一种水利水电平面钢闸门三维参数化设计方法与流程

1.本发明涉及一种水利水电平面钢闸门三维参数化设计方法，属于水电行 业钢闸门设计领域。


背景技术：

2.长期以来，水电行业金属结构设计绝大多数仍以传统的二维设计方式为 主。周小丽等通过将闸门的设计思路按参数化绘图的思想进行模块分解，并 在autocad软件上进行了二次开发，完成了一套闸门cad系统。孙慧翔等通 过对齿轮设计研究，运用可视化编程技术和autocad平台，实现齿轮零件的 快速参数化绘制。杨锡阶基于平门闸门的设计特点，利用vba开发工具，开 发了一款平面闸门参数化cad软件(psgcad系统)。
3.随着计算机技术的快速发展及其在各行业更深层更广泛的应用，水利水 电金属结构从二维平面走向三维设计进而提升到三维参数化设计已是总体 趋势。
4.中国专利cn103810345a公开了一种基于catia和参数驱动的零件建模 方法，包括步骤：步骤一，确定并提取零件的一个或多个部分尺寸作为该零 件的主要参数，并在软件中对该零件的主要参数实现参数化；步骤二，在软 件中编辑该零件的三维模型中主要参数以外的其它部分尺寸和约束以及主 要参数间的关系公式；步骤三，在软件中，修改上述零件的主要参数，即可 实现在软件中自动生成新的零件三维模型。其特征为以零件尺寸作为参数， 在catia专业软件中编辑尺寸约束与参数间的关系公式，未见其与其他软 件的数据关联以及catia软件的二次开发。该方法的问题是针对复杂零件 建模时，所需输入参数极大，各参数间的逻辑关系也会成倍增加，大大加大 了此方法实际使用难度。同时需熟悉catia软件的专业工程师进行操作， 其步骤较多、专业性强，对操作人员软件熟悉度要求较高。
5.cn109657290a-基于catia与excel的心墙坝设计方法，包括建立心墙 坝catia参数化模型，通过excel结构参数表控制心墙坝结构参数并驱动 三维模型自动更新，采用工程量统计插件同步输出工程量清单至excel表 格。其核心内容为以参数控制心墙坝模型。未见其使用规格型号驱动模型的 内容，未见其建立零件库相关内容。该技术在运用到复杂模型，比如闸门时， 所需的输入参数较多，输入界面繁杂，理清各参数关系与确定对应数据所需 时间较长。同时其所针对的对象为土建结构，与金属结构为两个不同的工程 领域与学科类型，其产品特点在详细设计与具体应用中有很大的不同。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于，提供一种水利水电平面钢闸门三维参数化设计方 法。实现复杂产品、结构的快速三维建模，大幅减小了所需输入参数的数量， 增加了人机交互的友好性，求得产品重心、重量等关键数据，减少平面设计 方法此处工作所需的时间，提高设计效率。
7.本发明的技术方案：一种水利水电平面钢闸门三维参数化设计方法，将 钢闸门的
部件分为标准部件、装配部件和其他部件，通过excel软件建立标 准部件模型的参数设计表，通过标准部件参数驱动catia软件中标准部件 的生成，通过excel软件建立装配参数设计表，通过装配部件型号驱动catia 软件中装配部件的生成，使用catia软件绘制其他部件，将所有部件进行模 型的总装，得到钢闸门。
8.上述的水利水电平面钢闸门三维参数化设计方法，所述驱动catia软 件中标准部件的生成具体如下：步骤1：创建第一个标准部件模型：在catia 软件草图中绘制标准部件典型剖面图，通过驱动方程式将标准部件主要驱动 尺寸与知识工程中的参数一一定义函数关系；
9.步骤2：创建第一个标准部件参数设计表：在excel软件中建立标准部 件规格与主要驱动尺寸间关系的参数设计表，在catia软件“关系”中建 立“设计表”，在设计表的关联配置中，将catia软件的“参数”与excel 软件的“参数”建立对应关系；
10.步骤3：依次创建其他标准部件模型；重复步骤1和2，完成其他标准 部件模型和参数设计表。
11.上述的水利水电平面钢闸门三维参数化设计方法，所述catia软件的
ꢀ“
参数”与excel软件的“参数”建立对应关系是在catia软件中创建标准 部件设计尺寸参数的设计表，将标准部件参数化三维建模需要的参数整体打 包封装为一个只有规格型号与各子项名称而没有数据的1行n列的矩阵，在 excel中创建参数设计表，采用与catia软件设计表同样表头名称与顺序的 n行n列矩阵，每一行分别存储每一种规格型号对应的各子项数据；在catia 中通过知识工程-设计表将catia软件设计表矩阵中的列与excel对应表头 名称的列一一关联，并将规格型号作为可选择输入项；通过选取、输入不同 的规格型号，实时将其对应的excel参数设计表的子项数据同步到catia的 矩阵中并自动按excel返回的数据对零部件的尺寸进行更新。
