圆柱螺旋弹簧参数化三维建模方法.pdf

第 23 卷第 3 期?抚顺石油学院学报Vol.23?No.32 00 3 年 9 月JOURNAL?OF?FUSHUN?PETROLEUM?INST ITUTE?Sep.2003?文章编号:1005-3883(2003)03-0057-03圆柱螺旋弹簧参数化三维建模方法蓝小民(辽宁石油化工大学机械学院,辽宁抚顺 113001)摘?要:?针对 AutoCAD 中不能直接利用已有的命令建立圆柱螺旋弹簧实体的问题,通过对 AutoCAD 系统三维建模过程的分析及对圆柱螺旋弹簧实体特征结构的研究,提出了以?投影法 为基础的参数化实体建模型方法。利用?投影法 编写三维实体参数化建模程序,可以实现用交互式方式建模的全部过程。使用此方法生成的圆柱螺旋压缩弹簧实体可包含收尾圈及磨平结构。由于用该方法生成实体的精度可任意设置,生成的机械零件三维实体能够满足机构的仿真装配及使用有限元方法对零件进行应力分析。使用 AutoLisp 语言编写的圆柱螺旋弹簧三维参数化建模程序已在 AutoCAD2000 环境下运行通过。为实现复杂实体的参数化建模及建立机械标准零件与常用零件参数化三维实体图形库提供了一种有效方法。关键词:?参数化建模;?三维建模;?螺旋压缩弹簧;?计算机辅助设计中图分类号:TH126.2?文献标识码:AMethod of Three Dimension Modeling by Column Helix Spring ParameterLAN Xiao-min(School of Mechanical Engineering,Liaoning University of Petroleum&Chemical Technology,Liaoning Fushun 113001,China)Abstract:?The entity of column helix springs can not based with orders existed in AutoCAD.Depending on the analyses in course ofthe three dimension modeling and the character structural of column helix springs in AutoCAD,a method of the modeling byparameter based?projection was given.A programme basing on the method can come true the whole course of alternation modeling.T he column helix compress springs contains the ending ring and rubdown structure.Because its precision can be intercalated atdiscretion,the three dimension noumenon may imitate assemble and the stress can be analyzed with finite element for parts.TheAutoLisp programme is already approved with in AutoCAD2000,and it provide an effective method to modeling for complexnoumenon by parameter and may constitute a parameter graph storeroom of mechanical normal parts and familiar parts.Key words:?Parameter modeling;Three dimension modeling;Helix compress spring;CAD?随着 CAD 技术开始由二维绘图走向三维实体建模,AutoCAD 的三维实体建模功能也逐步得到增强。在 AutoCAD 已有的立体建模方法中,实体造型是最有实用价值的方法。创建零件的三维实体模型,不仅仅是为了造型,它可以在几何模型上实现零件的质量计算、有限元分析、数控加工编程以及生成零件的三视图和装配图。正确的模型应当为以后的许多使用,如设计的修改和调整、参加装配、力学分析、运动分析、数控加工等,准备好充分的数据和参收稿日期:2002-11-07作者简介:蓝小民(1960-),男(畲族),浙江青田,副教授。数驱动的可能1,2。目前在 AutoCAD2000 中提供的实体建模方法主要有:(1)基本实体生成,如;长方体、圆球体、圆柱体、圆锥体、楔形体、圆环体、挤出、回转、拉伸;(2)建立复合体,并集、交集、差集;(3)实体编辑命令,实体圆角、实体倒角、实体切割、剖面。