軸零件自動裝配中的尺寸驅(qū)動方法研究

2013-05-19 by:廣州有限元分析、培訓(xùn)中心-1CAE.COM 來源:仿真在線

分析了記錄軸裝配信息的數(shù)學(xué)模型,給出軸系零件尺寸驅(qū)動時的若干規(guī)則,實現(xiàn)了軸系零件的尺寸驅(qū)動。在設(shè)計中隨時可對定位方式、零件參數(shù)等重要的裝配信息進(jìn)行修改,為多軸系統(tǒng)的尺:寸驅(qū)動提供了有益的經(jīng)驗。
張芬陳卓寧來源:e-works
關(guān)鍵字:裝配摸型尺寸驅(qū)動自動設(shè)計 CAD

軸是機械設(shè)計中使用比較廣泛的零件,實際生產(chǎn)中常常有很多外形相似但尺寸不同的軸需要重復(fù)設(shè)計,因此研究軸的尺寸驅(qū)動具有現(xiàn)實意義。尺寸驅(qū)動是指在保持零件結(jié)構(gòu)不變的情況下,將零件的尺寸標(biāo)注視為變量,給于不同的尺寸值,獲得一系列結(jié)構(gòu)相同而尺寸不同的相似零件的過程,它允許用戶在定義一個典型零件時,不必考慮零件中幾何元素的準(zhǔn)確位置,而只需保證其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)正確,同時進(jìn)行必要的尺寸參數(shù)標(biāo)注,通過尺寸參數(shù)值的變化來生成結(jié)構(gòu)相同而參數(shù)不同的零件族,它在零部件的重新生成與修改方面顯示出極大的方便性。軸的結(jié)構(gòu)相對比較簡單,實現(xiàn)尺寸驅(qū)動比較容易,所以研究軸的尺寸驅(qū)動對于實現(xiàn)復(fù)雜機械系統(tǒng)的尺寸驅(qū)動具有借鑒意義。本系統(tǒng)的目的是研究自動裝配過程中軸及軸上零件的尺寸驅(qū)動的方法。

1自動裝配的含義

(軸)自動裝配是指由用戶確定零件在軸段上位置,選擇定位方式、貼合方式,特征生成和裝配合理性檢查由計算機完成的裝配過程。所以系統(tǒng)并不代替用戶完成所有工作,只是提供必要的參考信息,比如零件裝配順序是否合理、定位方法是否合理等。軸自動裝配的核心是建立一個數(shù)學(xué)棋型,使得不同裝配體間的尺寸參數(shù)、裝配層次和裝配信息得到充分的描述,通過對裝配模型的分析,必須能得到尺寸馭動的所有信息。

1.1 裝配模型具備的特征

(1)能夠完整地描述信息,不僅描述裝配件本身,而且描述裝配件之間的裝配關(guān)系和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu);

(2)自動的參數(shù)推導(dǎo)機制。參數(shù)之間相互制約,一些參數(shù)由另外一些參數(shù)推導(dǎo)得到,模型應(yīng)該能識別用戶的規(guī)則,自動完成推導(dǎo)過程:

(3)獨立性。裝配模型獨立于具體的CAD系統(tǒng),并且支持現(xiàn)有的CAD系統(tǒng)。

1.2 裝配模型描述的內(nèi)容

(1)機械零件本身的幾何信息;

(2)機械零件之間的裝配層次關(guān)系,以及其拓?fù)潢P(guān)系;

(3)同層次的裝配關(guān)系中的裝配參數(shù)的約束和依存的關(guān)系。

2 裝配關(guān)系的層次和描述裝配關(guān)系的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

裝配關(guān)系必須細(xì)化到能詳細(xì)描述零件間拓?fù)涞牡夭健Ａ６炔荒芴?這樣計算起來太復(fù)雜,比如記錄每個零件的每個面;粒度也不能太大,這樣不能得到充分地描述信息。經(jīng)過對裝配關(guān)系的仔細(xì)分析,裝配關(guān)系能由圖1所示層次關(guān)系描述。

軸零件自動裝配中的尺寸驅(qū)動方法研究autocad design圖片1

圖1 裝配層次結(jié)構(gòu)

數(shù)據(jù)模型將抽象的關(guān)系描述轉(zhuǎn)化為最化的表格,實現(xiàn)的系統(tǒng)中提供圓柱齒輪、錐齒輪、皮帶輪、鏈輪四種零件,套筒、軸肩兩種軸向定位方式和鍵、銷兩種周向定位方式,所以根據(jù)零件和定位方式需要記錄的信息以及對裝配關(guān)系的分類,我們建立下面裝配關(guān)系模型對裝配關(guān)系進(jìn)行描述。零件的幾何信息和零件之間的配合信息建立參數(shù)表,參數(shù)之間的約束建立規(guī)則表。參數(shù)-零件表和參數(shù)-規(guī)則表分別用于零件和參數(shù),參數(shù)和規(guī)則之間的關(guān)聯(lián),各表間的聯(lián)系如圖2。

