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机械产品三维变型设计研究及其应用

  一、设计原理
  机械产品的三维变型设计体系结构中,产品的主模型是产品零件信息的集合,主要是对产品信息进行描述。利用产品主模型能够设计多种产品或零件的变形,从而派生出对各类零件的具体描述信息。其中,需要考虑该零件的实际荷载能力及特征、材料本身的特殊性质、受力能力和功能的配套设施以及运动参数对结构的影响,将产品内部结构的强度、功能数据以及运动参数等作为设计的目标,再由这些参数将设计的目标移交给结构的具体模块。总的来说,创建主模型以及主模版主要是对产品及其零部件的相关功能和作用、几何的具体形状以及参数的变形空间域进行深入的分析和处理,从而建立机械产品的零件以及产品的三维主模型、工程用图主模板以及产品的主内部结构,从而为整个机械产品的三维变型设计奠定完备的技术基础。机械产品中,装配结构变型主要是由于相关零件进行连接时发生了相应的改变或者变异等现象所引起。整个结构体系由特征层、零件层、部件层以及产品层几个方面组成。通过利用产品的内部结构控制,由上到下将装配的理念、数据之间的关联以及知识重用的理念进行有机统一,并建立健全完备的驱动机制,将上述四个层次进行组合,从而形成一个封闭式的循环系统。在对机械产品进行设计时,要按照一定的要求对产品的设计数据进行有效提取,并对主模型的模块赋值,在整个模型框架内获得实例化的模块,然后将这些模块有机结合,从而快速完成整个起重机的金属结构设计流程体系。
  二、开展机械产品设计三维建模技术开发的基本原则
  基于三维建模技术运用中的机械产品设计活动,不仅仅是针对机械产品的某一个零部件进行设计,而是应该立足于全局机械产品整体使用功能的优化设计。针对机械产品的设计与创新活动,我们应该对设计图纸进行创新性思考,尽可能采用新技术来开展机械制造的活动。同时,工作人员还应该重视机械产品的理论性研究,在基础理论的指导下,提高机械设计制造中的技能水平。在概念设计的过程中,设计人员应该从工业设计的角度出发,使用三维技术对零部件参数进行多次调整,从而找到最佳的设计方案。从结构分析的角度入手,设计人员应该从新型的建模技术中找到动态仿真中的关键细节特点,对传统机械设计中不足的部分进行针对性的改进。使用新技术和新材料,对机械零件的安装与调配方法进行改进。
  三、产品的变型设计
  按照模块化产品在产品系列中的分布规律和覆盖形式,可以把产品变型设计为横系列变型设计,纵系列变型设计和跨系列变型设计。横系列变型设计是指在同一规格的基础上,通过变更、增加或减少某些特定模块而形成变型产品,其特点是不改变基型产品的主要参数,只在产品的功能、结构、布局、控制系统或操纵方式等方面进行调整;横系列变型设计是产品变型设计中最易实现的一种;纵系列变型设计是在同一类型中对不同规格的基型产品进行模块化设计。规格不同主要体现为工程约束,使用性能不同,从而导致结构型式或尺寸的不同。在横系列变型设计的基础上兼顾纵系列变型设计或在纵系列变型设计的基础上兼顾横系列变型设计,形成既有横系列又有纵系列的变型设计,称为跨系列变型设计。产品变型设计采用自顶向下和自底向上相结合的产品设计方法。产品变型设计过程中存在以下三种操作。
  (一)搭配。某个最终产品可由不同的可搭配模块搭配而成,通过与父构件相配的接口,执行特定的功能的特定模块搭配到父件上。
  (二)互换。主要执行功能相同而性能不同引起的模块更换。
  (三)参数化变型。依据客户需求,在零部件库中不能通过检索到的零部件实例搭配、互换来满足功能要求,则需要根据构件的事物属性、工程约束进行三维参数化变型,得到符合功能要求的零部件实例。
  四、机械产品三维变型设计的应用
  机械产品三维变型设计需要结合企业的具体情况以及市场上的多元化需求,将桥式和门式的起重机桥架、堆垛机金属结构作为产品的研究对象,设计开发起重设备金属结构的变型设计系统。利用基于产品特征的四个层次的产品变形设计技术,结合相关的零件形状特征以及主模型的交互式建模和配置手段进行有机组合,从而有效完成起重设备金属结构的三维变型设计。设计中,三维设计系统主要以机械结构的模块作为整个设计的根本。设计人员要根据设计需求对金属结构的整体进行调整,并进行合理布局和设计,从而形成一套完整的结构参数控制表。此外,需要调用模型的驱动模块进行,利用技术结构中的三维主模型实现驱动。在此基础上,利用金属结构的三维主模型,采用从上到下和从下到上相结合的设计模式,对产品进行优化配置和设计。一旦发现金属结构的设计结构不符合标准或相应的要求,可以在此返回至最初的参数页面,对相关参数进行重新修改和调整,以进一步实现对金属结构的优化设计。如果金属结构的设计符合各个方面的标准和要求,则需要调用相关的工程图对整个模块进行调整和更新。
  五、结语
  与传统的变形设计相比,大大提高了整个设计的效率和速度,满足了企业的个性化和快速设计的需求,确保企业在激烈的市场竞争中占据优势,从而更好地推广和应用三维变型设计技术。

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