门式起重机结构三维变量化绘图CAD系统研究

摘要

门式起重机是露天物料搬运广泛采用的大型装卸机械，产品已经形成系列。在产品的设计开发过程中，传统的二维设计手段由于其工作量大、设计过程不直观等诸多缺陷已经不能满足现代起重机产品设计的需求。随着计算机技术和三维图形技术的发展，三维设计已经成为机械CAD技术发展的必然趋势。 本文在研究门式起重机的结构特点、设计流程、设计方法的基础上，以三维绘图软件SolidWorks为图形支撑平台，在Windows操作系统环境中，利用高级语言编程工具Visual C++6．0对SolidWorks提供的API函数进行了二次开发，实现了门式起重机结构的三维变量化建模。由于SolidWorks从三维模型自动生成二维工程图的功能存在着缺陷（如尺寸、公差信息的缺失等），因此本文利用Visual C++6．0对二维图形支撑软件AutoCAD通过命令文件接口方式进行了二次开发，实现了门式起重机结构的二维参数化绘图。在三维变量化建模部分，采用SolidWorks与VC++相结合的二次开发方法，即首先在SolidWorks绘图环境中进行零部件的初始化三维建模，然后在VC++编程环境中通过编程，实现对SolidWorks的完全驱动，采用数据文件输入的方式，根据设计计算所得结果，完成对初始模型草图和特征参数的修改、重建模型等工作，得到满足设计要求的零部件三维模型。由于考虑到后期对模型进行有限元分析的需要，在三维实体模型建立过程中，将门式起重机主梁、上横梁、支腿、马鞍等大的结构件分别做成一个整体，省去了板与板之间连接的环节和其他多余的部件，避免了在进行有限元分析时由于连接而引起的边界耦合问题。在本课题CAD系统软件的开发中，实现了对SolidWorks的外部驱动，在系统软件中设置专用的SolidWorks功能模块，而非外挂在SolidWorks软件菜单或工具条中，使得SolidWorks的二次开发具有相对独立性。在二维参数化绘图部分，采用了命令文件接口方式对AutoCAD进行了二次开发，通过VC++编制绘图程序生成SCR命令文件，然后驱动AutoCAD，调用SCR文件，实现二维参数化绘图。作为门式起重机CAD系统软件的绘图模块，在结构设计计算及优化模块之后，本绘图模块可动态生成门式起重机结构的三维模型图和二维工程图。三维实体模型可直接用来进行空间干涉检查及有限元分析，并可在项目投标中以形象直观的方式向用户展示；二维工程图纸是起重机生产工厂进行生产加工的依据。SolidWorks与VC++相结合的二次开发方式可以大大减少程序的编写工作量；将门式起重机主梁、上横梁等大的结构件作为整体进行三维实体建模，有利于进行有限元分析；在用户软件中开发SolidWorks和AutoCAD功能模块，在外部驱动图形支撑软件，其相对独立性使得用户软件在使用相应绘图模块时方便简易。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

1.1 门式起重机发展概述

1.2 CAD技术发展概述

1.3 课题提出的背景及研究意义

1.3.1 起重机三维变量化建模的意义

1.3.2 起重机二维参数化绘图的意义

1.4 本文的研究内容及技术路线

1.4.1 起重机三维变量化建模

1.4.2 起重机二维参数化绘图

第二章 门式起重机结构的设计计算

2.1 截面特性计算

2.1.1 主梁截面特性值

2.1.2 支腿截面特性值

2.1.3 下横梁截面特性值

2.2 箱形主梁的设计

2.2.1 垂直载荷引起的主梁内力

2.2.2 水平载荷引起的主梁内力

2.2.3 主梁的强度计算

2.2.4 主梁的稳定性计算

2.3 支腿的设计

2.3.1 门架平面内的受力分析

2.3.2 支腿平面内的受力分析

2.3.3 支腿的强度计算

2.3.4 支腿的稳定性计算

2.3.5 门式起重机刚性计算

2.3.6 主梁的拱度

第三章 SolidWorks及AutoCAD二次开发概述

3.1 SolidWorks软件介绍

3.1.1 SolidWorks软件简介

3.1.2 SolidWorks的建模原则及实体建模的基本思路

3.2 SolidWorks二次开发

3.2.1 SolidWorks变化量二次开发

3.2.2 本课题采用的三维建模方法

3.3 AutoCAD软件介绍

3.4 AutoCAD二次开发技术

3.4.1 AutoCAD二次开发方法简介

3.4.2 参数绘图与命令文件接口

3.4.3 参数绘图类库

3.5 小结

第四章 基于solidWorks门式起重机结构的三维建模

4.1 SolidWorks变量化三维建模基本思路

4.2 CSldWorks类库的实现

4.3 门式起重机门架结构三维建模

4.3.1 零部件设计流程

4.3.2 SolidWorks初始模型建立及变量确定

4.3.3 编程实现模型变量化驱动

4.3.4 编程实现模型自动装配

4.3.5 门式起重机门架结构三维建模实例

4.4 小结

第五章 基于AutoCAD二次开发的门式起重机结构二维绘图

5.1 AutoCAD参数化二维绘图基本思路

5.2 参数化绘图类库的实现

5.3 门式起重机二维参数化绘图

5.3.1 参数化绘图流程

5.3.2 门式起重机二维参数化绘图实例

5.4 小结

第六章 门式起重机结构CAD系统的构造

6.1 门式起重机结构CAD系统软件简介

6.2 门式起重机结构CAD系统软件的实现

第七章 结论与展望

7.1 研究工作和结论

7.2 进一步研究工作展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间所发表的论文