何寸及拓扑约束，不考虑工程约束、它采用预定义的办法建立图形的几何约束集，并指定一组尺寸作为参数与几何约束集相联系、因此，改变尺寸值就能改变图形、尺寸驱动的几何模型由几何元素，尺寸约束与拓扑约束三部分组成、此种方法，有两个前提：模型己经存在：模型尺寸已经完成定义。

程序驱动，其实就是通过程序按照模型建模顺序，驱动CAD软件建模、它不仅考虑了尺寸约束及拓扑约束，还考虑了工程约束、它对设计人员的编程能力要求较高，需要对CAD二次开发和编程语言掌握到一定程度、与前者相比较，程序驱动对用户CAD软件使用能力较低，能提供友好的交互界面，三维建模不受参数输入顺序影响、但是它也有不足之处，在实现复杂零件参数化设计时，程序一般过于复杂，执行速度明显小如尺寸驱动，对软硬件要求较高、因此，我们建议采用第三种力法一二者的结合。

尺寸驱动与程序驱动结合。 该方法综合了前面两种方法的优点，能提供友好的人机交互界面，不受参数设置顺序限制，响应速度快，目前的主流微机配置都能满足、因此，此种力法在CAD二次开发得到了广泛的应用。

2.部件参数化设计

2.1自底向上

该过程模仿实际机器的装配，即把事先制造好的零件装配成部件，再把零部件装配成机器、自底向上设计过程也是这样，先构造好所有的零件模型，再把零件模型装配成子部件，然后再装配成机器，产生最终的装配模型、在自底向上的设计过程中，如果在装配时发现某此零件不符合要求，诸如零件与零件之间产生干涉，某一零件根本无法进行安装等，就要对零件进行重新设计，重新装配，再发现问题，进行修改。从上述过程中可以看出，自底向上设计的优点是思路简单，操作快捷、方便，容易被大多数设计人员所理解和接受、但底向上设计的缺点在于事先缺少一个很好的规划和个局的考虑，设计阶段的重复工作较多，会造成时间和人力资源的浪费，工作效率较低。

2.2自顶向下

自顶向下的设计过程是模仿实际产品的开发过程、首先进行功能分解，通过设计计算将总功能分解成一系列的子功能，确定每个子功能的参数;其次进行结构设计。根据总的功能及各个子功能的要求，设计出总体结构及确定各个子部件之间的位置关系，连接关系，配合关系，而各种关系及其参数通过几何约束或功能的参数约束求解确定;然后分别对每个部件进行功能分解和结构设计。直到分解至零件、当各零件设计完成时，由于装配模型约束求解机制的作用，整个机器的设计也就基本完成。自顶向下与自底向上两种设计方法各有特点，分别适用于不同的场合。

3.结论

机械压力机的生产属于单件小批量生产，每位客户根据自己企业需求的不同，对于每一台锻压机都有自己的要求，因此对于每台锻压机都必须重新设计。长期以来，这个工作有人工完成，浪费了大量的时间和人力、考虑到锻压机某些典型零件具有相似性，可以对这此零件进行参数化设计，从而达到加速设计。

参考文献：

[1]孙正兴.基于特征参数化设计中的尺寸约束及其表示[[J].机械设计， 2008 （s）：1-4.

第3篇：参数化设计范文

【关键词】民机；蒙皮；长桁；参数化；Matlab求解

0 引言

蒙皮和长桁是飞机的重要承力结构，也是飞机重量的重要组成部分[1]。本文讨论了民机中的Al-2014蒙皮与长桁的受力形式以及强度要求，并对长桁厚度、排布以及蒙皮的厚度进行参数化设计。在给定剪流、压强等载荷要求下，得到优化参数，对飞机减重和机体结构布局的分析效率有重要的提升。

1 蒙皮理论受力分析

1.1 剪流

截面单元的剪切流：

E为Al-2014的杨氏模量，t为蒙皮承载给定剪力要求所需的厚度。

上式中ks为剪切屈曲系数，由下列表达式得到：

a为宽度/厚度，假设a为4，则

1.2 增压负载

设给定增压载荷为P，蒙皮所受负载为：

2 长桁理论受力分析

长桁主要承受机身弯矩引起的部分轴向力，长桁所受弯曲应力表达式为：

Iyy为长桁截面惯性矩，

通过以上两式，长桁截面面积A可求出，

为使长桁可以承受最大弯曲应力，在计算A时，y取最大值，σ取材料的屈服应力。

3 运用Matlab进行参数化设计[3]