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圖2 軸裝配數(shù)據(jù)模型圖

3 軸段尺寸驅(qū)動的特點

假設(shè)裝配完成后的某軸如圖3所示,尺寸由系統(tǒng)根據(jù)裝配信息自動標(biāo)出。

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圖3 軸裝配示意圖

由于零件和軸都是采用孔軸配合,并且零件的左右端面總是垂直于軸的中心線,所以軸和軸上零件的尺寸驅(qū)動有以下特點:

(1)軸段和軸段上零件在水平方向尺寸標(biāo)注總是以軸的左端面為基準(zhǔn),在垂直方向上尺寸標(biāo)注總是以軸的中心線為基準(zhǔn),不需要再為每個零件設(shè)置單獨的基準(zhǔn)。

(2)零件的高度變化不會影響其他零件,只會影響約束條件中與該零件高度有關(guān)的參數(shù)。

(3)因為軸的尺寸只能根據(jù)零件尺寸確定,所以軸段的尺寸不用于驅(qū)動。

(4)軸段和零件之間的特征可以根據(jù)裝配關(guān)系自動生成,特征隨著零件的修改而移動、刪除或添加。

(5)尺寸驅(qū)動必須保證軸的可裝配性,在不能裝配時給出參考調(diào)整方案,當(dāng)調(diào)整方案不存在時給出出錯信息。

4 系統(tǒng)功能的實現(xiàn)

4.1 建庫

零件的形狀各不相同,比如齒輪就有圓柱齒輪,圓錐齒輪,扇型齒掄等,用戶經(jīng)常使用的零件數(shù)目有限,在自動裝配軟件中建立零件庫一方面方便用戶的操作,便于系統(tǒng)的擴(kuò)充,另一方面也把零件的尺寸標(biāo)注形式標(biāo)準(zhǔn)化。根據(jù)程序提供的裝配零件種類建立圓柱齒輪,錐齒輪、皮帶輪、鏈輪四個圖庫。

4.2 尺寸分析

尺寸分析是尺寸驅(qū)動的基礎(chǔ),尺寸分析得到零件的尺寸鏈檢查過約束和欠約束的情況,為尺寸驅(qū)動準(zhǔn)備數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。尺寸馭動是尺寸隨著尺寸鏈傳播的過程,尺寸的改變沿著尺寸鏈傳播開去,影響尺寸鏈上其他尺寸的改變,直到封閉地回到被驅(qū)動尺寸為止,尺寸鏈有且只能有一個回路,所以尺寸分析是尺寸驅(qū)動必不可少的條件,尺寸驅(qū)動前必須進(jìn)行尺寸分析。本軟件也提供尺寸分析的功能。

4.3 系統(tǒng)基本功能

軟件分為添加、刪除、檢查可裝配性、尺寸驅(qū)動、校核五個子系統(tǒng),系統(tǒng)主界面如圖4。

其中, 添加子系統(tǒng)和刪除子系統(tǒng)分別負(fù)責(zé)零件、軸段、定位方式的添加和刪除,通過添加和刪除子系統(tǒng),用戶完成軸系的裝配過程。檢查可裝配性子系統(tǒng)檢查零件是否能正確裝配,并用列表的形式給出不能裝配零件和修改建議。尺寸驅(qū)動子系統(tǒng)是本章的重頭,根據(jù)用戶給定的數(shù)據(jù)驅(qū)動裝配軸。校核子系統(tǒng)檢查裝配完成后軸的強度和剛度。

軸零件自動裝配中的尺寸驅(qū)動方法研究autocad design圖片4

圖4 系統(tǒng)主界面

4.4 系統(tǒng)操作流程

用戶根據(jù)零件尺寸確定軸段尺寸,直到所有零件安裝到軸上。此時的零件沒有定位,用戶選擇定位方式,定位所有零件完畢,這時初步設(shè)計完成,但通常初步設(shè)計是不合理的,很可能出現(xiàn)零件不能裝配,定位方式不合理,零件相互干涉等現(xiàn)象,用戶這時可選取(檢查可裝配性)選項,根據(jù)檢查結(jié)果修改設(shè)計,直到得到滿意結(jié)果。尺寸驅(qū)動之前必須進(jìn)行尺寸分析,注意尺寸驅(qū)動后也可能有不能裝配的情況,也需要檢查可裝配性。設(shè)計合理后校核軸的強度,軸強度合理后整個設(shè)計就結(jié)束了。

5 小結(jié)

這里詳細(xì)介紹了作者提出并開發(fā)成功的軸自動裝配CAD系統(tǒng)、該系統(tǒng)提出了易于擴(kuò)展的裝配關(guān)系信息模型,可以方便地完成零件的系列化設(shè)計和變形設(shè)計,使設(shè)計人員從繁瑣的繪圖中解脫出來,把精力投入到有創(chuàng)造性的設(shè)計中去。另外,研究軸的尺寸驅(qū)動對于實現(xiàn)復(fù)雜機械系統(tǒng)的尺寸驅(qū)動具有借鑒意義

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