参数化变型设计

2024-05-04

参数化变型设计（精选七篇）

参数化变型设计篇1

随着市场竞争的日益激烈,如何在最短时间内,以最好的质量、最低的成本,生产出满足用户个性化需求的产品,已成为企业生存、发展的关键。变型设计很好地顺应了这种市场竞争的需要,它的基本原理是指根据客户需求和概念设计,确定定制产品设计参数信息,通过修改产品变型设计主模型的参数值和尺寸关系,生成相似的产品或零部件。产品变型设计方法能够快速设计产品原型,降低产品设计成本,从而以大批量生产的效率和成本生产出个性化的产品[1]。

目前关于变型设计的研究很多,如:鲁玉军[2]等人提出的基于事物特性表的产品变型设计研究、吴伟伟[3]等人提出的基于参数化的机械产品尺寸变型设计研究与实现、杨青[5]等人提出的基于Pro/Engineer的三维零件模型的参数化设计、李世国[6]等人提出的基于Pro/E零件模型的参数化设计技术研究等等。这些研究主要针对单个零件或某类零件的再设计上,而针对装配件的变型设计国内研究的并不多。而在实际设计中,企业对装配件的变型设计需求更为强烈,因此,研究装配件的变型设计方法具有重要的意义。

本文在上述研究的基础上,对装配件的变型设计方法和过程进行了研究,提出了一种基于参数化技术的装配件变型设计方法,利用Pro/TOOLKIT对Pro/ENGINEER进行二次开发,开发出了参数化变型设计模块,并用齿轮与轴的装配件模型对该方法进行了验证。

1 装配件变型设计原理

装配件开发设计过程中涉及的对象不再是单个零件,而是由多个零件装配而成的装配件。基于参数化技术的装配件变型设计原理具体内容如下:首先通过对零部件的事物特性分析,确定好各个零件的可变参数;然后利用Pro/ENGINEER提供的装配功能对装配件进行装配,同时对配合尺寸参数进行分析,建立好装配件各个零部件之间的配合尺寸参数的关系式,确定好装配件的可变尺寸参数并将组件的用户自定义参数和装配件的可变尺寸参数关联;最后利用Pro/TOOLKIT对Pro/ENGINEER进行二次开发所得的参数化变型设计模块提取组件的用户自定义参数,通过人机交互界面对用户自定义参数的修改驱动模型变型。其主要流程如图1所示,步骤如下:

1)针对特定产品,将客户需求转化为具体的设计需求。

2)利用CAD系统建立各个零部件的三维模型,分析零件的不变尺寸参数、可变尺寸参数、导出尺寸参数以及配合尺寸参数,从而构建零件的参数信息模型。

3)利用CAD系统提供的装配功能对装配件进行装配。建立装配件各个零部件之间的配合尺寸参数的尺寸关系式,从而构建参数化装配件主模型。

4)利用Pro/ENGINEER“工具”菜单下的“参数”功能建立自定义参数,并将装配件主模型的可变尺寸参数与自定义参数关联;

5)利用开发的自定义参数提取模块,对提取的装配件主模型的变型设计参数进行相应修改,即可驱动装配件模型变型。

2 装配件零部件尺寸参数分析

2.1 零件事物特性分析

零件的基本事物特性是指表征零件的功能、几何、制造等事物特性。零件事物特性分析的好坏将直接影响到部件变型成功与否。要分析零件的事物特性,首先需要对零件进行尺寸参数分析。零件的尺寸参数有多种类型,通常,可以将尺寸参数分为不变参数、可变参数、导出参数三种类型。不变参数是指在零件的各种变型中始终保持不变的参数;可变参数是指在零件的各种变型中可以改变的参数;导出参数是指由其他参数计算出来的参数。如图2所示为齿轮与轴的装配件简图。该装配件主要由齿轮、轴及键组成。

该装配件的轴零件的尺寸参数分析如图3所示,齿轮零件的尺寸参数分析如图4所示,键零件的尺寸参数分析如图5所示。

在如图3所示的轴零件,共有15个主要的尺寸参数。为简化分析,这里只对各个零件的主要尺寸参数进行分析,忽略了一些次要的尺寸参数,如倒角尺寸,部分过渡圆弧的圆角半径等。经过分析,将尺寸R01、L05、L07归为固定尺寸,将D04、L01、L02、L03、L04、L06、L08、L09归为可变尺寸,将D01、D02、D03、D05归为导出尺寸。同理,对齿轮的尺寸参数进行分析。参考机械设计手册,可知齿轮主要由模数(M)、齿数(Z)、压力角(ALPHA)、螺旋角(BETA)、齿厚(B)、齿顶高(HA)、齿根高(HF)、齿顶高系数(HAX)、齿顶隙系数(CX)、变位系数(X)以及齿轮孔径(D11)、键槽宽(L11)、键槽深(L12)组成。这里可将尺寸M、Z、A L P H A、B E T A、B、H A X、C X、X、D11、L11、L12归为可变尺寸,将HA、HF归为导出尺寸。键的齿数参数比较简单,它主要由l、b、h三个可变尺寸参数组成,这里不作过多阐述。

对零件尺寸参数进行分析后,接下来的工作就是分析零件尺寸参数之间的约束关系。对齿轮来说,参考机械设计手册,可知齿顶高H A=(H A X+X)*M,其中H A X是齿顶高系数,该值一般为1,将其加上变位系数X,就可以用来决定直齿轮的类型。例如:HA=M为标准齿、H A=0.8 M为短齿、H A=1.2 M为细齿。HF=(HAX+CX-X)*M,其中CX是顶隙高,其值一般约为0.25。根据机械设计中的定义,HF的值一般可在1.175M至2.5M之间,如果HF=M,即为短齿。对轴来说,导出尺寸D01、D02、D03、D05皆可由可变尺寸参数D04进行导出。例如:可设D01=5*D04/8-0.5,D02=5*D04/8,D03=5*D04/8,D05=5*D04/8+0.5。

