Pro／E可行性和优化研究在产品设计中的应用

Ａｐｐｌｗａｔ＆ｎ　ｏｆ　ＣＡＤ／ＣＡＭ／ＣＡＰＰ　■●■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■堂■■■■●■■■■■■●●圈‘■－ｌＪＬ■　Ｌ｜　‘｜　Ｐｒｏ／Ｅ可行性和优化研究　在产品设计中的应用　秦皇岛烟草机械有限责任公司　（河北０６６００１）　郭国良　产品设计通常可以分为创新设计和变型设计两类。　在机械行业中，创新设计相对于变型设计来说较少。变　型设计也就是在原有产品的基础上，按市场的需求进行　局部换型和调整，重组，从而来达到和满足用户的要　求。变型设计的实现过程可以最大限度地利用企业已有　的成熟产品资源，具有很强的灵活性和适应性。　Ｐｒｏ／Ｅ是美国ＰＴＣ公司推出的ＣＡ１）／ＣＡＥ／ＣＡＭ／软　件，它具有基于特征、全参数化、全相关、单一数据库　等特点。Ｐｒｏ／Ｅ广泛应用于电子、机械、工业设计、汽　ｌ　车、航天等行业，其集合了零件设计、产品装配、板金　设计、机构设计、有限元分析等功能。　可行性和优化研究可以使系统计算尺寸值，这些尺　寸值使得模型能够满足某些用户指定约束。优化研究在　（１）首先使用实体拉伸和两次剪切，在实体的各个　棱边上倒圆角，使用拉伸创建油箱的直颈口并倒圆角钝　化，创建壳特征从而得到空心的实体油箱。　（２）使用筋特征创建油箱上右侧的筋并且打装配螺　栓的孔同样倒圆角钝化，使用曲面、镜相和实体化特征　目标受到约束时（分析特征参数的最小限度和最大限　度）寻求其解决方案，该约束来自按照模型尺寸和其他　分析特征参数的允许范围所指定的一组规则。如果给定　这组约束时目标存在一个解决方案，则模型可以得到优　化并按新的配置改变。　我公司使用的是Ｐｒ０／Ｅ　Ｗｉｌｄｆｉｒｅ　２．０，下面以某产品　中油箱的容积可行性分析为例，阐述可行性和优化研究　在产品设计中的设计过程。设计要求：油箱至少能够容　纳０．３６Ｌ的油料。为符合整个产品的装配要求，设计规　范还要求油箱的长度小于２００ｍｍ，高度小于１３０ｍｍ。　创建油箱上另一侧的筋，使用螺旋扫描特征创建油箱口　的油箱塞螺纹，最后在油箱上开出输油孔。如图２。　模型图如图１。　１．建模　本次设计主要针对油箱，所以拆去上图中的油箱　塞、输油管和二个装配螺栓。按照Ｐｒｏ／Ｅ的建模规则，　可以使用各种适当的建模方法来建立主体模型。其设计　思路是由简到繁，由基本到复杂。复杂的几何体都是由　一幽２　２．创建模型分析　因为Ｐｒｏ／Ｅ　Ｗｉｌｄｆｉｒｅ只测量实体材料的体积，所以　我们将测量壳特征创建前后的模型体积。将这两个值相　减，即可得到油箱体积。　（１）创建基准面Ａ将“插入”（Ｉｎｓｅｒｔ）指示器拖　动到壳特征之前，并参照ＴＯＰ面偏移２０ｍｍ做一基准　面Ａ（创建第一个拉伸特征时参照了ＴＯＰ面，并且　个个简单的几何特征组合构成的。下面简单介绍整个　油箱的实体创建过程。　缸梭ｌ　冷加工　垒　堡箜　囫　维普资讯 http://www.cqvip.com

