基于UG的发电机组静音防护CAD系统的设计与开发终稿1.docx
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基于UG的发电机组静音防护CAD系统的设计与开发终稿1
分类号TP391密级公开
UDC621编号
基于UG的发电机组静音箱CAD系统的设计与开发
ThedesignanddevelopmentofintelligentprotectionCADsystemofgeneratorsetsBasedonUG
指导教师
作者姓名
申请学位级别工程硕士专业名称机械工程
论文提交日期论文答辩日期
学位授予单位和日期
答辩委员会主席
评阅人
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导师签名：
2013年月日2013年月日
独创性声明
本人郑重声明：
所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，独立进行的研究工作所取得的成果。
除文中已经注明引用的内容外，本论文中不包含其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果，也不包含为获得江苏大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。
对本文的研究所做出的重要贡献的个人和集体，均已在文中作了明确的方式标明。
本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。
学位论文作者签名：
2013年月日
摘要
由于大功率发电机组噪音大，会对周围环境造成严重的噪声污染，严重影响人们的日常工作与生活。
为了降低发电机组发出的噪音，设计师设计出了具有隔音降燥功能的发电机组静音箱。
这种静音箱不但可大大降低发电机组发出的噪音，同时还具备防晒、防雨、总体结构紧凑、可拆卸、占用空间小等特点，因此当下带静音箱的发电机组已被广泛使用。
而传统的静音箱设计工作重复和繁琐，静音箱参数化CAD系统开发与应用，是静音箱生产企业实现快速设计的最佳方案。
本文以UG为开发平台，在以VC++6.0环境下，开发一套发电机组静音箱CAD软件系统。
论文首先根据委托开发单位的需求，明确了开发目标，确定了系统整体功能模块，运用UGNX8.0强大的参数化建模功能建立了静音箱的零件族，利用UGWAVE技术实现静音箱三维模型的关联装配。
论文用UG/OpenMenuscript工具完成了静音箱CAD系统的菜单开发，用UG/OpenUIStylerl设计了静音箱CAD系统的对话框，使用SQLServer2000数据库对系统的数据进行管理，采用UG/OpenAPI函数和ADO数据访问技术进行应用程序编程，实现了发电机组静音箱CAD系统的系统应用程序、交互界面、数据库与参数化建模程序之间的参数传递。
本文设计的发电机组静音箱CAD系统具有整机设计、零件快速查找、重命名零件、属性填写、更新数据、导出其他格式文件等功能。
同时，本系统还具备以下特点：
与UGNX无缝集成、强大的计算推理功能、支持用户自定义扩展和标题栏信息自动跟随主模型属性变化而更新等功能。
系统运行实例表明，用户通过选择和输入相应的参数，能方便、快速的完成发电机组静音箱产品的参数化设计。
关键词：
发电机组，静音箱，CAD系统，二次开发，参数化
ABSTRACT
TheHigh-powergeneratorsetstoMakingnoises,Itiswillcausenoisepollutiontothesurroundingenvironment,Affectpeople'sworkandlife.Inordertoreducethenoiseemittedbygeneratorsets,requirementsfordesignersdesignageneratorwithstaticsoundbox.Thestaticsoundboxnotonlygreatlyreducesthenoiseofpowergeneratorsets,atthesametime,alsohasthecharacteristicsoftheSunscreen,rain,compactoverallstructure,canbedisassembled,smalloccupiedspace,sothestaticsoundboxhasbeenwidelyused.Butthetraditionalstaticsoundboxdesignworkofrepetitiveandtedious,onlythedesignexperienceknowledgeworkersintoCADsystem,therealizationofintelligentdesign,isastaticboxproductionenterprisestoachievethebestschemeforrapiddesign.