2.2 装配件配合尺寸参数分析

装配件中每个零件与其它零件参与装配部分的尺寸参数称为零件的配合尺寸参数[6]。我们通过建立不同零部件之间的配合部分的配合尺寸参数关系式,从而将不同零部件之间的尺寸参数关联。当产品中的某些零件的部分尺寸发生改变以后,其他零部件将通过配合尺寸参数做出快速准确的相应修改。因此,配合尺寸参数起着在不同零件之间传递变型参数,驱动与之装配的其他模型变型的作用。

在该装配体中,装配部分主要是轴和齿轮孔相配合,键与键槽及齿轮孔槽配合。在该装配体中,轴的配合尺寸参数为可变尺寸参数D04、L08、L06、L09,齿轮的可变尺寸参数D11、L11、L12,键的可变尺寸参数l、b、h等。我们可以通过建立他们之间的尺寸关联,从而可以通过修改轴的轴径D04、键槽尺寸参数L08、L06、L09驱动键以及齿轮的内径的变型。齿轮的其他部分以及轴的其他需要变型部分则通过其各自的相应可变参数进行控制。根据上述定义和分析,齿轮与轴的装配件中配合尺寸信息结构表如表1所示,其中符号“<=”表示该符号的二侧尺寸参数存在关系式,且由右边的尺寸参数驱动左边的尺寸参数。

3 装配件变型设计方法和过程

由于装配件本身固有的复杂性,现以图2所示的齿轮与轴的装配体为例,研究基于参数化技术的装配件变型设计的方法和过程。根据本文变型设计原理思想,将整个过程分为产品主模型建立过程和产品变型设计过程两部分。

3.1 产品主模型建立过程

首先利用CAD系统Pro/ENGINEER设计出产品的所有零件,并根据零件的事物特性分析,建立好零件的尺寸关系式,确定好零件的可变参数,从而确定好零件的变型设计参数。然后利用Pro/ENGINEER提供的装配功能对产品进行装配,同时对配合尺寸参数进行分析,建立好装配件内的各个零部件之间的配合尺寸参数的关系式,确定好装配件的可变尺寸参数,根据装配件的可变尺寸参数建立好装配件的用户自定义参数。由于自定义参数标识符只能由字母、数字和下划线三种字符组成,且第一个字母必须为字母或下划线,为了“见名知意”,在这里用下划线将相应零件的特性尺寸参数和零件序号隔开。最后将组件的用户自定义参数和装配件的可变尺寸参数关联。例如:我们通过关系式D04:0=D_4,将自定义参数D_4与轴的可变尺寸参数D04进行关联(注:在组件模式下的零件尺寸表示为D#:#,其中后缀表示组件或组件的进程标志)从而可以通过控制组件的自定义参数D_4来控制轴径的尺寸参数D04。

3.2 产品变型设计过程

首先利用开发的参数分析处理模块对装配件主模型的自定义参数进行遍历提取,然后利用该变型设计模块的人机交互界面对需要进行变型的尺寸参数进行修改,修改尺寸参数后单击该模块的“确定”按钮,装配件主模型将进行全自动的变型。

如图6所示即为参数分析处理模块。该模块参考文献[7][8]开发而成,它能实现组件或者零件的自定义参数提取、添加、删除以及更改及模型再生等功能。参数分析处理模块的列表控件显示的是从模型中提取的用户自定义参数。单击列表控件的任一参数,将在左侧的参数编辑框显示相应参数的名称、数值及类型。在此,可以对参数值进行修改。也可以在参数编辑框输入一新的参数的名称、数值及类型,按“添加参数”按钮添加参数。“删除参数”按钮起删除参数作用,选择任一参数,点击该按钮即可进行删除。在修改或添加好相应参数后,点“模型再生”按钮即可进行模型的更新。

4 应用举例

根据上述的定义和分析,这里以齿轮与轴的装配件为例,利用开发的变型设计模块对基于参数化技术的装配件变型设计方法进行验证。

图7为模型更新前画面。在这里,我们将组件的自定义参数M由1.5改为1.25,齿数由17改为25,压力角BETA、螺旋角BETA、齿顶高系数HAX、齿顶隙系数CX、变位系数X保持不变,齿厚B由10改为8,配合尺寸参数D04由8改为10,L09、b、h因为与键的厚度相关联,通过参考机械手册将L09由1.5改为1.25,b由3改为2.5,h由3改为2.5,其它可变尺寸参数值保持不变,单击“确定”按钮,开始更新齿轮与轴的装配体模型,更新前后的齿轮与轴的装配体模型如图7、图8所示。

通过变型前后的对比可以发现,改变轴的直径,键的宽度及长度尺寸后,轴的键槽、齿轮孔以及键都发生了相应的改变。通过该实例,验证了基于参数化技术的装配件变型设计方法的可行性。

5 结论

本文运用参数化设计的基本原理和方法,通过对装配件的产品尺寸参数分析,构建了基于参数化技术的装配件主模型,提出了基于参数化技术的装配件变型设计方法。利用Visual C++.Net对Pro/Engineer进行二次开发,开发出了产品变型设计的相关模块,并对上述方法进行了验证,取得了满意的效果。

参考文献

[1]祁国宁,顾新建,谭建荣,等.大批量定制技术及其应用[M].北京:机械工业出版社,2003.

[2]鲁玉军,余军合,祁国宁,等.基于事物特性表的产品变型设计[J].计算机集成制造系统,2003,9(10):840-844.

[3]吴伟伟,唐任仲,侯亮,等.基于参数化的机械产品尺寸变型设计研究与实现[J].中国机械工程,2005,16(3):218-222.

