尤金铎 徐 凯 甘守华

（南京宁青环保工程有限公司，江苏 南京210001）

0 引言

为了节能环保，提高设备机械的精密度，现代机械设计制造对于密封结构的使用越来越重视。尤其是食品、制药、仪表、航天等特种行业，它们更加注重细节的设计制造。密封结构中常用橡胶O型圈（简称O圈）成形件装入相关零件以变形来达到密封效果。

O圈密封以相关件结构简单、制造容易、占用空间小、宜在普通中低压场合单独使用或与其他密封件配套使用成为密封件中的标准件。O圈在装配时装入相关件沟槽中，形成相对复杂（和其他密封件变形相比较）的挤压变形，对此，手工绘制、二维建模都以简化法处理，以优化设计速度。O圈的选用及相关件沟槽尺寸可以在机械设计手册和相关资料中查到，但要真正选用和设计相关件尺寸，还是有一定工作量的。例如材料的选择，O圈的工作环境决定了材料选择——耐酸、耐碱、抗腐蚀（化工行业）、抗老化、工作寿命比较长（不好经常更换的地方）、工作温度、有无毒性（食品、制药等行业）。O圈及相关件沟槽尺寸的设计涉及O圈的工作媒质（气压、液压）、压力范围、工作形式（静密封、动密封、双向运动、单向运动）、密封结构（轴向密封、活塞密封、活塞杆密封、端面密封）等各项的单独作用和组合的联合作用，这要求设计工程师综合考虑进行选择或者作相关类比设计。

现有三维软件也未能真实地模拟反映O圈这类变形件在装配时出现的变形情况，同时无法检查相关件沟槽尺寸的合理性。如利用Solid Wor ks提供的零件库装配这些变形的零件，不能达到真实配合的效果，以O圈为例，如图1所示，其未反映装配中O圈的挤压变形。Solid Wor ks是基于Windows平台、采用Parasolid图形为核心的一套三维CAD软件，它支持参数化和特征造型技术，能够使用户方便、快捷地创建任何复杂形状的实体零件，并实现实体零件的参数化驱动。由于其界面友好、操作方便、简单易学，目前已成为企业流行的三维设计软件。三维建模普及应用可以比较真实地反映O圈这类变形件在装配中的变形，自动生成装配中的形状，但每次都必须重新建模，这就要工程师在细节上花费大量的时间和精力，从而降低了设计效率。如何提高设计效率，又可以体现细节真实情况？也就是说只需要设计工程师选择标准（国标、企标）规格，确认相关零件尺寸（尺寸若设计不合理向设计师示警），就可以由软件自动完成此类变形件建模。对Solid Wor ks的二次开发可以解决这个问题，装配效果图如图2所示。

图1 O圈装配

图2 装配效果图

1 应用于O圈设计的Solid Wor ks软件二次开发

基于VB语言对Solid Works进行二次开发，大多停留在开发使用方法上，对于Solid Works在密封变形件设计中应用的二次开发则鲜有报道。本文以O圈为例对Solid Works进行二次开发。

1.1 O圈装配的简易分析

轴向密封：主要是通过扩大内径、压缩外径、增加过盈、对圆截面压扁变形达到密封效果。端面密封：受内部压力，是通过压缩外径及上下端面、增加过盈、压扁圆截面达到密封效果，如图3所示；受外部压力，是通过扩大内径及上下端面、压扁圆截面、增加过盈达到密封效果，如图4所示。

图3 受内部压力O圈装配

图4 受外部压力O圈装配

1.2 建立数据库

使用Office Access，无需另外安装数据库软件。（1）创建O圈规格数据库，输入O圈尺寸参数，如图5所示。关联后程序可查询O圈规格。（2）创建对应O圈规格的沟槽数据库，输入沟槽尺寸参数，如图6所示。关联后程序确认相关件尺寸，以保障密封结构的合理性。

图5 O圈尺寸参数

图6 沟槽尺寸参数

1.3 使用 SolidWorks宏

Solid Wor ks API是Solid Wor ks的OLE应用程序开发接口，为用户提供了完全面向对象的类体系。它包括对象的类型、对象的属性、对象的方法。随着Solid Wor ks的快速发展，Solid Wor ks API对象属性、方法多达几千种，常用的就有几十种，对象参数有的多达几十个。程序代码编写存在一定难度，通过宏录制建模过程获取相关代码数据，工具条如图7所示。