运行Matlab程序，在输入窗口显示：number=input（'the number of stringers： '）；时输入20（长桁数量为20），程序运算结果如下

通过变化长桁的数量，相对应的蒙皮厚度可由程序算出，如下所示：

4 结论

本文运用民机机身强度设计的主要特征参数及方程为基础，分析了民用飞机长桁以及蒙皮的受力并运用Matlab对长桁截面积、长桁排布以及蒙皮厚度进行参数化设计，在o定载荷（剪流、压强）下，以长桁数量作为变量，形成一套快速有效的长桁与蒙皮的设计方法，得到优化的参数，对飞机机体结构布局的分析效率有重要的提升，并对飞机减重分析有很大的帮助。

【参考文献】

[1]牛春匀.实用飞机结构应力分析及尺寸设计[M].北京：航空工业出版社，2009：283-294.

第4篇：参数化设计范文

关键词：导管架临时垫墩；ANSYS；Visual Basic；参数化

Abstract: based on the large finite element software ANSYS and general Visual design platform Visual Basic, on the one hand, will parametric design thoughts into a temporary cushion of the pier catheter finite element analysis, and achieving catheter frame mat pier modeling and analysis of the parameters. On the other hand, the VB and ANSYS combined development, with the aid of VB to encapsulate ANSYS software, fully embodies the specialization, and the software users and more user friendly features.

Keywords: catheter frame temporary mat pier; ANSYS; Visual Basic; parametric

中图分类号：TN814文献标识码： A 文章编号：

1引言

导管架是海洋平台的一个重要组成部分，是支撑组块、保证组块安全工作的一个重要结构。导管架的建造一般分为：立柱和拉筋管卷制、平面预制、单片上附件安装、单片和顶层水平片预制完成后进行喷砂、喷油漆作业、立片、水平片吊装、整体合拢、整体涂装等过程。在导管架预制接长、吊装、安装等建造过程中，要用到大量的临时辅支撑结构，临时钢制垫墩是这些临时性辅助支撑结构常采用的结构形式。临时垫墩的设计必须满足在正常使用情况下的强度、刚度、整体稳定、局部稳定等力学性能指标。而目前《钢结构设计规范》中并没有针对临时性垫墩设计的相关设计条款，所以垫墩的设计必须借助于有限元分析软件和实际工程经验。

鉴于导管架在建造工程中使用垫墩的数量之多，垫墩结构的几何参数和物理参数随着上部被支撑杆件的管径、承受载荷 、下部混凝土垫块高度等因素的变化而变化，设计人员如果直接进行建模和分析的势必会耗费大量的时间和精力。因此，急需有一种能满足垫墩批量设计的有限元软件的开发。

2工程简介

本文是以海洋石油工程（青岛）有限公司承建的LF-13-2导管架在建造过程中使用过的垫墩为具体工程实例进行研究和分析的。

LF-13-2导管架在建造过程中使用过的典型的垫墩结构形式如图1～4所示：

图1TYPE1垫墩 图2TYPE2垫墩

图3TYPE3垫墩 图4TYPE4垫墩

3模型的参数化的过程

从以上垫墩类型中可以看出，垫墩的结构形式相对来说比较固定，其区别主要在于被支撑杆件的管径、承受载荷 、下部混凝土垫块高度等因素。总结如下：典型垫墩结构主要包括圆弧垫板、上筋板、管支撑、下筋板和底板五部分，考虑到地基局部承载力和被支撑杆件平整度时会在垫墩下面加水泥垫块（一般是素混凝土）。垫墩的典型结构形式大致可以用图5表示：

图5 典型垫墩的结构形式

参数化的目的就是根据设计对象各元素的几何相关性，为设计对象的几何特征提供精确的数值描述，以便于设计师能够准确的调控设计模型。为后续参数化有限元模型的建立奠定基础。将上述模型进行参数化后如图6所示：

