搜索基于CATIA的蝶閥產(chǎn)品關(guān)聯(lián)設(shè)計技術(shù)
2016-11-18 by:CAE仿真在線 來源:互聯(lián)網(wǎng)
關(guān)聯(lián)設(shè)計技術(shù)是以參數(shù)化設(shè)計技術(shù)為基礎(chǔ),把單個模型的參數(shù)化設(shè)計上升到模型與模型之間的參數(shù)或幾何元素的驅(qū)動關(guān)聯(lián)關(guān)系。著重強調(diào)產(chǎn)品模型內(nèi)部各個零部件之間的關(guān)聯(lián),進而實現(xiàn)產(chǎn)品的關(guān)聯(lián)設(shè)計。通過對蝶閥產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)分析。劃分出了蝶閥產(chǎn)品關(guān)聯(lián)設(shè)計模型體系,并以蝶閥閥體模型設(shè)計為例.證實了關(guān)聯(lián)設(shè)計技術(shù)在蝶閥產(chǎn)品設(shè)計中的可行性。
0 引言
隨著CAD技術(shù)應(yīng)用的不斷深入.參數(shù)化設(shè)計技術(shù)也隨著逐步發(fā)展起來,并且有著強大的實用價值。參數(shù)化設(shè)計的核心就是通過參數(shù)和約束驅(qū)動模型,修改參數(shù)值,可以實現(xiàn)模型的修改和聯(lián)動。
閥門是各種液體輸送系統(tǒng)中的控制部件,具有截止、調(diào)節(jié)、導(dǎo)流、防止逆流、穩(wěn)壓、分流或溢流泄壓等功能,廣泛用于石油、化工、冶金、電力、長輸管線等工業(yè)領(lǐng)域。其中,蝶閥是閥門行業(yè)的主導(dǎo)產(chǎn)品之一,通過關(guān)閉件(蝶板)圍繞閥軸旋轉(zhuǎn),實現(xiàn)閥門的開啟與關(guān)閉,有良好的流體控制特性和關(guān)閉密封特性.通常按結(jié)構(gòu)形式可分為中線、單偏心、雙偏心和三偏心蝶閥,具有較高的系列化程度。
在蝶閥產(chǎn)品的設(shè)計過程中。常會因為需求的變更,而引起大量的設(shè)計變更。在傳統(tǒng)的設(shè)計模式下,零件設(shè)計過程中相互獨立,在發(fā)生設(shè)計為變更時,重復(fù)性勞動大,易出錯。本文采用關(guān)聯(lián)設(shè)計技術(shù)(Associated Design)閉,在上下游設(shè)計之間建立輸入輸出的驅(qū)動和約束關(guān)系,有效地解決了以上問題。
1 基于關(guān)聯(lián)關(guān)系的參數(shù)化建模思想
參數(shù)化設(shè)計,也稱為尺寸驅(qū)動,是通過改動圖形中的某一部分或某幾部分的尺寸?；蛘咝薷囊呀?jīng)定義好的參數(shù),自動完成對圖形中相關(guān)部分的修改,從而實現(xiàn)對圖形的驅(qū)動網(wǎng)。在參數(shù)化設(shè)計中,設(shè)計者只需將零件的關(guān)鍵尺寸定義為參數(shù),通過修改參數(shù)就可以實現(xiàn)對產(chǎn)品幾何模型的修改和優(yōu)化。關(guān)聯(lián)設(shè)計是一種特殊形式的參數(shù)化設(shè)計方法,通過驅(qū)動上游設(shè)計中的幾何特征(如點、線、面、坐標等),影響和控制下游設(shè)計。
1.1 關(guān)聯(lián)設(shè)計的基本概念
關(guān)聯(lián),指互相貫連,事物之間所具有的彼此約束和聯(lián)系。在蝶閥產(chǎn)品設(shè)計過程中,公稱通徑DN的變化勢必會引起端法蘭和加強周筋的結(jié)構(gòu)變化、上下支承的變化勢必會引起筒身結(jié)構(gòu)的變化等。關(guān)聯(lián)設(shè)計是在參數(shù)化設(shè)計技術(shù)的基礎(chǔ)之上,把模型的參數(shù)化上升為模型與模型之間的幾何元素的驅(qū)動關(guān)系,當上游設(shè)計更改時,可以將信息及時反應(yīng)到下游相關(guān)設(shè)計專業(yè),保持數(shù)據(jù)的一致性。在產(chǎn)品設(shè)計過程中通過關(guān)聯(lián)設(shè)計技術(shù),可以實現(xiàn)總體與結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)內(nèi)部之間設(shè)計關(guān)聯(lián),在設(shè)計需求更改時,可以有提高協(xié)調(diào)和響應(yīng)速度四。
