CATIA平台

CATIA平台（精选7篇）

CATIA平台 第1篇

翻边是汽车覆盖件冲压工艺中非常重要的一种成形工艺，然而，在生产过程中，翻边工艺很容易引起破裂、起皱、回弹[1]等缺陷，这直接影响到产品制件的成形精度和美观性，以及装配、焊接的质量等。

AUTOFORM、DYNAFORM和PAMS-TAMP2G等CAE软件在汽车覆盖件翻边成形模拟（flanging simulation,FS）中发挥了重要作用，但是这些主流CAE软件在翻边模拟时只考虑了翻边块的成形速度与距离，不能真实地反映实际翻边运动关系。为了真实地模拟翻边成形，有必要将结构设计中模具结构行程图思想引入翻边成形模拟过程中。翻边成形过程受翻边方向、斜边行程、驱动角等因素的影响，运动关系非常复杂，翻边运动仿真的应用有助于正确把握装配关系，保证运动关系的合理性。随着数值模拟技术发展的不断深入，CAD与CAE的无缝集成已经成为一种发展趋势[2]，它可以有效地避免传统CAE分析过程中数据转换带来的精度损失。

本文以华中科技大学材料成形与模具技术国家重点实验室开发的板料成形模拟仿真系统MSFA为基础，在其上增加了翻边成形模拟（FS）模块，使其成为真正的全工序仿真系统，该系统突破了国内软件仅能实现单工序拉延成形的局限，实现了真正意义上的面向模具校核的虚拟试模[3]。FS系统将结构设计中模具结构行程图的思想引入翻边成形模拟中，可真实地反映翻边运动关系，并可以通过动画演示的方式进行翻边运动仿真，以正确把握装配关系，保证运动关系的合理性。同时FS系统从底层开发创建完全符合CATIA自身风格的自定义特征，将翻边CAE模型作为CAD特征集成于CATIA平台上，实现了同步更新，避免了因CAD模型的频繁变更而引起的CAE模型的反复建立问题，大大提高了设计人员的工作效率。

1 FS系统设计

CATIA-FS作为全工序模拟系统MSFA中一个重要的子系统，主要功能是完成翻边工序的定义，并集成基于动力显示算法、BT壳单元和BWC壳单元的FASTAMP求解器[4,5,6]，精确模拟翻边成形过程，通过独立的后处理程序快速预测翻边件的厚度分布、应变分布和破裂起皱位置等。

图1为系统流程图。首先，创建翻边工序并定义工具体。为了适应复杂的、多翻边区域零件的模拟，系统可支持同时定义十个翻边斜楔。然后，根据实际工艺条件，分别定义各斜楔的运动方向、驱动角、行程和摩擦因数等参数，并对其进行装配。在动画演示验证工艺设置合理后即可提交求解器计算，最后通过后处理模块显示结果。如果零件设计和工艺方案合格，则模拟流程结束，否则可修改CAD模型或工艺参数，CAE模型会自动同步更新，直接提交计算即可。

考虑到操作的人性化和简单化，该系统界面具有以下特点：(1)与CATIA一致的自上而下的向导式操作风格；(2)智能化的参数处理。当用户驱动角度定义有问题时，系统自动判断，并将工作角赋值给驱动角，避免因角度定义出错而模拟失败；(3)交互式指导性的操作界面，如当前工具体未涉及的参数都处于灰化状态，避免误操作。

2 关键技术

2.1 翻边斜楔垂直行程图

翻边一般是在拉深或修边工序后对成形不到位的局部区域进行修正的工艺。根据翻边模结构形式可将翻边分为直翻、侧翻、内翻等，如图2所示。

有些零件可能同时存在上述几种翻边，模具结构非常复杂，但在模拟过程中都可以转化为压力机驱动一定角度的斜楔机构完成翻边动作的形式。图3所示为翻边斜楔的运动原理，压力机向下驱动滑块运动，滑块与驱动角为α的斜楔配合，在沿工作角为β的斜面分力的驱动下，带动翻边模口使板料成形。

一道翻边工序可能存在多个斜楔，各斜楔的运动关系直接影响到实际运动的真实性及模拟的准确性。结合实际工艺及推导，翻边斜楔的垂直行程H与驱动角α、工作角β及斜边行程d存在以下关系：

式中，（x1,x2,x3）为冲压方向单位法向量；（y1,y2,y3）为斜楔运动方向单位法向量。

由式（1）可知，驱动角、斜楔的运动方向等参数变化直接影响斜楔的垂直行程，继而改变斜楔的运动顺序。为了在制定翻边工艺时直观正确地把握各斜楔的启动时刻，FS系统时刻更新各斜楔的垂直行程并利用CATIA提供的可视化显示技术绘制斜楔垂直行程图，同时利用CATIA的高亮机制，高亮显示被选中的CAE模型所对应的行程值，方便用户观察。图4为翼子板翻边成形模拟中CAE模型及垂直行程图。

2.2 翻边运动仿真

翻边成形过程受翻边方向、斜边行程、驱动角等因素影响，运动关系非常复杂，而且翻边求解计算时间也较长，一旦计算完成后发现工具运动关系不合理，需重新装配，再提交计算，这将造成极大不便。针对以上问题，FS系统通过动画演示的方式进行翻边运动仿真，使用户可以正确把握装配关系，即时检验翻边工艺设置的合理性。

FS系统使用创建临时图形代表（Rep）的方法进行工具模型的显示，通过每隔一定时间显示工具模型Rep的位置来呈现连续动画。由于无需创建特征片体来显示视图，所以系统响应速度非常快。

视图显示时每个Rep相当于动画中的每一帧。FS系统将工具体实时行程L转化为冲压方向的位移矢量，然后在很小的时间步长下将已经构建的Rep按位移矢量进行重新定位并显示，即实现动画效果。其中工具体的实时行程L与时间步、步长、垂直行程、斜边行程存在如下关系：

式中，n为已运动的步数；s为步长；t为工具体斜边行程。

FS系统可通过设置上下压料芯的力及每个工具体的行程来进行多方案的翻边成形动画演示。如果工序定义不合理或运动出现干涉，则在动画演示中就会以工具模型穿透或者压不到位的形式显示，用户可以直观地发现工艺设置的问题所在。图5为某汽车前翼子板op40翻边工序中翻边运动仿真动画。此过程分两个阶段：第一阶段，上压料芯与下压料芯压合下行至死点，如图5b所示；第二阶段，各斜楔依次进入并压至死点完成翻边动作，如图5c所示。

2.3 基于特征的同步更新

用户自定义特征是CATIA中的知识模板工具，在零件设计过程中通过使用该工具可以实现通用零件或通用特征在不同零件文档上下文中的灵活使用，提高设计信息传递的灵活性和安全性。CATIA中用户自定义特征的创建方法大致分为两类：(1)通过CATIA的插入知识模板命令创建；(2)通过CAA二次开发，构建新的拓扑结构的方法创建[7]。

