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利用CAXA实体设计进行地面水平注水电泵的参数化设计

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摘要：介绍了采用CAXA实体设计的图素参数化和零件替换来设计地面水平注水电泵，其操作快速、简单。
关键词：CAXA 实体设计参数化设计零件替换

地面水平注水电泵用于边沿小区块及低渗透油田的注水。这与大面积的油田集中注水大不相同。它们的压力高，排量小，而且常常是因井而异。这样用多级多节的小排量抽油电泵改成在地面水平放置的注水电泵是非常方便的，而且具有成本低，管理容易，维修量小的特点。它不仅适于南方也适于北方。这种注水电泵在我国的大庆，吉林等许多油田都得到较普遍的应用。

设计一台地面水平注水电泵，在一定的注水参数:排量，压力和泵效下用不同系列的电潜泵，不同型号的叶导轮，尽管这时都采用相同型号的电动机，然而注水泵的级数，节数，泵的总长，支承数，跨距以及由此生成的地基都会有很大的变化，特别是用户注水电泵参数的各不相同的情况下，如果还是采用通常的二维CAD软件来设计，那就是按照同样的程序，枯燥无味的重复，不仅效率不高。更不能做装配检查，不能自动生成工程图等。笔者采用最新的三维创新CAD软件CAXA实体设计的参数化功能来设计这种注水电泵收到了很好的效果见图1至图3。

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比如笔者以200立方11兆帕注水电泵(见图1)做图素参数化设计并辅以零件替换功能等，重新设计125立方20兆帕的注水电泵(见图2)，其参数化操作时间5分钟，替换零件0.5分钟，;输出效果图1分钟就完成了从图1到图2的注水电泵的实体设计。余下的就是自动转成与实体完全相符的工程图，并做相应的操作其中输出成x_t文件时间1分钟，打开电子图板2005及接收x_t文件时间6分钟。自动调入的工程图需编辑修改，生成剖视，尺寸标注生成总图等操作与平常的二维设计相同未做时间记录。生成的工程图见图3。

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图3 参数化设计的125立方20兆帕注水电泵生成的工程图

1 地面水平注水电泵参数化设计分析

三维CAD软件的参数化设计是在已有实体模型的基础上，通过有关的参数化设置与操作生成具有新参数的实体。三维CAD参数化的目的就是把重复，费时，枯燥的实体造型变得简单，省时，容易。由前述，对应不同的注水电泵参数就有不同的基础，所以对地面水平注水电泵的基础做参数化设计是必须的。

CAXA实体设计能用通常的三维CAD软件的特征来做参数化设计，它更用独特的图素来做参数化设计，即直接调用现成的积木图素，设参数，与包围盒尺寸关联，无需约束，非常简单。这里就用图素来做参数化设计。

设计一台注水泵时，电动机的变更不是太多，实际上，每台电动机及其联轴器，轴承托架，吸入口，还有它们的爬犁座已制成一个总成，事先做好这样几个不同规格的电机爬犁总成，之后采用CAXA实体设计的零件替换功能则更方便，快捷。

CAXA实体设计这个积木式软件可以把做好的实体存入设计元素库后而反复调用，十分方便。采用调入零件的方法直接调入所需的泵支座到已做好参数化设计的泵台螺钉装配的阵列中，立即就生成了泵支架的阵列体，更是快速简单。同样由于泵支架的规格少，已将其存入设计元素库待用。

本注水泵设计是选用现成的电潜泵并最终要完成带有泵基础的工程图，这里的电潜泵造型只需有一个外形，用图素参数化或调入(替换)零件也十分简单。可自行决定。

由上述，本注水泵设计是以图素参数化设计为主，同时再用零件替换功能，才能完成一台地面水平注水电泵的设计。

2 注水泵基础的造型及参数化设计

表1是一个完成的注水泵基础参数化设计的参数表。

表1 地面水平注水电泵基础参数表
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2.1 基础的水平部分造型及参数化设计

