尤金鐸 徐 凱 甘守華

（南京寧青環(huán)保工程有限公司，江蘇 南京210001）

0 引言

為了節(jié)能環(huán)保，提高設(shè)備機(jī)械的精密度，現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)制造對(duì)于密封結(jié)構(gòu)的使用越來(lái)越重視。尤其是食品、制藥、儀表、航天等特種行業(yè)，它們更加注重細(xì)節(jié)的設(shè)計(jì)制造。密封結(jié)構(gòu)中常用橡膠O型圈（簡(jiǎn)稱(chēng)O圈）成形件裝入相關(guān)零件以變形來(lái)達(dá)到密封效果。

O圈密封以相關(guān)件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造容易、占用空間小、宜在普通中低壓場(chǎng)合單獨(dú)使用或與其他密封件配套使用成為密封件中的標(biāo)準(zhǔn)件。O圈在裝配時(shí)裝入相關(guān)件溝槽中，形成相對(duì)復(fù)雜（和其他密封件變形相比較）的擠壓變形，對(duì)此，手工繪制、二維建模都以簡(jiǎn)化法處理，以?xún)?yōu)化設(shè)計(jì)速度。O圈的選用及相關(guān)件溝槽尺寸可以在機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)和相關(guān)資料中查到，但要真正選用和設(shè)計(jì)相關(guān)件尺寸，還是有一定工作量的。例如材料的選擇，O圈的工作環(huán)境決定了材料選擇——耐酸、耐堿、抗腐蝕（化工行業(yè)）、抗老化、工作壽命比較長(zhǎng)（不好經(jīng)常更換的地方）、工作溫度、有無(wú)毒性（食品、制藥等行業(yè)）。O圈及相關(guān)件溝槽尺寸的設(shè)計(jì)涉及O圈的工作媒質(zhì)（氣壓、液壓）、壓力范圍、工作形式（靜密封、動(dòng)密封、雙向運(yùn)動(dòng)、單向運(yùn)動(dòng)）、密封結(jié)構(gòu)（軸向密封、活塞密封、活塞桿密封、端面密封）等各項(xiàng)的單獨(dú)作用和組合的聯(lián)合作用，這要求設(shè)計(jì)工程師綜合考慮進(jìn)行選擇或者作相關(guān)類(lèi)比設(shè)計(jì)。

現(xiàn)有三維軟件也未能真實(shí)地模擬反映O圈這類(lèi)變形件在裝配時(shí)出現(xiàn)的變形情況，同時(shí)無(wú)法檢查相關(guān)件溝槽尺寸的合理性。如利用Solid Wor ks提供的零件庫(kù)裝配這些變形的零件，不能達(dá)到真實(shí)配合的效果，以O(shè)圈為例，如圖1所示，其未反映裝配中O圈的擠壓變形。Solid Wor ks是基于Windows平臺(tái)、采用Parasolid圖形為核心的一套三維CAD軟件，它支持參數(shù)化和特征造型技術(shù)，能夠使用戶方便、快捷地創(chuàng)建任何復(fù)雜形狀的實(shí)體零件，并實(shí)現(xiàn)實(shí)體零件的參數(shù)化驅(qū)動(dòng)。由于其界面友好、操作方便、簡(jiǎn)單易學(xué)，目前已成為企業(yè)流行的三維設(shè)計(jì)軟件。三維建模普及應(yīng)用可以比較真實(shí)地反映O圈這類(lèi)變形件在裝配中的變形，自動(dòng)生成裝配中的形狀，但每次都必須重新建模，這就要工程師在細(xì)節(jié)上花費(fèi)大量的時(shí)間和精力，從而降低了設(shè)計(jì)效率。如何提高設(shè)計(jì)效率，又可以體現(xiàn)細(xì)節(jié)真實(shí)情況？也就是說(shuō)只需要設(shè)計(jì)工程師選擇標(biāo)準(zhǔn)（國(guó)標(biāo)、企標(biāo)）規(guī)格，確認(rèn)相關(guān)零件尺寸（尺寸若設(shè)計(jì)不合理向設(shè)計(jì)師示警），就可以由軟件自動(dòng)完成此類(lèi)變形件建模。對(duì)Solid Wor ks的二次開(kāi)發(fā)可以解決這個(gè)問(wèn)題，裝配效果圖如圖2所示。

圖1 O圈裝配

圖2 裝配效果圖

1 應(yīng)用于O圈設(shè)計(jì)的Solid Wor ks軟件二次開(kāi)發(fā)

