基于CATIA的蝶閥產品關聯(lián)設計技術

2016-11-18 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網

關聯(lián)設計技術是以參數(shù)化設計技術為基礎,把單個模型的參數(shù)化設計上升到模型與模型之間的參數(shù)或幾何元素的驅動關聯(lián)關系。著重強調產品模型內部各個零部件之間的關聯(lián),進而實現(xiàn)產品的關聯(lián)設計。通過對蝶閥產品的結構分析。劃分出了蝶閥產品關聯(lián)設計模型體系,并以蝶閥閥體模型設計為例.證實了關聯(lián)設計技術在蝶閥產品設計中的可行性。

0 引言

隨著CAD技術應用的不斷深入.參數(shù)化設計技術也隨著逐步發(fā)展起來,并且有著強大的實用價值。參數(shù)化設計的核心就是通過參數(shù)和約束驅動模型,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、調節(jié)、導流、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)領域。其中,蝶閥是閥門行業(yè)的主導產品之一,通過關閉件(蝶板)圍繞閥軸旋轉,實現(xiàn)閥門的開啟與關閉,有良好的流體控制特性和關閉密封特性.通常按結構形式可分為中線、單偏心、雙偏心和三偏心蝶閥,具有較高的系列化程度。

在蝶閥產品的設計過程中。常會因為需求的變更,而引起大量的設計變更。在傳統(tǒng)的設計模式下,零件設計過程中相互獨立,在發(fā)生設計為變更時,重復性勞動大,易出錯。本文采用關聯(lián)設計技術(Associated Design)閉,在上下游設計之間建立輸入輸出的驅動和約束關系,有效地解決了以上問題。

1 基于關聯(lián)關系的參數(shù)化建模思想

參數(shù)化設計,也稱為尺寸驅動,是通過改動圖形中的某一部分或某幾部分的尺寸?；蛘咝薷囊呀浂x好的參數(shù),自動完成對圖形中相關部分的修改,從而實現(xiàn)對圖形的驅動網。在參數(shù)化設計中,設計者只需將零件的關鍵尺寸定義為參數(shù),通過修改參數(shù)就可以實現(xiàn)對產品幾何模型的修改和優(yōu)化。關聯(lián)設計是一種特殊形式的參數(shù)化設計方法,通過驅動上游設計中的幾何特征(如點、線、面、坐標等),影響和控制下游設計。

1.1 關聯(lián)設計的基本概念

關聯(lián),指互相貫連,事物之間所具有的彼此約束和聯(lián)系。在蝶閥產品設計過程中,公稱通徑DN的變化勢必會引起端法蘭和加強周筋的結構變化、上下支承的變化勢必會引起筒身結構的變化等。關聯(lián)設計是在參數(shù)化設計技術的基礎之上,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動關系,當上游設計更改時,可以將信息及時反應到下游相關設計專業(yè),保持數(shù)據(jù)的一致性。在產品設計過程中通過關聯(lián)設計技術,可以實現(xiàn)總體與結構、結構內部之間設計關聯(lián),在設計需求更改時,可以有提高協(xié)調和響應速度四。

關聯(lián)設計可以分為縱向關聯(lián)和橫向關聯(lián)兩大類?？v向關聯(lián)是單向性的.即上游設計的變化會引起下游結構的變化,而下游設計信息的變化,對上游設計的結構沒有任何影響。橫向關聯(lián)是雙向性的,更改橫向關聯(lián)的任何一個零、部件的設計,都會引起其他零、部件的結構變化。

1.2 關聯(lián)設計的實現(xiàn)方法

實現(xiàn)關聯(lián)設計的關鍵是通過對設計對象的分析.得出設計對象之間的相互影響關系.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聯(lián)關系。

(1)參數(shù)驅動的關聯(lián)。參數(shù)驅動的關聯(lián)是指在零件拓撲結構不變的情況下。以一定方式引用反映產品設計意圖的工程參數(shù)作為產品零部件設計的尺寸參變量.且給出參數(shù)與裝配結構中不同零件上的對應結構關系。參數(shù)驅動關聯(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。這種關聯(lián)的建立要有一定的方向性,在一組相互關聯(lián)的參數(shù)中,把最要的參數(shù)設置為一級參數(shù),次要的參數(shù)設置為二級參數(shù),再次之的設置為三級參數(shù),以此類推。當設計方案發(fā)生變化時,只要對一級參數(shù)進行適當?shù)男薷?就可以驅動其他參數(shù)自動發(fā)生變化。

