减速机选型与设计中的相关算法研究

　　【摘要】针对减速机产品的选型及产品设计方法、基于知识库的CAD参数化设计技术以及产品电子样本的发展趋势，本文对系统开发的主要相关技术进行了研究。
　　【关键词】产品选型；绘图参数化；ERP
　　一、引言
　　随着制造业的飞速发展，减速机产品的种类和型号也日益增多，面对众多的产品，用户需要从中挑选出自己所需的产品。传统的减速机产品选型一般是依据产品样本进行的，用户首先按工作条件计算出功率、转速、转矩等参数，再根据这些参数和尺寸信息在产品样本中手工查找，直至确定合适的减速机。这种选型方法不仅效率低且容易出错。同时，在传统产品设计时费时费力，造成高成本、效率低下的状况。
　　二、相关算法设计
　　（一）选型算法与流程图
　　减速机产品选型时，根据用户输入或者选择的选型参数，以及实际选型时的经验公式，在减速机产品库中挑选出满足用户需求的减速机型号，进而得到产品的工程图纸及装配。产品选型的程序流程如图1所示。

　　具体选型步骤如下（由于各种类别选型过程基本类似，这里以新标准NGW为例）。[1]
　　1.在减速机三种类别即行星齿轮类NGW、圆柱齿轮、圆锥圆柱齿轮中选择其一；
　　2.输入选型参数，分别包括安装方式、电机功率、工作状况；
　　3.根据经验公式计算额定功率；选用功率＝实际输入功率×工况系数×安全系数，并要求计算结果小于公称输入功率;
　　4.校验热平衡许可功率；实际输入功率×环境温度系数×小时负荷持续率系数×公称功率利用系数<热平衡功率。
　　5.功率其它参数验证，找出满足条件产品，并根据热平衡许可功率数据决定是否加装冷却器。【2】
　　NGW系列及其三个派生系列的安装方式有NGW：同轴和卧式；NGW-LDF：平行轴和立式；NGW-S：垂直轴和卧式；NGW-Z：平行轴和卧式。工作状况包括：每天工作时间（小时/天），负载冲击强度（轻微/中等/强冲击），速极圆周速度（m/s）。
　　（二）选型设计算法描述
　　选型设计流程如图2。
　　
　　如果用户很清楚自己要选择的设备的一些性能指标和参数值，就可以直接输入这些性能指标参数值，系统会通过计算和知识规则的推理来快捷方便的查询所需要的设备以及其零部件。例如根据已知的工况参数和选用的工质进行该工况下的参数计算，系统通过计算结果和知识推理的结果，得到减速机的另一些重要参数值，然后根据这些参数值列出相关的减速机设备的详细信息，用户就可以从设备详细信息中选择出满足自己要求的减速机设备，然后依据该主要设备，系统先进行配套规则的匹配，找出与此主机产品匹配的几种辅机产品，然后再根据参数计算，进而选择出配套的一些辅机产品。
　　（三）图形参数化设计[3]
　　在开发产品选型系统中，除了通过主要参数结合知识库系统计算和推理得出所有其它参数，进而逆向推出所需的产品型号外，还要涉及到大量的相关产品模型建模问题。
　　由于在选型中的产品大多是通用产品，利用其形状相似，尺寸等参数不同的特点，在建模过程中进行参数化建模是提高效率的最好方法。参数化建模可以有两个方法：一是利用CAD软件本身或者其提供的族表等参数化工具进行参数驱动，从而生成一系列的参数化模型。用户通过这种办法直接修改变量表中的数值实现对模型的编辑，但通用性差，要求用户掌握CAD的造型技巧。二是利用CAD软件提供的开放性结构和开发环境，采用高级语言编制应用程序，实现模型的参数化设计。
　　本文将这两种方法相结合，即采用将模型的参数变量表与程序开发相结合的方法对模型进行参数化建模。以中端CAD软件的代表SolidEdge作为运行环境进行参数化建模的方法过程如下。
　　1.参数化设计策略
　　SolidEdge是美国UnigraphicsSolutions公司开发的中端三维CAD软件，其自身提供有变量表和零件族功能，利用产品的相似性，可以创建不同型号和尺寸的系列化产品。但是由于SolidEdge变量表设计过于单一，且只有一组设计参数，因此每生成不同型号的零件就要重新输入一次参数，比较繁琐。VisualBasic拥有一个内置的Jet数据库引擎，可以访问SQLSEVER数据库的表，因此可以VBA技术通过表格驱动来控制三维模型的设计参数。
