基于Autodesk Inventor 水工平面闸门参数化三维建模设计

【摘 要】基于Autodesk inventor软件平台，提出可视化外部参数建模原理，阐述了参数及参数表达式设置技巧。以水工平面闸门为例，介绍了参数化三维建模所涉及的参数设置，零部件创建方法，零部件装配技巧以及二维工程图设计与编辑。模型特性参数表具有可视化修改功能，局部调整只在可视化参数表中修改与产品特征相关的参数。

【关键词】水工闸 Autodesk inventor参数化化设计 三维模型

1 前言

水工闸门是水利枢纽工程中的主要组成部分，控制着水利枢纽发电、供水、冲砂、泄洪、防洪等运行过程，闸门的设计精度及设计效率直接影响工程的安危成败。随着科技技术的迅猛发展，计算机辅助设计大幅度的提高了设计效率及精度，但是平面闸门的设计综合性强计算量大且零部件较多，传统的二维软件设计仍要花费大量的时间和精力在重复劳动上。

2 inventor参数化三维建模原理

2.1 模型特征参数与尺寸驱动约束

尺寸驱动是模型参数驱动的基础，尺寸约束是是实现尺寸驱动的前提。为了实现模型特征参数来驱动几何图形，需要将模型特征参数以.ipt的模式内嵌在模型项目文件中，inventor软件自动提取内部系统模型特征参数。在零件草图设计时，草图绘制界面中衍生与零件特征相关联的特征参数文件，并使特征参数处于激活状态，对几何图形进行尺寸约束时直接链接处于激活状态的特征参数，图形处于全约束状态后，随着参数的变化，图形尺寸及与坐标的位置关系都会协同变化。模型特性参数表具有可视化修改功能，当图形几何尺寸局部或者整体需要修改时，只在可视化参数表中修改与产品特征相关的参数，无需运行整个设计过程。

2.2 参数表达式驱动模型特征

表达模型特征的参数比较繁多，参数表中不必对每个产品特征定义变量参数，如若对所有特征都设置对应的参数，参数量巨大，参数化建模繁琐，后期参数化模型应用中参数修改工作更是繁琐。根据产品各部件的相互配合及对应位置关系，建立特征参数表达式来约束模型特征。最终达到产品特征完全被设计参数及参数表达式全约束的状态，完善的参数化三维模型不允许存在过约束或欠约束的状态。模型特征参数与表达式之间相互依赖，相互传递数据，提高表达式设计的层次，减少参数建立及修改的工作量。不同零件之间的参数表达式也可以相互链接调用，当某一参数发生改变，参数表达式及调用参数表达式会关联更新，驱动参数模型即时更新。

3 基于inventor的平面闸门参数化建模步骤

使用inventor三维软件进行平面闸门的三维建模设计，首先要充分了解平面闸门的结构，各零部件之间的相对位置关系，以及闸门与门槽之间的装配关系。建模设计前，明晰并构思好所有能表达闸门特征的参数以及链接特征参数的表达式，以最少数量的参数来表达最完善的产品特征。每一个产品在可研阶段的设计，并不是一个方案一撮而就，往往要一波三折，经过反复的论证、重新设计和修改的过程，从而不断完善设计成果。采用参数化的设计能按照我们所论证的方案，进行灵活修改设计，不用设计的全运行过程。

3.1 平面闸门三维模型参数系统设计

外部参数表主要包括控制零件尺寸和形状特征参数，是参数化建模的核心部分，为了建立一套参数化驱动平面闸门的模型，首先要对平面闸门包含的参数特征进行分解归类和采用简化表达式链接。平面闸门主要由门叶、止水、埋件、主侧轮等部分组成，对主要组成部分建立相对应的外部参数表，如门叶参数、止水参数等，外部参数表以.ipt零件形式设置，利用参数表设置闸门的特征名称及相对应的控制尺寸，特征名称及尺寸在建模过程中与后续使用中能进行可视化修改。以侧轮为例，首先建立侧轮装配公用参数，而后建立与侧轮相对应的参数表，参数表中包括侧轮直径、轮架高度、底板宽度及厚度等表达侧轮特征的参数。侧轮外部参数表通过.ipt的格式保存于平面闸门模型的项目中，以备建立侧轮零件图时衍生调用。

3.2 平面闸门三维模型零件设计

模型零件设计主要包括草图绘制，草图特征，放置特征。草图设计是生成零件特征的基础，创建新零件模板文件时，inventor软件会自动创建草图，直接进入草图设计环境。草图绘制前，将内嵌在项目中的外部参数衍生到草图绘制环境中，并激活驱动草图尺寸的参数。草图绘制可以在原始坐标系中默认的XY、YZ、XZ平面中进行，也可以根据各零件的互相装配关系自行建立平面绘制草图，不同绘制平面中的草图以及各零件之间的草图可以相互借用，只须共享草图选择所要调用的工作平面即可。绘制平面闸门各零件草图时，首先创建一个工作平面，以“XZ”平面为基础，偏移0，建草图绘制工作平面。以坐标原点作为基础零件面板的原点，在工作平面上创建面板二维草图，调用衍生参数中的面板厚度，面板高度等参数进行二维尺寸标注，当面板草图处于全约束状态时，完成面板草图。依照此方法完成平面闸门其他各零件草图的绘制。草图绘制阶段，利用参数约束，完成约束各零部件之间的装配位置关系，目的是为了方便后续零部件的装配工作。

4 结语

Autodesk Inventor软件具有强大的三维造型能力，有良好的二维工程图编辑能力及设计表达能力。通过inventor软件平台进行平面闸门的参数化设计，形成平面闸门的标准化、通用化、系列化，可视化外部参数驱动功能缩短产品周期，提高闸门设计质量。当今水利项目日趋增多，市场竞争激烈，参数化三维模型设计提高了设计柔性，缩短了市场反应时间。

参考文献：

[1]陈伯雄，Autodesk Inventor R8 机械设计[M].北京：清华大学出版社，2004.

[2]杨开荔.基于Autodesk Inventor创建的企业标准件库[J].《Cad/cam与制造业信息化》，2007.

[3]苏梦香，郑超欣，王桂梅.基于Autodesk Inventor的三维参数化设计方法[J].《机械设计与制造》，2007.