杏彩体育注册:CATIA自顶向下设计-以减速器为例

　　该图为一单级圆柱直齿轮减速器，输入轴为23，它由电机通过皮带轮带动，再通过Z1，Z2两齿轮啮合，从而带动输出轴20，实现减速。电机的转数先经皮带轮减速后，再由减速箱内的一对齿轮减速，最后达到要求的转数。轴23和20分别为一对6204和6206滚动轴承支承，轴承安装时的轴向间隙由调整环21和32调整。减速器用稀油飞溅润滑，箱内油面高度通过油面透示器4进行观察。通气塞10是为了随时放出箱内油的挥发气体和水蒸汽等气体。螺塞16是清理换油时用的。

　　减速器是一种典型的机械产品，包含了一般机械设计的绝大部分流程。因此本文选择减速器作为实现利用基于布局的自顶向下设计。

　　通过手绘设计减速器的思路是先绘制装配图的草图，之后根据装配图拆出零件图，完善零件图之后再设计装配图。这样的自顶向下的设计思路移植于计算机辅助绘图之中同样具有很高的效率。详细的设计流程如图 1所示：

　　如图 4所示为2D Layout for 3D Design工作台工作环境。左侧为布局环境，右侧为零件环境。布局环境与工程图环境几乎一致，如果熟悉CATIA的工程图操作环境，那么在布局中也会得心应手。

　　勾选“驱动几何图形”之后，尺寸就可以驱动对应的几何图形的尺寸。在设置中可以进行默认设置。如图 6所示：

　　在布局环境中，当我们绘制好图形之后，通过“3D轮廓”命令将图形输出到图 4右侧所示的零件环境中。也可以通过“3D平面”命令在零件环境中生成一个与当前视图垂直且与选择直线（段）重合的平面。也可以通过“投影3D元素”命令将零件环境中的图形投影到布局环境中。本质上这几个命令构件了零件环境绘图元素与布局环境元素之间信息交互的桥梁，是我们利用该工作台实现自顶向下设计的基础。这几个命令的图标如图 7所示：

　　CATIA默认的绘图标准是ISO标准，虽然并不妨碍使用，但是看不习惯总会影响工作效率。修改方法可以搜索“CATIA如何修改工程图标准”。或者直接将国标文件放入标准文件夹中。

　　初绘阶段的主要目标是对产品的核心零部件进行布置，确定基础的力学分析条件，比如轴承的型号、位置、配置等信息，就可以得到一根轴上的受力点分布情况，进而可以对轴键等核心零部件进行初步校核。这个校核可以是传统连续体抽象建模分析的方式进行校核，也可以直接采用软件内置的有限元分析模块进行分析。

　　经过分析与校核之后就是装配草图的精绘。对于减速器而言，精绘就是设计轴以及轴系，确定轴的形状、径向尺寸以及轴向尺寸。

　　任何一个机械产品都有核心零部件，核心零部件是产品实现功能的主体结构，因此也是我们绘制产品装配体草图的第一步。对于减速器而言，装配体的核心零部件就是齿轮。

　　根据使用要求，我们设计传动齿轮的模数、齿数、压力角、齿厚、变位系数等参数。之后在草图中勾勒出齿轮轮廓，以及箱体的大致内轮廓。

　　不同之处在于，图 10中所有尺寸都是驱动尺寸。当更改其中一个尺寸之后，几何图形可以自动解算调整的。但是仅仅是这样是不够的，各个尺寸之间没有关联，后续修改起来也会变得麻烦，这里推荐使用CATIA中知识工程相关的命令，将有关联的尺寸通过“公式”关联起来，使整个图纸变为有机的整体。方法如下：

　　初步计算轴径。这时，可选定轴的材料及热处理方式，可按许用扭转切应力的计算方法初估轴径，其公式见机械设计教材。初步计算的轴径可作为轴端直径，但和联轴器孔配合时，应考虑联轴器孔径的尺寸范围。

　　在布局环境中，设计过程也是大致相似的。设计的思路一般为以齿轮（核心零部件）为中心，按照由内向外、由主及次的顺序逐步绘制、设计。

　　对于减速器来说，齿轮设计好之后，设计齿轮配合轴段，确定该轴段的直径；之后是设计挡油环，再根据挡油环设计挡油环对应的轴段直径；之后选轴承；再之后设计轴承端盖；最终设计输入轴端以及输出轴端。