UGNX8.0ischosenfortheCADplatform,undertheVisualC++6.0environment,anstaticsoundboxCADsystemobject-orientedwasdeveloped.Firstly,accordingtothecommissioneddevelopmentunitdemand,madeclearthedevelopmentgoal,determinetheoverallsystemfunctionmodule,thePartsfamilyofstaticsoundboxiscreatedusingthestrongparametricshapingtechnologyofUGNX8.0.Associationassembly3DmodelusingUGWAVETechnology..TheusermenuismadebyUG/OpenMenuscripttool,theuserdialogboxisdesignedbyUG/OpenUIStylertool,TheSystemdataismanagedbyTXTtextfileandEXCELfile,TheapplicationsisprogrammedbyUG/OpenAPIfunctionsandADOdataaccesstechnology,ThesystemrealizedthatapplicationprograminvokestheParametricmodelingprogramandtheparametersaretransmitedamongapplicationprogram,database,interactiveinterfaceandparametricmodelingProgram.
Thesystemdesignedinthispaperhastheadvantagesofquicksearch,renamepartsdesign,parts,attributes,dataupdate,fillintheexporttootherformatfilesandotherfunctions.Atthesametime,thissystemalsohasthefollowingcharacteristics:
seamlessintegrationwithUGNX,powerfulcomputingandreasoning,supportforuser-definedextensionsandtitlebarinformationautomaticallyfollowthemastermodelattributechangesandupdatefunctions.
Instancesshowthatselectedbytheuserandinputthecorrespondingparameters,canbeconvenient,rapidcompletionofthegeneratingsetisstaticspeakerproductparametricdesign.
KEYWORDS:
Generatorset，Staticsoundbox，CADsystem，secondarydevelopment，parameterization
第一章绪论
1．1课题研究背景
柴油发电机组是一种发电设备，是以柴油发动机为原动力带动发电机，把动能转换成电能和热能的机械设备。
当网电无法供应或供应极不正常时，发电机组可作为备用电源、移动电源来满足人们日常工作和生活的电力需要，目前广泛应用于大型医院、商场、宾馆等人口密集区域。
但是由于大功率发电机组产生的噪声大，会对周围环境造成声音污染，严重影响人们的工作和生活。
为了降低发电机组发出的噪音，一般采用在发电机组外设置静音箱，即将发电机组的主要机械及电器辅助设备都安装在一个封闭的空间内。
这种设计可以综合利用隔声、吸声等技术将发电机组的噪声有效地控制在箱体内部，阻止噪声向外传播，以此来降低机组噪声。
柴油发电机组静音箱一般由底座、顶柱、侧柱、门板、上盖、电气柜、消声器、油箱、水箱挡板、电机挡板等结构构成，如图1.1所示。
该产品之间大多结构相似，尺寸不同。