(2)骨架模型的關聯(lián)。骨架模型用來描述產品模型的空間需求,重要的安裝位置或運動.是產品裝配的三維空間規(guī)劃同,是決定設計對象結構的具有聯(lián)系的接口(下游設計參考上游設計的幾何元素)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。骨架模型直接驅動下游的零部件設計,是關聯(lián)設計的神經中樞閻,其劃分的合理性,對關聯(lián)設計的實現(xiàn)至關重要。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,避免造成在關聯(lián)設計過程中引用和設計的混亂。

(3)裝配關聯(lián)。裝配關聯(lián)是指產品中同組件、零件之間,尤其是相互之間有依存關系的組件、零件,存在著固定的空間幾何關系,這種關聯(lián)關系不隨組件、零件尺寸大小的改變而發(fā)生變化。通常這種關聯(lián)關系通過相合約束(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 蝶閥產品關聯(lián)設計模型

蝶閥產品結構從總體上分為閥門主體結構與驅動裝置兩大部分.其中閥門主體結構可以劃分為閥體、蝶板、閥桿、連接支架、上、下支承填料組件等設計組件,三偏心蝶閥結構,如圖1所示。

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圖1 三偏心蝶閥結構

基于蝶閥產品結構設計單元劃分圈,根據(jù)其裝配關聯(lián)關系,對產品結構進行合理的組織和劃分,是實現(xiàn)蝶閥關聯(lián)設計的基礎。蝶閥的主體結構可以劃分為閥體(子部件)、蝶閥(子部件)、上支承填料組件(設計單元)、下支承填料組件(設計單元)、連接支架(設計單元)、閥桿(設計單元)。其中閥體又可以向下劃分為筒身組件(設計單元)、上支承組件(設計單元)、下支承組件(設計單元)、筒身加強結構(設計單元)。蝶板又可以向下劃分為閥桿軸座(設計單元)、密封結構(設計單元)、蝶板加強結構(設計單元),如圖2所示。

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圖2 蝶閥主體結構設計單元劃分

3 關聯(lián)設計在蝶閥產品設計中的應用

以蝶閥閥體設計為例,在設計過程中通過關聯(lián)設計建立出模型之間上下游的相互關聯(lián)關系。以便達到設計中上下游設計輸入與輸出問的相互關聯(lián),說明關聯(lián)技術在蝶閥產品設計中的應用。

閥體是整個蝶閥產品的基礎構件,也是蝶閥設計中結構最為復雜的設計組件,其它結構組件通過關聯(lián)約束裝配于閥體之上。形成蝶閥的整個主體結構。閥體組件主要設計參數(shù)為公稱通徑(DN)、公稱壓力(PN)、結構長度(L),第一偏心(e1),這些主要設計參數(shù)分別對筒身組件、上支承組件、下支承組件、筒身加強結構的結構設計產生的重要影響。同時簡體的結構設計與上下支承組件之間存在橫向的關聯(lián)關系.簡體的結構設計對筒身的加強結構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)、結構長度(L)、第一偏心(e1)等。骨架模型設計完成后需要將元素發(fā)布出去,以供下游模型設計使用。

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圖3 蝶閥閥體骨架模型

在產品建模前,還需要根據(jù)閥門關聯(lián)設計結構層次劃分建立閥體裝配樹,并將零件保存到相應文檔中,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計模型中,建立上下游模型設計的關聯(lián)關系。

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圖4 蝶閥閥體三維模型

如果上游設計產品模型發(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計中.在符合模型參數(shù)化設計原則的前提下.實現(xiàn)設計的自動更新。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計模型就會提示更新(模型顏色變?yōu)榧t色),此時,下游設計按提示更新, 圖5端法蘭的自動更新提示即可得到新的產品模型。

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圖5 端法蘭的自動更新提示

4 結束語

關聯(lián)設計技術是CAD技術發(fā)展到一定階段的成果。通過關聯(lián)設計技術的應用,有效地實現(xiàn)了設計信息的共享,加快速了信息的傳遞速度,并且保證了設計數(shù)據(jù)的一致性,減少了模型設計中數(shù)據(jù)的冗余。本文通過蝶閥閥體的關聯(lián)設計,建立了蝶閥閥體模型,證實了關聯(lián)設計技術在蝶閥產品的可行性,有效地減少了設計人員的三維造型工作,提高了設計效率。

來源:e-works

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