軸零件自動裝配中的尺寸驅動方法研究

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

分析了記錄軸裝配信息的數學模型,給出軸系零件尺寸驅動時的若干規則,實現了軸系零件的尺寸驅動。在設計中隨時可對定位方式、零件參數等重要的裝配信息進行修改,為多軸系統的尺:寸驅動提供了有益的經驗。
張芬陳卓寧來源:e-works
關鍵字:裝配摸型尺寸驅動自動設計 CAD

軸是機械設計中使用比較廣泛的零件,實際生產中常常有很多外形相似但尺寸不同的軸需要重復設計,因此研究軸的尺寸驅動具有現實意義。尺寸驅動是指在保持零件結構不變的情況下,將零件的尺寸標注視為變量,給于不同的尺寸值,獲得一系列結構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確位置,而只需保證其拓撲結構正確,同時進行必要的尺寸參數標注,通過尺寸參數值的變化來生成結構相同而參數不同的零件族,它在零部件的重新生成與修改方面顯示出極大的方便性。軸的結構相對比較簡單,實現尺寸驅動比較容易,所以研究軸的尺寸驅動對于實現復雜機械系統的尺寸驅動具有借鑒意義。本系統的目的是研究自動裝配過程中軸及軸上零件的尺寸驅動的方法。

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學棋型,使得不同裝配體間的尺寸參數、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系和拓撲結構;

(2)自動的參數推導機制。參數之間相互制約,一些參數由另外一些參數推導得到,模型應該能識別用戶的規則,自動完成推導過程:

(3)獨立性。裝配模型獨立于具體的CAD系統,并且支持現有的CAD系統。

1.2 裝配模型描述的內容

(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系,以及其拓撲關系;

(3)同層次的裝配關系中的裝配參數的約束和依存的關系。

2 裝配關系的層次和描述裝配關系的數據結構

裝配關系必須細化到能詳細描述零件間拓撲的地步。粒度不能太小,這樣計算起來太復雜,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。經過對裝配關系的仔細分析,裝配關系能由圖1所示層次關系描述。

軸零件自動裝配中的尺寸驅動方法研究autocad design圖片1

圖1 裝配層次結構

數據模型將抽象的關系描述轉化為最化的表格,實現的系統中提供圓柱齒輪、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,所以根據零件和定位方式需要記錄的信息以及對裝配關系的分類,我們建立下面裝配關系模型對裝配關系進行描述。零件的幾何信息和零件之間的配合信息建立參數表,參數之間的約束建立規則表。參數-零件表和參數-規則表分別用于零件和參數,參數和規則之間的關聯,各表間的聯系如圖2。

軸零件自動裝配中的尺寸驅動方法研究autocad design圖片2

圖2 軸裝配數據模型圖

3 軸段尺寸驅動的特點

假設裝配完成后的某軸如圖3所示,尺寸由系統根據裝配信息自動標出。

軸零件自動裝配中的尺寸驅動方法研究autocad design圖片3

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動有以下特點:

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

(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的參數。

(3)因為軸的尺寸只能根據零件尺寸確定,所以軸段的尺寸不用于驅動。

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

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

4 系統功能的實現

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,用戶經常使用的零件數目有限,在自動裝配軟件中建立零件庫一方面方便用戶的操作,便于系統的擴充,另一方面也把零件的尺寸標注形式標準化。根據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

尺寸分析是尺寸驅動的基礎,尺寸分析得到零件的尺寸鏈檢查過約束和欠約束的情況,為尺寸驅動準備數據結構。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動必不可少的條件,尺寸驅動前必須進行尺寸分析。本軟件也提供尺寸分析的功能。

4.3 系統基本功能

軟件分為添加、刪除、檢查可裝配性、尺寸驅動、校核五個子系統,系統主界面如圖4。

其中, 添加子系統和刪除子系統分別負責零件、軸段、定位方式的添加和刪除,通過添加和刪除子系統,用戶完成軸系的裝配過程。檢查可裝配性子系統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。尺寸驅動子系統是本章的重頭,根據用戶給定的數據驅動裝配軸。校核子系統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動方法研究autocad design圖片4

圖4 系統主界面

4.4 系統操作流程

用戶根據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,這時初步設計完成,但通常初步設計是不合理的,很可能出現零件不能裝配,定位方式不合理,零件相互干涉等現象,用戶這時可選取(檢查可裝配性)選項,根據檢查結果修改設計,直到得到滿意結果。尺寸驅動之前必須進行尺寸分析,注意尺寸驅動后也可能有不能裝配的情況,也需要檢查可裝配性。設計合理后校核軸的強度,軸強度合理后整個設計就結束了。

5 小結

這里詳細介紹了作者提出并開發成功的軸自動裝配CAD系統、該系統提出了易于擴展的裝配關系信息模型,可以方便地完成零件的系列化設計和變形設計,使設計人員從繁瑣的繪圖中解脫出來,把精力投入到有創造性的設計中去。另外,研究軸的尺寸驅動對于實現復雜機械系統的尺寸驅動具有借鑒意義

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