翻边作为全工序模拟中的一道工序，如果其CAE分析模型改变，整个全工序也应同步更新，所以FS系统采用重构拓扑创建自定义特征的方法，将翻边工序作为全工序工程中的一个特征，利用CATIA-Build/Update机制进行工程的更新。

考虑到翻边CAE分析时，压料芯、斜楔工具体及上下压料芯的压力为常被修改的元素，所以将其作为翻边自定义特征的内置属性。当分析结果不满意而重新优化了CAD模型或修改了属性参数时，相应的工具体型面或参数也将发生变化，系统将利用CATIA自定义特征的更新机制检测到变化，自动更新相应的CAE模型，达到同步更新的目的。图6为翻边特征同步更新机制图。

3 CATIA-FS系统实例应用

图7所示为某公司汽车后围外板件工艺数模，该产品的材料是B180H1，板厚为0.8mm。力学性能参数分别是：弹性模量E=207GPa，屈服强度σs=241MPa，泊松比υ=0.28，厚向异性系数R00=1.67,R45=1.2,R90=1.43，硬化指数为0.185。

经冲压工艺分析，成形该零件需经过落料、拉延、修边、修边冲孔及多次翻边工序。利用MS FA全工序模拟系统对板料进行拉延、修边后，使用FS模块进行后续翻边成形模拟。图8所示为op40翻边工序CAE模型，该工序有两处翻边区域，其中斜楔1为直翻边，斜楔2为侧翻边。

经翻边模拟后，将模拟结果与实验结果进行对比，图9所示为op40翻边结果、局部区域的结果放大及实验结果的比较。通过比较发现，标记区域1、2处出现严重的起皱，与实验结果完全吻合，说明该系统计算精度较高，可作为模具工艺设计的校核工具。

4 结论

(1）基于CATIA自定义特征的翻边成形同步模拟系统（FS系统）将结构设计中的模具结构行程图思想引入翻边成形模拟中，综合考虑了翻边方向、驱动角与翻边行程等对实际工艺的影响，真实反映了翻边运动关系，为翻边工艺的制定提供了可靠依据。利用CAA独特的Rep显示技术制作了翻边运动仿真动画，这样可正确把握装配关系，即时检测是否存在干涉以验证工艺的合理性。

(2)FS系统将CAE模型作为CAD特征集成于CATIA平台上，解决了系统中产品型面及上下压料芯压力等特征的同步更新问题，缩短了产品设计初期CAE反复建模的时间，能够独立地模拟翻边成形过程并进行后处理显示而无需平台间数据的转换，实现了真正意义上CAD/CAE的无缝集成，是汽车覆盖件模具工艺设计强有力的校核工具。

参考文献

[1]高朋.板料翻边成形极限数值模拟及实验研究[D].济南:山东大学,2012.

[2]文伏灵,柳玉起,杜亭.基于CATIA自定义特征的汽车覆盖件产品设计同步仿真系统[J].塑形工程学报,2013,20(4):14-19.Wen Fuling,Liu Yuqi,Du Ting.Formability Synchronous Simulation System for Automobile Panel Design Based on CATIA User-Defined Features[J].Journal of Plasticity Engjneering,2013,20(4):14-19.

[3]杜亭.面向冲压的全工序与设计全流程的板料成形模拟系统[D].武汉:华中科技大学,2008.

[4]柳玉起,李志刚,杜亭,等.FASTAMP在汽车覆盖件及其工艺设计中的应用[J].机械工人:冷加工,2006(4):18-21.Liu Yuqi,Li Zhigang,Du Ting,et al.Application of FASTAMP for Automobile Panel and Process Design[J].Machinery Workers:Cold Process,2006(4):18-21.

[5]柳玉起,杜亭,章志兵.板料冲压成形快速分析软件FASTAMP[J].材料科学与工艺,2004(4):83-85.Liu Yuqi,Du Ting,Zhang Zhibing.Sheet Forming Fast Analysis System for Product and Model Design FASTAMP[J].Materials Science&Technology,2004(4):83-85.

[6]Liu Yuqi,Li Zhigang,Yan Yakun.Fast Accurate Prediction of Blank Shape in Sheet Metal Stamping Forming[J].Acta Mechanica Solida Sinica,2004,17:36-42.

CATIA平台 第2篇

风电齿轮箱是风力发电机组中重要的机械部件之一, 其主要功能是将叶轮在风力作用下产生的动力传递给发电机以使其得到相应的转速。随着风电市场的快速发展, 风电齿轮箱的市场需求日益增长, 提高风电齿轮箱产品的研发效率已成为风电领域关注的焦点。

基于CATIA平台的自顶向下参数化设计方法为风电齿轮箱产品的研发提供了捷径, 这种方法能够有效地将设计要求传递给子级, 由参数和约束驱动模型, 通过建立产品知识库及修改参数值, 实现模型的修改和联动, 从而提升产品设计效率。

1 自顶向下设计及参数化技术

自顶向下设计是在产品开发初期按照产品的功能要求先定义产品架构并考虑组件和零件、零件和零件之间的约束及定位关系, 在完成产品的方案设计和结构设计之后, 再进行单个零件的详细设计。在组织方式上, 自顶向下设计包括:确定设计意图;规划、创建产品结构;规划产品三维空间;通过产品结构层次共享设计信息;获取元件之间信息。

参数化技术是采用参数预定义的方法建立图形的几何约束集, 指定一组尺寸作为参数并将其与几何约束集进行关联, 将所有的关联式融入到应用程序中, 通过参数化尺寸驱动实现对设计结果的修改。按参数化应用层次的不同, 可以分为零件参数化设计和部件参数化设计, 二者都可实现多米诺修改, 从而最大程度上实现产品的快速化原型修改。

2 自顶向下参数化设计流程

2.1 分析产品特征

在运用CATIA进行产品设计时, 首先应充分解析产品的功能和原理, 在满足功能要求的前提下归纳产品相关特征, 最终形成产品原型。在此基础上, 细化零件的各种参数化特征, 如零件构造几何特征、尺寸关系和约束关系等, 并将其中某些关键尺寸参数定义为变量, 通过修改变量来修改模型, 从而体现设计的智能性。

2.2 定义产品结构

产品结构由各层次装配组成, 因此设计前必须分析零件和部件的层次关系, 确定应置于父层和子层的零件的特征或部位, 以及父层与子层之间的约束和关系。预先定义产品结构可帮助组织规划装配设计, 同时便于管理和将任务分配给项目组成员。

2.3 建立骨架文件

骨架文件作为产品装配的三维空间规划, 可以用来描述产品的空间需求及安装位置, 也可用来在子系统之间共享设计信息, 并可作为这些子系统之间的一种参考控制手段。在建立骨架文件时不必考虑零件的具体尺寸和细节, 侧重于从最初的产品总体布局中捕获和抽取各零件间的相互关联性和依赖性。