12.上述的水利水电平面钢闸门三维参数化设计方法，所述标准部件为工字 钢、槽钢、等边角钢、不等边角钢和l型钢。
13.上述的水利水电平面钢闸门三维参数化设计方法，所述驱动catia软 件中装配部件的生成具体如下：从装配部件库中选出第一个所需装配部件： 创建一个excel装配参数设计表，根据产品图集中的尺寸从装配部件库中选 出装配部件型号，并将选取的型号输入进装配参数设计表，在catia中通 过在“关系
”‑“
规则”中编程读取excel中输入部件的型号并对模型激活状 态进行规则定义，创建第一个装配部件；重复该步骤，完成所有装配部件的 创建。
14.上述的水利水电平面钢闸门三维参数化设计方法，所述装配部件为 catia软件中通过零件装配完成得到的部件。
15.上述的水利水电平面钢闸门三维参数化设计方法，所述通过“关系
”‑ꢀ“
规则”对输入部件型号与模型激活状态以编程的方式进行规则定义为：1. 读取excel装配参数设计表中指定位置对应项的型号规格数据；2.将读取到 的数据与装配部件库中的型号进行对比；3.如果对比一致将此型号下的装配 部件模型装改设置为激活，其他为关闭；4.如不一致继续下一项型号对比， 直至对比一致。
16.本发明的有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
17.(1)本发明中对于结构复杂、所需参数较多的零部件，采用规格型号驱 动三维模
阵中的列与excel对应表头名称的列一一关联，并将规格型号作为可选择输 入项；通过选取、输入不同的规格型号，实时将其对应的excel参数设计表 的子项数据同步到catia的矩阵中并自动按excel返回的数据对零部件的尺 寸进行更新。
32.所述标准部件为工字钢、槽钢、等边角钢、不等边角钢和l型钢。
33.所述驱动catia软件中装配部件的生成具体如下：从装配部件库中选 出第一个所需装配部件：创建一个excel装配参数设计表，根据产品图集中 的尺寸从装配部件库中选出装配部件型号，并将选取的型号输入进装配参数 设计表，在catia中通过在“关系
”‑“
规则”中编程读取excel中输入部 件的型号并对模型激活状态进行规则定义，创建第一个装配部件；重复该步 骤，完成所有装配部件的创建。
34.所述装配部件为catia软件中通过零件装配完成得到的部件。
35.所述通过“关系
”‑“
规则”对输入部件型号与模型激活状态以编程的 方式进行规则定义为：1.读取excel装配参数设计表中指定位置对应项的型 号规格数据；2.将读取到的数据与装配部件库中的型号进行对比；3.如果对 比一致将此型号下的装配部件模型装改设置为激活，其他为关闭；4.如不一 致继续下一项型号对比，直至对比一致。
36.本发明的实施例2:以某水利水电用金属闸门所用部件为应用对象，具体 实施过程如下：
37.金属闸门的结构如图5所示，闸门从上到下依次设有主梁1，次梁2和 底主梁4，两侧安装边梁3，在边梁3上下两端均安装反向弹性滑块5，在主 梁1与底主梁4上安装侧轮6，在边梁3中间还设置隔板7，在底主梁下方 安装底次梁8，闸门上方设有定位轴9，吊耳板10和顶座板11，将钢闸门的 部件分为标准部件、装配部件和其他部件，其中标准部件包括：次梁2、底 次梁8，次梁2为工字钢，底次梁8为槽钢。
38.装配部件包括：反向弹性滑块5、侧轮6。
39.常规绘制的其他部件为：主梁1、边梁3、底主梁4、隔板7、定位轴9、 吊耳板10、顶座板11。
40.实施过程具体包括以下步骤：
41.步骤1：创建底次梁8槽钢部件模型：在catia软件草图中绘制标准部 件典型剖面图，工字钢草图主要尺寸参数为h(高度)、b(宽度)、d(腹 板厚度)、t(翼缘厚度)、r(转角半径)，通过驱动方程式将标准部件主 要驱动尺寸与知识工程中的参数一一定义函数关系；
42.步骤2：创建底次梁8槽钢部件参数设计表：在excel软件中建立标准 部件规格与主要驱动尺寸间关系的参数设计表，在catia软件“关系”中建 立“设计表”，在设计表的关联配置中，将catia软件的“参数”与excel 软件的“参数”建立对应关系；
43.步骤3：创建次梁2的部件模型；重复步骤1和2，完成标准部件模型 和参数设计表；
44.步骤4：从装配部件库中选出反向弹性滑块5；创建一个excel装配参 数设计表，根据产品图集中的尺寸从标准部件库中选出装配部件型号，并将 选取的型号输入进装配参数设计表，在catia中通过在“关系
”‑“
规则
”ꢀ
中编程读取excel中输入部件的型号并对模型激活状态进行规则定义；
45.步骤5：从装配部件库中选出侧轮6；重复步骤4，完成装配部件模型和 参数设计表；
46.步骤6：将所有创建的标准部件：次梁2、底次梁8和装配部件：反向 弹性滑块5、侧
轮6进行模型的总装，加上绘制的其他零件，完成装配。利 用全新的三维模型，可快速求得闸门重心、闸门重量、闸门平面三视图及轴 测图。