裝配體中自頂向下關(guān)聯(lián)設(shè)計

2013-08-08 by:機械設(shè)計培訓組來源:仿真在線

一、Top-Down設(shè)計法概述

一般的機械設(shè)計采用的是自下而上的方法。首先,工程人員仔細研究掌握各部件的性能和局限,在這基礎(chǔ)上設(shè)計出由它們組成的大一點的部件,反復試驗后再往上走一層,如此逐步地完成整個設(shè)計任務(wù)。但如果產(chǎn)品系統(tǒng)復雜程度大大增加,產(chǎn)品具有專業(yè)面廣、設(shè)計更改頻繁及各專業(yè)間關(guān)系密切等特點時,在產(chǎn)品設(shè)計過程中,往往存在著外形與結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)等三維模型之間的相互影響、相互依賴。自下而上的設(shè)計方法在效率及控制設(shè)計錯誤時往往無法滿足需要。

自頂向下設(shè)計就是從產(chǎn)品的頂層開始,通過在裝配中建立零件來完成整個產(chǎn)品設(shè)計的方法。自頂向下的產(chǎn)品設(shè)計是從產(chǎn)品功能要求出發(fā),選用一系列的零件去實現(xiàn)產(chǎn)品的功能。其設(shè)計的主要過程是:先設(shè)計出初步方案及其裝配結(jié)構(gòu)草圖,建立約束驅(qū)動的產(chǎn)品模型;再通過設(shè)計計算,確定每個設(shè)計參數(shù),進行零件的詳細設(shè)計,通過幾何約束求解將零件裝配成產(chǎn)品;最后對設(shè)計方案進行分析,返回修改不滿意之處,直到得到滿足功能要求的產(chǎn)品。

圖1

二、在裝配體中新建零件

單擊“新零件”(裝配體工具欄),或依次單擊“插入”→“零部件”→“新零件”。

選取一個平面作為新零件的基準平面,即可開始在裝配體中為新零件建模?？墒褂谩熬庉嬃悴考泵罱Y(jié)束零件編輯狀態(tài),或新建的零件將以虛擬零部件的方式保存在裝配體文件內(nèi)部,如果需要將新零件保存成硬盤上的單獨文件,可在FeatureManager設(shè)計樹上右鍵點擊新零件,選擇保存至外部。

三、基于裝配體的關(guān)聯(lián)設(shè)計方式及裝配關(guān)系分析

1.用裝配約束建立關(guān)聯(lián)設(shè)計

在裝配環(huán)境中,新設(shè)計零件是直接用創(chuàng)建新零件命令生成的零件,之后再利用裝配約束操作,建立起需要的裝配關(guān)系來牽動零件的尺寸,達到符合設(shè)計需要的目標。這種方法適用于設(shè)計參數(shù)尚不太清楚,只是能夠確認幾何結(jié)構(gòu)和裝配關(guān)系的條件。例如齒輪箱殼體上的定位孔設(shè)計、大多數(shù)聯(lián)軸器的設(shè)計和間支架設(shè)計等(圖4)。需要注意的是:零件上準備按裝配關(guān)系確定尺寸的特征,就不能施加尺寸約束。

2.用布局投影建立設(shè)計關(guān)聯(lián)

在裝配環(huán)境特征草圖中,利用已有的布局草圖的輪廓,使用轉(zhuǎn)換實體引用命令,可在此基礎(chǔ)上創(chuàng)建本零件的草圖,進而創(chuàng)建其結(jié)構(gòu)特征。這種方法適用于設(shè)計構(gòu)思已經(jīng)比較清楚,并能夠確認裝配關(guān)系和輪廓關(guān)系的條件。