基于VB語(yǔ)言對(duì)Solid Works進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，大多停留在開(kāi)發(fā)使用方法上，對(duì)于Solid Works在密封變形件設(shè)計(jì)中應(yīng)用的二次開(kāi)發(fā)則鮮有報(bào)道。本文以O(shè)圈為例對(duì)Solid Works進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)。

1.1 O圈裝配的簡(jiǎn)易分析

軸向密封：主要是通過(guò)擴(kuò)大內(nèi)徑、壓縮外徑、增加過(guò)盈、對(duì)圓截面壓扁變形達(dá)到密封效果。端面密封：受內(nèi)部壓力，是通過(guò)壓縮外徑及上下端面、增加過(guò)盈、壓扁圓截面達(dá)到密封效果，如圖3所示；受外部壓力，是通過(guò)擴(kuò)大內(nèi)徑及上下端面、壓扁圓截面、增加過(guò)盈達(dá)到密封效果，如圖4所示。

圖3 受內(nèi)部壓力O圈裝配

圖4 受外部壓力O圈裝配

1.2 建立數(shù)據(jù)庫(kù)

使用Office Access，無(wú)需另外安裝數(shù)據(jù)庫(kù)軟件。（1）創(chuàng)建O圈規(guī)格數(shù)據(jù)庫(kù)，輸入O圈尺寸參數(shù)，如圖5所示。關(guān)聯(lián)后程序可查詢(xún)O圈規(guī)格。（2）創(chuàng)建對(duì)應(yīng)O圈規(guī)格的溝槽數(shù)據(jù)庫(kù)，輸入溝槽尺寸參數(shù)，如圖6所示。關(guān)聯(lián)后程序確認(rèn)相關(guān)件尺寸，以保障密封結(jié)構(gòu)的合理性。

圖5 O圈尺寸參數(shù)

圖6 溝槽尺寸參數(shù)

1.3 使用 SolidWorks宏

Solid Wor ks API是Solid Wor ks的OLE應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)接口，為用戶提供了完全面向?qū)ο蟮念?lèi)體系。它包括對(duì)象的類(lèi)型、對(duì)象的屬性、對(duì)象的方法。隨著Solid Wor ks的快速發(fā)展，Solid Wor ks API對(duì)象屬性、方法多達(dá)幾千種，常用的就有幾十種，對(duì)象參數(shù)有的多達(dá)幾十個(gè)。程序代碼編寫(xiě)存在一定難度，通過(guò)宏錄制建模過(guò)程獲取相關(guān)代碼數(shù)據(jù)，工具條如圖7所示。

圖7 宏工具條

1.4 代碼分析與改進(jìn)

通過(guò)分析適當(dāng)簡(jiǎn)化編輯代碼，找出有關(guān)的關(guān)鍵函數(shù)，并確定其中的關(guān)鍵數(shù)據(jù)。弄清關(guān)鍵數(shù)據(jù)的變化對(duì)實(shí)體建模的影響，將關(guān)鍵數(shù)據(jù)用變量代替，這樣就建立了Solid Wor ks中零件的參數(shù)化模型（O圈裝配時(shí)壓縮后的草圖）。

1.5 VB編程開(kāi)發(fā)平臺(tái)

（1）可以在通用的開(kāi)發(fā)平臺(tái)如 VB、VBA、VC、C、C＋＋等編程軟件上開(kāi)發(fā)使用這些類(lèi)的程序，也可以在自己的程序中派生這些類(lèi)的子類(lèi)，生成這些類(lèi)的對(duì)象，對(duì)對(duì)象進(jìn)行操作，設(shè)置或修改對(duì)象的屬性，從而訪問(wèn)Solid Wor ks的數(shù)據(jù)庫(kù)、圖形系統(tǒng)和系統(tǒng)界面。由于Solid Wor ks宏是使用VB語(yǔ)言，所以用VB開(kāi)發(fā)可以最大限度地利用宏，減少代碼更改，減少工作量。（2）VB程序與Solid Wor ks接口的實(shí)現(xiàn)是零件參數(shù)化建模的關(guān)鍵。將類(lèi)零件建模的過(guò)程錄制成宏文件，將宏復(fù)制到VB中，在VB環(huán)境中對(duì)宏文件進(jìn)行修訂改編。（3）創(chuàng)建用戶界面，編寫(xiě)繪圖程序關(guān)鍵代碼（圖8）。用VB編程軟件設(shè)計(jì)窗體，添加控件，選擇設(shè)置屬性，編寫(xiě)事件代碼，完成程序的用戶主界面創(chuàng)建。

