基于ug的电磁执行器数字化设计平台开发

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1、基于 UG 的电磁执行器数字化设计平台开发摘 要：产品的系列化开发具有相同的设计步骤，但设计过程繁琐，因此对于不同的设计要求，如何简化设计过程是一个困难的问题。本文针对柴油机电磁执行器开发的数字化设计平台，从用户的设计要求出发，通过简单的人机交互过程，实现电磁执行器设计、尺寸计算和在 UG 环境下的三维造型和装配。文中着重分析了零件尺寸之间的关系处理、计算流程和基于 UG 的零件造型和装配的二次开发过程。关键词：UG 二次开发；电磁执行器；数字化设计；尺寸耦合采用电子调速技术是提高柴油机调速性能指标的主要途径，执行机构又是柴油机电子调速系统的关键部件，它将电控系统的电能转换为机械能，驱动该系统

2、的控制对象，从而达到控制的目的。因此，执行机构的性能和特性直接影响整个柴油机电控系统的性能 1。由于柴油机的种类多种多样，而柴油机电控系统的执行机构要与柴油机相匹配，从而导致执行机构的多样性，因此，有必要对柴油机的执行机构进行型谱系列化。为此，我们以UG 为开发平台，开发了柴油机电子调速器电磁执行器设计平台。该平台可以实现三种不同结构的电磁执行器的参数化设计，为其系列化开发提供设计依据，简化设计过程。美国 EDS 公司的 Unigraphics (UG )是一个优秀的机械 CAD/CAE/CAM 一体化高端软件，它基于完全的三维实体复合造型、特征建模、装配建模技术，能设计出任意复杂的产品模型再

3、加上技术上处于领先地位的 CAM 模块、内嵌的 CAE 模块，使 CAD、CAE 和CAM 有机集成，可以使产品的设计、分析和制造一次完成，已经广泛应用于航空航天、汽车、通用机械、家用电器等领域。此外，提供了二次开发功能，使得用户可以根据自己的需求，设计适合自己产品再开发平台 2。1.电磁式电子调速执行器基本结构和设计过程电磁式电子调速执行器的基本原理为：在执行器的核心部分安装一个凯装式的直流电磁铁，其衔铁的直线运动转换为输出轴的直线输出，并利用线位移传感器将其输出位置转换为电压信号，反馈给转速控制器。执行器输出的位移量由电磁铁的控制电流大小和复位弹簧压缩长度控制，当两者保持平衡关系时，执行器

4、的输出轴稳定在某一平衡位置。结构如图 1 所示。1-线圈绕组 2-电磁铁 3-后端盖 4-复位弹簧 5-前端盖 6-中心轴图 1 电磁调速器基本结构电磁式电子调速执行器关键部件包括：磁路端盖、外导磁壳体、衔铁、线圈绕组、中心轴、精密直线运动轴承、复位弹簧及弹簧座等。电磁式电子调速执行器的设计主要流程如图 2 所示。首先根据设计要求，提出设计指标，如驱动能力、工作电源电压、输出行程等；然后根据设计要求，参考其它类似设备结构，提出合适的结构方案，划分结构功能模块，编写具体的设计任务书；接着根据驱动能力和电压，设计比例电磁铁的参数，如材料、线圈截面积和匝数、衔铁锥度等，计算分析电流和力矩间的关系等；

5、然后根据驱动能力和电磁铁力矩大小计算复位弹簧的参数和结构；最后选择直线传感器，参考同类国内外产品和安装尺寸，设计结构外型。执行器设计完后，进行可靠性分析和试验验证，如果合适结束设计过程，否则修改有关参数，重新设计。提 出 设 计 要 求 方 案 设 计 与 论 证 外 型 结 构 设 计弹 簧 设 计 与 计 算位 置 传 感 器 选 择可 靠 性 分 析 与 计 算仿 真 、 典 型 样 机 验 证磁 路 设 计 、 分 析与 计 算图 2 电磁调速器设计过程.电磁式电子调速执行器设计平台的总体方案柴油机电子调速器电磁执行器设计平台的主要结构和功能如图 3 所示：提 出 设 计 要 求轴 设