(1)直接的裝配條件。

這種裝配關(guān)系所依據(jù)的參數(shù),是在裝配尚未進行之前,就已經(jīng)被確定了的;而這種確定常常是基于比裝配更原始的設(shè)計構(gòu)思(例如,根據(jù)剛度要求而確定的一根軸的直徑)。其設(shè)計參數(shù)常常是在上一級設(shè)計中產(chǎn)生和確認的,作為這一級設(shè)計的原始參數(shù),而且一般不能由進行這一級設(shè)計的工程師改變。像這樣參數(shù)實例還有:車床尾座中心高、齒輪的齒形參數(shù)和組合機多軸箱的軸距等。其結(jié)果應(yīng)是極其穩(wěn)定,思路也是十分清晰。但是不方便表達尚未確定數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)設(shè)計,不太適合用于新產(chǎn)品創(chuàng)成設(shè)計。

這類裝配條件所形成的幾何特征應(yīng)該作為關(guān)聯(lián)設(shè)計中的約束條件,應(yīng)作為轉(zhuǎn)換實體應(yīng)用,使得設(shè)計意圖單向傳遞到關(guān)聯(lián)零件。而不應(yīng)建立如尺寸約束類的雙向關(guān)聯(lián)關(guān)系,避免在設(shè)計變更時重要設(shè)計參數(shù)發(fā)生意料外的改變。

(2)間接的裝配條件。這種裝配關(guān)系所依據(jù)的參數(shù),必須在裝配關(guān)系確定之后,才可能被確定下來,如軸上某段的長度。這種參數(shù)的求解過程常常是在裝配中,由多個零件根據(jù)裝配關(guān)系形成某種尺寸鏈,最后在“封閉環(huán)”位置上產(chǎn)生和確認。作為這一個裝配關(guān)系的衍生參數(shù),一般要由設(shè)計工程師確定。這樣參數(shù)實例還有:軸承安裝結(jié)構(gòu)、連桿中心距和殼體的最終形狀等。

這類方法能表達尚未確定數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)設(shè)計過程,適用于新產(chǎn)品創(chuàng)成設(shè)計。

四、布局草圖和結(jié)構(gòu)骨架

由于自頂向下設(shè)計是從產(chǎn)品的頂層開始,通過在裝配中建立零件來完成整個產(chǎn)品設(shè)計的方法。為此,我們在產(chǎn)品設(shè)計的最初階段,按照該產(chǎn)品的最基本功能和要求,在設(shè)計頂層構(gòu)筑布局草圖,用這個布局草圖來充當產(chǎn)品的頂層結(jié)構(gòu)骨架。例如各功能模塊在基座上的安裝位置、大型井架的結(jié)構(gòu)骨架草圖等。裝配體中的布局草圖可以不是平面圖,也可以是不只一張草圖。

在產(chǎn)品的空間結(jié)構(gòu)上,布局草圖能夠代表產(chǎn)品模型的主要空間位置和空間形狀,能夠反應(yīng)構(gòu)成產(chǎn)品的各個子模塊之間的拓撲關(guān)系,以及其主要運動功能;從其自身的不斷發(fā)展以及它與后續(xù)設(shè)計的繼承和相關(guān)關(guān)系上來看,它是整個產(chǎn)品自頂向下設(shè)計展開過程中的核心,是各個子裝配之間相互聯(lián)系的中間橋梁和紐帶。因此,在建立布局草圖時,更應(yīng)注重在最初的產(chǎn)品總體布局中捕獲和抽取各子裝配和零件間的相互關(guān)聯(lián)性和依賴性。

以布局草圖為核心的頂層結(jié)構(gòu)骨架的主要功能應(yīng)該包括以下幾點。

1)頂層結(jié)構(gòu)骨架可以被用來管理大型的裝配設(shè)計,設(shè)計者僅僅修改頂層裝配基本結(jié)構(gòu)骨架的幾何尺寸及幾何約束,來控制整個產(chǎn)品的設(shè)計及其更改。頂層結(jié)構(gòu)骨架應(yīng)包含重要的設(shè)計基準,如基座的位置、產(chǎn)品的外形、子裝配、零件及設(shè)計參數(shù)(包括最重要尺寸所需要的空間要求)?？梢栽陧攲訉Y(jié)構(gòu)骨架進行設(shè)計更改,而這些更改將被會傳遞到其下的所有子系統(tǒng)中。