　　总体来讲，这个过程体现的是一种类似生长的设计思路，不需要考虑全局，只需要关注一段轴的设计。各个轴段之间功能上相互独立结构尺寸上相互联系。

　　使用布局实现也与手绘没有太多的区别，但是由于每个图像都要做到完全约束的话，就要使用大量的尺寸，这些尺寸会占据很多空间，导致图形非常拥挤。

　　虽然并不妨碍使用，但是在后期修改的时候还是要花费一点时间找尺寸。有一种思路就是使用网格，然后所有的尺寸全部使用假尺寸。这样做的缺点是后期修改起来比较麻烦。

　　到这一步，我们就获得了减速器轴系上的受力点。根据受力点以及轴的径向以及轴向尺寸，就可以进行初步的校核。一般在整个装备的设计中，需要校核的东西一定不只是核心部件，往往需要进行多种零部件的多种物理场的仿真计算。所以在绘制草图阶段并没有绝对的设计顺序，绘制一部分校核一部分即可。或者整体绘制分部校核。

　　3D轮廓命令主要功能是将布局环境中的图素对应的输出到零件环境中。其中可以修改输出轮廓的名称、颜色、选择模式以及支持平面。其中支持平面要与当前视图平面平行。选择模式有点和线两种类型，以及显示定义和自动拓展两种模式。通俗来讲，显示定义就是需要你一个个选择图素，而自动拓展自动帮你计算你想输出的图形。

　　校核完毕之后，就是进一步完善草图。通过草图的初绘以及初步校核减速器的主体结构已经设计完成。之后就是完善机架以及机架上的其他附件，如紧固件等。

　　首先在零件环境中新建一个几何图形集，之后新建一个与xy平面重合的新平面，重命名为“俯视图2”。

　　创建新视图的主要原因在于俯视图有太多的图素，要绘制机箱的俯视图部分必然会与轴系的几何特征相互重叠。在手绘图纸中，一般会用剖视图来解决这部分矛盾，但是在这里就不需要严格遵循标准，毕竟我们有无穷大的绘图空间。

　　箱壁的设计思路有很多，其中一种如图 23所示，围绕核心部件布置箱壁的形状。这种方式可以获得最紧凑的机箱形状，但是有可能强度有所欠缺。

　　之后在基础形状之上加上安装板、螺栓台等特征。为了减少视图的复杂程度，同样的增设一个新的视图“主视图2”。

　　值得注意的是，按照之前方法，要使新建的视图与其他视图的几何元素相互关联，需要将其他视图的元素输出到零件环境中，之后再利用投影命令将元素投影到新视图中。这种方法简单直接，但是也要尽可能减少投影的元素数量，尽可能多的使用公式去建立各个视图之间的关系。因为几何元素更容易出错。

　　当我们把装配草图绘制完成之后，其实机构基本已经设计完善，对于本科毕业设计、成熟的工业产品这种应用来说，已经完全够用，直接使用CAD绘制成品图即可，不需要继续绘制三维数模。但是在更加前沿的的产品设计中，一个产品的绝大部分尺寸参数其实无法给出有根据的数值。只能根据直觉和经验确定一个大概值。因此后续还需要经过更加细致的计算与仿真才能进一步确定。而大部分的仿真方式甚至后续加工还是需要三维数模的。因此绘制完装配草图之后，还是要继续绘制相应的三维数模。

　　根据布局环境中的草图绘制零件图的过程这里成为“拆图”。拆图所用到的命令就是“3D轮廓”以及“3D平面”两个命令。

　　虽然CATIA支持不同文件之间通过复制粘贴（保持与源文件的关联）的直接互联，但是这样做的结果就是各个文件之间的信息交互牵一发而动全身，很难进行有效的管理。于是在两个文件之间增加了发布这个中间件，那么在设计修改的中，就可以灵活地控制两个相互关联的文件的信息传递。

　　如在A文件中发布了一条边线，命名为“关键边线”，B文件就可以参考这条“关键边线”。当设计者后续发现另外一条边线应该作为“关键边线”时，只需要修改A文件的发布对象，而B文件无需改动。

　　如果不使用发布命令的话，这个修改就需要打开B文件，删除旧关系并重新建立两个文件之间的联系。当B文件内部自身具有复杂的参考关系时，这个操作是具有一定的风险的。

　　轮廓发布完成之后，新建装配体零件，并将草图文件加入装配体中，固定。之后新建三个零件“主动轴”、“从动轴”、“从动齿轮”。

烟囱折叠钢梯平台制作安装施工流程

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