[4]杨青,陈东祥,胡冬梅.基于Pro/Engineer的三维零件模型的参数化设计[J].机械设计,2006,23(9):53-55.

[5]李世国,何建军.基于Pro/E零件模型的参数化设计技术研究[J].机械设计与研究,2003,19(3):36-37.

[6]徐新胜,方水良,李强,等.装配产品的变型设计研究[J].浙江大学学报(工学版),2006,40(9):1652-1656.

[7]李世国.Pro/TOOLKIT程序设计[M].北京:机械工业出版社,2003.

基于CATIA齿轮参数化设计篇2

序号参数类型或单位公式描述 1a角度(deg)标准值：20deg压力角：(10deg≤a≤20deg) 2m长度(mm)——模数 3z整数——齿数(5≤z≤200) 4p长度(mm)m * π齿距 5ha长度(mm)m齿顶高=齿顶到分度圆的高度 6hf长度(mm)if m >1.25，hf = m * 1.25;else hf = m * 1.4齿根高=齿根到分度圆的深度 7rp长度(mm)m * z / 2分度圆半径 8ra长度(mm)rp + ha齿顶圆半径 9rf长度(mm)rp - hf齿根圆半径 10rb长度(mm)rp * cos( a )基圆半径 11rr长度(mm)m * 0.38齿根圆角半径 12t实数0≤t≤1渐开线变量 13xd长度(mm)rb * ( cos(t * π) +sin(t * π) * t * π )基于变量t的齿廓渐开线X坐标 14yd长度(mm)rb * ( sin(t * π) -cos(t * π) * t *π )基于变量t的齿廓渐开线X坐标 15b角度(deg)——斜齿轮的分度圆螺旋角 16L长度(mm)——齿轮的厚度

(在定义计算参数中舔加公式时，可以直接复制公式：注意单位一致)二.参数与公式的设置三.新建零件依次点击————————点击按钮现在零件树看起来应该如下：四.定义原始参数点击按钮，如图下所示：这样就可以创建齿轮参数：1.选择参数单位(实数，整数，长度，角度…)2.点击按钮3.输入参数名称4.设置初始值(只有这个参数为固定值时才用)现在零件树看起来应该如下：(直齿轮)(斜齿轮)多了个参数：b分度圆螺旋角一.齿轮参数与公式表格

基于CATIA齿轮参数化设计

参数化设计在产品形态设计中的应用篇3

摘要：基于复杂数理逻辑的参数化设计能给人带来逻辑美感，已成为产品形态设计领域研究的热点。本文着重运用归纳法和案例分析法从逻辑构成形态、结构构成形态、肌理构成形态三个方面探讨其应用路径，并归纳出“生成——调节——挑选”这一基本的逻辑流程。

关键词：参数化设计产品形态逻辑构成结构构成肌理构成

中图分类号：TB47

文献标识码：A

文章编号：1003-0069（2016）02-0024-02

参数化设计目前在现代设计中的应用比较广泛，在各类造型领域的探索中，建筑行业的应用已经取得了较为显著的成绩。随着技术的不断进步，参数化设计的应用面在不断扩大，逐渐由建筑领域扩展到其他领域，初步展开在产品形态设计中的应用，并出现一些相关设计作品，但对于设计方法和应用路径的研究还不完善。基于应用路径的研究一定程度上对推动设计创新具有重要的现实意义。

1 参数化设计概述

参数化设计其实就是参变量化设计，即把设计参变量化，每个参变量控制或表明设计结果的某种重要性质，改变参变量的值会改变设计结果。

参数化设计的最大特点表现在参数的即时调节和与之相对应数字模型的即时反馈。在参数化设计系统中，不变参数通过一定的逻辑规则形成设计基础，再通过可变参数的数值调节进行方案的调整和优化，最终生成设计结果。在这个过程中，各种影响因素被数据化和关联化，并通过规则和逻辑贯穿在一起。参数化的这种可变和易于调节的特点，使设计变得更加方便和灵活，设计师只需要调节规则逻辑中的参数就能迅速调整方案的呈现效果。参数化设计的运用可以在短时间内生成一系列方案，设计师或用户可以根据设计要求或审美经验进行方案选择，这在一定程度上带来更为丰富、多变的体验，促进基于互联网的个性定制的发展和完善，为设计行业带来新的活力。

2 参数化设计与产品形态设计

数理逻辑又称“符号逻辑”，是一门用数学方法研究思维的形式结构及其规律的学科。数理逻辑在形态塑造中的运用能够体现比例与尺度、对称与均衡、节奏与韵律、统一与变化等形式美法则。从古至今，一些简单而经典的数理逻辑被广泛运用到设计当中，最为人们熟知的就是黄金分割比，古代的埃及金字塔、印度泰姬陵到现代苹果公司的很多产品设计都以黄金分割比为内在逻辑，这些设计无不被人奉为经典。

当代，计算机技术的快速发展与3D打印技术的进步，使复杂数理逻辑的呈现成为可能，参数化设计便是其中之一，其作为一种新的设计方法在现代设计中的探索极为引入注目。尤其在产品形态设计领域，参数化设计使原来不可能实现的复杂结构与形式得以呈现，形态的内在数理逻辑性使产品展现出变化丰富、充满律动的形式美感，既能丰富产品的视觉呈现效果，又可以满足用户的个性化需求。参数化设计正逐渐应用于产品形态设计中，并呈现出一个新的发展潮流“。

