黄振亮，濮怀宇

（海军工程大学 训练部，武汉430033）

对柴油机动力的水面舰艇而言，排气波纹管可有效补偿废气涡轮排气口与固定在舰体上的排气管接口之间的相对位移；消除由这个相对位移引发的对废气涡轮壳体和支架的附加作用力，同时切断柴油机和舰体之间传递结构噪声和冲击的通道［1］。

由于舰船机舱空间狭小，有必要对排气波纹管的布置进行优化，尽可能减小布置空间。

现今的波纹管波形大都采用“Ω”或“U”形，而对于同一类形的波纹管，所不同的是单波的尺寸、波数以及波纹管与两端法兰过渡段长度，所以可以事先构造每种类型的单波波纹管，然后利用零件的三维参数化特征造型技术，生成波纹管立体造型［2-3］。

1 软件介绍

ActiveX Automation是微软公司的一个技术标准，以前被称为OLE（对象链接和嵌入），其宗旨是在Windows操作系统中把多个应用程序组织起来，互相沟通和控制［4］。

微软的VB是Windows操作系统下最常用的支持ActiveX Automation技术的开发工具，其语法简单、功能强大，提供了可执行代码的源代码编译器。

用VB调用CAD软件实际上，是VB将CAD软件理解为一个服务器程序（Server），而二次开发出的应用程序是客户程序（Client），用户只要在客户程序上进行操作，客户程序将驱动CAD软件完成相关的工作，客户机与服务器之间的关系见图1。

图1 客户机与服务器之间的关系

2 零件的三维参数化特征造型技术

所谓参数化设计是指模型的尺寸用对应关系表示，而不需要确定具体数值。改变一个参数值，将自动改变所有与它相关的尺寸，并遵循设定的约束条件。约束包括尺寸约束、拓扑约束和工程约束，这些约束反映了设计时要考虑的因素。实现参数化的参数与这些约束保持一定的关系，初始设计的形状自然要满足这些约束，而当输入参数的新值时，将保持这些约束关系并获得一个新的几何模型［5］。图2所示为平面图形利用尺寸驱动的参数化设计，其中图a）和图b）为驱动前后的情况，修改前后拓扑关系不变。

特征造型是指以实体模型为基础，用具有一定设计或加工功能的特征作为造型的基本单元来建立零部件的几何模型。将参数化造型的思想用到特征造型中，用尺寸驱动或变量设计的方法定义特征并进行尺寸驱动的操作，这样就形成了参数化特征造型。由于特征均采用参数化定义，因此对形状、尺寸、公差、表面粗糙度等均可随时修改，最终达到修改零件的目的。

图2 图形的尺寸驱动示意图

3 排气波纹管设计

在波纹管的设计过程中，需要在舰船遭受强烈冲击、大风浪和柴油机工作这三种状态下引起的单向位移幅值进行校验，在这三种情况下，波纹管两端单向位移幅值应当是废气涡轮排气口单向位移幅值和排气接管因温差引起的单向位移幅值之和。

由于舰船机舱空间狭小，有必要对波纹管的布置进行优化设计，以尽可能减少所需要的布置空间。规定舰船首尾方向为x，左右方向为y，上下方向为z。设波纹管两端相对位移的单向幅值在x、y、z上的分量为Ax，Ay，Az。令排气管的轴线方向与xy、xz、yz3个平面的夹角分别为ρ，φ，θ。则有：

图3为排气波纹管的设计VB界面。通过填入各参数，点击“计算”按钮，系统会计算出波纹管的波数和经优化布置了的波纹管轴线方向与xy、xz、yz3个平面的夹角。点击“成图”按钮，系统会打开三维造型软件，生成波纹管，并按与3个平面的夹角进行布置。

4 排气波纹管的立体成图

下面是利用VB和CAD软件的二次开发技术，对波纹管进行三维造型以及布置操作的VB伪代码（限于篇幅，这里着重讲述波纹管三维参数化特征造型的阵列布尔操作和对波纹管进行布置约束的伪代码）：

图3 排气波纹管设计对话框

1）将VB和CAD软件链接，打开CAD软件；

2）将单波U型波纹管添加到CAD软件画图区；

Set partDocument1＝documents1.Open（“

Ripple Tube of U-shape.CADPart”）

3）将U型波纹管的尺寸更改为设计尺寸；

4）沿z轴方向，对单波U型波纹管进行阵列布尔运算，并将阵列个数设置为计算波数N，将阵列间距设置为波距length；

Set rectPattern1＝shapeFactory1.AddNew

RectPattern（z轴方向）

rectPattern1.InstancesCount.Value＝N

rectPattern1.Spacing.Value＝length

5）根据轴线与3个方向的夹角，定义两点，并由两点做波纹管布置参考直线；

Set ShapePointCoord1＝AddNewPointCoord

Set ShapePointCoord2＝AddNewPointCo

ord（0，0，0）

Set ShapeLinePtPt1＝AddNewLinePtPt

（ShapePointCoord1，ShapePointCoord2）

6）对波纹管的轴线和布置参考直线进行共轴约束；

Set constraint1＝constraints1.AddBiEltCst

（cadCstTypeOn，ShapeLinePtPt1，Product／

ripple pipe of U-shape／！Axis：）

设计好的波纹管立体布置见图4。

图4 波纹管立体布置图

5 结论

1）通过VB的ActiveX Automation技术调用工程库文件，对CAD进行二次开发，利用CAD软件的参数造型技术构造波纹管立体图形，并根据在VB中的设计结果对波纹管进行了优化布置，发挥了VB和CAD软件各自的优势，是一次有意义的尝试；

2）三维可视化技术的应用，使得排气波纹管在设计过程中，更为方便快捷和直观，并为下一步利用三维CAD软件对机舱进行优化布置奠定了基础。

［1］陈国钧，曾凡明.现代轮机工程［M］.长沙：国防科技大学出版社，2001：300-307.

［2］王贤坤，陈淑梅，陈 亮.机械CAD／CAM技术、应用与开发［M］.北京：机械工业出版社，2000：8-36.

［3］袁利国.舰船推进轴系可视化设计研究［D］.武汉：海军工程大学，2005：66-72.

［4］卢 军.基于ActiveX Automation对AutoCAD进行二次开发的技术［J］.模具工业，2000（4）：6-8.

［5］Osman T A，Abdel-Aal U M，Elkenany A H，et al.Development of intelligent CAD for the design of mechanical systems［J］.Journal of Engineering and Applied Science，2001，48（10）：937-953.