图6典型垫墩的参数化模型

4工程实例

基于Visual Basic和ANSYS的APDL语言，开发针对导管架临时性典型垫墩有限元计算软件，软件主要界面如图7、图8所示：

图7 软件主界面

图8几何参数导入界面

本软件能自动启动ANSYS进行计算，所以用户可以根据分析对像的结构特点，利用ANSYS提供的APDL语言对分析对象进行参数化的编程，选取分析对象的分析类型和提取分析所需要的结果。

本软件在进行垫墩的参数建模与分析中采用下列原则：

1、钢板的单元类型采用Shell63，由于垫墩的结构形式不规则，因此采用自由网格划分。各个钢板单元采用节点自动耦合方式，以保证其结构的整体性。

2、素混凝土垫块的单元类型采用Solid45，混凝土的弹性模型随着混凝土强度等级的变化按线形差值的方式取值。混凝土采用映射网格划分。

3、根据垫墩和混凝土的实际拘束情况，垫墩与混凝土之间采用耦合方程的形式，约束垫墩高度方向的自由度。

在后处理阶段，用户可以根据自己分析类型提取所要分析的结果，本文以提取节点最大应力为例，查看结果界面显示的节点最大应力云图如图9所示：

图9查看节点最大应力界面

5结论

本文以LF-13-2导管架建造过程中用过的典型垫墩为例，基于Visual Basi和ANSYS的APDL，把参数化的设计思想运用到有限元分析建模和分析过程中，开发了导管架典型垫墩的有限元计算软件。

此软件能够为垫墩的初步设计和修改提供方便；同时也能够对垫墩进行优化和批量设计，缩短垫墩的设计周期，有效的提高工作效率和节约人力成本；还能够实现不同版本ANSYS之间的兼容。

参数化的设计思想不仅能够应用到导管架垫墩的设计中，任何结构形式比较固定的海洋工程结构都能运用参数化的设计思想， 这样以来，能有效的缩短设计周期、提高工作效率、节约成本。

参考文献：

[1] 薛隆泉，王玉秋，刘荣昌，张，王慧武．基于VC++和ANSYS接口的高效率曲轴有限元分析系统[J]．重型机械，2004，（5）．

[2] 博弈创作室．APDL参数化有限元分析技术及其应用实例[M] ．北京：中国水利水电出版社，2004．

[3] 邵军，项宗方，王平，基于VB的ANSYS二次开发，重庆职业技术学报，2006,3（15）．

[4] 严云，基于ANSYS参数化设计语言的结构优化设计，1005-0523（2004）04-0052-04．

第5篇：参数化设计范文

关键词 UGNX；圆柱凸轮；轮廓曲线；参数化设计

中图分类号TH112.2 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2011）37-0106-01

0 引言

凸轮机构是一种常见的高副机构，它结构简单紧凑，能够实现各种复杂运动，广泛应用于各种机械装置中。只要正确设计出凸轮机构的轮廓曲线，就可以使从动件实现预期的各种复杂的运动规律，所以凸轮轮廓曲线的设计是整个凸轮机构设计中决定成败的重要环节。在实际工程应用中，凸轮机构的轮廓曲线通常采用两种方式获取，即作图法与解析法，作图法设计过程简单，设计的轮廓曲线的精度较低，能满足不重要的场合，而对于高速高精度的凸轮必须采用解析法建立凸轮理论轮廓曲线、实际轮廓曲线，精确度较高，能满足在数控机床加工，但计算的工作量很大。因此，采用传统方法来设计凸轮轮廓曲线，存在很多缺点，造成产品的设计周期长和产品更新换代慢，不适宜在现代化生产中应用。本文将通过使用当今世界上先进的集CAD/CAE/CAM于一体的三维参数化软件UGNX，运用UGNX的强大功能对凸轮轮廓曲线进行参数化设计，能有效解决传统设计中存在的诸多问题，优化凸轮轮廓曲线的设计方法。

1 凸轮理论轮廓线数学模型

建立直角坐标系，A0点为凸轮轮廓线起始点，r1为基圆半径。当凸轮转过θ角度时，推杆产生相应位移l，此时滚子中心位于A点，凸轮的理论轮廓线方程为

式中：e-偏距，

2 凸轮轮廓曲线的参数化设计

2.1 创建圆柱凸轮主体特征

进入UGNX6.0，单击工具栏中的“新建”按钮，选择模型菜单中的“模型”，单位使用系统默认的“毫米”，再选择存储路径，然后单击“确定”按钮。用实体特征创建凸轮圆柱。单击“成形特征”工具条中的“圆柱”按钮，打开创建“圆柱”对话框，输入相应的参数，指定矢量选择沿Y轴正方向，生成圆柱体。

