摘  要：應(yīng)用目前先進(jìn)的自頂向下的設(shè)計(jì)理念，使用三維Autodesk Inventor軟件為工具,以平板鋼閘門(mén)門(mén)葉裝置為例,詳細(xì)介紹了主骨架模型與主導(dǎo)零件相結(jié)合的參數(shù)化建模方法及虛擬裝配中各零件之間的干涉檢查, 此參數(shù)化設(shè)計(jì)思路對(duì)于其他機(jī)械的設(shè)計(jì),具有很好的參考價(jià)值。
關(guān)鍵詞：平板鋼閘門(mén);三維參數(shù)化設(shè)計(jì);Autodesk Inventor ;骨架模型;自適應(yīng)
    一、概述：在中、小型水利樞紐及水電站金屬結(jié)構(gòu)閘門(mén)中，平面鋼閘門(mén)運(yùn)用較為廣泛，工程布置多在水庫(kù)的輸水洞、渠道及水電站進(jìn)水口、尾水渠，是泄洪建筑物的重要組成部分。
    隨著一批大型水電工程的上馬，壩工技術(shù)和輔助設(shè)計(jì)水平的提高使得鋼閘門(mén)的設(shè)計(jì)趨于復(fù)雜化，迫切需要在傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的手段和思路上進(jìn)行改革，以適應(yīng)當(dāng)前的設(shè)計(jì)趨勢(shì)。在科技飛速發(fā)展的今天，產(chǎn)品設(shè)計(jì)已經(jīng)進(jìn)入到了全新的三維可視化設(shè)計(jì)階段, 三維參數(shù)化設(shè)計(jì)和二維設(shè)計(jì)相比有直觀形象、容易事先發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)缺陷等明顯優(yōu)越性，有助提高設(shè)計(jì)質(zhì)量和效率，縮短設(shè)計(jì)周期，保證設(shè)計(jì)質(zhì)量。
    二、三維參數(shù)化建模思想
    參數(shù)化技術(shù)是用一組參數(shù)來(lái)約定設(shè)計(jì)對(duì)象的信息模型，通過(guò)參數(shù)之間的關(guān)系與參數(shù)和設(shè)計(jì)對(duì)象的信息模型的關(guān)系，部分參數(shù)的修改可以直接導(dǎo)致設(shè)計(jì)結(jié)果的自動(dòng)修改。參數(shù)化技術(shù)在CAD軟件中應(yīng)用會(huì)方便了零件的設(shè)計(jì)修改過(guò)程，提高了設(shè)計(jì)效率和準(zhǔn)確性。
    本文平板鋼閘門(mén)三維參數(shù)化建模以Autodesk Inventor制圖軟件為平臺(tái)，采用目前先進(jìn)的自頂向下的設(shè)計(jì)理念，它強(qiáng)調(diào)從設(shè)計(jì)實(shí)體入手，從設(shè)計(jì)實(shí)體上衍生出設(shè)計(jì)人員需要的分析計(jì)算模型，二維工程圖模型，通過(guò)實(shí)體的參數(shù)化模型帶動(dòng)分析模型和二維工程圖模型的改變，達(dá)到提高設(shè)計(jì)效率的目的。因此，我們首先構(gòu)建一個(gè)骨架模型，然后在此骨架模型上進(jìn)行新零件的構(gòu)建或已建零件的裝配，通過(guò)添加裝配約束使零件與骨架模型相關(guān)聯(lián)，部分參數(shù)的修改可以直接導(dǎo)致設(shè)計(jì)結(jié)果的自動(dòng)修改，從而實(shí)現(xiàn)參數(shù)化建模的思想。
    三、平板鋼閘門(mén)門(mén)葉裝置的參數(shù)化建模過(guò)程
    平板鋼閘門(mén)一般是由可以上下移動(dòng)的門(mén)葉結(jié)構(gòu)、埋固構(gòu)件和啟閉閘門(mén)的機(jī)械設(shè)備三大部分所組成，本模型只是對(duì)平板鋼閘門(mén)的門(mén)葉結(jié)構(gòu)及裝置進(jìn)行了參數(shù)化建模。
    1、門(mén)業(yè)結(jié)構(gòu)的參數(shù)化建模
    （1）主骨架的設(shè)計(jì)   
    以某拱壩平板鋼閘門(mén)(事故檢修閘門(mén))為研究對(duì)象，先初規(guī)劃出計(jì)出該設(shè)備的主骨架。主要是門(mén)葉結(jié)構(gòu)的構(gòu)建，其他設(shè)備都是在門(mén)葉結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上而建的。而門(mén)葉結(jié)構(gòu)主要是對(duì)面板、主梁、次梁、邊梁、橫向隔板的空間位置的規(guī)劃，由此構(gòu)建了以下主骨架模型，如圖2所示。