2.4 传递设计意图

顶层设计信息, 例如重要的安装尺寸和空间位置等, 可放在顶层装配的骨架文件中, 此信息可以被传递到所需要的相应子装配的骨架文件中。这种信息的传递意味着不同的项目组成员可以在各自的子装配中独立进行设计工作, 同时可以参考相同的顶层设计信息。当顶层设计信息发生变更时, 会同时影响到所有相关的子装配, 并把更改后的结果传递到子装配的骨架文件中, 进而再传递到各个零件, 从而实现设计工作的协同进行。

2.5 开展详细设计

在明确了设计意图并定义了包括骨架文件在内的产品基本框架之后, 下一步将围绕设计意图和基本框架开展零件和部件的详细设计。

3 自顶向下参数化设计实例解析

3.1 风电齿轮箱特征分析

根据设计要求, 初步确定风电齿轮箱的基本结构及外形装配尺寸, 基本结构如图1所示。

3.2 初步定义产品结构

按照风电齿轮箱的结构将其划分为如下几个部分:箱体、行星架、齿轮、润滑系统等。根据结构划分在CATIA中创建骨架文件, 在一级子装配下根据其具体结构, 创建次级子装配骨架文件。骨架文件结构如图2所示。

在定义设计意图时, 部分重要的子装配需要预先确定, 允许创建不含任何零件的子装配或不含任何几何体的零件, 已经存在的子装配或零件也可以添加到产品结构中, 但无须马上进行装配。

进行骨架文件定义时, 首先确定风电齿轮箱总装配体的坐标基准, 选取轴向方向为Z方向, 其中上风向一侧为Z轴负方向, 下风向一侧为Z轴正方向, 如图3所示。

在确定坐标基准后, 创建一系列的长度类型参数, 通过偏移平面来定义各组件的重要位置平面及装配定位平面, 这些平面通过编辑公式与之前创建的参数建立参数关联, 修改产品结构时, 只需通过修改参数值从而变更平面位置即可。

3.3 零部件详细设计

以风电齿轮箱行星架和行星轮轴为例, 详细介绍参数化设计应用。

首先进行约束定位, 如图4所示, 蓝色平面为齿轮的定位平面, 黄色平面为轴承的定位平面, 行星架的定位则通过骨架文件中的位置平面及中心轴来约束。

其次进行行星架参数创建, 如图5所示, 通过参数来定义行星轮轴孔直径及其分布圆直径, 行星轮轴轴向定位平面、草图、偏移平面以及参数创建关系式。发生设计变更时, 只需修改参数即可。

行星架参数创建完成后, 行星轮轴、齿轮及轴承以行星架的轮轴定位孔作为外部参考, 从而当行星架的轮轴孔定位参数发生变更时, 行星轮轴、齿轮及轴承的位置可随之同步修改。齿轮及轴承的轴向定位可以通过装配约束, 与骨架文件中位置平面约束一致即可, 通过修改位置平面参数实现齿轮及轴承的轴向位置修改。外部参考及定位约束如图6所示。

产品研发初期往往需要反复多次的设计变更, 采用自顶向下参数化设计方法, 在设计时保持了相关特征之间的关联, 可以实现子层特征与父层特征的联动, 便于设计修改, 从而缩短了研发周期。

4 结语

本文研究了自顶向下参数化设计方法, 总结了参数化设计流程, 并以风电齿轮箱产品为例, 详细介绍了自顶向下参数化设计过程。在自顶向下参数化设计中, 骨架文件的引入完成了整个产品设计过程中的信息传递、共享、继承和变更。这种创新性的设计理念实现了团队成员之间的协同设计, 将很大程度上提升产品的设计水平, 提高设计效率, 缩短设计周期。

参考文献

[1]单岩, 谢龙汉.CATIA V5机械设计应用实例[M].北京:清华大学出版社, 2004

[2]龙春风.CATIA V5高级应用[M].北京:清华大学出版社, 2006

[3]郝泳涛.采用三维参数化构件库技术实现模具自动化设计[J].模具技术, 2006 (5)

[4]杨海成, 廖文和.基于知识的三维CAD技术及应用[M].北京:科学出版社, 2005

基于CATIA的钣金零件展开 第3篇

钣金零件因具有结构简单、外廓尺寸大、加工成本低等特点, 广泛应用于航空及机械工业。但钣金零件的展开方式仍以近似解析计算为主, 零件成形后需要修复尺寸, 这种方式不仅浪费人力物力, 而且精度差, 易使工件报废, 不能与当前先进的加工方法及设备适应。

CATIA是由法国达索公司开发的三维制图软件, 提供强大的钣金模块, 可以实现钣金零件的设计、加工等。基于CATIA的钣金零件展开法是指通过把三维模型钣金零件展开, 将其转换成二维工程图, 实现钣金零件的平面展开。本文从展开原理上将其与其他两种展开方法进行对比, 寻求一种比较合理的钣金零件展开方法, 以适应当前先进的加工方法与设备。

1 钣金零件的传统展开法

1.1 钣金零件的传统展开法[1]

钣金零件弯曲过程中长度不变的中间层, 即为中性层。求解钣金零件展开尺寸的过程, 其实就是确定中性层长度的过程。

当弯曲变形程度不大 (r/t很大) 时, 可以认为中性层位于板料厚度中间, 其曲率半径为:ρ=r+ (t/2) 。 (1)

当弯曲变形程度很大 (r/t很小) 时, 中性层的曲率半径为:ρ=r+kt。 (2)

其中:r为弯曲件内角半径;k为中性层位移系数;t为弯曲材料厚度, mm。一般认为, k与厚度t及折弯半径r等有关, 其对应关系见表1。

一般钣金零件 (包括板及圆杆类) 的展开如图1所示, 整个毛坯的展开尺寸等于弯曲零件各直线单元长度与各弯曲单元中性层展开长度的总和:

公式中的中性层位移系数k不仅与厚度t及折弯半径r有关, 还与材料特性、加工设备及加工方式等有关, 所以这种展开方式只能应用于一般钣金零件的展开。

对于锥形、天圆地方体及其他不规则零件的展开, 需要使用到解析法展开, 不仅工作量大, 公式繁琐, 精度不高, 易出废件, 而且有的不规则零件可能无法按传统的方法展开。

1.2 钣金零件的Auto CAD展开法

对于规则折弯类零件, Auto CAD的展开方式与传统展开方式一样, 这里不赘述。对于某些不规则的零件, 利用Auto CAD展开方法是先将钣金零件的特征曲线绘出, 利用影射关系确定零件展开后的一系列具有代表性的特征点, 然后利用光滑曲线将各个特征点连接起来, 组成封闭的曲线轮廓即被认为是零件的展开图形。