2.2 创建凸轮轮廓曲线的参数化方程

测量凸轮圆柱底圆周长以确定正弦曲线的周期。单击主菜单中的“工具”“表达式”，系统弹出如图2所示的“表达式”对话框，单击对话框中最下面一行中的“测量长度”按钮，系统弹出如图1所示“测量长度”对话框，对话框中的“选择曲线”用鼠标选中凸轮圆柱底圆圆周，单击“确定”按钮，得到凸轮圆柱底圆周长，在表达式中名称用L表示。创建凸轮轮廓曲线设计参数及表达式。单击主菜单中的“工具”“表达式”命令，系统弹出如图2所示的“表达式”对话框。依次添加正弦曲线设计参数及公式，T（系统变量）=1，X=L×T，Y=120×sin（T×1440），Z=0，单击“确定”按钮，退出“表达式”对话框。

图1 “测量长度”对话框 图2 “表达式”对话框 图3 正弦曲线缠绕于圆柱柱面

创建凸轮轮廓曲线。选择“插入”“曲线”“规律曲线”命令，系统弹出规律函数对话框，单击“根据方程”按钮，系统弹出规律曲线对话框，输入系统变量“T”，单击确定按钮，系统弹出定义“X”对话框，单击“确定”按钮，系统返回“规律曲线”对话框。重复以上操作，再分别定义“Y”、“Z”两个参数。定义完成后系统弹出定义方位对话框，设置正弦曲线的方位，单击“点构造器”按钮，弹出点构造器对话框，填入“点的坐标”值，单击“确定”按钮，完成曲线的创建。

3 创建圆柱凸轮槽

将正弦曲线缠绕于凸轮圆柱柱面上：选择工具条中的“曲线”“缠绕”命令，系统弹出“缠绕”对话框，按照“选择步骤”完成设置，将上面创建的正弦曲线缠绕于凸轮圆柱柱面上，如图3所示。圆柱凸轮轮廓槽截面草图的创建：选择工具条中的“草图”，弹出“草图”对话框，草图类型应选择“在轨迹上”，单击“确定”按钮，绘制凸轮轮廓槽截面矩形草图。圆柱凸轮轮廓槽的创建：选择工具条中的“插入” “扫掠”“变化的扫掠”，在对话框中完成相应参数的设定，单击“确定”按钮即可完成凸轮轮廓槽的创建，从而完成整个凸轮的轮廓曲线的创建。

4 结论

本文采用UGNX软件，通过输入曲线的参数方程来精确绘制凸轮轮廓曲线。通过对凸轮轮廓曲线的参数化设计进行的有关论述，为凸轮轮廓曲线的设计提供了新的方法，在实际生产中将对以后产品的升级换代带来很大的方便，减少了设计工作量，提高产品的加工制造精度，缩短产品的生命周期，对实现产品的现代化开发有重要的现实意义。

参考文献

[1]谢晓华.基于UG的盘形凸轮参数化建模及运动仿真[J].机电技术，2010，2：27-28.

[2]王林艳，沈云波，李少康.盘型凸轮轮廓曲线参数化设计系统的开发[J].机械传动， 2010，8：29-34.

第6篇：参数化设计范文

关键词：UG 齿轮轴 有限元分析

中图分类号：TD402 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2013）07-0156-03

1 引言

UG是集CAD/CAM/CAE 于一体的软件系统，提供强大的实体建模功能，提供了高效能的曲面建构能力，完成复杂的实体造型设计。UG软件中的参数化设计中的图元都是以构件的形式出现，参数化修改引擎提供的参数更改技术使用户对设计或文档部分作的任何改动都可以自动的在其它相关联的部分反映出来。任一视图下所发生的变更都能参数化的、双向的传播到所有视图，以保证所有图纸的一致性。从而提高了工作效率和工作质量。

有限元分析也称为有限单元法或有限元素法，基本思想是将物体（即连续求解域）离散成有限个且按一定方式相互连接在一起的单元组合，来模拟和逼近原来的物体，从而将一个连续的无限自由度问题简化为离散的有限自由度问题求解的数值分析法。