關(guān)聯(lián)設(shè)計可以分為縱向關(guān)聯(lián)和橫向關(guān)聯(lián)兩大類?？v向關(guān)聯(lián)是單向性的.即上游設(shè)計的變化會引起下游結(jié)構(gòu)的變化,而下游設(shè)計信息的變化,對上游設(shè)計的結(jié)構(gòu)沒有任何影響。橫向關(guān)聯(lián)是雙向性的,更改橫向關(guān)聯(lián)的任何一個零、部件的設(shè)計,都會引起其他零、部件的結(jié)構(gòu)變化。
1.2 關(guān)聯(lián)設(shè)計的實現(xiàn)方法
實現(xiàn)關(guān)聯(lián)設(shè)計的關(guān)鍵是通過對設(shè)計對象的分析.得出設(shè)計對象之間的相互影響關(guān)系.包括零件與零件、部件與部件以及零件與部件之間的相互關(guān)聯(lián)關(guān)系。
(1)參數(shù)驅(qū)動的關(guān)聯(lián)。參數(shù)驅(qū)動的關(guān)聯(lián)是指在零件拓撲結(jié)構(gòu)不變的情況下。以一定方式引用反映產(chǎn)品設(shè)計意圖的工程參數(shù)作為產(chǎn)品零部件設(shè)計的尺寸參變量.且給出參數(shù)與裝配結(jié)構(gòu)中不同零件上的對應(yīng)結(jié)構(gòu)關(guān)系。參數(shù)驅(qū)動關(guān)聯(lián)的建立可以是同一零件中的不同參數(shù).也可以在裝配體中不同的零件之間建立。這種關(guān)聯(lián)的建立要有一定的方向性,在一組相互關(guān)聯(lián)的參數(shù)中,把最要的參數(shù)設(shè)置為一級參數(shù),次要的參數(shù)設(shè)置為二級參數(shù),再次之的設(shè)置為三級參數(shù),以此類推。當設(shè)計方案發(fā)生變化時,只要對一級參數(shù)進行適當?shù)男薷?就可以驅(qū)動其他參數(shù)自動發(fā)生變化。
(2)骨架模型的關(guān)聯(lián)。骨架模型用來描述產(chǎn)品模型的空間需求,重要的安裝位置或運動.是產(chǎn)品裝配的三維空間規(guī)劃同,是決定設(shè)計對象結(jié)構(gòu)的具有聯(lián)系的接口(下游設(shè)計參考上游設(shè)計的幾何元素)的集合。骨架模型包括的幾何元素主要是:基準面、基準軸、基準點、坐標系統(tǒng)等。骨架模型直接驅(qū)動下游的零部件設(shè)計,是關(guān)聯(lián)設(shè)計的神經(jīng)中樞閻,其劃分的合理性,對關(guān)聯(lián)設(shè)計的實現(xiàn)至關(guān)重要。骨架模型的建立要有一定的規(guī)范。需要對接口和骨架進行命名,對接口和骨架的引用方式進行說明,避免造成在關(guān)聯(lián)設(shè)計過程中引用和設(shè)計的混亂。
(3)裝配關(guān)聯(lián)。裝配關(guān)聯(lián)是指產(chǎn)品中同組件、零件之間,尤其是相互之間有依存關(guān)系的組件、零件,存在著固定的空間幾何關(guān)系,這種關(guān)聯(lián)關(guān)系不隨組件、零件尺寸大小的改變而發(fā)生變化。通常這種關(guān)聯(lián)關(guān)系通過相合約束(Coincidence Constraint)、接觸約束(Contact Con.stmint)、偏移約束(0低et Constraint)和角度約束(AngleConstraint)。四種約束方式實現(xiàn)。
2 蝶閥產(chǎn)品關(guān)聯(lián)設(shè)計模型
蝶閥產(chǎn)品結(jié)構(gòu)從總體上分為閥門主體結(jié)構(gòu)與驅(qū)動裝置兩大部分.其中閥門主體結(jié)構(gòu)可以劃分為閥體、蝶板、閥桿、連接支架、上、下支承填料組件等設(shè)計組件,三偏心蝶閥結(jié)構(gòu),如圖1所示。
圖1 三偏心蝶閥結(jié)構(gòu)