同一种型号的发电机组，因客户需求不同容积的油箱、不同的发动机品牌和类型，因此产品又会划分为多种尺寸型号。
设计发电机组静音箱时，设计工程师往往在更改设计方面花费大量的重复性劳动，且设计准备性较差，容易造成废品，造成成本增加。
通过大量的企业调研发现，企业的设计工程师从已有产品通过更改设计来获得新产品，三维建模的工作量至少需要2天，创建和规范二维工程图的工作量需要5～8天，并且其大部分设计工作均是重复性劳动。
因此，寻求一个智能设计方法，来加快发电机组相关企业的静音箱产品的开发速度，提高产品开发的质量能力，增强企业的自主研发和核心竞争能力，解决发电机组行业目前产品交货期越来越短、质量要求越来越高的问题，是完全有必要的。
实践经验表明，采用计算机辅助设计（CAD）技术是加速产品创新设计的有效途径，其可以显著地提高产品的设计质量与设计效率，大大缩短产品的设计周期。
CAD技术出现使传统生产设计过程模式逐渐被之取代，当下CAD技术已是广大设计人员进行产品设计的首选技术手段，是加速产品更新换代的必经之路。
图1.1发电机组静音箱结构图
目前，市场上被广泛使用的CAD/CAM软件众多，国内主流的CAD软件有UG、Pro/ENGINEER、CATIA等，这些软件都是比较通用的大型CAD软件系统，其在功能上各有侧重。
这些通用的CAD软件由于具有广而博的通用性，因此在处理当下形形色色的具体的、特定的产品时，其操作过程都是十分繁琐复杂的，无法全部发挥CAD系统的强大性与效率性。
为了使通用CAD软件在特定的企业和特定产品设计中最大限度的发挥其使用效果，就有必要根据企业具体的实际需求，以这些通用CAD软件为基础，对其进行不同程度的二次开发，真正发挥CAD软件设计的优势，提高其设计效率。
1.2国内外相关研究现状
1.2.1发电机组研究现状
柴油发电机组是一种电源设备，其具有启动迅速、供电平稳、操作与维修方便、环境适应性强等特点。
当网电无法供应或供应不正常时，柴油发电机组可作为备用电源、移动电源来满足日常工作与生活的电力需求，目前其被广泛应用于大型医院、商场、宾馆等人口密集区域，同时在船舶用电、石油开采、工程抢修、军事等领域，其难以被替代。
在90年初期我国的大部分的发电机组设备都是从国外进口，而从90年代末至21世纪初期，我国大量的民营企业开始涉足发电机组生产制造行业，这些企业的生产方式通常是OEM组装，这样大大降低了发电机组产品的成本，使得发电机组产品市场十分繁荣，市场的繁荣又使大量资本进入发电机组产业，当时国内从事发电机组大大小小有几千家之多。
进入21世纪以来，由于发电机组市场的残酷竞争，国内一些大型发电机组生产企业认识到自己产品在技术上的不足，为了提高竞争力，其通过引进与吸收国外发电机组先进的制造技术和设计理念，使得国内发电机组各个方面都得到了很大的提高。
但是我国发电机组在大功率、电气性能、可靠性和使用寿命上与国外先进水平相比还有不少差距。
随着社会的发展，发电机组的使用场合及需求越来越复杂与多样，以及发电机组发电机、发动机技术的进步及机组成套技术等技术进一步的成熟完善，当下发电机组产品类型更加多样。
例如，基于特种电站的自发电产品的研制成功，使移动电站在行进中发电成为可能；我国自主研发成功了核安全级柴油发电机组，这是使用于核电站的应急备用的发电电源；UPS和柴油发电机组联合发电研制成功，实现了发电机组的不间断供电；高压发电机组的研制使用，其在降低压降的同时实解决了发电机组远距离输电这一难题；双燃料发电机组、多种气体燃料发电机组的研发使用，使机组的动力能源更加多样化，机组更加环保；同时，目前市场上还出现了专应用于高原的高原发电机组产品、具有遥控功能的自动化智能产品、应用于城市高层建筑备用电源的低噪声发电机组产品、以及根据应急救援的特殊性而研制的应急救援产品等等。
上述这些产品出现使内燃机组产品的类别更加丰富多样，使发电机组的市场更为广阔。
1.2.2发电机组静音设备研究现状
发电机组的降噪设计工作是一项全方位的、系统的工程，其要求在使发电机组的噪声降低至最佳值时，还必须兼顾发电机组的空间体积、重量范围、发电机组的性能以及制造成本。
而静音箱可综合利用吸声、消声、隔震和隔声等噪声控制技术对其进行设计，同时还具备方便灵活和较好的控制性能等特点，因此被广泛使用。
目前，世界上比较知名的发电机组厂家可以使防音型机组达到下面的噪声标准：