对于一般的机械零件,可通过建立基本实体,并通过并集、交集、差集及实体编辑命来实现。而对于螺旋弹簧类实体,由于 AutoCAD 没有提供螺旋线生成命令,因而目前还无法在其环境下直接生成螺旋弹簧实体。因此,研究在 AutoCAD 环境下的螺旋弹簧实体参数化建模,对于 建 立 机 械 零 部 件 的 三 维 实 体 图 库 及 在AutoCAD 环境下生成实体装配过程具有实际意义。1?建模原理AutoCAD 提供的拉伸命令可将封闭的图形(复线或圆)按指定轨迹拉伸成实体2。因此,圆柱螺旋压缩弹簧参数化建模的关键是要生成一条符合圆柱螺旋弹簧参数要求的螺旋线(拉伸轨迹)。由于AutoCAD 中没有提供绘制三维螺旋线命令,可通过LISP 语言编程来建立三维螺旋线。AutoCAD 中要求拉伸轨迹为复线(不能被编辑成样条曲线等)。因此,三维螺旋线采用由 3dpoly 命令绘制成多段直线段的方法生成,每段直线段的长短(由每周步距确定)决定了螺纹实体的生成精度。将螺旋线段的周步距设成变量,即可根据需要来确定螺旋线实体的生成精度。螺旋弹簧的簧丝截面一般为圆,以圆柱螺旋线起始点为圆心绘制簧丝截圆,并将该圆旋转成与螺旋线起始段垂直。将该圆按螺旋线拉伸即得到弹簧实体3-8。弹簧的磨平结构由生成的弹簧实体与立方体的?差集 方法生成。2?程序设计使用参数化方式建立三维实体模型,通常使用Rotate3d 命令来旋转三维实体1,由于在使用该命令前系统应先初始化,否则程序会出错,在程序中以无参数形式调用(C:Rotate3d)函数,用户必须键入回车键后程序才能继续执行下去。由于需要人为干预,使程序运行变得不连续。通常在绘制二维图形时,在系统默认状态下是处于俯视图状态绘图,使用的是二维绘图命令Rotate 来旋转实体。在参数化三维建模时也可以进行视图之间的转换,将被旋转实体投影到某一视图中,即可使用二维旋转命令 Rotate 来旋转三维实体。实体的三维旋转过程可转化成二维旋转实现,简化了编程。因此,在参数化三维建模程序中可使用实体?投影 及二维编辑命令实现。程序中圆柱螺旋线的初始支撑圈、弹簧体、结束支撑圈部分段采用一条 3dpoly 命令连续生成,这样拉伸成的实体为一整体2。在实际 应用 中采 用了 DCL(Dialog ControlLanguage 对话框控制语言)方式来输入弹簧实体参数,如图 1 所示。由于 DCL 对话框程序及相应的驱动程序较为繁长,为减少篇幅本文只给出了其中的三维建模部分的AutoLisp 程序。将函数(Spring d hd1 n n2 xx n3)代入对应的参数即可生成圆柱螺旋弹簧三维实体模型。由图 1 对话框显示的参数生成的圆柱螺旋压缩弹簧实体如图 2 所示。?以下为圆柱螺旋压缩弹簧参数化建模AutoLisp程序。;*参数说明*;d 弹簧中径,h 弹簧高度,d1 弹丝线径;n 有效圈数,n2 总支撑圈数,xx 旋向;n3 每圈细化段数(defun spring(d h d1 n n2 xx n3/delta j1 j2 ang zjpt2 path yuan th cft cft1)?(if(=xx!)(setq xx!Y!)?(if(=xx!Y!)(setq xx 1)(setq xx-1)?(setq delta(*xx(/(*2.0 pi)n3)?(setq j1(/d1 n3)?(setq j2(/(/(-h(*n2 d1)n)n3)?(setq ang 0 zj 0);58抚顺石油学院学报?第 23卷?(command!shademode!3)?(command!UCS!)?(command!3dpoly!(list(/d 2.0)0 0)?(repeat(fix(*(/n2 2.0)n3)?(setq zj(+zj 1)?(setq ang(+delta ang)?(setq pt2(list(*(/d 2.0)(cos ang)(*(/d 2.0)(sin ang)(*j1 zj)?(Command pt2)(setq zh(*j1 zj)zj 0)(repeat(fix(*n n3)?(setq zj(+zj 1)?(setq ang(+delta ang)?(setq pt2(list(*(/d 2.0)(cos ang)(*(/d 2.0)(sin ang)(+zh(*j2 zj)?(Command pt2)(setq zh(+zh(*j2 zj)zj 0)(repeat(fix(*(/n2 2.0)n3)?(setq zj(+zj 1)?(setq ang(+delta ang)?(setq pt2(list(*(/d 2.0)(cos ang)(*(/d 2.0)(sin ang)(+zh(*j1 zj)?(Command pt2)(Command!)