图2为某斜口管类零件的展开图。零件按1∶1比例绘出, 将圆按12等分, 然后绘制长度2πr的线段, 亦将其12等分, 将零件的径向尺寸映射在线段等分点处的垂线上。将各个映射点连接与开端末尾处的垂线段成封闭的轮廓, 即为斜口管类零件的展开图。根据精度要求, 可以将其24、36等分以获得更高的精度。

由上例可以看出, 钣金零件的Auto CAD展开法是传统展开方法的升级, 使用Auto CAD绘图软件将钣金零件按映射的规律对其展开尺寸进行求解, 对于某些特殊钣金零件同样无能为力。

2 钣金零件的CATIA展开法

钣金零件的CATIA展开法与传统展开方法有本质的区别, CATIA展开方法是一种参数化、智能化的三维建模过程, 完全由程序模拟钣金实际成形加工过程运算。使用CATIA展开法需要完成钣金零件的三维建模。首先按要求设置钣金参数, 它主要包括展开方程、材料数据和表数据的编辑确定。然后建立钣金件的三维模型, 将模型转化为二维工程图。

2.1 钣金零件的参数设置

钣弯件的厚度及缺省弯曲半径在钣金参数设置对话框内直接修改即可。钣金件展开长度的计算如下:

如图3所示, CATIA软件将钣金零件展开后分成两部分:直线部分和弯曲部分。则尺寸L可以用下式求解:

其中A、B、R、α、W、T如图3中定义, α单位为弧度, W为弯曲允许宽度, 可以用下式进行计算:

其中, K为中性层位移系数, 在缺省状态下, 根据DIN标准将其处理成R与T的函数, 则有:

也可以不激活这个公式, 使用Knowledge advisor工作台对该公式进行修改, 还可以根据需要给K赋一个特定的值 (见图4) 。

2.2 基于CATIA的钣金零件的展开过程

CATIA的钣金件建模过程中需要对钣金件加工中的工艺裂缝、折弯圆角等工艺参数进行设置。在进行零件建模设计时, 如有不符合实际加工的结构或工艺性问题, CATIA软件将对其进行报错处理, 提示设计人员进行修改, 直到满足要求。设计完成后, 应用展开命令, 即可按设置的弯曲参数自动生成精确的金属平板模型, 利用工程图模块中的视图投影功能将平板模型转化成二维图, 保存为DXF、DWG等格式的文件, 以便输出至具备处理CAD文件能力的数控设备 (数控冲床、数控切边机等) , 进行零件精确下料。

3 实例

图5为天圆地方体零件。我们使用CATIA软件逐步完成其展开过程, 详细步骤如下:1) 创建实体 (命名为box.part) , 进入钣金模块;2) 设置钣金参数, 零件壁厚为1 mm, 最小折弯半径2 mm, 其余按缺省值;3) 进入创成式外形设计, 如图5 (a) 所示, 先绘制两个截面及4根引导线, 利用多截面曲面绘制天圆地方理论外形;4) 该外形为封闭轮廓无法成形, 使用将其切去0.1 mm (图5 (b) ) ;5) 点击按钮, 选中上一步生成的外形轮廓, 即可生成WEB金属板 (图5c) ;6) 单击“折叠/展开 (Fold/Unfold) ”展开;7) 创建drawing文档, 在绘制工程图界面点击, 然后进入三维建模模块, 选中处于展开状态属板平面, 即可生成展开状态的外形轮廓 (图5 (d) ) 。

注意:绘制“地方”草图时, 需在4个直角处加工适当大小的圆角, 以防止进行金属墙弯曲成形时报错 (因棱角处不连续) 。

图5 (d) 中虚线部分为按传统解析法展开视图, 下端的“地方”开口处轮廓被处理成直线, 上方圆口为多段弧线, 为方便解析, 这些元素都是按近似曲线展开的, 降低了下料难度, 零件成形后需要对零件进行修形以满足使用要求。而由CATIA展开的尺寸图则根据零件的外形按其实际加工过程成形, 然后再反推展开投影而成, 更加接近零件的真实外形尺寸, 可以按照其轮廓进行下料, 一次加工成形。

基于CATIA钣金模块的一般钣金零件的展开比较简单, 这里不再实例介绍。

4 结语

本文从原理部分介绍, 并进行了钣金零件的几种展开方式的对比。应用CATIA软件中的钣金模块进行钣金零件的展开, 与用传统展开方法相比, 效率及展开精度极高, 能降低钣金加工过程中因展开尺寸不合适原因而造成的返修率。基于CATIA钣金模块展开的图形数据可以与钣金数控设备直接进行数据交换, 能适应现代数控钣金设备加工特点, 为钣金零件设计及加工的方式提供一种新的思路。

参考文献

基于CATIA的链传动仿真 第4篇

1.1 CATIA DMU

DMU即电子样机的缩写,可以对产品进行真实化的计算机模拟,实现多种功能,提供多种模拟环境,诸如工程设计、加工制造、产品拆装维护等。作为支持产品和流程、信息传递、决策制定的公共平台,DMU应用可以从概念设计到维护服务贯穿产品的整个生命周期。DMU技术主要是指借助计算机,通过三维设计软件,在准确定义组成电子化样机每个部件的三维几何图形的基础上,进一步对材料、工艺、公差、相互间的装配关系、技术关联、人力资源、制造资源、成本等信息进行附加定义,实现产品设计、产品制造、维护保养各阶段所需的所有功能,使人们在产品和流程开发以及产品全生命周期的信息交流和决策中拥有公共平台,方便快捷地实现工程决策和过程决策的协同工作。与此同时,还能够对任何复杂的模型进行内部观察、漫游、检查和模拟。DUM的主要功能和特点:(1)完全集成CAX系统,设计过程可以实现上下关联的作业方式。(2)具有超强的可视化手段,不仅可以虚拟显示和实现多种浏览功能,还集成了DUM漫游和截面透视等先进手段。(3)具备安装、拆卸、机构运动、干涉检查、截面扫描等多种功能性检测手段。(4)可以实时交流产品结构的配置和信息。

由于电子样机技术加强了设计过程中最为关键的空间和尺寸控制之间的集成,在产品开发过程中不断对电子样机进行验证,可以快速发现设计错误并想办法解决,规避了传统设计中的多种弊端,大大减少了实物样机的制作与验证。

1.2 CATIA DMU Kinematics Simulator模块

CATIA DMU Kinematics Simulator电子样机运动机构模拟模块,通过调用大量已有的多个种类的运动副,或者通过自动转换机械装配约束条件而产生的运动副,对任何规模的电子样机进行运动机构定义。通过运动干涉检验和校核最小间隙来进行机构运动分析。