本文主要利用大型三维建模分析软件UG对齿轮轴进行了三维建模，并在此基础上应用一种新型方法对轮齿进行了更加准确的加载和有限元分析。[1][3]

2 齿轮轴参数化建模

UG完成复杂的实体造型设计包括建模模块、装配模块和制图模块等，可以方便的建立各种复杂结构的三维参数化实体装配模型和部件详细模型，并自动生成用于加工的平面工程图纸。以齿轮轴为例设计参数参照其进行分析。[1][3][4][6]

2.1 齿轮轴实体造型

（1）建立齿轮实体。进入草图模式，建立齿坯实体。如（图1）所示

（2）计算渐开线长度理论公式；齿轮轮廓渐开线的长度是基圆与齿顶圆所截得渐开线的长。根据渐开线的形成原理，为了便于计算转化，建立渐开线的直角坐标方程为：

其中，L为渐开线长度，为积分起始角，为积分终角；

（3）利用参数化建模功能，建立齿轮模型。在表达式对话框中依次输入各项参数名称及其值。如（图2）所示。 主要输入表达式如下：

生成渐开线，如（图3）所示。

创建基圆、分度圆、齿根圆、齿顶圆，并生成齿槽轮廓。如（图4）为镜像后的渐开线。

创建齿轮的基本实体及轮齿的三维实体模型，如（图5）所示。创建完成后，该齿轮模型就形成了参数化驱动模型。只要给出不同的模数、压力角， 就可以自动生成三维齿轮实体模型。

轴的参数设计跟齿轮一样，如（图6）所示。

生成轴的实体图，如（图7）所示。

2.2 齿轮轴有限元分析

将建立的模型导入ANSYS WORKBENCH，如果在安装ANSYS的时候选择了与UG内接，就可以在UG中直接打开，如（图8）所示。

（1）轴的工作能力理论分析；对于只传递扭转的圆截面轴，强度条件为：

（2）施加载荷；在用ANSYS WORKBENCH中进行分析时，加载方案的确定是很关键的一部分。针对齿轮，加载方式可选择线载荷对线段加载和面载荷（压强）对面进行加载。由于齿轮在啮合过程中其接触区域实际上是一个小面，且在ANSYS WORKBENCH中线载荷对齿面的作用方向亦很难精确定位，所以本文选用面载荷对面进行加载。选择面载荷加载方式的关键是确定加载位置和接触区域面积。在此确定加载位置所采用的方法是：首先计算出齿轮齿廓渐开线的总曲线长度L，然后设定加载位置距离渐开线起始位置的曲长度Lx，通过Lx和L比例值来确定。齿轮啮合过程中接触区域可看作一个长度为宽b，宽度为轮齿接触宽度t 的微小矩形，所以其面积可求。

（3）几何模型的有限元网格划分；有限元网格划分是将几何模型转化为由节点和单元构成的有限元模型。为了保证计算的精度，轮齿与齿根圆过渡部分的网格需要进行细化处理。得到有限元模型如（图9）所示。

2.3 求解及后处理

利用ANSYS WORKBENCH丰富的数图表后处理功能，得到它的应力云图（如图10所示）、变形云图（如图11所示）。

从图中可以看出齿轮跟轴所受最大应力为5371.3MP，而齿轮和轴现在的所受的应力为3580.9（黄色区域），所以齿轮跟轴不会过载折断。[1][2][5]

3 结语

通过本文从参数化建模到有限元分析的探讨，参数化建模的功能非常方便，利用参数可以精确控制模型的轮廓。而且任何参数发生变化时，只需要在“表达式”对话框中进行修改即可，不必再重新进行公式的编辑等繁杂操作。

在ANSYS WORKBENCH分析过程中，利用渐开线长度和某时刻接触宽度的比值确定了加载的具置。利用ANSYS WORKBENCH中以线划分面的功能实现了载荷的准确定位，使得分析结果与实际工作状况更加贴近。

参考文献

[1]张悦刊，钟佩思，杨俊茹.对直齿圆柱齿轮Pro/E 参数化设计及ANSYS 有限元分析[J].煤矿机械，2006（4）：627-629.

[2]段进，倪栋，王国业.ANSYS 10.0 结构分析从入门到精通.北京：兵器工业出版社.2006.