2)頂層結(jié)構(gòu)骨架可以增強零件在裝配中的相互關(guān)聯(lián)和依賴性。這些存在于實際裝配之中的相互關(guān)聯(lián)和依賴關(guān)系可以很好地在最初的總體布局中被捕獲并抽取出來,構(gòu)成頂層結(jié)構(gòu)骨架,以體現(xiàn)出這種組織上的“關(guān)聯(lián)性”,即當我們修改了某個零件的參數(shù)之后,另外一個以這個零件為參照的零件參數(shù)也會相應(yīng)的變更。

3)有組織的裝配結(jié)構(gòu)骨架允許信息在不同層次間共享,如果在某一層發(fā)生改變,那么和它相關(guān)聯(lián)的裝配和零件都能夠獲得這種最新的改變。其好處是使得團隊合作成為可能,在這個團隊中有不同的子團體和個體,他們分別在進行不同的子裝配和零件設(shè)計時,由于這種數(shù)據(jù)的共享和指代的唯一性,使得一個復雜的裝配設(shè)計在早期就可以分解成不同的、簡單的子裝配和零件,進而分配給不同的子團體和個人,從而體現(xiàn)出自頂向下設(shè)計思想對并行工程的支持。

4)可以用頂層結(jié)構(gòu)骨架來控制變更。產(chǎn)品的變更結(jié)果是在零件中產(chǎn)生而在產(chǎn)品的頂層實施。具體方法是:在裝配的頂層通過對捕捉到的設(shè)計意圖進行更改,再通過參數(shù)設(shè)計的關(guān)聯(lián)性將這種變更傳遞給下一級子裝配或零件,以及相應(yīng)的工裝。

五、裝配體中的模型結(jié)構(gòu)與特征管理

在裝配體中由關(guān)聯(lián)設(shè)計建模而成的零件模型,產(chǎn)品的裝配模型可以分為4個層次來表示,分別為裝配體層、零件層、特征層和幾何層,不同層次之間通過約束進行信息的關(guān)聯(lián)。建模時一定要理清各層次之間的關(guān)系,做到心中有數(shù)。

六、設(shè)計變更與修改

進行設(shè)計變更時,一定要注意裝配體與零件之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系,一般而言,在哪一級模型中添加的特征就在哪一級模型中修改。

1)如果修改某一尺寸或某一幾何特征,或是其他類型的設(shè)計要素,若該設(shè)計要素是在零件中建立,那么此修改可在零件模型中完成。

2)如果設(shè)計要素是在裝配體模型中基于自頂向下過程建立的,與其他的零件模型或子裝配體具有關(guān)聯(lián)關(guān)系,修改時應(yīng)當在裝配體模型中,以最大限度地避免關(guān)聯(lián)性錯誤的產(chǎn)生。

七、零部件間關(guān)聯(lián)性管理

在裝配體中,可以在零部件中生成一個參考其他零部件幾何特征的關(guān)聯(lián)特征,由此關(guān)聯(lián)特征對其他零部件進行外部參考。如果改變了參考零部件的幾何特征,則相關(guān)的關(guān)聯(lián)特征也會相應(yīng)改變?？稍贔eatureManager設(shè)計樹中右鍵單擊特征、零部件、實體或零件,然后選擇“列舉外部參考引用”。

1)如在零部件上鎖定外部參考引用時,現(xiàn)有的參考引用不再更新,并且不能向該零部件添加任何新的參考引用。

2)一旦解除鎖定外部參考引用,即可添加新的參考引用或編輯現(xiàn)有參考引用。

3)如果斷開外部參考引用時,現(xiàn)有的外部參考引用不再更新且無法恢復,但是可添加新參考引用到零部件中。

外部參考引用規(guī)則如下。

1)零部件不能對自身進行外部參考(循環(huán)參考)。

2)不能參考零件的一個實例,在同一零件的另一實例中生成特征,即使這兩個實例位于不同的配置中。

3)對于由第一個零件派生而生成的零件,不能用來替換第一個零件。

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