裝配體中自頂向下關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)

2013-08-08 by:機(jī)械設(shè)計(jì)培訓(xùn)組來(lái)源:仿真在線

一、Top-Down設(shè)計(jì)法概述

一般的機(jī)械設(shè)計(jì)采用的是自下而上的方法。首先,工程人員仔細(xì)研究掌握各部件的性能和局限,在這基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)出由它們組成的大一點(diǎn)的部件,反復(fù)試驗(yàn)后再往上走一層,如此逐步地完成整個(gè)設(shè)計(jì)任務(wù)。但如果產(chǎn)品系統(tǒng)復(fù)雜程度大大增加,產(chǎn)品具有專業(yè)面廣、設(shè)計(jì)更改頻繁及各專業(yè)間關(guān)系密切等特點(diǎn)時(shí),在產(chǎn)品設(shè)計(jì)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(jì)方法在效率及控制設(shè)計(jì)錯(cuò)誤時(shí)往往無(wú)法滿足需要。

自頂向下設(shè)計(jì)就是從產(chǎn)品的頂層開始,通過在裝配中建立零件來(lái)完成整個(gè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的方法。自頂向下的產(chǎn)品設(shè)計(jì)是從產(chǎn)品功能要求出發(fā),選用一系列的零件去實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的功能。其設(shè)計(jì)的主要過程是:先設(shè)計(jì)出初步方案及其裝配結(jié)構(gòu)草圖,建立約束驅(qū)動(dòng)的產(chǎn)品模型;再通過設(shè)計(jì)計(jì)算,確定每個(gè)設(shè)計(jì)參數(shù),進(jìn)行零件的詳細(xì)設(shè)計(jì),通過幾何約束求解將零件裝配成產(chǎn)品;最后對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)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(gè)平面作為新零件的基準(zhǔn)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(dú)文件,可在FeatureManager設(shè)計(jì)樹上右鍵點(diǎn)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(jì)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(jì)

在裝配環(huán)境中,新設(shè)計(jì)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(lái)牽動(dòng)零件的尺寸,達(dá)到符合設(shè)計(jì)需要的目標(biāo)。這種方法適用于設(shè)計(jì)參數(shù)尚不太清楚,只是能夠確認(rèn)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(jì)、大多數(shù)聯(lián)軸器的設(shè)計(jì)和間支架設(shè)計(jì)等(圖4)。需要注意的是:零件上準(zhǔn)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(jì)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(shí)體引用命令,可在此基礎(chǔ)上創(chuàng)建本零件的草圖,進(jìn)而創(chuàng)建其結(jié)構(gòu)特征。這種方法適用于設(shè)計(jì)構(gòu)思已經(jīng)比較清楚,并能夠確認(rèn)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(jìn)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(jì)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(jì)參數(shù)常常是在上一級(jí)設(shè)計(jì)中產(chǎn)生和確認(rèn)的,作為這一級(jí)設(shè)計(jì)的原始參數(shù),而且一般不能由進(jìn)行這一級(jí)設(shè)計(jì)的工程師改變。像這樣參數(shù)實(shí)例還有:車床尾座中心高、齒輪的齒形參數(shù)和組合機(jī)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(dá)尚未確定數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),不太適合用于新產(chǎn)品創(chuàng)成設(shè)計(jì)。

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(jì)中的約束條件,應(yīng)作為轉(zhuǎn)換實(shí)體應(yīng)用,使得設(shè)計(jì)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(jì)變更時(shí)重要設(shè)計(jì)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(lái),如軸上某段的長(zhǎng)度。這種參數(shù)的求解過程常常是在裝配中,由多個(gè)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(rèn)。作為這一個(gè)裝配關(guān)系的衍生參數(shù),一般要由設(shè)計(jì)工程師確定。這樣參數(shù)實(shí)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(dá)尚未確定數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程,適用于新產(chǎn)品創(chuàng)成設(shè)計(jì)。

四、布局草圖和結(jié)構(gòu)骨架

由于自頂向下設(shè)計(jì)是從產(chǎn)品的頂層開始,通過在裝配中建立零件來(lái)完成整個(gè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的方法。為此,我們?cè)诋a(chǎn)品設(shè)計(jì)的最初階段,按照該產(chǎn)品的最基本功能和要求,在設(shè)計(jì)頂層構(gòu)筑布局草圖,用這個(gè)布局草圖來(lái)充當(dāng)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(gè)子模塊之間的拓?fù)潢P(guān)系,以及其主要運(yùn)動(dòng)功能;從其自身的不斷發(fā)展以及它與后續(xù)設(shè)計(jì)的繼承和相關(guān)關(guān)系上來(lái)看,它是整個(gè)產(chǎn)品自頂向下設(shè)計(jì)展開過程中的核心,是各個(gè)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(shí),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(diǎn)。

1)頂層結(jié)構(gòu)骨架可以被用來(lái)管理大型的裝配設(shè)計(jì),設(shè)計(jì)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(lái)控制整個(gè)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)及其更改。頂層結(jié)構(gòu)骨架應(yīng)包含重要的設(shè)計(jì)基準(zhǔn),如基座的位置、產(chǎn)品的外形、子裝配、零件及設(shè)計(jì)參數(shù)(包括最重要尺寸所需要的空間要求)?？梢栽陧攲訉?duì)結(jié)構(gòu)骨架進(jìn)行設(shè)計(jì)更改,而這些更改將被會(huì)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(qiáng)零件在裝配中的相互關(guān)聯(lián)和依賴性。這些存在于實(shí)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(lái),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(dāng)我們修改了某個(gè)零件的參數(shù)之后,另外一個(gè)以這個(gè)零件為參照的零件參數(shù)也會(huì)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(tuán)隊(duì)合作成為可能,在這個(gè)團(tuán)隊(duì)中有不同的子團(tuán)體和個(gè)體,他們分別在進(jìn)行不同的子裝配和零件設(shè)計(jì)時(shí),由于這種數(shù)據(jù)的共享和指代的唯一性,使得一個(gè)復(fù)雜的裝配設(shè)計(jì)在早期就可以分解成不同的、簡(jiǎn)單的子裝配和零件,進(jìn)而分配給不同的子團(tuán)體和個(gè)人,從而體現(xiàn)出自頂向下設(shè)計(jì)思想對(duì)并行工程的支持。

4)可以用頂層結(jié)構(gòu)骨架來(lái)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(shí)施。具體方法是:在裝配的頂層通過對(duì)捕捉到的設(shè)計(jì)意圖進(jìn)行更改,再通過參數(shù)設(shè)計(jì)的關(guān)聯(lián)性將這種變更傳遞給下一級(jí)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(jì)建模而成的零件模型,產(chǎn)品的裝配模型可以分為4個(gè)層次來(lái)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(jìn)行信息的關(guān)聯(lián)。建模時(shí)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(jì)變更與修改

進(jìn)行設(shè)計(jì)變更時(shí),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(jí)模型中添加的特征就在哪一級(jí)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(jì)要素,若該設(shè)計(jì)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(jì)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(shí)應(yīng)當(dāng)在裝配體模型中,以最大限度地避免關(guān)聯(lián)性錯(cuò)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(gè)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(duì)其他零部件進(jìn)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(huì)相應(yīng)改變?？稍贔eatureManager設(shè)計(jì)樹中右鍵單擊特征、零部件、實(shí)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(shí),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(shí),現(xiàn)有的外部參考引用不再更新且無(wú)法恢復(fù),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(duì)自身進(jìn)行外部參考(循環(huán)參考)。

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

3)對(duì)于由第一個(gè)零件派生而生成的零件,不能用來(lái)替換第一個(gè)零件。

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