　　利用SolidEdge的变量表技术，在变量表中正确建立起模型样板尺寸参数(Dim)之间的对应关系，先将需要进行参数化建模的大量系列参数全部读入SQLSERVER的表中（在该表每次临时存放，不需永久存储），编写VBA代码，在进行参数化建模时，再通过VBA程序将该表中的相关参数读入到SolidEdge变量表中，然后通过尺寸驱动更新SolidEdge模型，从而达到参数建模的目的。
　　2.参数化建模步骤和关键技术[4]
　　利用SolidEdge的建模功能建立需要进行参数化建模的模型(模型样板)。然后通过在变量表中自动添加该模型的设计参数(类型Var)，并建立起该模型的尺寸参数(Dim)之间正确的对应关系，即按顺序先读入设计参数，再相应地读入模型样板参数。
　　在建立模型样板时，必须建立正确的全约束关系，可以通过尺寸标注和位置关系来定义其全约束关系。这样以此模型为基础创建其它相似三维模型时，在设计参数改变后能够保证正确地生成三维模型。
　　模型样板应包含该组零部件的所有特征，并用一组设计变量来控制其几何和拓扑关系。控制三维模型的设计参数必须在变量表中定义为“Var”的用户变量，并确定系统自动生成的尺寸变量之间正确的关系。
　　VBA程序功能是将表中的任一行数据作为三维模型的设计参数，并且生成新的三维模型。该程序的部分代码如下:
　　DimDAsDouble,DlAsDouble,…，AAsDouble
　　DimobjAppAsSolidEdgeFramework.Application’声明变量
　　SetSel=Application.ActiveCell’得到当前表
　　SelRow=Se1.Row’得到表中选择的行
　　IfSelRow>1Then
　　D=db("tablel").Cells(Se1Row,2).Value’从表中获得当前选定行的数据
　　D1=db("table1").Cells(Se1Row,3).Value
　　……
　　OnErrorResumeNext’创建或获得SolidEdge对象
　　SetobjApp=GetObject(,"SolidEdge.Application")
　　SetobjDocs=objApp.Documents’得到表中选择的行
　　……
　　SetVars=objApp.ActiveDocument.Variables
　　objApp.DelayCompute=True’设置延迟计算
　　CallVars.Edit("D",Str(D))’根据新的值修改模型
　　CallVars.Edit("D1",Str(D1))’模型的设计参数
　　……
　　objApp.DelayCompute=False’取消延迟计算(更新模型)
　　SetVariables=Nothing’释放变量
　　……
　　EndIf
　　只有在VBA的环境中引用SolidEdge的有关类型库，才能通过ActiveXAutomation访问SolidEdge提供的主要对象。
　　在生成参数化模型时，系统首先调用SolidEdge并打开己创建的模型，然后依照对比关系建立参数方程并计算出各对应的设计参数，此参数即为新的模型参数。每生成新模型后，分别以不同的文件名加以保存，从而达到系列化产品参数化建模的目的。
　　三、结论
　　如图3是选型系统最常用的界面之一。只要在界面左侧输入3至5个主要参数，系统会根据主要参数计算出其它所有参数或利用默认参数，并进行推理，得到用户期望的产品，并可以直观的查看图纸。默认参数一般由主要参数推理得到。
　　图3显示选型的型号为NAD710-5-I选用功率为2925kw,其中N--NGW型、A--一级行星齿轮减速机、D--“底”座连接、710--规格为710、I--第一种装配形式。

　　点击“查看图纸”按钮则得到图4，尺寸大小等参数也已表示于图中。

　　【参考文献】
　　[1]李强.产品选型平台开发技术研究及典型应用:[D].江苏无锡，江南大学，2005.
　　[2]李世国.三维模型的参数化设计策略及程序设计技术[J].机械：2000(6)：24-26.
　　[3]徐啸峰，周儒荣．智能CAD中产品设计知识研究［Ｊ］．计算机辅助工程：2003,22(1):8-I2．
　　[4]高朝辉，李志刚，王建楠.产品选型设计中的模糊推理方法[J].低压电器，2005（7）：10-12.    论文