3 参数化设计在产品形态设计中的应用路径

参数化设计在产品形态设计中的应用主要表现为逻辑构成形态、结构构成形态和肌理构成形态三个方面。

3.1 逻辑构成形态

逻辑构成形态是指以符合或接近数理逻辑关系的规则塑造的形体，着重强调形态的逻辑性。参数化的产品逻辑构成形态设计的基本流程如下：（1）确定设计目标；（2）找出对设计目标具有影响的各类因素，将这些因素转化为有效的参量，通过研究和逻辑推理，确定参数之间的基本关系；（3）运用某种规则系统（即算法）构筑参数关系，逐步实施算法生成产品的设计原型；（4）通过对算法中关键变量的调整，生成海量方案，这一环节如果达不到理想效果，则返回去进一步修改算法，进行新一轮的实施和迭代，从而得到另一类可能性，在算法的反复实施和迭代中生成理想的设计结果；（5）设计师或用户在生成的一系列方案中进行方案挑选。整个流程可以概括为：设计目标——参量设定——算法构建——参数调整——评价——确定。

例如由美国设计师Matthias Pliessnig为私人客户所设计的阿玛达长凳（图1），是参数化的产品逻辑构成形态设计的一个典型案例。其设计目标是一个贯穿空间的宽大流动的长凳，设计师首先运用曲线干扰、细分等规则营造一个高低起伏、凹凸有致的流动效果，构造出长凳的设计原型；其次通过对整体尺寸、细分次数等参数数值的调节，生成一系列的形态结果。最后根据自己的经验、审美或脑海中的预想等进行方案评估和挑选，得到令人满意的视觉形态。

3.2 结构构成形态

对于参数化的产品结构构成形态设计，一方面可以通过相关参数化软件对现有产品进行拓扑优化，以达到某种经济或生态效益；另一方面也可以运用参数化设计方法研究及模拟自然界和传统人工物中的结构，赋予产品以新的结构形式。

3.2.1 拓扑优化

拓扑优化算法主要用于结构优化。基于设计目标的拓扑优化可以将材料均质的模型优化为材料在空间中的最佳分布模型，也可以从力学角度出发对原有产品模型进行拓扑变形，通过这两种方式的反复迭代优化，最终产生一种新的结构形态。可以总结为：设计目标——力学分析——变形优化——评价——确定。

例如德国设计师Marco Hemmerling和Ulrich Nether设计的这款衍生椅（图2），即是参数化的产品结构拓扑优化的典型案例。其设计目标是在原材料减少的同时保证座椅的稳定性及舒适度。设计师在设计构建时主要采用有限元建模软件，对座椅的结构性能、材料特性、人机工程学数据以及生产加工工艺等参数进行综合分析，并通过反复迭代，生成一个最优化的方案模型，最终呈现的是经过计算机逻辑运算之后的结构，亦是座椅的最终形态。衍生椅设计通过参数化软件的运用，在功能优化的基础上，实现了产品的形态创新和制造的经济性。

3.2.2 结构模拟

大自然中的诸多结构不仅具有科学的力学法则，并且拥有和谐的美感，前人通过学习、模仿和研究自然界中的生物结构，创造了很多优秀的人工结构，流传至今。参数化的产品结构构成形态设计的另一种方式就是研究自然界和传统人工物中的结构，将影响产品及结构构件的要素转化为多个参数，设定模拟算法，并进行优化与创新，在反复迭代中生成最终的结构形态。即：设计目标——研究现有结构——模拟优化——评价—确定。endprint

例如荷兰Studio Drift工作室设计的可以动态变化的吊灯——TheShylights（羞羞灯）（图3），便是通过对自然界中优秀结构的模拟，所实现的产品创新。绽放是花最美的瞬间，然而到了夜间，美丽的花朵便害羞般的闭合起来，The Shylights（羞羞灯）正是模拟花瓣盛开和闭合这两个动作，即垂下绽放时灯具打开，向上收缩时灯具关闭。其设计的关键是利用参数化软件模拟花的开合，为灯具制作了可伸缩并极其精密的机械骨架，以此生动地呈现花朵绽放时所展现出的自然生命力。

3.3 肌理构成形态

肌理是物体表面组织结构的表现形式，是产品形态的重要组成部分。参数化的产品肌理构成形态设计的基本流程如下：（1）确定设计目标；（2）找出影响特定产品肌理设计的各种因素，将其转化为参（变）量，并基于对这些参（变）量的分析确定具体的设计元素；（3）设定该元素自身的变化及组合逻辑（算法），通过算法的逐步实施构造出设计原型；（4）确定变量，调节变量数值，推敲方案；（5）通过对参数的综合调节进一步优化方案，并在比较的基础上挑选最终效果。该流程可以概括为：设计目标——确定设计元素——基于元素的变化及组合逻辑（算法）构建——变量数值调节——评价——确定。

例如由马萨诸塞州的Nervous System实验室设计的Hyphae Lamps（图4），是参数化的产品肌理构成形态设计的一个典型案例。HyphaeLamps是系列化的有机台灯设计，以自然界中的生物生长规律为元素，设定生长算法，从最初的种子和一个基面，通过节点的不断分支与合并，生长为一个有机的镂空网络。同时，算法可以随着参数数值的调整而发生改变，每个灯都是基于这些类似算法而单独种植的，因此，这一系列有机台灯中的每一个都是独一无二的，其自然化的肌理可以通过LED灯向墙上或天花板上投射独特的图案，创造一种空灵和有机的氛围。

4 结论

随着计算机技术的发展，基于复杂数理逻辑的参数化设计在产品形态设计中的应用越来越广泛。其应用的基本流程可以概括为：实施规则或算法生成设计原型——调节参数得到一系列方案——设计师或用户进行方案挑选，进一步归纳为“生成——调节——挑选”这一逻辑流程。