[3]范小刚，徐辅仁，隋鹏，全世欣.基于齿数的渐开线直齿轮参数化建模[J].航空精密制造技术，2005（1）：60-62.

[4]肖爱民，潘海彬.三维机械设计实例教程[M].北京：化学工业出版社，2007.

第7篇：参数化设计范文

关键词：渐开线圆柱齿轮 UG 参数化设计

中图分类号：TH132.41 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2013）03-0159-01

1 引言

UG是一款大型的计算机辅助设计、制造、分析软件，广泛应用于各种机械设计领域。其功能强大，可轻松完成绝大多数的机械零件设计工作。利用UG进行齿轮设计，克服了传统的齿轮设计周期长、效率低等缺点，使得齿轮的设计变的较为快捷。但是，使用UG进行齿轮设计时，每次都需要重新建模，造成了很多重复劳动，导致效率低下。针对这些不足，本文先对渐开线直齿圆柱轮和斜齿圆柱轮的数学模型进行了统一，然后利用UG NX6，对圆柱齿轮进行参数化建模，实现了齿轮的参数化设计，大幅度提高了齿轮的设计效率。

2 渐开线圆柱齿轮的参数化设计

参数化建模是利用数学表达式来表述零件的尺寸关系，设计人员可以通过修改零件的参数来得到所需的零件。本文通过UG软件中的“基本曲线”、“规律曲线”和“表达式”等命令来实现渐开线圆柱齿轮的参数化建模。

2.1 渐开线齿轮的数学模型

渐开线斜齿圆柱齿轮的几何参数取决于齿轮的几个基本参数：模数、齿数、压力角、螺旋角、齿顶高系数、顶隙系数，确定了这些参数，就可以创建一个标准的渐开线齿轮。现以一个齿数为20，模数为4mm，齿宽20mm，螺旋角为12°的左旋齿轮为例，说明齿轮参数化建模的一般方法。

启动UG，在建模模式下，打开工具菜单，选择表达式选项，打开表达式对话框，添加表达式如表1所示。

2.2 生成齿轮齿廓线

打开插入菜单，选择曲线-规律曲线，利用上表中的d、da、db、df，以原点为圆心，绘制出基圆、齿根圆、分度圆、齿顶圆。连接圆心和分度圆与渐开线的交点，在将该直线绕圆心逆时针旋转360/4z度，以该线为对称轴，对渐开线进行镜像，得到轮齿的轮廓线。在使用修剪命令，利用齿根圆、齿顶圆对其进行修剪，然后创建齿根和齿顶处的圆角，即可得到端面齿形轮廓线。如图1所示。

2.3 生成齿轮

要采用沿螺旋线扫掠来生成轮齿，必须先生成螺旋线。首先在创建一个与齿轮的分度圆柱面相切的平面，在该平面上创建一条与圆柱母线夹角为beta，垂直高度为b的直线，使用投影命令将该曲线投影到分度圆柱面上，形成螺旋引导线，再使用扫掠命令，将端面轮齿齿廓线沿螺旋引导线进行扫掠，得到单个轮齿，再将该轮齿沿圆柱面进行阵列，阵列数量为齿数z，角度为360/z，得到所有的轮齿，最后，使用布尔运算求和，得到整个齿轮。如图2所示。

3 结语

本文对直齿圆柱齿轮和斜齿圆柱齿轮的数学模型进行了统一，实现了两种齿轮使用相同的数学模型，当对直齿圆柱齿轮进行建模时，只需将螺旋角beta设置为0。本文实现了渐开线圆柱齿轮的参数化设计，只需修改齿轮参数即可完成建模。通过对齿轮进行参数化设计，大大降低了齿轮的设计成本和设计周期。