2 链传动的运动特点

链传动是通过链条,将具有特殊齿形的主动链轮的运动和动力传递到具体的特殊齿形的从动链轮的一种传动方式。在设计链传动的机构时,有时要对链传动进行动态模拟,链传动本身就是一个复杂的多自由度的机构,那么在整机运动的同时如何实现连环的运动?在CATIA电子样机运动机构模拟模块中,提供了丰富的运动约束形式。利用其中高低副、槽、凸轮等连接方式建立链传动简化运动模型,可以对链传动的简单运动进行动态模拟。

3 链传动仿真模拟方案

在链传动中,按链条机构的不同主要有滚子链传动和齿形链传动两种类型。各种链条的运动形式均为复杂的运动,包含多个高副自由度。为简化仿真模型,本例采用的是弯板滚子链传动,如图1,各节之间采用销轴连接,无内外链节之分。

4 链传动仿真模拟

4.1建立链条链节模型

建立Chain knot.CATPart文件,根据所选仿真方案,在CATIA/Parts Design模块中建立链节模型(如图2)。建立模型前,需考虑单节约束所需要的基准要素,本例中需使用链节前后轴线的中点作为约束点,在建模时需加入此元素。

利用CATIA/Parts Design模块中草图、拉伸、切割等命令,建立链节的内外链板、滚子、销钉模型。

利用模块中“建立单点”命令,分别建立链节前后销轴轴线的中点,作为运动仿真的约束控制点,以链节的中心对称面YZ平面作为参考平面。

4.2 绘制链条运动轨迹线

建立track.CATPART文件,在CATIA/Parts Design模块中使用“草图”命令建立链条的运动轨迹(如图3),轨迹线需建立在链条的参考平面YZ平面上。

根据已经建立的链节长度,确定轨迹线的大小圆直径及中心距,并由此计算出链条包含的链节数量。

4.3 建立链条装配模型

建立Chain.CATProduc文件,在CATIA/Assembly Design模块中导入轨迹线文件track.CATPart,给定为“固定”约束,固定轨迹线的空间位置。然后按以下过程进行装配:(1)第一节链条。导入链节文件chain_knot.CTATPart,设定约束为参考平面,前后销轴参考点与轨迹线重合。(2)中间链条。依次导入链节文件,设定约束与前节线轴重合,参考面共面,前后销轴参考点与轨迹线重合,从而完成链条的装配模型(如图4)。

4.4 设定链条运动副

在CATIA DMU Kinematics Simulator电子样机运动机构模拟模块中,要使一个机构实现运动仿真,必须是机构的自由度为零,即所有方向的自由度均被约束,这样才能通过设定其中一个自由度实现机构运动。

本例中,链节需沿预定的轨迹线运动,因此选用点-曲线运动副(Point Curve),配合平面运动副(Plannar)和旋转运动副(Revolute),使链条机构的自由度为零,并通过点-曲线运动副中的长度驱动实现链条仿真运动。

进入CATIA DMU Kinematics Simulator电子样机运动机构模拟模块,分别设定第一节链节前后参考点与轨迹线的运动副,使两参考点在轨迹线上运动。同时设定平面运动副,使链节的参考平面与轨迹线的参考平面之间实现平面运动。此链节需选中长度驱动,作为整个链条机构的驱动。

从第二节链条开始,运动副设为:前端销轴于前一节链节后端之间为旋转运动副,后端销轴参考点与轨迹线制件为点-曲线运动副。以此类推完成所有链节的运动副设定。

4.5 链条机构运动仿真

在完成上述运动副设定并使机构自由度为零时,系统会提示“机构可以模拟”。点击“模拟”命令进入“编辑模拟”对话框。其中可设定长度驱动步长为链节长度的1/10,即每个链节分为十帧画面。

模拟编辑完成后,即可对链条机构进行运动正确性、运动速度、加速度、模拟干涉及模拟距离区域分析。

选择“碰撞”命令,选择碰撞检测类型,应用后,可检查出选定机构中所存在的运动干涉。若机构运动中存在相互干涉,碰撞检验中会出现相应提示,可根据相应干涉部位对链接进行修改,直至消除干涉。

仿真结束后,可将仿真动画导出为MPG或AVI格式的演示动画,以进行机构的对外发布。

5 结语

通过建立链传动的运动仿真模型,可以对滚子链传动设计中的运动特性进行仿真分析,提前消除设计中的运动干涉问题。但在建立模型时,轨迹线、初始条件、运动副的设定会与实际工况存在偏差,因此,在建立仿真模型时,需全面考虑简化模型与实际工况的差别,提高仿真的准确度。

参考文献

基于CATIA的自适应舷梯设计 第5篇

由于潮汐的影响,停靠在固定码头的船舶会随着潮高潮低的变化而上下波动,潮低的时候,船舶甲板平面距离固定码头平面达数米。传统的平面式舷梯在这种大角度倾斜情况下给人员上下船的安全造成了很大的威胁,特别是阴雨天气,舷梯面湿滑更是危险。因此,为适应可持续发展的需要,改变传统运作方式,本文基于CATIA建模软件设计了一种能够随潮高潮低自适应调整的舷梯,它在很大程度上保障了人员上下船的安全。该自适应舷梯不同于以往的大型登船梯[1],它仅依靠机械传动就可以满足正常使用需要,达到了节能、小型化、自动化程度高和便于维护等要求。

2 自适应舷梯传动原理说明

如图1所示,本舷梯采用连杆传动原理,以横杆作为台阶,左连杆作为从动调节传动梁,右连杆作为整个舷梯的支撑大梁,并作为主动件。

在右连杆绕铰链B旋转时,右连杆与座板的夹角α也随之变化,左连杆作为从动件也绕铰链A旋转,横杆与座板一直保持平行状态。因此,只要座板保持水平状态,横杆始终也处于与座板的平行状态。

由以上可知,只要座板与甲板能够有效地贴合,甲板在潮高潮低过程中也基本保持水平,就能够使得台阶也呈水平状态。这样人走在上面就不会因角α(设计范围为10°～60°,α<10°时作为普通舷梯使用,具体见下面说明)的变化而受影响。

3 自适应舷梯设计说明

本设计中活动台阶宽度L=300mm,L′=CE=DF=320mm,舷梯长8m左右,由24个活动台阶、1个固定台阶组成,具体结构模型见图2。

3.1 舷梯适用角度α设计

由图1,在舷梯处于角α时:K=L′cosα

当舷梯处于极限角度时,人走在舷梯上,如果取梯踏步最小露出宽度为160mm,则在梯上走动时,就显得更为方便和安全[2],代入上式中有:

因此选定舷梯的正常适用极限值是60°。当60°<α90°时,人走在台阶上就如同爬梯子,此时舷梯就起不到安全保障的作用。实际中角α一般在60°以内,如果超过极限值,则可以通过调节座板距固定码头的距离使角α在适用范围内。