圖8 繪圖程序關(guān)鍵代碼

對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)綁定：利用Office Access軟件建立數(shù)據(jù)庫(kù)關(guān)聯(lián)。用Access數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)存儲(chǔ)各種相關(guān)變量參數(shù)，將復(fù)雜多樣的數(shù)據(jù)用嵌入和鏈接的方式內(nèi)置于數(shù)據(jù)庫(kù)中，建立一個(gè)關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)。在VB應(yīng)用程序中通過(guò)數(shù)據(jù)控件和數(shù)據(jù)庫(kù)相鏈接。通過(guò)調(diào)試、運(yùn)行、修改、反復(fù)檢驗(yàn)設(shè)計(jì)軟件的性能，完成對(duì)軟件的開(kāi)發(fā)。最后創(chuàng)建O圈模型生成軟件的啟動(dòng)圖標(biāo)：O。

2 O圈模型生成軟件的使用

（1）雙擊軟件啟動(dòng)圖標(biāo)，打開(kāi)軟件用戶主界面，軸向密封如圖9所示，端面密封如圖10所示。（2）選擇O圈的規(guī)格。（3）選擇或確認(rèn)相關(guān)件的尺寸。（4）單擊相關(guān)按鈕可以查詢(xún)材料、尺寸公差、粗糙度。（5）單擊自定義按鈕可以定義非國(guó)標(biāo)規(guī)格O圈，并創(chuàng)建相對(duì)應(yīng)的O圈模型。（6）單擊“創(chuàng)建”按鈕，生成O圈三維模型，如圖11所示。（7）單擊“退出”按鈕，關(guān)閉程序。（8）在Solid Wor ks中保存生成的模型文件，裝入相關(guān)裝配文件（此類(lèi)零件一般不需出零件圖）。

3 結(jié)語(yǔ)

利用上面軟件生成的O圈，由O圈與溝槽尺寸的合理選配決定復(fù)雜的擠壓變形，展現(xiàn)出了O圈擠壓變形后的截面形狀。在裝配模型圖和工程圖中可見(jiàn)O圈的相對(duì)位置及壓縮后的變形。

圖9 軸向密封

圖10 端面密封

圖11 O圈三維模型

O圈生成軟件的開(kāi)發(fā)成功及使用，表明用VB對(duì)Solid－Wor ks進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)用于密封變形零件的設(shè)計(jì)是比較容易的，非專(zhuān)業(yè)人員也可以做到，并且實(shí)現(xiàn)了整體與細(xì)節(jié)均可比較真實(shí)地反映實(shí)際裝配情況的目的。一次開(kāi)發(fā)成功后，就能夠由軟件自動(dòng)化建模進(jìn)行O圈設(shè)計(jì)。結(jié)合數(shù)據(jù)庫(kù)的應(yīng)用，能檢查密封結(jié)構(gòu)的合理性（對(duì)相關(guān)件溝槽尺寸進(jìn)行智能校驗(yàn)）。同時(shí)集成了各種材料的應(yīng)用資料等，可省去查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)的步驟，既使設(shè)計(jì)工程師操作變得簡(jiǎn)單方便，又大大提高了工作效率。

針對(duì)O圈設(shè)計(jì)的Solid Wor ks軟件二次開(kāi)發(fā)方法可以擴(kuò)展應(yīng)用于其他橡膠密封件（防塵圈、密封圈等）設(shè)計(jì)，既可實(shí)現(xiàn)局部小結(jié)構(gòu)的精細(xì)化，加快設(shè)計(jì)速度，又能節(jié)省設(shè)計(jì)師的精力，使之更加專(zhuān)注于其他設(shè)計(jì)工作。該方法也適用于一般常用零件的自動(dòng)化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)件的自動(dòng)生成。需要說(shuō)明的是，軟件在使用過(guò)程中可能會(huì)出現(xiàn)一些不足和缺陷，還有待于在以后的升級(jí)中逐步改進(jìn)和完善。

［1］數(shù)字化手冊(cè)編委會(huì).機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)（軟件版V3.0）［M］.機(jī)械工業(yè)出版社，2006

［2］成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)（第3卷）［M］.第5版.化學(xué)工業(yè)出版社，2008

［3］Michael Halvorson.Microsoft Visual basic6.0循序漸進(jìn)教程［M］.北京希望電子出版社，1999

［4］Solid Wor ks公司.Solid Wor ks高級(jí)教程：二次開(kāi)發(fā)與 API［M］.機(jī)械工業(yè)出版社，2009