图7 宏工具条

1.4 代码分析与改进

通过分析适当简化编辑代码，找出有关的关键函数，并确定其中的关键数据。弄清关键数据的变化对实体建模的影响，将关键数据用变量代替，这样就建立了Solid Wor ks中零件的参数化模型（O圈装配时压缩后的草图）。

1.5 VB编程开发平台

（1）可以在通用的开发平台如 VB、VBA、VC、C、C＋＋等编程软件上开发使用这些类的程序，也可以在自己的程序中派生这些类的子类，生成这些类的对象，对对象进行操作，设置或修改对象的属性，从而访问Solid Wor ks的数据库、图形系统和系统界面。由于Solid Wor ks宏是使用VB语言，所以用VB开发可以最大限度地利用宏，减少代码更改，减少工作量。（2）VB程序与Solid Wor ks接口的实现是零件参数化建模的关键。将类零件建模的过程录制成宏文件，将宏复制到VB中，在VB环境中对宏文件进行修订改编。（3）创建用户界面，编写绘图程序关键代码（图8）。用VB编程软件设计窗体，添加控件，选择设置属性，编写事件代码，完成程序的用户主界面创建。

图8 绘图程序关键代码

对数据库进行关联绑定：利用Office Access软件建立数据库关联。用Access数据库来存储各种相关变量参数，将复杂多样的数据用嵌入和链接的方式内置于数据库中，建立一个关系型数据库。在VB应用程序中通过数据控件和数据库相链接。通过调试、运行、修改、反复检验设计软件的性能，完成对软件的开发。最后创建O圈模型生成软件的启动图标：O。

2 O圈模型生成软件的使用

（1）双击软件启动图标，打开软件用户主界面，轴向密封如图9所示，端面密封如图10所示。（2）选择O圈的规格。（3）选择或确认相关件的尺寸。（4）单击相关按钮可以查询材料、尺寸公差、粗糙度。（5）单击自定义按钮可以定义非国标规格O圈，并创建相对应的O圈模型。（6）单击“创建”按钮，生成O圈三维模型，如图11所示。（7）单击“退出”按钮，关闭程序。（8）在Solid Wor ks中保存生成的模型文件，装入相关装配文件（此类零件一般不需出零件图）。

3 结语

利用上面软件生成的O圈，由O圈与沟槽尺寸的合理选配决定复杂的挤压变形，展现出了O圈挤压变形后的截面形状。在装配模型图和工程图中可见O圈的相对位置及压缩后的变形。

图9 轴向密封

图10 端面密封

图11 O圈三维模型

O圈生成软件的开发成功及使用，表明用VB对Solid－Wor ks进行二次开发用于密封变形零件的设计是比较容易的，非专业人员也可以做到，并且实现了整体与细节均可比较真实地反映实际装配情况的目的。一次开发成功后，就能够由软件自动化建模进行O圈设计。结合数据库的应用，能检查密封结构的合理性（对相关件沟槽尺寸进行智能校验）。同时集成了各种材料的应用资料等，可省去查机械设计手册的步骤，既使设计工程师操作变得简单方便，又大大提高了工作效率。

针对O圈设计的Solid Wor ks软件二次开发方法可以扩展应用于其他橡胶密封件（防尘圈、密封圈等）设计，既可实现局部小结构的精细化，加快设计速度，又能节省设计师的精力，使之更加专注于其他设计工作。该方法也适用于一般常用零件的自动化设计，实现企业标准件的自动生成。需要说明的是，软件在使用过程中可能会出现一些不足和缺陷，还有待于在以后的升级中逐步改进和完善。

［1］数字化手册编委会.机械设计手册（软件版V3.0）［M］.机械工业出版社，2006

［2］成大先.机械设计手册（第3卷）［M］.第5版.化学工业出版社，2008

［3］Michael Halvorson.Microsoft Visual basic6.0循序渐进教程［M］.北京希望电子出版社，1999

［4］Solid Wor ks公司.Solid Wor ks高级教程：二次开发与 API［M］.机械工业出版社，2009