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0 引言
小车架是桥式起重机上的重要组成部分，但由于其通用性不高，设计工作量较大，其更新设计一直是桥式起重机产品开发的瓶颈之一。本文提出了一种基于SolidWorks二次开发功能的小车架参数——模块化设计方法。该方法将机械设计方法中的模块化设计和CAD技术中的参数化设计结合起来，在SolidWorks中建立小车架各组成模块的模块库，并对各模块的设计参数进行定义，进而通过软件开发，将模块组合与参数化设计结合起来，达到进行小车架的变异设计、开发出新产品的目的。
1 小车架参数——模块化设计系统的建立
小车架参数——模块化设计系统的基本开发研究思路是：首先研究产品功能模块和结构模块的划分方法，在此基础上结合CAD技术，研究功能模块的参数化定义方法，实现功能模块的变异，以支持这个产品的创新设计。为此，本文将小车架参数——模块化设计系统的开发过程分成两部分工作进行：即功能模块建立和参数化基本模块建立。具体的设计开发过程如图1所示。
图1 设计开发过程图
1.1 小车架的模块划分
目前模块化设计方法主要有结构分析法和功能分析法两种。前者适用于零部件结构特征相对明显的产品，而后者适用于零部件功能相对独立的产品，属于较高的层次。对于小车架这种功能独立，本身有层次的产品而言，比较适合采用功能分析法对其进行产品模块族的划分以及产品功能模块模型的建立。通过与用户的多次交流，确定了小车架的模块划分原则是：①保持各个模块在功能和结构方面有一定的独立性和完整性；②各个模块间的接口要素便于联接和分离；③模块与模块之间的相关尽量的少；④模块分解的粒度要适中。
起重机小车架的功能结构如图2所示。其中梁是小车架中主要的承重件，主要承担起升机构和运行机构传递给小车架的主要载荷；平台是小车架中的主要支承件，允许设备使用或维护人员在上面走动；底座是指起升机构与运行机构中的电机、减速器、制动器等与小车架的联接件，即电机、减速器、制动器等通过底座固定在小车架的梁或平台上；梯子是允许设备使用或维护人员上下设备的通道；栏杆主要是保证设备使用或维护人员工作的安全性。
图2 车架功能结构图
基于以上原则本系统把小车架划分成了主梁，端梁，平台，减速机座，卷桶底座，制动器底座，支腿及附属板等几个功能模块其中主梁和端梁作为主要模块，将决定着小车架的主要形状和载荷，如图3所示。
图3 小车架的模块划分图
1.2 小车架的参数化驱动
模块化研究的结果是将按照产品的功能与结构将产品分解成一个个功能模块，但是这些功能模块是静态的，而产品设计中需要将这些功能模块进行必要的变异，以产生新的模块，参数化技术就是利用CAD
技术，将产品的功能模块进行变异，产生新的模块，从而使功能模块由静态向动态转变，达到创新设计的目的，对于小车架而言，参数化驱动主要分三个步骤来进行：首先是对各功能模块进行参数化定义，然后对其进行变参，产生新的功能模块（功能模块的参数化模型）。
（1）功能模块的参数化定义。对于给定形状的零件，它的拓扑结构不变，变化的主要是它的尺寸参数。因此建立相同结构不同尺寸的参数化零件，我们只要实现相关参数联动即可。即使仅仅考虑零件的尺寸参数，忽略其它的参数，这类参数还是数量大，关系复杂，必须根据区分出的各个特征，确定主约束参数和次约束参数。然后提取主约束参数，建立主约束参数与次约束参数之间的关系。主约束参数确定有两个原则。是必须保证参数化特征的所有次约束参数都可以直接或间接地和主约束参数发生联系；二是设计的目标要求以及决定设计的一些关键参数应该作为主约束参数。在每个特征部分将参数分为三类：①主参数。决定零件装配约束或形状结构的参数。参数之间是相互独立的，由设计者或者应用计算程序确定其值；②次参数。其值由主参数决定。主参数确定以后，根据参数关系表达式确定次参数。这类参数不能人工进行改变；③常数。这类参数是设计中其它关系表达式要用到的一些常数，将它们也作为一种固定参数表达式列出。
现取小车架上的一个模块卷筒支承座为例进行说明，如图4所示。首先根据它的特征，确定主约束参数，即L，W，H，T1，T2，T3，X1，X2和X3另外根据各个零件间的拓扑关系，利用参数关系表达式，来确定次参数。如零件1的长宽高特征参数分别为：L，W，T3；零件2的长宽高特征参数分别为L，H-T3，T2；零件3的长宽高特征参数分别为：W-X3-T2，T1，H-T3；零件4的长宽高特征参数分别为：X3，T1，H-T3；零件3的相对坐标是：X1+T1；零件4的相对坐标：X1+T1+X2+T1。
图4 卷筒支承座的参数划分简图
（2）功能模块的参数化模型建立。在本系统中，主要采用的是参数修改法，即在SolidWorks中，利用已有的模型，通过修改模型参数的方法得到需要的新模型。用此方法建立参数化模型，必须有模型库的支持，模型库通常是由用户事先用手工方式建立，保存在程序指定的目录下。需要使用时，从模型库中打开模型文件，对指定的尺寸参数进行修改，重建，就可以获得满足需要的模型。
1.3 小车架的参数——模块化设计系统
系统是针对桥式起重机上的小车架设计开发的计算机辅助设计工具。从用户的角度来讲，通过简单的数据输入和操作，就可以得到符合设计要求的一系列零部件三维模型以及工程图；从逻辑上讲，系统包括零件库，工程图库，模型驱动软件几个部分，首先通过分析建立小车架各个模块的参数化模型，然后建立模型驱动软件，当用户输入简单的一切驱动参数，就可以得到新的符合设计要求的零部件模型和工程图。
2 系统运行实例
启动SolidWorks(本系统需运行在SolidWorks2006版本)，点击【文件】【打开】选择相应的打开文件类型*.dll进行加载。
点击【小车架参数化设计】【总体参数】，启动小车架设计界面进行参数化设计。对其主要参数进行——设计，既而得到新的小车架以及主要特征参数。
3 结束语
随着计算机的迅速发展，CAD技术已经深入到制造行业的各个方面了。模块化设计思想要求设计人员采用计算机辅助设计，快速检索以往的设计信息，在此基础上经少量修改，迅速满足用户需求。本文正是将模块化设计和CAD技术结合起来，建立产品的模块库，对产品进行参数化，以此来支持产品的变异设计。
企业的初步使用说明，小车架参数——模块化设计方法适合于开发有很强适应性和灵活性的桥式起重机变型产品，它不仅可以满足用户多样化多层次的需求，而且具有产品设计生产周期短、成本低的特点，具有很强的市场竞争能力。
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