(setq path(entlast)(command!view!front!)(command!circle!(list(/d 2.0)0 0)(/d1 2.0)(setq yuan(entlast)(command!view!left!)(if(=n2 0)?(setq ang(atan(/(/h n)(*pi d)?(setq ang(atan(/d1(*pi d)(command!rotate!yuan!0,0!(-(/(*xx 180.0ang)pi)(setq yuan(entlast)(command!extrude!yuan!p!path)(setq th(entlast)(command!view!top!)(command!box!ce!(list 0 0 0)!l!(*2(+(/d 2.0)d1)(*2(+(/d 2.0)d1)d1)(setq cft(entlast)(command!view!front!)(command!copy!cft!0,0!(list 0 h)(setq cft1(entlast)(command!subtract!th!cft!)(command!subtract!th!cft1!)(command!erase!path!)(command!shademode!g!)(command!view!swiso!)3?结束语采用上述方法生成的弹簧实体,由于生成实体的精度、占用空间与所设置的螺旋线周步距成正比,按图 1 参数生成的弹簧(周步距为 72)占用空间为896 k 字节,而采用同样参数周步距改为 36 时,生成的弹簧占用空间仅为 464 k 字节。一般情况下应尽量降低每周步距。实际使用时每周步距设为 36 即可。由于三维实体模型与二维图形相比,其占用的空间较大(相差十几倍)。因此建立标准件及常用件的参数化实体模型库可以极大地减少设计系统所占用的磁盘空间。(下转第 64 页)59第 3 期?蓝小民.圆柱螺旋弹簧参数化三维建模方法参考文献 1?ASME 锅炉及压力容器委员会焊接分委员会.GB152-1988 焊接及钎焊评定标准 S.北京:中国石化出版社,2001.2?国家机械工业局、国家石油和化学工业局.JB4708-2000 石油机械技术标准 S.云南科技出版社,2000.3?国家机械工业局.焊接手册M.北京:机械工业出版社,1988.4?国家机械工业局、国家石油和化学工业局.JB4709-2000 石油机械技术检测S.云南科技出版社,2000.5?HE Ze-yun(何泽云),YUAN Rong(袁榕),LIU Qing(刘庆),KANG Ji-qian(康纪黔).JB4730-1994 压力容器无损检测S.北京:机械工业出版社,1994.6?国家技术监督局,国家质量技术监督局.压力容器安全技术监察规程M.北京:中国劳动社会保障出版社,2000.7?JIANG Huan-zhong(姜焕中).电弧焊及电渣焊M.北京:机械工业出版社,1987.8?国家技术监督局,全国压力容器标准化委员会.GB150-1988 压力容器检测标准 S.北京:中国标准出版社,1988.(Ed.:ZW,W)(上接第 59 页)参考文献 1?LIANG Xue-chun(梁雪春).AutoLISP 使用教程 M.北京:人民邮电出版社,1998.2?WANG Bao-ping(王保平).AutoCAD 的定制与开发 M.北京:人民邮电出版社,1998.3?康博创作室.AutoCAD 2000 Visual LISP 实用教程 M.北京:人民邮电出版社,1999.4?WANG Sheng-zhi(王盛智),LAN Xiao-min(蓝小民).T he definition of geometric element and establishment of geometricdrawing function for connection-arc in CAD(CAD 中圆弧连接的几何元素定义及几何作图函数建立)J.Journal ofengineering graphics(工程图学学报),2002,(2):54-59.5?WANG Sheng-zhi(王盛智).The method of parametric 3-dimensional modeling of screw thread-entity(螺纹实体的参数化三维建模方法)J.Journal of engineering graphics(工程图学学报).2002,(增刊):25-29.6?Kurt Hampe,Jim Boyce.AutoCAD 应用开发工具大全 M.北京:清华大学出版社,1994.7?HE Ming-xin(何铭新).机械制图 M.北京:高等教育出版社,1998.8?大连理工大学工程画教研室.机械制图M.北京:高等教育出版社,1998.(Ed.:ZW,W)64抚顺石油学院学报?第 23卷