在日常工作中，常常會遇到一些復(fù)雜的計算問題，如果能巧妙地利用CAD技術(shù)，就能大量地節(jié)省時間和精力。例如，在秦皇島冶金機(jī)械有限公司的產(chǎn)品——鐵水罐車的設(shè)計過程中，為確定傾翻卷揚機(jī)的規(guī)格，需要計算鐵水罐的傾翻力矩，即計算把全部鐵水倒出鐵水罐所需的最大力矩。該鐵水罐的結(jié)構(gòu)，如圖1所示。在該問題中，耐火磚和罐體、吊耳等固態(tài)部分的重力矩均可以較容易地計算出來，難點就在于罐內(nèi)鐵水的重力矩計算，因為鐵水是流體，隨鐵水罐的旋轉(zhuǎn)，其重心位置也不斷變化，而且當(dāng)鐵水流出時鐵水重量還要不斷減少。解決這個問題如果采用傳統(tǒng)的手工計算就非常復(fù)雜，而利用CAD技術(shù)則可以比較簡單地實現(xiàn)，下面就介紹一下我們在實際工作中采用的方法。

　　大家都知道，AutoCAD R14有一個功能很強的命令(MASSPROP)，可求出3D實體的重心、質(zhì)量、體積和轉(zhuǎn)動慣量等，我們就利用這個功能完成了上述計算。

　　1.建立數(shù)學(xué)模型和鐵水罐內(nèi)腔的3D模型

　　所建立的數(shù)學(xué)模型如圖2所示，其中各參數(shù)均已知。在本例中，先做出鐵水罐的剖面圖的一半，見圖2中粗線部分;再用修改命令(Pedit)將其轉(zhuǎn)化為多義線，并結(jié)合為一個整體;用旋轉(zhuǎn)成形命令(Revolve)作出鐵水罐內(nèi)腔的3D實體。步驟如下：

　　輸入命令:Line//0，0//0，h1//R，h1;

　　輸入命令:Circle//0，-(h3-h1)//R1;

　　輸入命令:Line// R，h1//選擇至圓的切點;

　　輸入命令:Line//0，0//選擇至圓的下部向限點并修剪掉多余的圓弧使幾條線段結(jié)合成一個封閉圖形;

　　輸入命令:Pedit//選擇一條線段回車//輸入“y”響應(yīng)//輸入“j”選項//用窗口選擇所有的線段回車;

　　輸入命令:Revolve//選擇建立好的圖形并回車//選擇軸線上的兩點并回車。

　　這樣，鐵水罐內(nèi)腔的3D實體就建好了，其旋轉(zhuǎn)軸心為(0，0)

　　2.求鐵水罐中鐵水開始倒出的角度φ1

　　首先計算鐵水初始重量，輸入命令:Slice//0，-h,0//@1,0,0//@0,0,1//點取鐵水罐下部;輸入命令:MASSPROP//選擇鐵水3D模型并回車，即得到了鐵水的體積，再乘以鐵水密度就得到了鐵水的初始重量。然后令鐵水罐內(nèi)腔模型繞(0，0)點旋轉(zhuǎn)一個小角度，因為鐵水液面近似水平，所以用通過鐵水罐嘴最低點(圖4中的A點)的平面剖切鐵水罐內(nèi)腔模型。再用“MASSPROP”命令求出鐵水的重量并與鐵水的初始重量相比較，當(dāng)鐵水罐內(nèi)鐵水重量等于鐵水罐的初始重量時，鐵水罐旋轉(zhuǎn)的總角度就是鐵水罐中鐵水開始倒出的角度φ1，否則就再令鐵水罐內(nèi)腔模型繞(0，0)點旋轉(zhuǎn)一個小角度重復(fù)以上過程，直到求出φ1為止

　　3.求鐵水未流出鐵水罐時的力矩

　　求鐵水未流出鐵水罐時的力矩，即求鐵水罐旋轉(zhuǎn)角γ小于φ1時的力矩。先令鐵水罐繞旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)角γ(γ≤φ1)角，輸入命令:UCS//"W" 回車//UCS//"X"//90回車//ROTATE//選擇鐵水罐模型回車//(0，0)//γ回車//UCS/"W"回車，如圖3所示，此時鐵水未流出，其重量仍為初始值，但重心位置有所變化，因鐵水液面水平，可用垂直于Z軸的平面剖切鐵水罐模型(利用SLICE命令)，反復(fù)計算剖切后的鐵水體積，當(dāng)該值等于鐵水初始值時的鐵水重心位置即鐵水的實際重心位置，用該點的X坐標(biāo)乘以鐵水重量即為鐵水的力矩。以上過程最好用程序?qū)崿F(xiàn)，但因為通常鐵水罐中鐵水力矩的最大值不在這一范圍內(nèi)，所以對編程不太熟的人也可以不求這一范圍的鐵水力矩。

　　4.求鐵水開始流出時的力矩

　　求鐵水開始流出時的力矩，即求鐵水罐旋轉(zhuǎn)角γ大于φ1且小于β時的力矩。先令鐵水罐繞旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)γ(γ>φ1)角(用ROTATE命令)，如圖4所示，求出鐵水罐邊緣最低點A點(也即是鐵水流出的位置)的Z坐標(biāo)為：

　　然后用過A點且與Z軸垂直的平面剖切鐵水罐實體即可得到鐵水的3D模型，再利用MASSPROP命令得出鐵水的實際體積和重心位置，用鐵水體積乘以鐵水密度和重心坐標(biāo)即得出了當(dāng)鐵水罐旋轉(zhuǎn)γ角時鐵水的力矩。

　　通過以上計算，我們已經(jīng)得到了鐵水罐在0°～β°旋轉(zhuǎn)范圍內(nèi)各位置的鐵水重量、力矩等，再與鐵水罐的其他部分合成，即可求出鐵水罐總的力矩，最后再根據(jù)該力矩的最大值就可以選用合適的卷揚機(jī)了，而以上計算過程如果能用程序?qū)崿F(xiàn)，則該過程就變得非常容易了，尤其是進(jìn)行其他規(guī)格鐵水罐的計算時，只需修改相應(yīng)數(shù)據(jù)和3D模型，就可以輕松求出結(jié)果。#p#分頁標(biāo)題#e#

　　總之，在我們的工作中，如果能經(jīng)常利用CAD技術(shù)解決實際問題，常常能收到事半功倍的效果，利用3D技術(shù)，你的工作將更輕松!