基于Autodesk Inventor 水工平面閘門參數(shù)化三維建模設計

朱琳++宋濤++張婷++劉天政

【摘 要】基于Autodesk inventor軟件平臺，提出可視化外部參數(shù)建模原理，闡述了參數(shù)及參數(shù)表達式設置技巧。以水工平面閘門為例，介紹了參數(shù)化三維建模所涉及的參數(shù)設置，零部件創(chuàng)建方法，零部件裝配技巧以及二維工程圖設計與編輯。模型特性參數(shù)表具有可視化修改功能，局部調整只在可視化參數(shù)表中修改與產品特征相關的參數(shù)。

【關鍵詞】水工閘 Autodesk inventor參數(shù)化化設計 三維模型

1 前言

水工閘門是水利樞紐工程中的主要組成部分，控制著水利樞紐發(fā)電、供水、沖砂、泄洪、防洪等運行過程，閘門的設計精度及設計效率直接影響工程的安危成敗。隨著科技技術的迅猛發(fā)展，計算機輔助設計大幅度的提高了設計效率及精度，但是平面閘門的設計綜合性強計算量大且零部件較多，傳統(tǒng)的二維軟件設計仍要花費大量的時間和精力在重復勞動上。

2 inventor參數(shù)化三維建模原理

2.1 模型特征參數(shù)與尺寸驅動約束

尺寸驅動是模型參數(shù)驅動的基礎，尺寸約束是是實現(xiàn)尺寸驅動的前提。為了實現(xiàn)模型特征參數(shù)來驅動幾何圖形，需要將模型特征參數(shù)以.ipt的模式內嵌在模型項目文件中，inventor軟件自動提取內部系統(tǒng)模型特征參數(shù)。在零件草圖設計時，草圖繪制界面中衍生與零件特征相關聯(lián)的特征參數(shù)文件，并使特征參數(shù)處于激活狀態(tài)，對幾何圖形進行尺寸約束時直接鏈接處于激活狀態(tài)的特征參數(shù)，圖形處于全約束狀態(tài)后，隨著參數(shù)的變化，圖形尺寸及與坐標的位置關系都會協(xié)同變化。模型特性參數(shù)表具有可視化修改功能，當圖形幾何尺寸局部或者整體需要修改時，只在可視化參數(shù)表中修改與產品特征相關的參數(shù)，無需運行整個設計過程。

2.2 參數(shù)表達式驅動模型特征

表達模型特征的參數(shù)比較繁多，參數(shù)表中不必對每個產品特征定義變量參數(shù)，如若對所有特征都設置對應的參數(shù)，參數(shù)量巨大，參數(shù)化建模繁瑣，后期參數(shù)化模型應用中參數(shù)修改工作更是繁瑣。根據(jù)產品各部件的相互配合及對應位置關系，建立特征參數(shù)表達式來約束模型特征。最終達到產品特征完全被設計參數(shù)及參數(shù)表達式全約束的狀態(tài)，完善的參數(shù)化三維模型不允許存在過約束或欠約束的狀態(tài)。模型特征參數(shù)與表達式之間相互依賴，相互傳遞數(shù)據(jù)，提高表達式設計的層次，減少參數(shù)建立及修改的工作量。不同零件之間的參數(shù)表達式也可以相互鏈接調用，當某一參數(shù)發(fā)生改變，參數(shù)表達式及調用參數(shù)表達式會關聯(lián)更新，驅動參數(shù)模型即時更新。

3 基于inventor的平面閘門參數(shù)化建模步驟

使用inventor三維軟件進行平面閘門的三維建模設計，首先要充分了解平面閘門的結構，各零部件之間的相對位置關系，以及閘門與門槽之間的裝配關系。建模設計前，明晰并構思好所有能表達閘門特征的參數(shù)以及鏈接特征參數(shù)的表達式，以最少數(shù)量的參數(shù)來表達最完善的產品特征。每一個產品在可研階段的設計，并不是一個方案一撮而就，往往要一波三折，經過反復的論證、重新設計和修改的過程，從而不斷完善設計成果。采用參數(shù)化的設計能按照我們所論證的方案，進行靈活修改設計，不用推翻設計的全運行過程。

3.1 平面閘門三維模型參數(shù)系統(tǒng)設計

外部參數(shù)表主要包括控制零件尺寸和形狀特征參數(shù)，是參數(shù)化建模的核心部分，為了建立一套參數(shù)化驅動平面閘門的模型，首先要對平面閘門包含的參數(shù)特征進行分解歸類和采用簡化表達式鏈接。平面閘門主要由門葉、止水、埋件、主側輪等部分組成，對主要組成部分建立相對應的外部參數(shù)表，如門葉參數(shù)、止水參數(shù)等，外部參數(shù)表以.ipt零件形式設置，利用參數(shù)表設置閘門的特征名稱及相對應的控制尺寸，特征名稱及尺寸在建模過程中與后續(xù)使用中能進行可視化修改。以側輪為例，首先建立側輪裝配公用參數(shù)，而后建立與側輪相對應的參數(shù)表，參數(shù)表中包括側輪直徑、輪架高度、底板寬度及厚度等表達側輪特征的參數(shù)。側輪外部參數(shù)表通過.ipt的格式保存于平面閘門模型的項目中，以備建立側輪零件圖時衍生調用。

3.2 平面閘門三維模型零件設計

模型零件設計主要包括草圖繪制，草圖特征，放置特征。草圖設計是生成零件特征的基礎，創(chuàng)建新零件模板文件時，inventor軟件會自動創(chuàng)建草圖，直接進入草圖設計環(huán)境。草圖繪制前，將內嵌在項目中的外部參數(shù)衍生到草圖繪制環(huán)境中，并激活驅動草圖尺寸的參數(shù)。草圖繪制可以在原始坐標系中默認的XY、YZ、XZ平面中進行，也可以根據(jù)各零件的互相裝配關系自行建立平面繪制草圖，不同繪制平面中的草圖以及各零件之間的草圖可以相互借用，只須共享草圖選擇所要調用的工作平面即可。繪制平面閘門各零件草圖時，首先創(chuàng)建一個工作平面，以“XZ”平面為基礎，偏移0，創(chuàng)建草圖繪制工作平面。以坐標原點作為基礎零件面板的原點，在工作平面上創(chuàng)建面板二維草圖，調用衍生參數(shù)中的面板厚度，面板高度等參數(shù)進行二維尺寸標注，當面板草圖處于全約束狀態(tài)時，完成面板草圖。依照此方法完成平面閘門其他各零件草圖的繪制。草圖繪制階段，利用參數(shù)約束，完成約束各零部件之間的裝配位置關系，目的是為了方便后續(xù)零部件的裝配工作。

4 結語

Autodesk Inventor軟件具有強大的三維造型能力，有良好的二維工程圖編輯能力及設計表達能力。通過inventor軟件平臺進行平面閘門的參數(shù)化設計，形成平面閘門的標準化、通用化、系列化，可視化外部參數(shù)驅動功能縮短產品周期，提高閘門設計質量。當今水利項目日趨增多，市場競爭激烈，參數(shù)化三維模型設計提高了設計柔性，縮短了市場反應時間。

參考文獻：

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