标准防音型机组距离机组一米处噪声一般在80dB以下；家居型防音机组距离机组一米处噪声一般在75dB以下。
这样采用静音箱型机组基本可以满足环境对发电机组的噪声要求，国内外各公司防音型机组噪声控制性能如表1.1所示。
表1.1静音箱控制效果
公司
发电机组型号
功率（KW）
噪音量（dB）（1m）
降噪前
降噪后
Cummins
C55D5
55
94
73
法国SDMO
KS60G
60
90.9
70.7
GAMA
HIW-60
60
93
72
泰州凯华发电机组有限公司
KT60ST3
50
<75
东风康明斯
SFJ-80
70
63-66
上海晋发发电设备有限公司
G128ZLD2
200KW
80
无锡开普动力有限公司
KDE60SS3
60KW
70
（注：
数据来源于个公司提供的宣传资料）
采用静音箱对发电机组进行噪声控制研究已经取得了良好的控制效果，但距离当下环境对噪声控制的要求还有很大的差距，因此需要进一步的提高静音箱的降噪性能。
同时由于受限于我国的制造水平，我国的发电机组的噪声高于国外机组的噪声，因此对静音箱的噪声控制性能要求更高。
静音箱主要是综合利用各种噪声控制技术来降低机组的噪声。
国内大多数厂家生产的静音箱都采用无源消声技术来控制机组噪声，但近几年来，有源消声技术也被应用到内燃机的噪声控制当中，下面我们分别对无源控制技术中的隔声技术、吸声技术、阻性消声器、抗性消声器以及静音箱总体结构等几方面的研究现状加以分析，并以此来分析发电机组静音箱技术的发展。
无源噪声控制技术是当前静音箱噪声控制设计中被广泛使用的技术，对于其工作原理与性能特性研究已经相对比较成熟。
随着近几年纳米等技术与新理论的研究，出现了许多新的消声材料与消声元器件。
（1）隔声技术的发展现状
隔声技术是指通过隔声壁板的反射来抑制噪声的传播。
在隔声结构设计方面，隔声壁板的结构正向着轻质多层隔声结构发展。
JaehwanKim
等人通过在金属板结构内安装压电设备，并在结构表面粘贴吸声材料制成智能平板，获得了比较好的宽频隔声性能；龚利红和沈卫东
等人利用微穿孔PC板和PC板结合制成双层PC隔声板，在发电机组隔声罩中使用获得了良好的效果，平均降噪量达到13dB以上。
在新型隔声材料方面的研究也取得重大进展，蔡俊和徐飞
等人以PVC和橡胶的共混物为基料，掺入其它功能性复合材料制成的1mm厚的薄皮材料，在100~1600Hz范围内隔声性能达13-37dB。
泡沫铝材料也拥有优良的隔声性能
，泡沫铝已被制成单层或复合层的隔声板、吸声体，在高速列车的发电机室、录音室及高速公路的吸音壁上获得应用。
姚跃飞和高磊
等人在玻璃纤维织物与聚氯乙烯（GF/PVC）的复合材料中填充漂珠（CFA）制成新的复合材料，其平均隔声量和高低频段下的隔声量较GF/PVC复合材料均有所提高。
（2）吸声技术的发展现状
吸声技术一般与其它噪声处理技术结合使用。
在静音箱中通常用吸声材料粘贴在隔声壁板上或填充隔声壁板空腔中，利用其消耗声能量从而来提高隔声性能。
国内外发明的新型吸声材料有发泡铝吸声材料、铝纤维吸声结构和网状吸声板、陶瓷吸声材料等，这些新的吸声材料和结构很多已经应用到新型消声器和隔声板的设计当中，并获得了很好的效果。
用聚氨酯泡沫塑料（PUF）
制成的塑料板是一种性能良好的强吸声体，同时具有阻燃性好、质轻、耐潮、易于切割和安装方便等特点，在我国已经广泛用于加工机电产品的隔声罩，吸声屏障，空调消声器等产品。
周成飞与曾心苗等人研究与开发了聚氨醋酞亚胺（PUI）泡沫
，其厚度在25mm条件下125一4000Hz频率范围内的驻波管法平均吸声系数可高达0.48。
GlennE.Warnaka
开发了具有宽频吸声性能的吸声材料，这种材料可以灵活改变吸声系数，同时可对材料表面进行刷漆和清洁而不影响其吸声性能。
（3）阻性消声器的研究现状
阻性消声器是利用多孔吸声材料的吸声性能实现消声，其消声量由所用吸声材料性能决定。
随着各种新型吸声材料的出现，消声器的降噪量也随之提高。
当前消声器在向结构紧凑、简单、消声量适中的方向发展。
为提高阻性消声器的消声性能，研究者提出了优化设计算法对其进行优化设计。
周新祥和李海东等对隔声罩的进气口、出气口消声器进行动态优化设计及有限元动力计算，初步了解了消声器的动态特性，为设计优良的消声器提供有效途径