基于蝶閥產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計單元劃分圈,根據(jù)其裝配關(guān)聯(lián)關(guān)系,對產(chǎn)品結(jié)構(gòu)進行合理的組織和劃分,是實現(xiàn)蝶閥關(guān)聯(lián)設(shè)計的基礎(chǔ)。蝶閥的主體結(jié)構(gòu)可以劃分為閥體(子部件)、蝶閥(子部件)、上支承填料組件(設(shè)計單元)、下支承填料組件(設(shè)計單元)、連接支架(設(shè)計單元)、閥桿(設(shè)計單元)。其中閥體又可以向下劃分為筒身組件(設(shè)計單元)、上支承組件(設(shè)計單元)、下支承組件(設(shè)計單元)、筒身加強結(jié)構(gòu)(設(shè)計單元)。蝶板又可以向下劃分為閥桿軸座(設(shè)計單元)、密封結(jié)構(gòu)(設(shè)計單元)、蝶板加強結(jié)構(gòu)(設(shè)計單元),如圖2所示。
圖2 蝶閥主體結(jié)構(gòu)設(shè)計單元劃分
3 關(guān)聯(lián)設(shè)計在蝶閥產(chǎn)品設(shè)計中的應(yīng)用
以蝶閥閥體設(shè)計為例,在設(shè)計過程中通過關(guān)聯(lián)設(shè)計建立出模型之間上下游的相互關(guān)聯(lián)關(guān)系。以便達到設(shè)計中上下游設(shè)計輸入與輸出問的相互關(guān)聯(lián),說明關(guān)聯(lián)技術(shù)在蝶閥產(chǎn)品設(shè)計中的應(yīng)用。
閥體是整個蝶閥產(chǎn)品的基礎(chǔ)構(gòu)件,也是蝶閥設(shè)計中結(jié)構(gòu)最為復(fù)雜的設(shè)計組件,其它結(jié)構(gòu)組件通過關(guān)聯(lián)約束裝配于閥體之上。形成蝶閥的整個主體結(jié)構(gòu)。閥體組件主要設(shè)計參數(shù)為公稱通徑(DN)、公稱壓力(PN)、結(jié)構(gòu)長度(L),第一偏心(e1),這些主要設(shè)計參數(shù)分別對筒身組件、上支承組件、下支承組件、筒身加強結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計產(chǎn)生的重要影響。同時簡體的結(jié)構(gòu)設(shè)計與上下支承組件之間存在橫向的關(guān)聯(lián)關(guān)系.簡體的結(jié)構(gòu)設(shè)計對筒身的加強結(jié)構(gòu)也起到了決定性作用。閥體的骨架模型如圖3所示,主要包括公稱通徑(DN)、結(jié)構(gòu)長度(L)、第一偏心(e1)等。骨架模型設(shè)計完成后需要將元素發(fā)布出去,以供下游模型設(shè)計使用。
圖3 蝶閥閥體骨架模型
在產(chǎn)品建模前,還需要根據(jù)閥門關(guān)聯(lián)設(shè)計結(jié)構(gòu)層次劃分建立閥體裝配樹,并將零件保存到相應(yīng)文檔中,并將骨架模型發(fā)布的接口引入到模型文件中.通過參數(shù)化建模技術(shù)完成各個零件模型的建立。最終建立完成蝶閥閥體三維模型,如圖4所示。
上游模型中建立了下游模型設(shè)計所需要的基準點、基準線、基準面等幾何元素,通過發(fā)布并引用幾何元素到下游設(shè)計模型中,建立上下游模型設(shè)計的關(guān)聯(lián)關(guān)系。
圖4 蝶閥閥體三維模型
如果上游設(shè)計產(chǎn)品模型發(fā)生了更改.通過接口元素.就會將更改自動傳遞到下游模型設(shè)計中.在符合模型參數(shù)化設(shè)計原則的前提下.實現(xiàn)設(shè)計的自動更新。如圖5所示,紅色零件為需要更新的端法蘭.當骨架模型中接口元素發(fā)生變化時,引用該元素的下游設(shè)計模型就會提示更新(模型顏色變?yōu)榧t色),此時,下游設(shè)計按提示更新, 圖5端法蘭的自動更新提示即可得到新的產(chǎn)品模型。
圖5 端法蘭的自動更新提示
4 結(jié)束語
關(guān)聯(lián)設(shè)計技術(shù)是CAD技術(shù)發(fā)展到一定階段的成果。通過關(guān)聯(lián)設(shè)計技術(shù)的應(yīng)用,有效地實現(xiàn)了設(shè)計信息的共享,加快速了信息的傳遞速度,并且保證了設(shè)計數(shù)據(jù)的一致性,減少了模型設(shè)計中數(shù)據(jù)的冗余。本文通過蝶閥閥體的關(guān)聯(lián)設(shè)計,建立了蝶閥閥體模型,證實了關(guān)聯(lián)設(shè)計技術(shù)在蝶閥產(chǎn)品的可行性,有效地減少了設(shè)計人員的三維造型工作,提高了設(shè)計效率。
來源:e-works
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