基于Solid Edge的汽车空调层叠式蒸发器参数化设计

叶 斌， 赵 韩， 刘向农， 吴 昊， 江 斌

（合肥工业大学 机械与汽车工程学院，安徽 合肥 230009）

汽车空调蒸发器型式历经多种变化，目前层叠式蒸发器在轿车、面包车以及大客车中应用广泛，是最有发展前景的蒸发器形式。由于层叠式蒸发器的结构复杂，传统的设计和计算方法已经不能适应它的发展，而基于三维绘图软件的计算机参数化设计不仅能够解决层叠式蒸发器的结构复杂、手工绘制困难的问题，同时还能提高层叠式蒸发器的设计效率和质量。

参数化设计［1］亦称为变量化设计，也称为尺寸驱动Dimension－Driven，是CAD技术在实际应用中提出的新课题，它不仅能够使CAD系统具有人机交互式绘图功能，还具有通过程序控制自动进行绘图的功能。利用参数化设计手段开发的专用产品的设计系统，能节省大量的人力、物力和财力，还可以提高设计速度，并减少信息的存储量。近年来各行各业中有许多研究者［2－10］利用不同的二维或三维绘图软件进行了变量化的设计研究，并且取得了一定的成功。例如，文献［2］利用Visual Basic开发语言、AutoCAD二维软件开发了板式换热器的设计系统；文献［3］将Solid－Edge应用于机床高速主轴数字化设计系统的研究；文献［4］在SolidEdge变量化设计基础上对齿轮进行自动建模，从而极大提高了齿轮的设计效率和质量；文献［5－8］利用Auto CAD为平台，开发了换热设备零部件CAD系统，实现了三维造型、自动装配和相关测试分析；文献［9］利用Auto CAD AutoLISP对发动机零件图进行参数化绘制；文献［10］利用Pro／E软件对渐开线齿轮进行参数化设计；文献［11］在Visual C＋＋环境下，采用二次开发工具对Pro／E进行二次开发，实现拆卸仿真的关键技术。目前的研究鲜见对于制冷空调行业中常见的换热器进行三维参数化设计。本文利用Visual Basic简洁流畅的语言，结合Solid Edge三维绘图软件的强大功能对汽车空调中常用的层叠式蒸发器进行参数化设计。

1 软件与系统原理

1.1 Solid Edge软件

Solid Edge软件为美国UGS公司开发的三维绘图软件，它是在Windows环境下的中端软件包，具有强大的二维和三维绘图功能，界面友好［12］，目前在国内有很大的装机量。Solid Edge开发接口采用OLE Automation（自动化）技术。OLE Automation技术是建立在COM基础上，具有进程透明化和语言无关化的特性。OLE Automation（自动化）技术允许任何支持它的语言（如VC、VB、Delphi，甚至是Office中的宏命令）来与Solid Edge进行通信，以此驱动Solid Edge。本研究采用VB编程语言作为开发工具来对Solid Edge进行二次开发。

Solid Edge具有2种参数化建模的方式，分别是完全程序化建模方式和变量化设计建模方式［4］。

（1）完全程序化建模。完全程序化建模就是使用完全程序化的语言对三维实体建模中的特征（如拉伸、旋转以及放样等）进行操作，用程序语言控制2D轮廓和3D模型的生成，例如在装配过程中需要将三维模型进行旋转，可以直接使用下列语句：Call objsecondpart.Rotate（deltaxX1as double，deltaY1as double，deltaxZ1as double，deltaxX2as double，deltaY2as double，deltaxZ2as double，angel as double）Call objsecondpart.Move（deltaxX as double，deltaY as double，deltaxZ as double）。此方法对程序语言的要求较高，对于Solid Edge本身的操作熟悉度要求也较高。

（2）变量化设计建模。变量化设计建模是预先在Solid Edge零件模块中建立零件的三维实体模型，对零件的特征尺寸进行标注，使得特征尺寸与设计变量建立一定的关系，并将变量名和特征尺寸都显示在变量表中，通过Set objvariables＝objDoc.Variables Call objvariables.Edit（"a"，a）语句可访问Solid Edge的模型变量表，按照用户设定的参数可修改变量表中相应的设计变量，从而更新模型。使用变量表的变量化设计方法是对Solid Edge进行二次开发的常用方法，此方法对程序语言的要求不高，但要求熟练掌握Solid Edge的操作。

