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基于CATIA V6的船舶轮机标准件参数化设计研究

2018/2/19    来源:互联网    作者:宗丹  林锐  王林      
关键字:CATIA V6  三维设计  标准件库  参数化设计  
针对标准件标准化和系列化的特点,本文研究了基于CATIA V6平台下的标准件参数化设计方法,并以船舶行业轮机专业某型阀件为例,阐述了轮机标准件参数化设计过程和标准建库实现过程。实验表明,标准件的参数化设计和标准件库的建立方法切实有效,有利于减少标准件重复设计,提高建库工作效率,缩短产品设计准备周期。
0 引言
 
    标准件是船舶设计中的常用组件,其结构形式相同,尺寸规格各异。参数化设计是将模型外观的关键尺寸作为参数,利用图形几何约束来表达产品的几何模型,利用尺寸改变驱动产品几何模型的改变,利用各种模型关键尺寸的改变来驱动生成系列化模型。在参数化设计中,设计人员只需将零件的关键尺寸定义为某个参数,通过修改参数就可以实现对产品几何模型批量的优化。
 
    在CATIA V6平台中,模板零件是采用零件设计技术和拓扑关系约束建立三维参数化实体模型的。模型的外观尺寸用一组变量及其关系来表示,尺寸参数以表达式的形式出现。标准件的参数化设计能体现出产品概念设计以及并行设计思想,有效缩短标准件设计周期,提高产品设计质量。
 
1 参数化设计过程
 
    进行标准件参数化设计之前,首先要查阅国家标准、军用标准或船舶行业标准,明确标准件的结构特征。根据零部件间的几何和位置关系确定标准件的自由变化参数,确定参数之间的关联关系。最后,根据上述分析进行零件的详细设计。如图1所示。
 
    1
 
    图1 参数化设计过程
 
2 实现过程
 
2.1 设计要求
 
    本文以船舶轮机阀件建库为例说明参数化设计过程。船舶轮机专业管路系统由管材、管附件、设备、管路吊架等组成。其中,管附件包括接头、三通、大小头、弯头、法兰、螺栓以及各种阀件等零配件,而三维附件标准件主要包括三维几何模型、接口和具体属性信息等内容。标准件建模要求具体如下:
 
    ① 建模过程中必须以YZ平面作为对称面;
 
    ② 对于呈分支或角度结构的附件,将附件交叉点设为原点位置。若结构呈线型或对齐状态,则将接口Port1设为原点位置;
 
    ③ 定义附件接口命名方式。接口名称应以PortX命名,其中X=1,2,3…。对于存在多个接口的附件,接口Port1是最重要的接口。
 
2.2 定义属性及特征参数
 
    选择 GB/T 14976-2012 不锈钢管材和 GB/T 584-2008铸钢截止阀部分标准数据开展建库。通过标准查找和分析,获得管材属性和几何参数表以及铸钢截止阀属性和几何参数表,并对阀件参数进行适当简化。
 
    下面利用 CATIA V6的 Part Design Essentials 模块进行铸钢截止阀参数化建模,整个建模流程如图2所示。
 
    2
 
    图2 铸钢截止阀参数化建模流程
 
2.3 创建模型并建立关联关系
 
    利用镜像操作将四分之一外形按V 轴对称,然后退出草图进行旋转生成三维阀体。进入草图模式绘制以参数b为半径的圆,利用拉伸特征生成阀杆。进行阀体开孔,实现尺寸与参数D,、L相关联。接着开法兰螺栓孔,将Depth中的尺寸与b相关联。选取法兰端面进入草图模式,绘制螺栓孔中心所处圆周,其中心与法兰同心,半径与参数D2/2关联,再绘制一个螺栓孔圆,约束操作确保其中心处于前一圆周上,其半径与d/2相关联。绘制直线连接两圆圆心,约束该直线与H 轴正向夹角为360°/n,即在法兰上创建出螺栓孔。沿阀体中心轴创建一个坐标系,以坐标系对应阀体中心轴实现法兰螺栓孔的阵列。在阀杆顶端,以参数b为半径绘制圆,并进行参数约束,通过旋转特征形成手轮。
 
    添加截止阀另一个管路接口,完成接口创建。为便于清晰展示阀件外形,将视图中的工作面、局部坐标系和几何点隐藏。整个铸钢截止阀几何模型。
 
2.4 创建参数表并驱动几何模型
 
    几何模型创建完成后,需结合管材及铸钢截止阀属性和几何参数表中相关数据创建Excel表格,详见表1所示。
 
    表1 铸钢截止阀设计表相关内容
 
    3
 
2.5 标准件解析入库
 
    在CATIA V6平台中,通过创建Component Family来实现以包含几何信息和物理属性的设计表对模型进行驱动,并完成模型批量生成和解析入库。
 
3 结论
 
    本文以标准GB/T 584-2008铸钢截止阀建库为例,介绍了零件参数化设计的设计方法、设计思路和设计步骤,通过采用CATIA V6对系列化零件进行参数设计,实现了标准件三维模型快速准确的设计。其设计方法简单,编辑和修改等都很容易实现,技术人员只需通过变动某些约束参数,即可实现对零件的更新设计,有效进行多种方案优化比较。标准件库有助于标准件快速和准确查询与使用,提高了船舶产品的设计效率,缩短了产品设计周期。
责任编辑:张纯子
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