ＴＯＰ面为油箱的顶面）。以后我们将通过基准面　的单　侧体积分析。　（２）壳前的单侧体积分析特征使用工具栏创建一　个“分析特征”，输入ＫＥＱＩＡＮ（壳前）作为“名称”　（Ｎａｍｅ），然后选取“模型分析”（Ｍｏｄｅｌ　Ａｎａｌｙｓｉｓ）作为　‘类型”（Ｔｙｐｅ）。单击“下一步”（Ｎｅｘｔ），在模型分析　的下拉菜单中选择“单侧体积”（Ｏｎｅ—Ｓｉｄｅｄ　Ｖｏｌｕｍｅ）　作为类型，选择基准面Ａ，并计算得基准面Ａ下方的　实体体积约为０．３２７Ｌ。然后单击“确定”（Ｏｋａｙ）一　‘‘关闭”（Ｃ１ｏｓｅ）。将参数重命名为ｖｏｌｕｍｅ。完成壳前的　实体体积分析特征。　（３）壳后的单侧体积分析特征将“插入”（Ｉｎｓｅｒｔ）　指示器拖动到壳特征之后。　同样创建一个“分析特征”，输入ＫＥＨＯＵ（壳后）　作为“名称”（Ｎａｍｅ），然后选取“模型分析”（Ｍｏｄｅｌ　Ａｎａｌｙｓｉｓ）作为“类型”（Ｔｖｐｅ）。单击“下一步”（Ｎｅｘｔ），　在模型分析的下拉菜单中选择“单侧体积”（Ｏｎｅ－Ｓｉｄｅｄ　Ｖｏｌｕｍｅ）作为类型，选择基准面Ａ，并计算得基准面Ａ　下方的实体体积约为０．０６１　Ｌ。然后单击“确定”　（Ｏｋａｖ）一“关闭”（Ｃｌｏｓｅ）。将参数重命名为ｖｏｌｕｍｅ。　完成壳后实体体积分析特征。　（４）油箱中基准面Ａ下的体积右击“插入”（Ｉｎ—　ｅｓｒｔ）指示器，选择“取消”。　再次创建一个“分析特征”，输入ＫＥ作为“名称”　（Ｎａｍｅ），然后选取“关系”（Ｒｅｌａｔｉｏｎ）作为“类型”　（Ｔｙｐｅ）。单击“下一步”（Ｎｅｘｔ），在弹出的关系对话框　中写入以下内容：　ｖｏｌｕｍｅ＝（ｖｏｌｕｍｅ：ＦＩＤ—ＫＥＱＩＡＮ—ｖｏｌｕｍｅ：ＦＩＤ～　ＫＥＨＯＵ）／１　０００　０００，　并计算得油箱体积约为０．２６６Ｌ。然后单击“确定”　（Ｏｋａｖ）。完成油箱的体积分析特征。上式中的右侧除以　１　０００　０００，即可将立方毫米转换成公升。　（５）打开特征参数　在模型树中，单击“设置”　（Ｓｅｔｔｉｎｇｓ）一“树列”（Ｔｒｅｅ　Ｃｏｌｕｍｎｓ）。选取“特征参　数”（Ｆｅａｔ　Ｐａｒａｍｓ）作为“类型”（Ｔｙｐｅ），输入ｖｏｌｕｍｅ，　然后单击“确定”（ＯＫ）。同时可以看到模型树中打开　一列参数，并且所做的３个分析特征的数值都显示在模　型树中。　３．可行性和优化　编辑基准面Ａ的定位尺寸２０ｒａｍ，并更改为０。此　Ｉ　堕生箜ｚ盟　缸板ｌ　冷加＂１－　时整个油箱都在基准面Ａ下，所以此时的容积是油箱的　整个容积。从特征参数中可以看到是Ｋｅｄ的数值是　０．３０９　８１４Ｌ。并不符合设计要求。　（１）运行“分析”一“可行性和优化”，打开新窗　口，选择“研究类型／名称”为“可行性”。　（２）添加设计约束，此时在弹出的对话框中选择　“ｖｏｌｕｍｅ：ｋｅ”约束条件为“＝０．３６”。　（３）添加设计变量ｄ４和ｄ５，分别为油箱的长度和　高度。并为ｄ４、ｄ５添加设计约束值范围。本设计中添　加范围如图３，完全满足设计要求中高度和长度的设计　范围　图３　系统经过计算后，得出当ｄ４＝１５０．１５ｒａｍ、ｄ５＝　６４．０９ｒａｍ时，ｖｏｌｕｍｅ：ｋｅ（油箱的容积）：０．３５９８８７—　０．３６。　最后根据自己公司的设计标准取，ｄ４＝１５１ｍｍ、　ｄ５＝６４ｒａｍ，此时，ｖｏｌｕｍｅ：Ｋｅ（油箱的容积）＝　０．３６ｌ　６２５—０．３６Ｌ。　符合油箱的设计要求。　本次设计过程中油箱的宽度是已定的，同样，设计　者可以根据自己的设计要求对油箱的长度、宽度和高度　分别添加约束范围，通过Ｐｒｏ／Ｅ的可行性和优化功能来　计算符合设计要求的尺寸模型。此方法同样可以用来分　析零件的尺寸、受力、变形等方面，用来寻找最佳的设　计方案。　Ｐｒｏ／Ｅ可行性和优化的应用，大大加快了变型设计　在生产过程中的研发速度，并使其的设计更加合理、完　美，而且很大程度地提高了公司已有的产品技术和产品　资源的利用效率。随着这一技术手段逐渐被工程界所认　识和接纳，必将使变型产品设计在制造观念上发生变　革，很大程度缩短产品的开发周期。《　（收稿日期：２００６０５１８）