1、注水电泵的水平基础由两个长方体贴合、上下面对齐且轴心线重合而成，尺寸为高*宽*长分别是:2100*1060*500和7360*900*500。

2、两个长方体均在智能图素状态，选择 “参数”， “增加参数”，分别设置它们的参数名及参数值;之后在 “智能图素属性”中的 “包围盒”的 “打开公式显示”状态下将包围盒尺寸转换成参数名，完成这两个长方体的参数设置。

表1中的参数名PLL，PLW，PLH分别是水平基础的爬犁部分的长、宽、高，对应的图素包围盒尺寸是高、宽、长。参数名BL、BW、BH分别是水平基础的泵部分的长、宽、高，对应的包围盒尺寸是高、宽、长。

2.2 生成爬犁螺钉的矩形阵列并定位基准螺钉

1、在零件状态下生成爬犁螺钉，并用三维球将其定位在基准位置(与两个相邻侧面的距离，长度方向为300，宽度方向为260)。

2、在零件状态生成矩形阵列:长度方向的数量和间距是3和750，宽度方向的数量和间距是2和540。

3、将基准螺钉设成智能图素状态，即螺钉零件的下级状态，并用 “智能标注”功能标出它与两个相邻侧面的距离并锁定。

由上，系统自动生成爬犁螺钉的阵列参数及基准螺钉的定位参数。

2.3 方台造型及其参数设置

在零件状态生成水平基础上的泵支架方台，其长和宽均为500。高度210。将其定位在泵基础上平面的轴心线上，并与相邻的爬犁螺钉中心线的轴向距离为1500。在方台的图素状态作泵台的图素参数化设置，方台的长和宽参数名BTW、高度参数名为BTH，方法与前相同，不赘述。

2.4 方台螺钉阵列再阵列及其参数化设计

1、在前述基准方台上生成零件状态的泵台螺钉的矩形阵列。注意阵列中心即是方台中心，方法与前同。矩形阵列参数:长度方向的数量与距离是2和230，宽度方向的数量与距离是2和216。

2、选中泵台螺钉的矩形阵列，单击菜单条上的 “装配”，这样就生成了方台螺钉矩形阵列的上级状态----方台螺钉矩形阵列装配体。

3、同时选中零件状态的方台和方台螺钉矩形阵列装配体，用三维球生成它们的线性阵列:数量和距离是5和1440。

4、选择方台零件的下级状态----方台图素，生成它与相邻爬犁螺钉的侧面到该螺钉中心的智能标注线性尺寸。此处应为1250。

2.5 注水泵基础的装配参数化设计

1、同时选中上述的水平基础，爬犁螺钉阵列，方台和方台螺钉阵列装配体生成的线性阵列，单击菜单上的 “装配”生成该注水泵的基础装配体。

2、选中该注水泵基础为装配状态，右击，从弹出菜单选择 “参数”，在界面上出现的该装配的参数表对话框。为了显示该装配的全部参数，在左上方的空白方框中单击使之有对钩，这样就出现了该装配由设计者定义和系统自动生成的全部参数。

3、增加参数

观察参数表，三个方形体图素有8 个用户自定义参数，两组矩形螺钉阵列有14个参数，方台及其螺钉阵列装配生成的线性阵列参数2个和1个方台侧面到爬犁螺钉中心的智能标注尺寸。
从设计讲，给出了基准方台中心到相邻爬犁螺钉中心的轴向距离。它与上述的方台侧面智能标注尺寸有关联关系，为此单击参数表上的 “增加参数”，在弹出的对话框中设基准方台中心到相邻爬犁螺钉中心的轴向距离的参数名是BTZX，其值为1500，这是用户自定义参数。

4、参数命名及关联表达式

表1所示的参数表，其中的参数名称由最初作图素参数化设定和系统自动生成，为了方便设计者使用，要对参数表中由系统自动生成的参数命名、比如方台及方台螺钉装配生成的线性阵列数和距离（跨距）取参数名为ZLS和KUAJU，为此选中系统默认名的单元格并重新输入所规定的参数名ZLS和KUAJU。在参数表中，光标至长度方向间距值750对应的系统参数名单元格，改名为E，同样、改宽度方向间距值540对应的系统参数名单元格，改名为W。修改值230对应的参数名单元格的名称为BTLDL，修改值216对应的参数名单元格的名称为BTLDW。注意，这时系统还自动生成矩形阵列两排螺钉的错位值，此时无错位，OFFSET=0应保持不变。

