Inventor三维设计软件实现参数化设计的实例

图3-2是塔架的最终优化后的模型图，该塔架的结构型式是在参考和借鉴大量国内外不同机型设备之后确定的。由于型式做了很大变动，以及考虑国内外生产制造工艺质量的区别等因素，在最终确定使用该结构型式之前，需要通过有限元计算，合理更改梁高，板厚等参数，并经过再次计算验证。Inventor设计软件提供了从建模，计算，参数更改，再验算等完整功能。

图3-2 图3-3

3.1建立参数化模型

在参数化设计中，最重要的工作之一是如何将复杂的实际结构转化为参数化的计算模型。

由于工程机械产品（如图3-2塔架）的钢结构件，包含大量形状各异的板件、型材等。为了避免生成大额数量的零件以及免去复杂的零件装配工作，通常根据需要将部分钢结构设计为一个多特征叠加的实

体模型--一个零件，通过定义用户参数和尺寸约束确定板材厚度、外形、位置等。

要建立参数化模型，最好先建立坐标系和找出关键点--节点。节点的位置将决定模型的主体形状，继而影响结构件的承载能力。图3-3从模型中抽取出来的节点图。Inventor软件提供了和Excel表链接的功能。该功能可以大大减少设置参数和更新模型的时间，而且Excel表内可以设置不同的工作表，如图3-4中有工作表"45米悬臂"，"38米悬臂"……不同的参数表拥有相同的参数名和不同的参数值，相当于设置了不同的方案，只要激活需要的工作表，就可以生成相应的方案。在零件造型、分析设置或后处理过程中，可以随时定义和编辑参数。得出方案之后，如果更改了与载荷或约束关联的参数，系统将启用"更新"命令，即可以运行得到新的方案。

要得到参数化模型，在建模中需要注意的是，新的特征要尽可能利用已有的参数，必要的时候甚至可以引用参数方程式。其目的是尽可能减少参数的数量以及保证模型特征能够与参数相关联。

图3-4 Excel参数表

3.2有限元分析和数值优化……

Inventor中的应力分析，为机械产品的设计过程提供了一个便捷实用的工具。设计者可以在设计过程中随时对零件进行静力学基本分析和动力学的模态分析。Inventor具备ANSYS为内核的分析模块，又提供了很好的人机交互界面，因此非常实用。通过固定约束，施加载荷，设置应力分析环境等工作，就能得到分析结果。根据结果变更重要参数值就能得到最佳设计。

对于该文章中的塔架模型，我们仅以变动E和E的位置参数为例，通过多次更改和分析，得到了优

化后的设计。如图3-5所示。

图 3-5 应力分析和参数优化

3.3生成工程图

工程机械中的钢结构件在目前尚无法实现CAM制造，因此在绝大多数情况下还需要出工程图。Inventor三维设计软件具有从三维模型到二维工程图的直接转换的功能。而且生成的工程图与三维模型尺寸关联，当三维模型参数变更之后，工程图也能自动得到更新。

4.结论

本文以Inventor三维设计软件为平台，解决了一个复杂钢结构件实现参数化设计的实例。可以看出，工程机械中复杂钢结构件可以通过建立三维实体模型、设置Excel特征参数表格建立三维参数模型，根据有限元分析结果，调整和变更参数，将完成方案修改设计、分析和计算、方案评估、设计优化直至最终完成工程图设计等一系列环节。参数化设计在工程机械领域中的应用将极大的提高设计质量、缩短设计时间，是工程机械产品设计切实可行并富有成效的一种设计方法。