参数化变型设计篇4

在几何尺寸的变型设计方法上,已经进行了相关研究[1,2,3,4]。对装配件几何尺寸变型设计的研究也取得了一些研究进展[5,6,7,8]。

公差是联系零件设计与制造的桥梁,在实际生产中,不仅需要实现零件几何尺寸变型,同时需要实现尺寸公差变型设计。纪杨建等对尺寸精度变型设计做了一些研究,提出了基于事物特性表的公差模型变型设计[9]。

本文在对基于参数化技术的公差建模方法进行分析后,提出一种基于参数化技术的零件尺寸公差变型设计方法,并将尺寸公差变型设计方法与几何尺寸变型设计方法进行集成,实现零件几何尺寸与尺寸公差的同步变型设计。

1 零件尺寸公差变型设计方法

1.1 零件尺寸及尺寸公差参数化建模

参数化设计一般是用一组参数来表示尺寸值或尺寸约束关系,通过修改设计对象的尺寸参数来驱动模型变型,其核心是尺寸参数驱动。在三维参数化设计软件中(如SolidWorks),不仅可以将尺寸设定为参数,而且可以将尺寸公差(尺寸公差代号或尺寸公差值)设定为参数,通过给参数赋值来达到修改尺寸公差的目的。利用三维参数化设计软件,建立零件三维模型。用参数化设计的思想对模型的尺寸及尺寸公差进行参数分析,建立尺寸参数之间的关联和约束,建立尺寸公差参数与尺寸参数之间的关联关系,得到比较完整的零件参数化模型。

本文以齿轮箱输出轴零件为例,对该零件的尺寸参数及尺寸公差参数进行分析,建立如图1所示的轴零件参数化模型。

在图1中,T表示尺寸精度参数。D、L、R、C等表示零件的尺寸参数。如果尺寸参数与尺寸精度参数位于同一尺寸线的一侧或分别位于同一尺寸线的两侧,则尺寸参数表示该尺寸线所表示的零件尺寸的基本尺寸,尺寸精度参数表示该尺寸线所表示的零件尺寸的尺寸公差代号。由于D1、T1位于表示轴的小端轴径的尺寸线的同一侧,则D1表示轴的小端直径的基本尺寸,T1表示该尺寸的尺寸公差;尺寸L12表示键槽宽度尺寸的基本尺寸,T6表示该尺寸的尺寸公差。

1.2 零件尺寸公差变型设计方法

本研究基于等精度原理的尺寸公差变型设计方法。等精度原理是指在变型设计前后,零件各个尺寸的尺寸公差等级及公差代号均保持不变。零件尺寸公差变型设计方法及步骤如下:①利用三维参数化软件提供的二次开发函数进行二次开发,编制程序三维参数化软件,提取零件尺寸变型前的尺寸及其公差信息。如果零件的公差信息为公差代号,则提取该尺寸的尺寸公差代号并保存,根据尺寸公差代号直接得到尺寸公差等级。如果尺寸公差信息为尺寸的上、下偏差信息,则提取该尺寸的上、下偏差信息,并根据提取的尺寸值大小,确定尺寸的尺寸公差等级及其尺寸公差代号。例如,在SolidWorks中,可以通过系统提供的二次开发函数DimensionTolerance->GetValue(&Retval)获取尺寸的上偏差,通过函数DimensionTolerance->GetValue (&Retval)获取零件的下偏差,然后计算得到零件的公差,根据尺寸大小查表得到尺寸的公差等级。②根据提取或查表得到的尺寸公差等级与尺寸公差代号以及变型后的尺寸值,确定变型尺寸的上、下偏差值。③利用三维参数化设计软件提供的二次开发函数,将得到的尺寸公差的上、下偏差信息标注到变型后的尺寸参数上,实现尺寸公差变型设计。例如,在SolidWorks中,可以通过系统提供的二次开发函数DimensionTolerance->SetValues (MinValue,MaxValue,&Retval)将尺寸公差标注到相应的尺寸上,实现尺寸公差变型设计。

假设在如图1所示的零件中,尺寸D1的尺寸标注信息为,利用三维参数化软件提供的二次开发函数,提取零件的尺寸及其尺寸公差信息,可以得到D1的基本尺寸为42mm,其上、下偏差分别为+0.05 mm和+0.034 mm,根据提取的尺寸值及其上、下偏差信息,通过查取公差信息数据库中的有关表格,可以得到该尺寸的公差代号为r6。假设D,在尺寸变型后,其基本尺寸从42 mm改变为60 mm,根据得到的尺寸公差代号r6及变型后的尺寸值,可以得到变型后的尺寸公差信息如下:下偏差为+0.041 mm,上偏差为+0.06 mm。将变型后的尺寸公差信息标注到变型后的尺寸上,得到变型后的尺寸及其尺寸公差信息为,实现尺寸公差变型设计。

2 零件尺寸及尺寸公差集成变型设计方法

将尺寸公差变型设计方法与尺寸变型设计方法进行集成,得到一种零件尺寸与尺寸公差集成变型设计方法,实现零件尺寸与尺寸公差的同步变型设计。具体步骤如下。

(1)建立零件参数化模型。利用三维参数化设计软件,建立零件三维模型。对零件尺寸参数进行分析,确定零件各个尺寸参数所属的类型。在变型设计中,可将零件尺寸分为可变尺寸、不变尺寸和导出尺寸。可变尺寸是指在变型设计中,设计者可以改变的尺寸参数,也就是通常意义上的设计参数。导出尺寸是指由其他尺寸计算出来的尺寸参数,导出尺寸的尺寸值完全由其他尺寸的尺寸值决定。不变尺寸是指在变型设计前后,尺寸值保持不变的尺寸参数。在对尺寸参数进行分类以后,需要建立各个尺寸参数之间的约束关系,建立尺寸约束关系表达式。特别是需要建立导出尺寸与可变尺寸及不变尺寸之间的尺寸约束关系及其约束表达式。在对尺寸参数进行分析后,对各个尺寸的尺寸精度等级进行分析,确立各个尺寸的尺寸精度等级。将零件的各个尺寸及其尺寸精度等级设定为参数,建立零件的参数化模型。某减速器输出轴的零件参数化模型如图1所示。