    本鋼閘門(mén)門(mén)葉結(jié)構(gòu)由底葉門(mén)葉結(jié)構(gòu)、中葉門(mén)葉結(jié)構(gòu)和頂葉門(mén)葉三部分組成，主骨架中不包含具體的零件，只是對(duì)平板鋼閘門(mén)中面板、主梁、次梁、邊梁、橫向隔板的空間位置作出了規(guī)劃，主骨架中包含了各個(gè)子裝配體的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)，改變主裝配體的參數(shù)，子裝配體的空間位置也會(huì)相應(yīng)的發(fā)生改變。
    （2）子裝配和零件的設(shè)計(jì)
    當(dāng)代表頂層裝配的骨架模型確定,設(shè)計(jì)基準(zhǔn)傳遞下去之后,可以進(jìn)行單個(gè)的零件設(shè)計(jì)。這里,可以采用兩種方法進(jìn)行零件的詳細(xì)設(shè)計(jì):一種方法是基于已存在的頂層基準(zhǔn),設(shè)計(jì)好零件再進(jìn)行裝配;另一種方法是在裝配關(guān)系中建立零件模型。零件模型建立好后,管理零件之間的相互關(guān)聯(lián)性。用添加方程式的形式來(lái)控制零件與零件之間以及零件與裝配件之間的關(guān)聯(lián)性。
    本文零件是在裝配環(huán)境下的骨架模型上所建立的，在構(gòu)造骨架模型時(shí)創(chuàng)建了許多工作平面作為建立零件的參考面；在工作平面上新建草圖，完成零件的二維輪廓繪制，尺寸是隨意的，沒(méi)有進(jìn)行約束，處于欠約束狀態(tài)；選取截面拉升設(shè)計(jì)厚度（也可參數(shù)約束），利用Inventor強(qiáng)大的自適應(yīng)功能，將零件的各個(gè)面與框架的對(duì)應(yīng)參考面添加相應(yīng)的約束。零件會(huì)定位在相應(yīng)的位置，它的尺寸與骨架模型對(duì)應(yīng)的尺寸相關(guān)聯(lián)。當(dāng)框架的尺寸發(fā)生變化時(shí)，零件與它相關(guān)聯(lián)的尺寸也發(fā)生相應(yīng)的變化，從而實(shí)現(xiàn)參數(shù)化建模。
    以底葉結(jié)構(gòu)面板為例：
    1）在裝配環(huán)境中單擊“創(chuàng)建零部件”按鈕，進(jìn)行創(chuàng)建在位零部件設(shè)置，然后在草圖環(huán)境中骨架模型所對(duì)應(yīng)的參照面上進(jìn)行面板的二維輪廓繪制，面板輪廓繪好后---右鍵菜單---點(diǎn)擊結(jié)束草圖--退出草圖環(huán)境。
    2）零件轉(zhuǎn)到了特征面板，單擊“拉伸”按鈕，進(jìn)行相應(yīng)的特征設(shè)置，單擊“確定”按鈕。然后單擊右鍵，點(diǎn)擊“完成編輯”按鈕，結(jié)束零件特征，特征面板轉(zhuǎn)到部件面板。
    底門(mén)葉面板是創(chuàng)建的第一個(gè)零件，inventor自動(dòng)將該零件固定，要想實(shí)現(xiàn)零件的自由拉伸，必須右鍵單擊該零件，彈出對(duì)話框中，在取消固定按鈕前邊的“√”，并且開(kāi)啟自適應(yīng)按鈕前邊的“√”。
    3）零部件的裝配約束：
    單擊“添加裝配約束”按鈕，出現(xiàn)添加裝配約束對(duì)話框，點(diǎn)擊“裝配”中的“配合”，在“選擇”中單擊“第一次選擇”選取面板的上邊緣，單擊“第二次選擇”選取創(chuàng)建的工作平面，在“方式”中選取“表面平齊”選項(xiàng)，單擊應(yīng)用按鈕。
    按同樣的方法，將底葉面板的其他三個(gè)面與所創(chuàng)建對(duì)應(yīng)的工作面參加相應(yīng)的約束，這樣底門(mén)葉結(jié)構(gòu)的面板按我們的設(shè)計(jì)要求固定在了主骨架模型上（圖3）。把主骨架的尺寸發(fā)生變化時(shí)，對(duì)應(yīng)面板的尺寸也會(huì)隨主骨架尺寸的變化而變化，從而達(dá)到參數(shù)化建模的效果。
    同理，把鋼閘門(mén)門(mén)葉結(jié)構(gòu)的其他面板、主梁、次梁、底梁、頂梁、邊梁、吊耳等零件也建立在主骨架對(duì)應(yīng)的參照面上，這樣完成了平板鋼閘門(mén)門(mén)葉結(jié)構(gòu)的參數(shù)建模工作
    2、平板鋼閘門(mén)門(mén)葉裝置的參數(shù)化建模
    由于主輪裝置、籠罩裝置、止水裝置、配重裝置和反滑塊裝置結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，我們是作為獨(dú)立的零部件設(shè)計(jì)的。