船舶零件的参数化设计和结构分析.pdf

第37卷第3期
舰船料学技术
Vol 37. No. 3
2015年3月
SHIP SCIENCE AND TECHNOLOGY
Mar.,2015
船舶零件的参数化设计和结构分析
曹丽娜,李晓芳
(山东工业取业学院,山东渦博256414)
摘要:为实现鼢舶零件的快速设计和分析,使设计人员在设计阶段就能了解产品的力学性能,以某船用齿
轮为例,采用先进参数化设计方法对其快速设计进行研究。首先建立某船用齿轮结构廓部分渐开线运动方程,并基
于一维CAD系统UG实现了齿轮结构的参数化设计,实现齿轮结构的快速生成,得到该齿轮精确的设计摸型。基于
有限元环境,将几何结构与载荷分别建立相互区别id号,并分別相互引用,实现了齿轮结构有限元分析过程的参数
化,快速得到了齿轮结构工作过程的应力分布云图.为设计人员提供参考。
关键词:参数化设计;有限元;齿轮;UG
中图分类号:U671.99
文献标识码:A
文章编号:1672-7649(2015)03-0230-04doi:10.3404/jiss.1672-7649.2015.03.05
ic design and structural analysis of ship parts
CAO I
LI Xiao-fang
Vocational College of Industry, Zibo 256414, China)
Abstr
51g
le ship parts, n
signe
be able to understand the mechanical properties of the the product during its design phase. Parametric
design of a marine gear was carried out. Firstly, the motion equations of the involute tooth profile of a
marine gear parts was established. The parametric design of the gear was carried out based on the three
dimensional CAD system UG. The gear structure was generated rapidly with high accuracy. Both the
geometry and load mutual were established with different id number based on the FEM environment, and
reference each other, respectively, to achieve a parametric finite element analysis gear. Finally, the stress
contours of the gear structure were obtained rapidly for the designers for reference
Key words: parametric design; finite element method; gear; UG
设计,对上一产品进行完善。改型工作若重新设计
会导致大量的重复性工作,使产品周期变长
近年来随着市场节奏的加快,产品周期的缩短
近年来,产品参数化设计已成为研究热点。产品
零件的快速设计制造技术面临着巨大的挑战。一方参数化设计,是利用三维CAD系统对产品进行建模,
面,设计工稈师需要快速准确地完成产品零件的几建模过程中,将零件的所有参数作为设计变量,通过
何结构设计,另一方面,需要借助先进的CAM系统建立这些变量的相关性,来完成零件的建模,使得建
完成产品的快速制造。在传统设计过程中,有很多立的模型外形特征相互关联,在满足设计要求的情况
复杂零件都是由设计工程师凭借其丰富的设计经验下,也满足加工工艺流程。这样的产品完全由尺寸驱
完成,难以实现团队交互过程,这样的设计过程往动,若需要修改零件,只需对相应的尺寸驱动参数进
往会导致整个设计周期的拉长。并且,企业为了快行修改,而无需考崽其他特征变化,利用三维软件的
速响应市场需要,很多时候需要对其产品进行改型重生成功能,快速实现产品的新设计。同时,参数化
收稿日期:2014-07-03;修回日期:2014-10-25
作者筒介:曹丽娜(1975-),女,硬士,讲师,研究方向为机械设计理论研究。
万方数据
第3期
曹丽娜,等:船舶零件的参数化设计和结构分析
?231?
设计采用的编程式的建模方法,可对诸如齿轮、凸轮压力角,本文研究对象为一标准齿轮,取压力角为
等复杂且精度要求高的零件进行精确地建模,减小产20°。。为齿轮结构基圆半径。齿轮所有参数见表1。
品的设计误差、加工误差以及装配误差,使得加工出
来的产品具有优良的性能。目前该技术在国内已有较
多应用,并且取得了较好的应用效果。俞高红等采
用UG对偏心齿轮一非圆齿轮后插旋转式分插机构进
行的参数化设计应用研究,并实现了产品的快速装配
功能。许晖等采用 Solid Works的COM技术对鱼雷
结构的参数化设计应用程序进行了开发,取得了较好
的应用效果。龚春全等基于三维CAD设计系统
proe对某大功率摩擦同步离合器结构进行了参数化设
计研究,同时将先进的动力学分析软件 Adams集成到
该环境,很好地实现了从设计到分析的一体化流程。
张卫等对插装阀块表面元件布局参数进行了参数化
图1渐开线展开原理
设计,并对其进行了优化,实现了插装阀块的高效设
g. 1 Involute unfold principle
计以及改善了该零件的加工工艺性。
表1齿轮结构参数
对于复杂零件的设计,参数化设计更能体现其
Tab 1 Parameters of the gear
设计的优越性。如汽轮机叶片,是一个对光顺性要
齿轮参数
参数值
求极高的零件结构,任何设计误差都会降低该零件
的加工精度,使得加工出来的零件对其轴心产生偏
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心。由于叶片结构在工作过程中会进行高速转动,
由偏心产生的离心力会导致结构的剧烈振动,所以
0.25
对这样的零件采用参数化设计概念,可以有效避
免这一问题。于红英等采用 Access数据库技术、
VC++语言、UG对汽轮机叶片进行了研究,得到了
齿轮分度圆半径为
叶片参数化设计的关键步骤,这样的方法不仅设计
r=(mxx)/2;
过程高效,得到的零件结构精度也比较高。
齿顶圆半径为:
对零件结构进行参数化设计的另一个思路就是
r。=r+h。Xm
直接基于有限元软件(如 Ansys),通过采用其提供
基圆半径为
的二次开发功能,对零件参数进行描述。如强兆
r=r×cos(a2);
新?采用 Ansys软件以apdl命令流的形式,对船舶
齿根圆半径为
三维模型进行了快速生成研究,实现了在CAE系统
X(ん
中建立产品三维模型。因此,参数化设计能够大幅
采用UG的 function功能建立上述表达式,以便
缩短产品开发周期,还能有效改善零件的