6、 计弹 簧 设 计与 计 算直 线 轴 承的 选 择电 磁 铁 设 计 、分 析 与 计 算计 算 设 计 平 台结 构 壳 体的 设 计轴 承 做 座的 设 计位 置 传 感 器选 择数 据 文 件无 关 尺 寸关 系 分 析恒 尺 寸 遗 传系 列 化 尺寸 选 择相 关 尺 寸关 系 分 析用 户 指 定不 确 定 尺 寸用 户 指 定 尺 寸尺 寸 设 计 平 台数 据 库 装 配 设 计运 动 分 析 设 计工 程 图 设 计零 部 件 设 计CAM设 计UG设 计 平 台图 3 电磁执行器设计平台主要结构首先，根据设计要求和柴油机规格提出设计主要参数，将主要参数分配到相关零部件，根

7、据主要参数，设计执行器主要零部件，如电磁铁、轴、弹簧、结构尺寸。在设计过程中，其设计过程采用串行方式，即上一个零件完成后，才执行下一个零件的设计，这是考虑到往往某些零件的尺寸需要通过其他零件的尺寸来确定。将计算设计平台产生的数据保存在数据文件中后，就可以执行尺寸设计平台，尺寸设计平台主要是通过对数据文件进行处理，确定零件的参数化尺寸数据，其中有些尺寸是通过设计平台计算获得的；还有一些尺寸需要通过已知的尺寸来计算和推断；还有的尺寸满足标准序列化；还有些尺寸是通过人机交互，由设计人员来确定。将尺寸设计平台计算获得的尺寸放到数据库中，就可以为 UG 设计平台提供有效的数据了，UG 设计平台通过查询数

8、据库得到零件参数化尺寸，自动生成三维零件图和装配图，然后用户就可以通过 UG 的运动仿真功能模拟执行器的运动状态。.零件尺寸间的耦合关系处理3.1.尺寸间的相互关系整个数值化设计平台的重点是尺寸设计平台的开发，其涉及执行器每个零件间的相互关系处理，因为在不同零件之间以及同一零件内，尺寸之间可能存在耦合关系，因此需要全面、细致的分析。参数化非标准件与标准件的区别在于：非标准件可以充分利用参数化功能任意修改零件尺寸，但标准件不同，它的修改数据是受到公布的标准来约束的，其驱动尺寸数据是一组特定值。标准件有若干几何尺寸参数，从中可抽取出主参数和副参数，其它参数的值是固定值或者是包含主参数的数学表达式。

9、主参数又分为约束主参数和一般主参数，约束主参数是一个系列值或一个系列的范围值。标准件几何尺寸参数数目不定、类型多样，相互之间关系复杂，通过归纳可以将其分为以下五种类型:(1)该尺寸满足系列值，如轴承的内径 D 的尺寸应该在 10, 20, 30等范围内。其关系为 ， 为系列值。dnD.3,21dn.3,21(2)该尺寸和同一零件或不同零件的某尺寸间存在线形关系，如轴头 和轴承 配合的dD部位的尺寸。其关系为 为两者之间存在的比例关系， 为两者之间存在的常,ckc数关系。还有轴头的长度和轴承宽度之间也存在这种关系。(3)该尺寸为独立的常量，如倒角、圆角等尺寸。其关系为 ， 为常值。C(4)该尺寸

10、受到其他尺寸的控制，保持在某一范围内。如法兰上连接螺栓孔的位置。其关系为 ， 、 是限制 上下限的相关尺寸。21dD1D(5)该尺寸受经验公式的控制，其关系为 ， 为经验公式。Sd(6)该尺寸不满足以上关系，则时可通过人机交互界面，由操作者指定。3.2.尺寸间的优先性在进行尺寸设计过程中，尺寸之间的优先原则是很重要的，尤其对有相互关系的尺寸。优先级的确定就是定义了尺寸设计的前后顺序，优先级高的尺寸应该先设计，而优先级低的尺寸应该后设计。尺寸间的优先原则可以从以下几个方面来考虑：(1)从计算设计平台获得数据是确定整个执行器的依据，因此和这些数据有直接关系的尺寸的优先级应该是最高的，而和这些数据有

