裝配體中自頂向下關聯設計

2013-08-08 by:機械設計培訓組來源:仿真在線

裝配體中自頂向下關聯設計

一、Top-Down設計法概述

一般的機械設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,在這基礎上設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計任務。但如果產品系統復雜程度大大增加,產品具有專業(yè)面廣、設計更改頻繁及各專業(yè)間關系密切等特點時,在產品設計過程中,往往存在著外形與結構、結構與系統等三維模型之間的相互影響、相互依賴。自下而上的設計方法在效率及控制設計錯誤時往往無法滿足需要。

自頂向下設計就是從產品的頂層開始,通過在裝配中建立零件來完成整個產品設計的方法。自頂向下的產品設計是從產品功能要求出發(fā),選用一系列的零件去實現產品的功能。其設計的主要過程是:先設計出初步方案及其裝配結構草圖,建立約束驅動的產品模型;再通過設計計算,確定每個設計參數,進行零件的詳細設計,通過幾何約束求解將零件裝配成產品;最后對設計方案進行分析,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。可使用“編輯零部件”命令結束零件編輯狀態(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部,如果需要將新零件保存成硬盤上的單獨文件,可在FeatureManager設計樹上右鍵點擊新零件,選擇保存至外部。

三、基于裝配體的關聯設計方式及裝配關系分析

1.用裝配約束建立關聯設計

在裝配環(huán)境中,新設計零件是直接用創(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系來牽動零件的尺寸,達到符合設計需要的目標。這種方法適用于設計參數尚不太清楚,只是能夠確認幾何結構和裝配關系的條件。例如齒輪箱殼體上的定位孔設計、大多數聯軸器的設計和間支架設計等(圖4)。需要注意的是:零件上準備按裝配關系確定尺寸的特征,就不能施加尺寸約束。

2.用布局投影建立設計關聯

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

(1)直接的裝配條件。

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

這類裝配條件所形成的幾何特征應該作為關聯設計中的約束條件,應作為轉換實體應用,使得設計意圖單向傳遞到關聯零件。而不應建立如尺寸約束類的雙向關聯關系,避免在設計變更時重要設計參數發(fā)生意料外的改變。

(2)間接的裝配條件。這種裝配關系所依據的參數,必須在裝配關系確定之后,才可能被確定下來,如軸上某段的長度。這種參數的求解過程常常是在裝配中,由多個零件根據裝配關系形成某種尺寸鏈,最后在“封閉環(huán)”位置上產生和確認。作為這一個裝配關系的衍生參數,一般要由設計工程師確定。這樣參數實例還有:軸承安裝結構、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據的結構設計過程,適用于新產品創(chuàng)成設計。

四、布局草圖和結構骨架

由于自頂向下設計是從產品的頂層開始,通過在裝配中建立零件來完成整個產品設計的方法。為此,我們在產品設計的最初階段,按照該產品的最基本功能和要求,在設計頂層構筑布局草圖,用這個布局草圖來充當產品的頂層結構骨架。例如各功能模塊在基座上的安裝位置、大型井架的結構骨架草圖等。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。

在產品的空間結構上,布局草圖能夠代表產品模型的主要空間位置和空間形狀,能夠反應構成產品的各個子模塊之間的拓撲關系,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)設計的繼承和相關關系上來看,它是整個產品自頂向下設計展開過程中的核心,是各個子裝配之間相互聯系的中間橋梁和紐帶。因此,在建立布局草圖時,更應注重在最初的產品總體布局中捕獲和抽取各子裝配和零件間的相互關聯性和依賴性。

以布局草圖為核心的頂層結構骨架的主要功能應該包括以下幾點。

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

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

3)有組織的裝配結構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,那么和它相關聯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計時,由于這種數據的共享和指代的唯一性,使得一個復雜的裝配設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,從而體現出自頂向下設計思想對并行工程的支持。

4)可以用頂層結構骨架來控制變更。產品的變更結果是在零件中產生而在產品的頂層實施。具體方法是:在裝配的頂層通過對捕捉到的設計意圖進行更改,再通過參數設計的關聯性將這種變更傳遞給下一級子裝配或零件,以及相應的工裝。

五、裝配體中的模型結構與特征管理

在裝配體中由關聯設計建模而成的零件模型,產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聯。建模時一定要理清各層次之間的關系,做到心中有數。

六、設計變更與修改

進行設計變更時,一定要注意裝配體與零件之間的關聯關系,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,或是其他類型的設計要素,若該設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聯關系,修改時應當在裝配體模型中,以最大限度地避免關聯性錯誤的產生。

七、零部件間關聯性管理

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聯特征,由此關聯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,則相關的關聯特征也會相應改變?？稍贔eatureManager設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有參考引用。

3)如果斷開外部參考引用時,現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。