舷梯使用过程中,座板保持水平的情况下,α不能等于0°,因为α=0°时,连杆传动达到死点状态,传动失效,且在0°附近,左连杆和台阶均受到很大的力(根据力的分解原理),势必会对结构造成破坏,影响舷梯的使用寿命。因此为避免死点出现,保护舷梯,在α=10°时利用阻挡装置(两个角钢背对背贴合焊接在大梁上)将主、从动件固定在一起,当α<10°时,整个舷梯将作为普通舷梯使用,座板随其它结构件一起运动。

综上所述,舷梯设计的正常使用范围为10°α60°,α<10°时作为普通舷梯使用。

3.2 结构件设计

主动件采用20b工字钢为大梁结构,为保证使用过程中的牢固性,尽量减少焊缝,从动件设计厚度为20mm的整体切割成型板,其结构图见图4。活动台阶的设计采用角钢和空心轴(或厚壁管),为活动台阶的主要骨架,以便获得较大的横截面惯性矩。活动台阶与主、从动件的传动处采用铜套作为轴承,铜套和主、从动件采用过渡配合,与活动台阶传动轴采用间隙配合,铜套采用铅黄铜HPb59-1。扶手栏设计采用DN323的钢管弯曲、焊接而成。座板采用10mm厚的钢板切割、弯制而成。上面焊接主、从动件的底座,底座与主、从动件用销连接,配合处采用铜套作为轴承。

4 载荷计算

根据设计思路,对舷梯总长投入使用,在α=10°时分析大梁的受力,在α=10°时舷梯开始起动时分析传动梁及其根部轴套、活动台阶的受力,具有典型的意义,能够将舷梯的受力限制在安全范围内。

本文根据材料力学相关力学分析方法[3]对本舷梯的结构件进行受力分析得:作用在舷梯上单个活动台阶上的最大重量742kg,作用在舷梯上的总重(外加均布)8352kg。由于舷梯零件间的关联作用、舷梯使用角度的不同、人走在活动台阶上位置关系以及舷梯投入使用长度的影响,舷梯实际上可以承受更大的重量。

在实际应用中,作为人员上下船的通道,重量过吨的物件一般不会直接通过舷梯,因此,根据以上受力分析,舷梯能够满足正常的使用。

5 利用CATIA对舷梯进行相关分析

本文利用CATIA软件对舷梯进行了干涉检查和关键件(从动梁)有限元分析。

5.1 干涉检查

通过装配模型的干涉检查,避免零件间的干涉,确保模型设计的准确、合理,及早把设计错误消除在制造前,减少重复性工作,避免了损失,提高了设计质量。CATIA的DMU空间分析方法提供了装配件的干涉检查功能,它能够对装配件间的干涉进行快速的检查、分析和信息输出,在一定程度上缩短了产品开发时间和提高了产品设计质量,CATIA干涉检查的基本过程为:(1)建立装配模型,导入装配模块(Assembly Design),并将需要分析的零件(或组件)有效地显示;(2)进入干涉检查模块(Check Clash),对干涉检查进行定义:命名本次干涉检查、选择干涉检查类型(包括Contact+Clash、Clearance+Contact+Clash、Authorized Penetration和Clash Rule四个类型)、选择检查范围(包括Inside one selection、Selection against all、Between all components和Between two selections四个类型)、根据选择干涉检查类型和范围指定相关参数;(3)进行干涉检查,在干涉检查窗口输出检查信息。

然后根据干涉信息在预览窗口(或主窗口)中查看干涉部位和干涉信息,发现干涉部位后及时调整干涉部位的零件结构或距离,然后再次进行干涉检查,如此循环直到满足要求为止。

本文利用CATIA进行干涉分析结果如图3所示。

干涉检查中除了必须的贴合(包括焊接处)外,其它构件的设计均在预期的范围内。

5.2 CATIA有限元分析

有限元分析是一项非常实用的技术,因其高精度的分析能力而得到了广泛的应用[4]。本文利用CATIA自身的有限元分析模块GPS(Generative Structural Analysis)对本自动舷梯的关键件从动梁进行了有限元分析,GPS也叫创成式零件结构分析,分析拥有前处理、求解、后处理功能,适合于快速得到分析结果,达到改进设计、降低开发费用、缩短开发时间的效果[5]。CATIA有限元分析的基本过程为:(1)建立零件模型并导入分析模块;(2)前处理:指定材料,保持CATIA自动划分的网格参数或进行适当调整,定义约束,定义载荷;(3)求解计算,后处理(Post Processing,可视化的分析结果显示)。

然后,根据应力分布和结果数据确定结构件上的危险部位,判断零件设计是否能够满足工程应用的强度、刚度要求,发现问题后需要调整结构设计方案,然后再次进行分析,如此循环直到满足要求为止。

本文利用CATIA的GPS模块分析了舷梯从动梁在受允许最大受力(舷梯在倾斜α=10°时,作用在舷梯上的总重(外加均布)8352kg)下的米塞斯应力图形,如图4、图5所示。

设置网格精度为10mm,用正三角形划分,创建了201420个节点,110203个元素,质量报告中98.25%的网格质量是好的,满足网格划分要求。根据分析,从动梁最大应力集中处的应力值为3.30107N/m2(即33MPa),小于其材料的许用应力([σ]=σs/n=118MPa,Q235A的屈服应力σs为235MPa,安全系数取n=2),说明该从动梁在允许最大受力下能够满足结构强度。

6 结论

本文基于CATIA建立自适应舷梯的模型,进行了原理和载荷分析,并在CATIA干涉检查和有限元分析的基础上,建立了分析模型,对关键构件的应力集中处进行了应力分析。结果表明,自适应舷梯能够适应码头潮高潮低而自适应调节,能够很大程度上保证人员上下船的安全。

参考文献

[1]徐频.几种登船梯型式简介[J].港口技术与管理,1995(6):32-35.

[2]奚国兴.船用梯的设计[J].沪东技术情报,1993(4):30-35.

[3]机械工程手册编委会.机械工程手册(第二版[)M].北京:机械工业出版社,1996.

[4]顾志刚.基于HyperMesh的支架有限元分析[J].机械工程师,2011(12):102-103.