第8篇：参数化设计范文

关键词：参数化设计；运动仿真；压力机

0 前言

双动压力机主要用来拉延形状较为复杂的零件，这种压力机的主要特点是具有两个滑块。外滑块用于压边，内滑块用于拉延，在压紧角内，最理想的状态是外滑块不动，但是该机构的外滑块不可避免的有微小的波动。拉延工艺要求外滑块的波动量为0.03～0.05毫米，像外滑块传动机构这样复杂而要求较高的机构，仅靠人的经验，用传统的作图方法来确定是很困难的，往往使得外滑块的波动量达不到拉延工艺的要求。应此，就必须研究新的方法来改善现代压力机的工艺水平。现代计算机技术的发展刚好能很好的解决这个问题。利用Visual Basic6.0开发出了一种软件，来分析压力机的运动规律和特性，把压力机的杆长等参数设为变量并且允许使用者自行根据需要修改，实现了十杆双动拉延式压力机的设计参数化，并且能够进行运动仿真。同时通过运动仿真实时生成内、外滑块的运动特性曲线，让我们能够直观的看出所设置的参数的优劣。对于压力机的研究和开发必定起到很好的帮助作用。

1 对机构进行运动分析

我们很快就能发现压力机机构由3个四杆机构、1个五杆机构以及2个曲柄滑块机构等六个连杆回路组成。其中，3个四杆机构分别是OABC回路、CDEF回路、FGHO回路；五杆机构是FGnHnAO回路；2个曲柄滑块机构分别是OMN回路和OAHnMn回路。

结合上面的分析，本文利用矢量解析法，分别对组成此十杆双动压力机的每个回路进行分析。建立位移、速度和加速度的矢量方程。确定求解十杆压力机各个铰链点坐标的公式 ，内外滑块位移、速度、加速度计算公式，以及各杆的角位移、角速度和角加速度的计算公式。

2 软件系统结构的总体设计

本软件包含两个模块：运动分析主模块和参数设置模块。

在总体规划阶段，设计了如下几个关键子过程：

①计算子过程――Sub calculate()，用来计算运动分析过程中要用到的一些参数，任意时刻各个铰链点的轨迹坐标，杆的角速度和角加速度，内滑块的位移、速度和加速度，外滑块的位移、速度和加速度等等。

②运动仿真演示的显示子过程――Sub Show1()，通过一个定时器利用基本画图语句line，circle等把任意时刻的压力机机构简图画出来，在图片控件PictureBox1中显示。

④数据结果显示子过程――Sub DataShow()，把任意时刻的数据结果显示在表格控件MSFlexGrid中。

⑤数据结果绘图子过程――Sub Show2()，把任意时刻的数据结果显示在图片框PictureBox2中。

⑥保存子过程――Sub SaveToWord()，把所有的数据结果保存到Word文档中去。

3 参数化设计实例与结果分析

默认参数条件下，驱动杆OA长13mm（这里的参数不是压力机实际长度，只是机构简图里面OA杆的尺寸），其内外滑块的位移曲线。

在参数设置界面里面设置OA为10mm之后的内外滑块的位移。

通过比较很容易看出来，如果设置OA杆长为10mm外滑块在压紧的时候波动量较小，工艺特性较好。

当然这只是改动了一个参数而已，从这个小例子就可以看出来借助本软件进行十杆双动拉延式压力机的参数化设计是相当方便的。

4 结论

利用Visual Basic 6.0开发的十杆双动拉延式压力机的辅助设计软件不仅能够动态地为我们演示此复杂机构的运动情况，而且可以允许我们在参数设置界面里面修改压力机的尺寸参数，从而实现参数化设计。

参考文献

[1]安子军.机械原理[M]．北京：机械工业出版社，1997.

第9篇：参数化设计范文

关键词：拨叉；参数化；机械加工

工艺拨叉一般应用于矿业开采中的机械设备、汽车传动设备、机床加工设备等领域。在汽车中，拨叉位于变速箱上，通过其拨动齿轮，能改变相应的转速比。在机床加工中，如车床、铣床、钻床等设备中，拨叉拨动齿轮，该变传动比，实现变速。而拨叉零件的加工，特别是参数的设计上，对传动装置，包括性能、运行等方面，都有着巨大的影响。拨叉的工作环境，决定了其加工的精准度的要求，不仅耐磨，还要抗冲击，有足够的硬度强度。由于拨叉零件之间有较大的形态差异，结构上对于工艺的要求较高，不合格的拨叉在使用中一旦出现问题，将会造成严重的后果。拨叉零件的加工，在材料的选择、参数化的设计、结构和加工工艺等步骤，严格要求，才能生产出合格的拨叉。