；袁兆成等人通过对某款排气消声器的消声性能进行研究技算，并根据所取得的研究计算成果对这种消声器进行重新改造，使此类消声器的消声性能得到进一步的提高
；季振林对穿孔管阻性消声器进行了大量的研究，其采用边界元法深入分析和研究了穿孔管阻性消声器的消声性能
；Jebasinski等人
通过对穿孔管排气消声器的穿孔管长度、穿孔率、孔的大小和形状等结构参数变化对此类消声器的气流再生噪声进行了研究；王雪仁等人
采用快速多极边界元法（FMBEM）来分析消声器的传递过程中噪声的损失。
（4）抗性消声器的研究现状
抗性消声器主要是利用利用各种不同形状的管道和腔室进行适当的组合，致使管道系统的阻抗失配，使声波产生反射或干涉现象，从而降低由消声器向外辐射的声能。
随着新型材料及消声结构的出现，国内外相继开发了多种新型的抗性消声器。
根据著名声学专家马大猷
的微穿孔板吸声结构理论研制和发展起来的微穿孔板消声器具有消声频带宽、耐高温、抗潮湿、压力损失小等优点。
弓金霞与李力
在隔声罩设计中采用了两个单腔扩张腔和两个双腔消音器的复合式结构，同时，在消音器的腔内设置多孔的微穿孔板进行吸音，并利用消声器接管插入腔体长度的变化消除不同频率的噪声，这种结构显著提高降噪效果；卢振芝和谢坚等
设计出以泡沫铝为芯管的阻抗结合式排气消声器，并将泡沫铝消声器及岩棉芯管消声器对发动机性能及排气噪声的影响进行对比试验，结果表明，最大负荷时的泡沫铝芯管消声器排气噪声比原机消声器下降15dB；JonathanZalben
开发的半球形消声器，以及KoryJ.Schuhmacher和GaryD.Goplen
开发的横向导流板消声器等新型消声器在降低噪声辐射等方面获得了显著效果。
（5）静音箱整体结构的研究现状
现在，如上所述的一些新的隔声材料、吸声材料和各种先进的消声器已经被广泛应用于发电机组静音箱的设计与制造中，但是静音箱的设计除了要考虑箱体的材料、消声器种类的选择，同时还应该考虑箱体的总体结构。
北京工业大学的张乃龙博士
根据发电机组各部位噪声产生的机理，提出了噪声控制分区的静音箱结构，这种结构一方面可以减少嗓声在内部空间的反射，降低空间内混响声；另一方面根据各分区的噪声特点及频谱特性，采取有针对性的噪声控制技术。
当前，国内的静音型发电机组生产企业一般都会将进风区和排风区两部分结构设计成一体化结构，这种结构可更好的消除发电机组的高频噪声。
同时静音箱还应装有门，供安装、观察、维护等操作使用。
国内一些厂家的静音箱产品如图1.2所示：
图1.2发电机组静音箱
1.2.3UG二次开发发展现状
UG是全球最为先进的CAD/CAM/CAE高端软件平台之一，其功能强大，内容丰富。
该软件具有强大的复合造型功能、操作简单方便的虚拟装配功能、自动将三维模型生成各种类型的二维工程图等设计功能以及自动生产NC数控加工代码进行NC数控加工的功能，同时运用UG自带各种插件功能可对所设计的机构进行机构运动分析、动力学分析、有限元分析和仿真模拟等，其使用范围涵盖了产品从设计、分析、加工和管理的整个领域。
自从UG推出以来，就被广泛的应用于汽车、航空航天、船舶、工业设备、磨具和军工等各个领域。
另外用户通过UG自身提供的UG/OPENGRIP、UG/OPENAPI、UG/OpenMenuScript和UG/OpenUIStyler等二次开发工具，可以方便、快捷的开发出适合具体行业或者产品的专用CAD系统，在通用CAD软件商融入专业知识构建专用CAD系统是当前深化CAD应用的趋势。
UG二次开发（又称UG应用开发）是指基于UG软件平台，结合具体的应用需求、行业的设计知识和经验，开发面向行业的专用CAD系统。
在国内，高校的研究人员已将UG二次开发开发技术进行了详细的研究，并将其融入到机械产品的各个设计领域，UG二次开发技术越来越成熟。
西南交通大学的学者们针对行星减速器产品的系列化、规格化，在UG软件的基础上研究和开发了行星减速器三维特征造型系统及参数化设计系统
。
青岛科技大学的学者们在UG基础上构建了一个超声振动CAD系统，此系统包括变幅杆设计计算模块、换能器设计计算模块和振动系统装配模块，可自动生成这些部件的三维造型
。
山东理
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