CATIA平台 第6篇

数字样机DMU(Digital Mockup)是一种新型产品设计和过程开发方法。数字样机指利用计算机建模仿真技术建立与物理样机相似的模型,并对该模型进行评估和测试,获取关于物理模型设计方案的特性,为产品的全寿命周期设计和评估提供支持,达到降低成本和提高效率的目的[1]。

由于装备设计中物理样机的制作、各种功能和技战术性能的测试往往需要花费大量时间和研制成本,而且研制过程中又需要反复修改和试制物理样机以满足设计要求,从而使设计周期大大延长,成本急剧上升。针对这种情况,应用CATIA软件以加油车为例,对以数字化建模及虚拟装配为基础的装备数字样机建立的一般方法和基本流程进行研究[2]。

1CATIA简介

CATIA 是由法国著名飞机制造公司 Dassau1t 开发并由 IBM 公司负责销售的 CAD/CAM/CAE/PDM 应用系统[3]。CATIA 起源于航空工业,其最大的标志客户即美国波音公司,波音公司通过 CATIA 建立起了一整套无纸飞机生产系统,取得了重大的成功。围绕数字化产品和电子商务集成概念进行系统结构设计的 CATIA,可为数字化企业建立一个针对产品整个开发过程的工作环境。在这个环境中,可以对产品开发过程的各个方面进行仿真,并能够实现工程人员和非工程人员之间的电子通信。产品整个开发过程包括概念设计、详细设计、工程分析、成品定义和制造,乃至成品在整个生命周期中的使用和维护。作为世界领先的 CAD/CAM 软件,它提供了完备的设计能力,具备三维几何图形设计、二维工程蓝图绘制、复杂空间曲面设计与验证、三维计算机辅助加工制造、加工轨迹模拟、机构设计及运动分析、标准零件管理等功能模块。从而能够将机械设计、工程分析及仿真和加工等功能有机地结合,为用户提供严密的无纸工作环境,达到缩短设计生产时间、提高加工质量及降低费用的效果。

CATIA功能强大,其运行需要一定的软、硬件环境支持,并进行相关设置:

(1)硬件设施。局域网基础上的高性能PC机或者工作站,主服务站要求有很高的性能;

(2)软件设施。具备CATIA产品的相应模块,可进行三维建模、虚拟装配、数字样机评估等功能;

(3)工作目录环境设置。设定服务区域及模型存放的位置;

(4)建立零件标准启动模板。使各用户的零件特征具有一致性;

(5)建立装配标准启动模板。实现在同一环境下的装配;

(6)配置统一的使用和绘图环境。对长度、密度等配备同一基准,设定可以输出生产用图的背景,包括图框、符号库等;

(7)标准件、常用件、厂标件的整理。自动调用已存在的零件库及标准件库。

2在CATIA中建立装备的数字样机

CATIA的强大功能已经显示出,在计算机上可以方便地构造装备及其零部件的三维模型、修改模型、实现模型信息的共享、配合检查和虚拟装配,从而建立其数字样机进行展示、测试和评估。其设计流程如图1所示。

该流程给出了从设计任务书的下达到装备的最终物理样机的试制整个过程,其核心是零部件与子系统建模、虚拟装配及装配后的数字样机的测试评估。最终输出试制的物理样机应当是制造完毕即可定型的成熟产品,其所有暇疵已在数字样机的反复测试评估中被发现并修改了。这样避免了物理样机的反复试制,缩短了设计周期,降低了成本。

2.1数字化模型建立与虚拟装配

现以加油车[4]为例,展示其在CATIA中数字样机建立的过程。

2.1.1 零部件三维数字化模型

装备及各个零部件的三维模型建立的过程其实就是零部件数字化定义的过程。装备各个零部件的数字化定义的价值在于:实现了装备或零部件的几何可视化,从而便于设计、制造和管理人员从外观方面理解装备或零件的构造,可以方便地在计算机上对装备或零件进行重量、平衡和应力的分析;利用包含各种数据参数的三维模型可以实现各种零部件的精确配合,减少设计的错误、更改和返工现象。完整的零件数字模型应该包括:管理参数、形状几何参数、技术参数、精度参数和材料参数[5],如图2所示。

零件各种参数反映在CATIA中的模型上就是各种特征,特征建模是一种高层次上的几何抽象和语义描述;它具有明显的工程化含义,不仅面向几何建模,而且面向加工。特征着眼于完整的表达装备的技术和生成管理信息,目的是运用计算机可以理解和处理的统一数字模型代替传统的设计和施工成套图纸以及技术文档,使得设计、生产和管理各个环节可以平行展开、信息流畅通。

在加油车研制过程中,首先建立该车所需各种零部件三维模型,如过滤分离器、泵、阀等。

图3为CATIA中利用特征建模技术建立的过滤分离器三维数字模型,其中包括了过滤分离器的重量、体积、流量、最大最小压差等参数。

2.1.2 虚拟装配

虚拟装配就是根据树型结构中各个“构件”的配合与联系关系,定义总成及零件之间装配约束关系。

在创建好虚拟装配系统的零件模型后,利用CATIA中的Assembly Design子模块可以把各个零件模型组装起来,生成各种小型的部件模型或大型的各总成的装配模型。在虚拟装配建立数字样机之前,要先规划建立好装备总装配的树型结构。树型结构的根节点为我们要建立的装备文件,各大总成作为树型结构的一级子节点,对于复杂的总成如包含有过滤分离器、泵、流量计等零部件的泵油系统还有二级甚至三级子节点。在最后完成的装备的数字样机中各个组成零件和子部件之间构成装配关系树中“构件”,它既可以是单个的零件,也可以是很多装配成一个部件的一组零件,也可称之为子系统,如图4所示。由一组零件装配成的加油车泵油系统,它是图5加油车数字样机的一个子系统。

装配的过程也可以说是装备的可视化的过程,可视化是装备数字样机进行设计或试验过程中最主要的特点之一。通过在虚拟装配试验过程中对可视化的装备三维造型进行交互、设计分析,管理人员可以获取对未来装备的直观和感性的认识。

2.2数字样机的测试评估

数字样机可以代替物理样机进行各种测试评估。一方面,在CATIA中整机的装配过程能够检查干涉情况、碰撞情况,借助人机工效技术,利用其自带的虚拟人模型库,可以进行人工装配操作的可达性分析、舒适度分析等,如图6所示,是虚拟人对加油车进行的阀门可操作性评估。另一方面,还可以结合多媒体技术,在装备的装配过程演练中,适时地配上声音、文字、生成avi格式的电影文件。这样装备还没有投入实际生产之前,就可以进行各种展示、评估测试和人员培训等。这对像加油车这样的复杂装备快速投产、避免物理样机的反复试制有着极其重要的现实意义。有利于提高效率,降低开发成本。

3结论

通过对CATIA中数字样机建立的一般方法和基本流程的研究,建立了加油车的数字样机实例模型,把基于CATIA的数字样机技术应用于装备的研制,可取代物理样机进行相关设计评估,使高质量、高效和低成本的装备设计和制造成为可能。

摘要：传统装备设计依赖物理样机解决设计中的问题,需要经过多次试制物理样机,以致开发费用昂贵、开发周期长。基于CATIA创建的数字样机可以代替物理样机解决和交流设计过程中的问题,使高质、高效、低成本的装备设计和制造成为可能。以加油车的研制为例,对装备数字样机建立的一般方法和基本流程进行研究,应用CATIA建立了加油车数字样机模型,进行了相关检测,验证了取代物理样机的可行性。

关键词：装备,CATIA,数字样机,CAD/CAM

参考文献

[1]严隽琪,范秀敏,马登哲.虚拟制造的理论、技术基础与实践[M].上海:上海交通大学出版社,2003:6-21.