一、拨叉三维参数化设计的探讨

虽然不同设备中的拨叉结构不同，但是其工作原理是相同的，在讨论拨叉三维参数化设计中，设计一个通用拨叉的参数，然后按照不同工作要求，不同设备环境，不同使用要求，进行参数上的调整。如在拨环的配合中，与或双联齿轮、三联齿轮的关联使用中等等。通过三维参数化的设计和修改，实现了后期动态装配等环节更加便捷的目的。在设计拨叉中，使用的是美国参数技术（PTC）的公司的Pro/Engineer操作软件，即Pro/E，该软件是CAD/CAM/CAE一体化设计的软件。拨叉的参数化设计，一般为大端实体的拉伸、小端实体的拉伸、中间连接板的拉伸、加强肋的制作和打孔五个步骤。具体操作如下：进入Pro/E设计软件，在设置工作目录中找到“目标文件夹”选项，点击“新建零件”。在零件设计的操作页中，找到“拉伸”的选项，平面选用front平面，随后进入拉伸页。在拉伸页面中，作两条辅助中心线，根据拨叉的设计需求参数，画出拨叉大端实体的拉伸草图、数值设置可以先预填一个，当拨叉的设计好之后，再根据加工需求，修改参数，并点击“再生”选项即可。拉伸后，拨叉的左端要倒圆，大端放到圆后即可；进行小段试题的拉伸，同样是“拉伸”，选用front平面。进到拉伸页面后，作一条水平辅助中心线，画出一个大端圆弧，画出圆弧的垂直中心线，并在小端画出垂直中心线两条线之间的距离设定为预定值100mm。根据拨叉的设计需求参数，完成拨叉小端草图的绘制；对于中间连接板的拉伸，与上面的一样，进入拉伸页。也是只作一条水平辅助中心线，随后画出大端圆弧和小端圆弧，在“图标”中，找到点“创建图元”，就可以画出大端圆弧线和小端圆弧线了。这时要作两条和中心线距离相等的辅助中心线，从大端的连接线起点到中心线之间的的距离要设好，连接大端圆弧和小端圆弧。这里要注意，这条连接的直线小端的外圆相切，点击“剪切”选项，完善封闭曲线的绘制；加强肋的绘制上，要点击图标“肋工具”，平面选取为Top平面，接下来的步骤与上文相同，画出大端外圆和小端外圆，话二者之间的一条直线。根据要求，设置正确参数，并点击“确定”；在打孔的时候，有两种方法，即点击“拉伸”，或找到“孔工具”，按照需要打即可。孔将图中需要的孔作出。图1是三维参数化设计后做出的拨叉实体图。

二、拨叉机械加工工艺的分析

在上文中，拨叉的三维参数化设计，满足了不同需求、不同参数的动态修改设定，但是在实际的机械加工中，还是要参考拨叉零件的使用参数和使用情况，进行动态修改。对于一些使用环境恶劣，使用要求特别是耐磨耐冲击上的要去，在拨叉的材料使用上，由于应用于煤矿机械和矿山机械等场合，工作负荷大，因此这类拨叉零件在材料的选择上一般使用40Cr或45钢。对于拨叉的机械加工，在工艺流程上为：锻造、检测、正火、划线、铣、钻、铣、扩、淬火并回火处理、校验、磨削清洗、检验。在这十四项处理工序外，还要注意拨叉的加工面，定位孔和拨叉口的加工。机械加工的过程，包括了粗加工过程、半精加工过程和精加工过程。拨叉的安装要注意定位孔的位置，一般使用钻、扩、铰、精镗等方法。为了保证拨叉机械加工的的精确性，拨叉口会在磨削前进行粗铣、精铣，淬火的工序。机械加工中，要对加工的设备、加工使用到的其他设备，如刀具（铣刀、钻刀）、夹具（虎钳、专用夹具）、量具等做好选取工作。

拨叉的三维参数化设计，使得拨叉在参数的设定上，根据实际需求进行修改，大大提升了设计效率，降低了资本投入。在已有的模板上，进行三维动态装配、机构动态模拟、仿真操作等等试用，随时改变参数数据，优化参数修改树脂。这也为拨叉的加工，设立了良好的形象。

作者:盛银柱 单位:云南东源煤电有限公司一平浪煤矿

参考文献：

[1]贾颖莲,何世松.Pro/EWildfire3.0在凸轮机构优化设计与运动仿真中的应用[J].煤矿机械，2009(07).