输入表达式是为了使那些有函数关系的参数通过它来实现相互间的关联以减少做参数化设计时的变量输入。对于本例建立了5个表达式。比如，方台为图素状态生成它与相邻爬犁螺钉的侧面到该螺钉中心的智能标注线性尺寸，值为1250，它与上述增加的参数BTZX有函数关系，其值为（BTZX－（BTW/2）），由此，在相应的表达式单元格输入这个算式即可。

在点和平面之间标注一个锁定的智能尺寸时，平面的面法线方向有时为负，这时的参数值为负。建立表达式时，在其前面多输入 “－”或 “0 －”即可。这样的表达式共有4个，详见表1。

经过重设参数名，建立表达式后完成的该注水泵的参数表如表1所示。

表1所示的是地面水平注水电泵的基础装配体的参数化设计表，共有参数26个。在做本参数化设计时，由于规定了两处阵列螺钉的数量及无错位量，所以一次最多设15个参数，十分方便。实际中，常常因为电动机和泵支座很少变化，只重设几个参数就完成一台新泵的设计，真是方便极了。

3 零件（装配）替换用于阵列体

为了快速方便地设计本注水泵，前面讲的参数化设计很重要，但是还要辅以零件替换等功能。既是为了使参数化设计简化，避免多余重复的参数，也是为了做零件替换能方便地用于阵列体，生成注水泵的其它零部件在设计树上的位置很重要。比如，在方台上面中心有用于支撑电潜泵的泵支座，它也要用阵列功能生成阵列体。那么它在设计树上应处于什么位置呢？将它设置在上述的注水泵基础装配中，并且和方台、方台螺钉在同一个阵列中。这样这个阵列参数也就是这个泵支座的阵列参数，也就是说，阵列参数多了一个作用对象。这样，无论是最初调入这个实体、或是以后当其尺寸规格变化需要做零件替换时，都可生成新的阵列体，很方便。怎样将其设置在应有的位置？这是CAXA实体设计的特点，在设计树上，用鼠标选择对象后并将其拖到所需位置即可。

对于本例，可以将其拖到阵列中的基准位置，这时的操作分两步，第一步，先将其拖到所属的装配中，第二步将其拖放到所属的阵列中。在这种情况下做零件替换比较麻烦，应先删除这个被替换件，之后再将替换零件定位到正确的位置，最后再按上述操作调整它在设计树上的位置后才能生成完整的阵列替换。

同样是将替换零件用于阵列，如果阵列基准中有装配体，将这个替换零件——泵支座的位置调整到装配体中、且使其直接成为组成的零部件。这时，这个泵支座不仅是上述参数的作用对象，而且替换零件的操作完全和平常的相同，即按住CTRL键的同时拖放实体到原来的基准件位置，既替换了基准件也同时生成了阵列。注意，这时的前提是被替换件的位置是在阵列基准件所属的装配体中。

4 调入(替换)其它零件、干涉检查和渲染实体

为了生成出厂合格的注水泵，还应调入（替换）由电动机、联轴器、吸入口和爬犁座总成，电潜泵和有关的连接件。当然，第一次调入时需要用三维球调整其位置。

生成完整的注水泵装配后，不要忘记，还要做装配体的干涉检查和复核安装尺寸。为此，要用智能标注检查有关的实体尺寸，以备生成合格的工程图。

现代设计还要求我们为设计的产品出一张效果图。注意，效果图应力求与安装现场情况接近，不可太夸张。

5 结束语

综上所述，参数化设计用于地面水平注水电泵时，能快速完成实体的造型，操作简单、容易。但是，对其矩形阵列的基准设置参数时，必须在它的下级状态生成智能标注的约束尺寸。对阵列体的再阵列则必须在它的上级状态进行。对阵列体做零件替换时，被替换件事先在设计树上的位置很重要。在这个阵列体的基准中设置一个装配体，并将被替换零件设置成为它的组成零部件，之后就可按通常的零件替换操作来替换这个零件并同时生成了阵列，快捷、方便。

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (3/11/2009)


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