11、间接关系的尺寸优先级应该其次高。(2)根据零件的装配和设计原则，先设计（或装配）的零件上的尺寸的优先级应该是较高的；而后设计（或装配）的零件上的尺寸的优先级应该是较低的。(3)在尺寸设计开始，已经确定的尺寸优先级应该是较高的；而未确定尺寸的优先级应该是较低的。(4)在尺寸设计过程中，如果两个尺寸间存在相互关系，被引用的尺寸的优先级较高，而引用的尺寸的优先级较低。3.3.尺寸设计平台的设计流程在确定了尺寸间的相互关系和优先级后，就可以顺序的设计零件的每个尺寸。为了理清相互之间的关系，首先定义两个类：Measure 和 Part，通过这两个类定义了零件的尺寸，其定义如下：Class Measure

12、Public：CString name; /尺寸名称；Double data; /尺寸数据；UINT Level; /尺寸优先级；CString relation; /尺寸计算关系； Class PartPublic：CString name; /零件名称；CArraym_MeasureList; /尺寸列表；设计流程如图 4 所示。程序首先把计算平台计算出的数据和已知的、恒定的、操作者设置的数据赋给相关尺寸，并对零件的各尺寸设置级别，级别的设置通过尺寸间的优先性原则设置，可以设置多个级别，级别设置错误可能会导致某些尺寸无法计算出结果，这可以通过 将 已 知 数 据 赋 给 相 关 尺 寸读

13、取 下 一 个 零 件 ， 设 置 尺 寸 优 先 级标 志 L=0读 取 该 零 件 下 一 个 尺 寸确 定 该 尺 寸尺 寸 是 否 已 经 确 定判 断 该 尺 寸 优 先 级 是 否 等 于 L是否尺 寸读 完 ？是 否优 先 级 指 标 L+所 有 尺 寸都 设 置 过 ？否是是新 确 定 尺 寸 数 n+成 功失 败否零 件 读 完 ？否 是 n0是 否 汇 报 不 能 确 定尺 寸 原 因操 作 者 确 定相 关 尺 寸图 4 电磁执行器尺寸设计平台主要流程程序汇报的错误结果分析后，改正。通过一次正确的计算以后，级别的设置就可以保存下来，为以后计算使用。接下来，程序读取第一个零

14、件（零件的读取顺序按优先级排好），设置尺寸优先级标志最高，次序读取该零件的所有尺寸，计算设置尺寸优先级和优先级标志相同的尺寸的数据，计算公式依据尺寸计算关系 relation，因为 relation 是一个字符串表示的关系，因此在计算前需要对这个字符串进行编译。尺寸计算成功，就将新确定的尺寸数+1；如果因为在计算该尺寸时，需要使用的其它尺寸未知，则表示失败，记下失败原因；然后读下一个尺寸，直至尺寸都读完。接着读下一个零件，重复上面过程，最后，零件读完，如果这一轮新确定的尺寸数大于零，重新从第一个零件开始尺寸计算过程，否则汇报那些尺寸不能确定，由操作者来部分确定这些不能确定的尺寸，然后重新上面整

15、个过程，或完全确定这些不能确定的尺寸，最后结束计算。.零件库的开发执行器零件库的整个开发过程如图 5 所示。首先，通过 UG/Open UIStyIer 完成用户对话框设计，并生成对话框资源文件(*.dlg )、对话框头文件(*.h)和应用程序模板文件*_template.c。然后，通过 UG/Open MenuScript 编制用户菜单文件 (*.men )。其次，启动Visual C 十+6.0，使用 UG/Open 应用程序向导创建一个工程。将对应标准件的功能模块编成子函数，嵌入到应用程序模板文件*_template.c 中的适当位置，实现标准件的创建、编辑等功能。再次，通过 Visua

16、lC+6.0 编译器，生成动态链接库文件(*.dll )。然后，在 UG 的用户路径下，分别建立“startup”和“application”两个文件夹，再将对话框资源文件(*.dlg ) ，用户菜单文件(*.men)和动态链接库文件(*.dll )文件分别移到相应的文件夹内。最后，通过设置系统环境变量，使 UG 在启动时自动完成标准件库功能模块的加载 3。UG软 件 平 台 UG/Open ISTYLE VC 编 译 器对 话 框 文 件 *.dlg 用 户 界 面 设 计 建 立 工 程应 用 程 序 模 板 文 件*._Tempation.c 源 程 序 文 件 *.cp应 用 程 序 头 文 件 *.h 源 程 序 文 件 *.h用 户 目 录子 目 录Aplication 子 目 录Startup 动 态 链 接 库*.dl 资 源 文 件编 译 工 程 文 件用 户 菜 单文 件 *.men 用 户 菜 单 设 计 UG