(2)提取变型前零件的尺寸名称、尺寸值及尺寸公差值,并保存到数据库。在二次开发中,可以提取零件的尺寸名、尺寸值及尺寸公差信息,并将提取的信息保存到数据库中。例如,在SolidWorks中,利用二次开发函数pDimension->getFullName (&Retal)可以获取尺寸名,利用函数pDimension->IGetU serValueIn2 (m_iModelDoc,&dim_value)可以获取尺寸值,而尺寸公差信息可按文中1.2中所述的方法获取。

(3)零件几何尺寸变型设计。根据客户需求及零件几何尺寸变型设计方法,进行零件几何尺寸变型设计。具体方法可参阅文献[2]和文献[6]。

(4)尺寸公差变型设计。①确定尺寸公差值。根据提取的尺寸信息及尺寸公差信息,确定各个尺寸的尺寸公差等级,按等精度原则,确定各个尺寸在尺寸变型后的尺寸公差值。②尺寸公差标注。利用三维参数化设计软件提供的二次开发函数编制程序,将变型后的尺寸公差信息赋给相应的尺寸,并标注到相应的尺寸上,实现尺寸公差变型设计。

(5)模型重建。在完成尺寸及尺寸公差变型设计后,重建零件三维参数化模型并进行保存,得到尺寸与尺寸公差变型后的新零件。

3 系统实现与应用举例

3.1 系统实现

以三维参数化设计软件SolidWorks为例。利用SolidWorks二次开发接口与二次开发函数,用VC++软件编制程序,对SolidWorks进行二次开发,开发了与SolidWorks有机集成的零件尺寸与尺寸公差集成变型设计插件。添加了零件尺寸与尺寸公差集成变型设计插件的SolidWorks界面如图2所示。

3.2 应用举例

以减速器输出轴为例,对提出的零件尺寸与尺寸公差集成变型设计方法及开发的变型设计插件进行应用验证。具体运行界面如图3、图4、图5所示。

图3为轴类零件变型前的初始参数化模型。图4为对可变尺寸参数进行修改。如果实际设计工作需要,也允许对尺寸之间的尺寸约束关系进行修改,但一般不建议修改尺寸约束关系。图5为尺寸及尺寸公差变型后的新零件参数化模型。由图5可以看出,变型后的零件模型,不但尺寸参数改变,而且尺寸参数的尺寸公差信息也改变。

4 结论

本文对尺寸公差变型设计技术进行了研究,提出了一种基于参数化技术与等精度法的尺寸公差变型设计方法,将尺寸公差变型设计方法与零件尺寸变型设计方法进行集成,提出了一种零件尺寸与尺寸公差集成变型设计方法。同时利用VC++和SolidWorks二次开发函数,开发了与SolidWorks集成的尺寸与尺寸公差集成变型设计插件,并以某减速器输出轴零件为例,对提出的方法及开发的变型设计插件进行了应用验证。结果表明,提出的零件尺寸与尺寸公差集成变型设计方法可以实现零件尺寸与尺寸公差的同步变型设计,提高了零件变型设计的速度、质量及其实用性。

摘要：文章提出了一种基于参数化技术的零件尺寸公差变型设计方法。对零件参数化模型中的尺寸公差信息表达、提取与标注方法进行了研究,将尺寸公差变型设计方法与尺寸变型设计方法进行集成,实现了零件尺寸与尺寸公差的同步变型设计。利用VC++软件,对三维参数化设计软件SolidWorks进行二次开发,开发了与SolidWorks集成的零件尺寸与尺寸公差集成变型设计插件。以轴类零件为例,对提出的方法和开发的插件进行了应用验证。

关键词：参数化设计,变型设计,尺寸公差,二次开发

参考文献

[1]余军合,祁国宁.事物特性表支持的变型设计方法[J].农业机械学报,2005,36(4):107-111.

[2]吴伟伟,唐任仲,侯亮,等.基于参数化的机械产品尺寸变型设计研究与实现[J].中国机械工程,2005,16(3):218-222.

[3]ALEXANDER F,GERHAND F,DIET MAR J.Conceptual Modeling for Configuration of Mass Customizable Products[J]. Rtificial Intelligence in Engineering,2001,15(2):165-176.

[4]肖新华,史明华,杨小凤,等.基于模块化产品实例的变型设计技术研究[J].中国机械工程,2007,18(7):803-807.

[5]刘夫云,祁国宁.配置产品尺寸参数传递方法及其应用研究[J].机械工程学报,2007,43(4):144-151.

[6]刘夫云,邓小林.配置产品尺寸参数修改与变型设计方法研究[J].计算机集成制造系统,2008,14(11):2092-2097.

[7]SAMBHOOS Kedar,KOC Bahattin,NAGI Rakesh.Extracting Assembly Mating Graphs for Assembly Variant Design[J].Journal of Computing and Information Science in Engineering,2009,9 (3):1-9.

[8]Kai Cheng,Yongxian Liu,Xipeng Xu.Dimension Parameter Transfer Method Based on Constraint Satisfaction Priority in variant de- sign[Z].Applied Mechanics and Materials,2009,16-19,203-207.