基于层叠式蒸发器的结构特点，软件中所有零部件均采用变量化设计建模，装配过程中采用完全程序化建模。通过两者的结合可以将层叠式蒸发器的设计建模过程和结果完美地呈现。

1.2 系统原理

层叠式蒸发器［13］是全铝结构的新型组合式蒸发器，由2片加工成复杂形状的铝片叠焊在一起形成小直径流道的制冷剂通道，为强化传热通常会在铝片上加工出点状纹路、交叉纹路以及平行纹路等，以此来增加制冷剂的流经路径，从而使热交换对象的换热更加充分。在层叠片之间钎焊波纹形百叶窗铝翅片，在整个层叠式蒸发器的芯体两端焊接端板。在本快速设计系统中首先在Solid Edge零件版块分别生成层叠片、铝翅片、端板零部件，然后在Solid Edge装配环境中进行装配。每个零件模块中又分为输入、处理以及输出3个模块。输入模块，用户可以向程序输入零件参数；处理模块，进行相应的运算并连接到Solid Edge以完成创建零件的功能；输出模块，输出零件的3D模型并保存。装配模块将各种零部件按照顺序输入到装配环境中，进而生成装配件（层叠式蒸发器）的三维模型，并在用户检查满意后可进一步生成工程图。系统流程图如图1所示。

图1 软件流程图

2 设计实例

在层叠式换热器的设计和加工过程中，有大量的重复零件出现，例如层叠片和翅片等。在装配三维模型的过程中需要多个同样的零部件，为了提高开发设计产品的效率，将重复零件以标准零件的型式存放于标准零件库，在装配时自动调用。

层叠式蒸发器的设计制造尚无国家和行业标准，故在本设计示例中根据实际的产品选择层叠式蒸发器的设计参数，具体参数如下。

（1）板片参数（单位为 mm）：板片长（a）、板片宽（b）、板片厚度（h）、内部隔板宽度（e）、板片边缘宽度（f）。

（2）翅片参数（单位为 mm）：翅片高度（hf）、翅片厚度（g）、翅片间距（pf）、翅片百叶窗高度（I）。

（3）端板参数（单位为 mm）：端板厚度（h）。

（4）装配参数（单位为片）：板片数目（n）。

在软件设计过程中各个零部件尺寸参数之间具有一定的关系，这种数量上的关系在程序内部的语言中会得以体现，使得各个零部件在设计过程中也能相互通信，从而减少一些重复的输入工作。软件界面如图2所示。

图2 软件界面

2.1 连接并启动Solid Edge

使用VB编程语言对Solid Edge进行二次开发，首先需要将VB与Solid Edge进行连接，通常需要2个步骤。

（1）在VB编程环境中引入Solid Edge类型库。

（2）使用GetObject和CreatObject 2个函数来启动Solid Edge对象，其连接语句［14］如下：

Set objApp＝CreatObject（"SolidEdge.Application"）

Set objApp＝ GetObject（""，"SolidEdge.Application"）

2.2 程序运行

（1）层叠片三维模型的建立。层叠式蒸发器的层叠片取决于板片的长（a）、宽（b）、板片的厚度（h）、内部的隔板宽度（e）、边缘的宽（f），以及翅片高度（hf）。

只要在板片的设计参数输入界面上输入参数，即可生成层叠片的三维模型如图3所示，保存此文件。

图3 层叠片参数化设计

（2）翅片三维模型的建立。同样在翅片的三维模型参数设计界面输入翅片参数，即可得到翅片的三维模型如图4所示，并保存此零件图。

图4 百叶窗翅片参数化设计

（3）端板三维模型的建立。输入端板设计参数，生成端板的三维模型如图5所示，同样将文件保存。

（4）装配件三维模型的实现。输入装配模块的参数，按照先后顺序将各个零部件添加进装配图，生成层叠式蒸发器的三维模型图，如图6所示。

图5 端板三维模型

图6 层叠式蒸发器三维模型图

3 结束语

作为汽车空调软件设计平台的最后一个环节，本设计使用VB简洁流畅的语言，采用面向对象以及参数化设计的方法，极大地缩短了层叠式蒸发器的设计时间，提高了设计质量和效率，并将设计计算过程中得到的层叠式蒸发器的参数以实物三维模型的方式呈现，将之转化为指导实际生产的指导性文件，为进一步优化层叠式蒸发器的结构奠定了基础。

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