火炮反后坐装置结构参数化设计研究

2016-03-08山西中北大学机电工程学院朱铭君刘树华曹广群

河北农机 2016年3期

山西中北大学机电工程学院　　朱铭君　刘树华　曹广群

火炮反后坐装置结构参数化设计研究

山西中北大学机电工程学院朱铭君刘树华曹广群

本文以火炮反后坐装置的结构模型为研究对象，以模型的装配方程和装配约束集为基础，成功构建了火炮反后坐装置的结构设计框架和参数化火炮反后坐装置的结构模型，并完整地实现了火炮反后坐装置结构设计的参数化，将这种快捷的计算机辅助设计方法引入火炮反后坐装置的结构设计和优化设计中。

火炮；反后坐装置；结构参数化；尺寸关联驱动

计算机技术的发展日新月异，CAD技术的引入为现代工业结构设计提供了更加快速便捷的途径去设计产品，从产品的建模到模型的仿真都能使设计者的思维完整地通过计算机技术的勾勒展现在我们面前。现代CAD的概念设计思想在参数化设计的帮助下得以放大，并为结构设计的多样化提供了高效、高质的方法［3］。现在的零件设计中常遇到的对零件的变型设计，通过参数化设计的方法能很好地简化这类设计过程，而对于结构的变型设计应用参数化则带来诸多问题；结构设计中的零件设计同单一的零件设计一样，可顺利参数化，而结构设计中的装配阶段，由于零部件的设计尺寸的变化不能联动性更正相关的装配关系，常常导致火炮的虚拟样机模型的崩溃或模型的装配干涉，给火炮反后坐装置的结构设计效率带来严重影响。针对上述问题，本文以火炮反后坐装置的结构模型为研究对象，以装配方程组和装配约束集为基础，建立了火炮反后坐装置结构的设计框架和参数化的火炮反后坐装置的结构模型，对火炮反后坐装置的结构成功实现了参数化设计，为火炮反后坐装置的结构设计和优化设计提供了快捷可行的方法。

1　构建参数化结构模型

1.1零件的参数化

现在的主流CAD设计软件主要有PRO/E、UG、Solidworks等，这些软件基本都提供自带的零件参数化设计模块。本文将采用UG软件为设计平台实现零件的参数化设计，为了提高设计效率，通常先画外形再定尺寸，根据这个设计思想先建立火炮反后坐装置的零件三维模型，将设计意图和规则加入模型中，并检查零件的几何尺寸是否完备，利用UG参数化功能确定火炮反后坐装置的零件设计参数和参数系列，同时将可参数化的火炮反后坐装置的零件模型存入共享目录中。设计者可根据需要在共享目录中的挑选参数化火炮零件模型重新使用，运用尺寸驱动机制给新生的零件赋予指定设计参数，直接生成设计者所需的火炮防护装置的零件模型。

1.2结构的参数化

目前主流CAD软件都提供有装配作业模块，根据零件的实际装配情况，对零件的干涉情况进行分析，查看计算质量数据和动画演示装配方案。我们通过倒置的树形图的形式来演示这里的装配层次，一级装配包含有二级装配和零件的引用信息，二级装配又包含更小的装配和零件的引用信息，依次类推构成了完整的装配层次关系结构图。利用UG自身提供的装配模块，我们可以定义火炮反后坐装置的装配约束，如面对面、面对线等，在装配完成后反复检查火炮反后坐装置的装配约束的完备性，以建立完整的、要素齐备的火炮防护装置的虚拟样机。在现实装配中，一般CAD软件提供的装配模型或多或少的不尽完备，仅仅能提供一些简单的装配关系，例如零件之间的定位约束，不同零件之间则很难表达装配尺寸协同关系，一般这些装配尺寸的协同关系是由不同零件的共同设计尺寸决定的，现有CAD软件一般没有相关的协同定义方法，这方面只能消耗大量人力，采用人工对照的方法，对零件设计阶段协同逐个排查可能导致装配模型崩溃或相互干涉的隐患。为解决上述问题，本文引入装配方程［4］的概念，用装配方程来表示零件与零件之间的所有装配尺寸协同关系，一般一个装配尺寸需要一组由多个单一装配方程组成的装配方程组。通过这种装配约束与装配方程的协作将装配设计阶段中装配关系完整地表现在火炮反后坐装置的虚拟装配模型中。

2　火炮反后坐装置结构的参数化设计

火炮反后坐装置的参数化设计主要针对结构相同或相似，设计人员根据实际需要对参数化模型中的结构设计参数进行重新赋值，在尺寸关联驱动机制的作用下，软件根据参数化信息自动生成满足项目设计要求的结构。

2.1装配约束的建立

UG软件提供的装配约束方法属于部件之间的永久定位，如果改变某个部件的空间位置，在定位装配约束中记录的其他部件也将自动修改。通常装配类型主要有面到面和线到线两种类型。

2.2装配方程的建立

本文用编程的方式将结构中同一个零件或不同零件上的设计尺寸存在的协同关系以关系式的形式写入装配方程组中。工程人员在装配设计阶段，可以将零件之间的装配尺寸的协同关系，即装配方程组，写入数据库中。在装配设计阶段，如果一个设计尺寸发生变化，在数据库中的装配方程将按照方程内容修改与之关联的尺寸。装配方程通常采用公式的形式保存装配关系。本文用尺寸关联驱动来定义上述装配尺寸的协同关系、处于不同零件上的设计尺寸之间的驱动关系。

2.3结构设计参数

在完整的火炮反后坐装置的虚拟装配模型中，零件的设计参数中部分是独立驱动的、部分是由火炮防护装置的装配方程组约束的。在火炮防护装置的参数化设计过程中，有部分设计参数是重叠的，即在部分反映零件之间装配尺寸的协同关系、处于不同零件上存在协同关系的零件设计参数，只需对其中之一进行设置。本文将火炮反后坐装置的结构设计参数化模型中加入可独立改变的设计参数，将结构设计参数与虚拟装配模型构成完整的参数化火炮反后坐装置的结构模型。