UG在水下动力系统复杂部件设计中的应用

2013-05-23  by:广州有限元分析、培训中心-1CAE.COM  来源:仿真在线

动力系统具有结构复杂、零件繁多等特点,将三维图形软件引入动力系统复杂部件的设计中,可提高设计水平和设计质量。通过介绍如何利用三维图形软件UG进行水下动力系统复杂部件的造型设计,初步讨论了计算机辅助设计的方法。首先在建模过程中,利用UG的实体造型和特征造型等方法,完成零件的三维设计;在虚拟装配过程中,通过装配检查零件的设计尺寸,完善部件的设计。

1前言
   
随着科学技术的发展和计算机辅助设计硬件技术的提高,为实现计算机绘图创造了条件。同时,由于水下动力系统部件设计日益标准化和规范化,也为实现计算机绘图提供了必要的条件。应用计算机绘图不仅有利于进行多方案比较,更好地体现设计意图,提高设计质量,确保设计精度,而且可缩短设计周期。因而应用计算机绘图是当前设计工作中非常有意义的工作。
   
    2三维图形软件UG的介绍
   
UG具有功能强大、性能稳定以及兼容性好、交互性强等特点,近年来在我国的制造领域得到广泛的应用。其建模技术结合了传统建模和参数化建模的优点,采用尺寸驱动技术,具有全相关的参数化功能,是一种"复合建模"工具。复合建模功能可以让用户在实体建模、曲面建模、线框建模和基于特征参数建模等不同辅助设计方式中任意选择。在复杂部件的设计中,可根据已建立的三维零件模型,使用UG的各种应用功能对模型进行装配操作、创建二维工程图,也可对模型进行机构运动学、动力学分析和有限元分析,进行设计评估和优化;同时,还可根据模型设计工装夹具、进行加工处理,直接生产数控程序,用于产品的加工。使设计者可以根据工程设计的实际情况确定最佳方式,从而得到最佳设计效果。
   
    3零件造型设计
   
应用UG的建模功能,可快速进行概念设计和详细设计,交互建立和编辑各种复杂的零部件模型。但对于一个零件模型,没有一种固定的建模顺序和建模方法,却有一定规律可循。一般应根据零部件的结构特点,先建立一个基本体素(在一个Part文件里,最多只能有一个体素,而且最好仅作为基础特征,否则不能保证各特征之间的相关性)或扫描特征作为零件的毛坯,再参照零件的粗加工过程逐步创建零件的孔、键槽、凸台等特征,最后参照零件的精加工过程创建倒圆、倒角、螺纹和阵列等特征。在建模过程中,我们根据建模的需要创建了相关的参考特征,并使各特征的建立顺序尽可能与零件的加工顺序保持一致。
   
在对零件的进行特征分解时,分析其形状特点,然后把它隔离成几个主要的特征区域,建立一个粗略的特征图。在随后的基础特征设计时,作出零件的毛坯形状。在详细设计中,遵循以下原则:先粗后细,先作粗略的形状,再逐步细化;先大后小,先作大尺寸形状,再完成局部的细化;先外后里,先作外表面形状,再细化内部形状。利用细节设计(feature Operation)创建倒圆角、斜角,各类孔系,各类沟槽等细节。
   
在建模过程中,根据零件特点,如果一个结构不能直接用三维特征完成,则需要找到结构的某个二维轮廓特征。然后用拉伸旋转扫描的方法,或者自由形状特征去建立模型。同时,利用相对Datum CSYS或相对Datum Plane(图1),以保证相关性。
   

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绘制完成后,可以利用模型导航(如图2),查看设计步骤以及详细信息。零件的模型设计完成后,由于处于设计初期,零件的尺寸和形状还需要修改,我们可以利用UG软件的参数化技术对零件的每一特征进行特征参数修改。如图1中的转子,我们利用参数化设计-INSTANCE,使零件保持了很好的相关性,若要改变转子键槽的位置,可通过修改其定位尺寸实现。
   

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4虚拟装配
   
在完成所有零件图的绘制以后,就需要将零件装配起来。通过对设计模型的装配,可以发现零件设计尺寸是否正确、装配体的零件之间是否有于涉。
   
UG采用虚拟装配进行装配建模,这样可以把各个零件和子装配体的信息关联在一起,同时关联可以把零件的修改信息反映到装配体中。
   
进人装配(ASSEMBLY)对零件进行装配,根据结构,装配设计采用自底向上设计。将设计好的零件通过添加零件(ADDEXISTING)向装配体中添加一个已存在的零件。此时,零件只是简单的添加进装配图中,而没有建立正确的约束关系,利用匹配状况(MATING CONDITIONS)确定约束类型。
   
在装配时,利用面的贴合、对齐、偏移以及轴的插人等关系.可以迅速将零件安放到适当的位置。同时在装配集合体中利用装配体修改功能,对零件进行修改,修改后自动地放映到零件的设计中。
   
在装配体完成后,还需要检查其静态干涉情况,利用ANALYSIS-SIMPLE INTERFERENCE进人干涉检查。经过检查、修改后的某部件装配图见图3。
   

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完成三维形体设计后,可以通过绘工程图将三维模型转换为二维工程图,以及各种生产所需要的如剖视图、轴测图等,同时,UG软件的三维模型和二维工程图完全关联,确保了三维和二维图形的数据统一。
   
    5结语
   
在水下动力系统复杂部件的设计中引人UG软件,大大缩短了其设计周期,同时也大大提高了动力系统复杂部件的设计水平和设计质量。UG软件功能强大且功能全面,需要我们在今后的工作中加以利用,满足日益增长的设计需要。


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