[2]叶有义.越野群车加油车虚拟设计研究[D].重庆:后勤工程学院,2005.

[3]宁贵欣.CATIA V5工业造型设计[M].北京:清华大学出版社,2004:55-120.

[4]刘振志.军用油料装备[M].北京:解放军出版社,2002.

基于CATIA的参数化设计及优化 第7篇

CATIA是法国Dassault System公司旗下 的CAD/CAE/CAM一体化软件,CATIA如今在CAD/ CAE/CAM以及PDM领域内的领导地位,已得到世界范围内的承认。齿轮是经常使用到的零件,每次设计齿轮的时候都需要从头开始绘制渐开线,然后作对称、修剪、阵列等操作,比较繁琐,CATIA提供了很好的可扩展性供用户根据自己的实际情况进行二次开发,且CATIA提供了多种二次开发的接口,其中包括自动化对象编程(V5Automation)和开放的基于构件的应用编程接口(CAA)。本文采用Visual Basic进行自动化对象编程,实现基于渐开线原理的直齿轮的自动化设计,以达到设计优化的目的。

1参数化设计的一般类型

参数化设计是指设计对象模型的尺寸用变量及其关系表示,而不需要输入确定的数值,用一组参数约束该几何图形的结构尺寸和零部件的特征。在产品的整个设计周期中,设计者按照自己的设计理念和产品的需求绘制出草图,系统自动建立对象中各元素的相互关系,这样设计者在后期只要更改相应的尺寸参数即可,系统可以自动更改图形的尺寸来达到设计者的想法。一般来说CATIA中参数化设计类型有以下3种。

1.1用参数实现尺寸驱动

CATIA是尺寸驱动的三维设计软件,在草图设计时,先绘制草图,得到图形的大概形状,再修改草图的尺寸,添加诸如 长度以及 相切、平行等约 束,由于CATIA具有尺寸驱动功能,所以草图在修改尺寸后, 图形的大小和位置会相应地变化,这样符合设计者的思维方式和设计过程。比如在草图编辑器中,绘制一个简单的图形,在垂直方向和水平方向都确定的情况下,可以实现对图形的约束。如图1所示,绘制了一个圆并进行了尺寸的修改。

1.2知识工程

知识工程是以模型数据为基础,使用公式将几何数据参数化,并可以窗体方式控制多个参数,或者检查参数是否符合所设置的检查规则,并对结果产生反应。 知识工程包括公式、URL和注释、检查分析、关联,其中关联又包括设计表和规则,在后面的直齿轮参数化设计实例中,使用到了公式和规则中的法则曲线。使用知识专家中的知识顾问(Knowledge Advisor)模块中的函数和关系可以实现参数化设计,在函数f(x) 中,可以设定各个参数间的关系,在给定一定的参数数值后,其余相关的参数就可以自动修改。比如在进行直齿轮的设计时,齿根圆直径df可以使用公式(z2ha-2×ca)×m来进行约束。

1.3利用编程语言进行二次开发

CATIA提供了良好的接口供开发者对软件进行二次开发,其中包括 自动化对 象编程 (V5 Automation)和开放的基于构件的应用编程接口(CAA)。

2直齿轮参数化设计及设计优化实例

CATIA提供了宏录制这样一种方便的方式进行二次开发,在进行零件设计的开始打开宏录制,再进行零件的设计,设计完成 后结束宏 录制。 宏录制是 以VBScript的形式存储的,也就是VB脚本存储,这样可以方便我们学习利用VB开发应用程序中各种函数的使用。下面以直齿轮参数化设计为例介绍二次开发的基本方法。

2.1渐开线的形成及其相关的计算公式

当一直线BK沿一圆周作纯滚动时,直线上任意点K的轨迹AK就是该圆的渐开线,如图2所示。该圆称为渐开线的基圆,它的半径用rb表示,θk称为展角。在图2中有,, 则θk=tanαk-αk。令αk=u,得到渐开线上点的方程, 可表示为:

其中:u取值为0°~50°。

直齿轮参数化设计中涉及到的符号及公式见表1。表1中各个数据为绘制渐开线直齿轮轮廓需要使用到的参数,齿数z、模数m、压力角α和齿轮的厚度s是需要输入的参数,基圆直径db和分度圆直径d是绘制渐开线的时候关系x和关系y计算过程需要使用的,绘制完样条线后,需要使用到齿根圆和齿顶圆截取样条线,从而形成一半齿廓,顶隙系数ca和齿顶高系数ha是计算齿根圆和齿顶圆直径时需要使用的,齿根圆角半径系数ra是作齿根圆和外插样条线之间的圆角时候需要使用的,即mra。

2.2建立VB和CATIA的关系

在打开Visual Basic程序后,需要在工程选项下引用中将有关CATIA的接口全部勾选上(如图3所示),这样就能在Visual Basic程序中调用CATIA中的函数进行设计。

2.3在CATIA中进行直齿轮参数化设计的步骤

在CATIA中进行直齿轮的参数化设计包括使用知识顾问中的函数进行公式的编辑、渐开线上点的生成、样条曲线连接和外插延伸,绘制齿根圆,在外插延伸和齿根圆之间作圆角并修剪,进行圆角对称来形成一个完整的齿形,再进行圆形阵列,以圆形阵列作凸台拉伸形成完整的齿轮。当这个完整的宏录制完成后, 就可以学习齿轮绘制过程中函数的调用以及怎样连接CATIA,从而进行VB程序的开发。

2.4开发过程中的关键代码

(1)连接CATIA库的关键代码如下:

(2)公式编辑的关键代码(以关系x设置为例):

(3)以单个齿廓作参考作圆形阵列并接合的代码如下:

2.5程序界面以及CATIA中形成的直齿轮零件

最终得到的VB程序界面以及CATIA中形成的直齿轮零件分别如图4和图5所示。

3结束语

本文介绍了利用CATIA设计过程中实现参数化的3种常见类型,以直齿轮的设计为例,重点介绍了使用Visual Basic对CATIA软件进行二次开发的方法, 明显地缩短了齿轮设计周期,为后续的继续设计做好了准备。当然,后续可以继续做更多零件的设计,可以编制成一个零件库供机械设计时调用。

摘要：介绍了利用CATIA软件进行参数化设计的一般过程。创建了一个直齿轮的实例,并运用VB语言开发了一个可以自动设计齿轮的程序,只需要输入相应的齿轮参数即可,从而利用对软件的二次开发达到了设计优化的目的,明显缩短了开发齿轮的时间,为后续设计过程做好准备。