参数化变型设计篇5

掘进机截割头截齿参数参数化设计分三个步骤，首先，根据截齿切割原理及不同截割头外形确定每个截齿的空间姿态，即计算出截齿轴向距离、切割半径、圆周角、倒角及转角五个参数，然后根据这些参数通过自编程序软件利用三维实体软件进行自动虚拟装配，为截割头实体仿真提供建模模型，最后通过自编程序软件生成二维平面图纸，供车间加工生产使用。

纵轴式掘进机截割头截齿数据参数化设计。

根据截割头外形尺寸和截齿外形尺寸，通过编程，设计截割头截齿参数计算程序（程序界面见图1），该程序能够根据输入的相关外形尺寸自动计算截齿的空间参数，同时计算截齿齿尖包络线，并且自动计算内喷雾水孔位置坐标。生成的相关参数自动保存，供截齿自动化虚拟装配使用。

纵轴式掘进机截割头截齿自动化虚拟装配。

由于截齿虚拟装配过程复杂，所以开发了截齿安装程序（程序界面见图2），截齿虚拟装配为了进一步检验截齿参数的合理性，同时为截割头实体仿真提供建模模型，通过虚拟装配，设计人员可以直观了解每个截齿的空间姿态，自动化虚拟装配完全省去设计人员手工定位截齿的过程，降低工作强度。

纵轴式掘进机截割头图纸自动化生成。

截割头截齿自动化虚拟装配后，就可以利用截割头参数设计软件自动生成二维图纸如图3所示，供车间加工生产使用。至此，纵轴式掘进机截割头参数化设计全部完成。结语

通过对纵轴式掘进机截割头参数化设计研究，开发了这套设计软件，该软件还能够自动确定内喷雾水孔位置参数和导煤叶片的参数，使截割头设计工作效率得到了很大提升，缩短产品设计开发周期。

参考文献

室内光环境的参数化设计与研究篇6

关键词：室内光环境；参数化设计；辅助性设计

0 前言

在环境的塑造空间处理中，光是不可或缺的重要因素，我们可以将空间视为建筑光环境的载体。在我国绿色照明理念不断推广的今天，实现自然光与人工光照明的结合运用已经成为我国室内光环境设计的重点与难点所在，传统的经验与计算已经不能较好地满足这类设计的需求，为此我们只有应用照明设计软件实现室内光环境的参数化设计，才能够保证自身设计具备着较强的经济生态和美学综合价值，真正为人们营造良好的人居环境。

1 室内光环境概述

1.1 室内光环境的基本要求

对于室内光来说，其本身可以分为自然光源与人工光源两类，其中自然光源主要指的是昼光，而人工光源则主要由白炽灯、荧光灯、高压放电灯所构成，人类对物体大小、色彩、颜色的认知，都受到了很强的室内光环境影响，甚至有调查表明人类的某些生理反应也与室内光环境有关，这就使得我们在进行室内光环境设计时，必须对光源的选择、配光的方式、构成的要素进行重视。在光源的选择中，白炽灯、荧光灯、卤素灯、LED、光纤系统等是最为常见的光源选项设计人员应结合具体室内环境挑选；而在配光的方式中，直接照明、半直接照明、半间接照明、间接照明与扩散照明是较为常见的几种配光方式；而在构成的要素中，砖石、木材、金属等实体介质材料与玻璃、透光性塑料、液体等虚体介质材料较为常见。[1]

1.2 室内光环境照明方式

在室内的光环境设计中，选择不同的室内光环境照明方式，会产生不同的光通量分布，这对于室内的光均匀度、阴影、炫光以及人的主观感受都会造成一定影响。在具体的室内光环境照明中，整体照明、局部照明与混合照明这三种照明方式最为常见，其中整体照明具备着耗电量大、光线充足的特点；而局部照明能够较好地实现引人注目、安静的、较为忧郁的光环境塑造；而混合照明则多用于工作与学习。[2]

1.3 室内环境照明效果

在室内光环境的设计中，通过照明能够实现较好的艺术效果，决定气氛、加强空间感与立体感、形成艺术与装饰照明的效果、获得艺术效果等各方面，是室内光环境设计能够形成的较为典型照明效果。具体来说，在气氛的决定中，粉红、浅紫色等暖色光能够塑造室内温暖舒适的气氛；而在加强空间感与立体感中，光与影的对比能够较好的增强空间立体感；而在形成艺术与装饰照明的效果中，塑造水面反射光、阳光透过树梢洒下光的艺术效果，就能够较好的提高室内空间的艺术性；而在获得艺术效果中，通过天棚照明布置，就很容易创造出较好的艺术效果。[3]

2 DIALux室内光环境参数化设计应用

想要实现室内光环境的参数化设计，我们就必须应用专业的辅助性照明设计软件，DIALux、AGI32、Relux、Ecotect、ligthscape等都是业界应用较为广泛的辅助性照明设计软件，本文主要对DIALux这一辅助性照明设计软件进行详细论述。DIALux这一辅助性照明设计软件是由德国GbmH公司研发的高性能照明计算软件，其能够为灯光设计师与规划师提供了室内外灯光设计的数字化解决方案，这一功能使得其能够较好的应用于室内光环境的参数化设计，其能够通过建立多个空间或场景，通过不同参数的输入实现室内光光环境的参数化设计，并能够快速地进行不同参数的对比，这样设计人员就能够大幅节省自身设计时间，保证自身室内光环境设计具备较强的针对性与实用性。

作为一款强大的辅助性照明设计软件，DIALux这一辅助性照明设计软件在问題的处理上有着较好的灵活性与有效性，这一软件当下能提供全球161个厂商的50多万个产品的LUMsearch在线搜索服务，这就使得我们进行的室内光环境参数化设计能够真正保证设计效果=实际照明效果。[4]

3 DIALux室内光环境参数化设计应用案例

为了能够更好地对应用DIALux辅助性照明设计软件进行的室内光环境参数化设计进行论述，这里笔者以北京奥运地下车库采光设计为例，对这一软件实现的室内光环境参数化设计进行详细论述。

3.1 工程概述

本工程是位于奥体公园某区域中的地下车库照明设计，该车库高度为5m，土层厚度为2.25m～3m。

3.2 设计流程

结合该工程的情况，我们首先就能够发现这一工程采用传统方式无法实现自然光的引入，这就大大影响了该工程的光环境改善，而为了尽可能解决这一问题，设计人员在这一设计中应用了导光管，导光管的使用使得光传播的距离拉大，而光的扩散面积也得到了相应增大。由于该工程本身的特殊性，设计人员还需要保证导光管与建筑景观的融合，最后设计人员选择了大型导光管系统与人工照明相协调的照明设计，这一设计在尽可能提高地下车库光环境的前提下，实现了电资源消耗的降低。[5]

为了能够较好地完成这一设计构想，设计人员需要应用DIALux辅助性照明设计软件，通过对地下车库光环境的参数化设计，找出最佳的照明控制部分设计策略。在初步的光环境参数化设计中，设计人员首先确定了按照室外自然光的照度进行四种控制方式划分的设计理念，这一设计理念需要借助光电控制器才能够实现。在后续运用DIALux辅助性照明设计软件进行的计算分析中，设计人员最终得出了自然光与人工光结合的最优方式，这一结合能够根据室外照度进行人工照明的开启与关闭，这就在节约电能消耗的同时，最大程度上实现了该车库的自然光的采光系统设计，这种借助导光管机制实现的自然光引入，对于我国室内光环境参数化设计有着较为不俗的借鉴意义。此外，由于该设计实现了电能资源消耗的降低，其本身对我国资源节约型、环境友好型社会的创建同样意义非凡。

4 结语

在我国经验与社会快速发展的今天，我国民众对室内环境的要求也在不断提升，而为了较好地满足我国民众的要求，我们就必须做好室内光环境的设计工作。本文就室内光环境的参数化设计进行了研究，并对应用DIALux辅助性照明设计软件实现的室内光环境参数化设计实例进行了详细论述，结合这一论述内容，我们能够了解到室内光环境参数化设计所具备的优越性，希望这一论述能够为我国室内光环境设计的发展带来一定帮助。

参考文献：

[1]王雅.基于室内自然光环境分析的广州地区中小学教室设计[D].华南理工大学，2014.

[2]俞雪璠.广州地区不同外遮阳形式的教室室内光环境研究[D].华南理工大学，2013.

[3]孙文响.基于用户行为的光环境智能控制系统研究[D].浙江大学，2016.

[4]路博.室内光环境辅助性设计应用与研究[D].太原理工大学，2015.

参数化变型设计篇7

重合点约束

在AutoCAD 2010中预先做一个管式折叠纸盒，盒盖采用摇盖式盒盖，盒底为1，2，3底，如图1所示。

对盒底进行参数化设计。首先利用修改工具中的复制命令将盒底进行复制；然后利用参数化设计中的重合工具将所有线的端点重合。如图2所示，所有重合点均为蓝色的节点，当鼠标放在节点上时，我们可以看到，此处有几个重合点约束。

参数化设计

下面，利用参数化设计中的标注工具对盒底进行参数化标注。首先利用线性标注命令对盒底的长宽进行标注，AB为纸盒的长度d1；BC为纸盒的宽度d2；CD为纸盒的长度d3，d3的长度与d1相等，将其修改为d3=d1；DE为纸盒的宽度d4，但其与制造商接头连接，所以比d2少一个纸厚，纸张的厚度在参数管理器中创建，名称为T，将d4标注为d4=d2-T。然后用几何约束中的水平约束命令对四条直线进行水平约束，如图3所示。

1.底片1的参数化设计

对底片1（锁底的阴锁）进行参数化设计，AF为阴锁的高d5，一般为纸盒宽度的2/3，将其设定为d5=d2×2/3。锁合点O1、P1距离盒底边缘线AB的距离d6，为纸盒宽度的一半，将其设定为d6=d2/2。锁合点O1距离底片1的左侧边×缘AF的距离d7，为纸盒长度的1/4，将其设定为d7=d1/4。两个锁合点O1、P1之间的距离d8，是纸盒宽度的一半，将其设定为d8=d1/2。然后将底片1其他线的尺寸进行相等约束，将水平直线进行水平约束，竖直直线进行竖直约束。参数化设计结果如图4所示。

2.底片2的参数化设计

对底片2进行参数化设计，重点是锁合点P2的设计。首先在底片1上做一条辅助线BP1，BP1与BP2垂直且相等，这样就可以确定锁合点P2的位置。CN为底片2的高度d9，为纸盒长度的一半，将其设定为d9=d1/2。参数化设计结果如图5所示。

3.底片3的参数化设计

底片3参数化设计的重点也是锁合点P3、O3。锁合点P3、O3距离底边顶点C、D的水平距离，即CP3的水平距离d10，为纸盒长度的1/4，将其设定为d10=d1/4；垂直距离d11，为纸盒宽度的1/2，将其设定为d11=d2/2。底片3整个高度与底片1的高度相等，即d12=d5。另外一个锁合点O3和P3对称，所以对CP3和DO3进行对称和相等约束即可。参数化设计结果如图6所示。

4.底片4的参数化设计

底片4与底片2关于辅助线对称，可利用对称约束对其进行设计。

参数化修改

完成纸盒1，2，3底的参数化设计之后，有两种方法可以对纸盒进行参数化修改。

方法一：双击长宽尺寸进行修改。例如，将长度改为200mm，宽度改为150mm，修改完得到新的1，2，3底。

方法二：在参数管理器中对长度d1、宽度d2、纸张厚度T进行修改。例如，将长度改为200mm，宽度改为150mm，纸张厚度T改为0.5mm，也可以得到与新的长宽尺寸对应的1，2，3底。

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