开题报告-基于CATIA齿轮库的创建及应用.doc

毕业设计（论文）开题报告题目: 基于CATIA齿轮库的创建及应用专 业 名 称 机械设计制造及其自动化班 级 学 号 学 生 姓 名 指 导 教 师 填 表 日 期 2015 年 3 月1、 选题的依据及意义在实际的工程设计生产中，通常把产品的各个零部件用三维软件进行仿真建模，之后进行三维模型实体装配，对装配进行仿真和优化，对产品的性能和要求进行对比，之后进行改进，最后进行投入生产。再三维模型装配中经常要用到一些标准件及常用件，如果每次用标准件和常用件时都要对其进行建模，会耗费大量的时间，设计效率大大降低。随着科学技术的发展，机械设计的复杂性、精度要求、快速性要求都在逐步地提高，给传统的机械设计方式提出了更高的要求。为提高设计效率，需要结合三维CAD软件研究开发三维标准零件库1。CATIA 是由法国达索公司(Dassault System)推出的高级计算机辅助设计、制造和分析软件,广泛应用于航天、汽车、造船和电子设备等行业。它在三维特征建模方面功能强大,很方便地进行复杂三维零件的特征参数化造型,完成的参数化造型能根据按人机交互形式输入的设计变量来控制特征的有无,形成新的尺寸，从而再生出新的三维零件2。齿轮传动是机械传动中的重要组成部分,汽车自问世以来,其构造中,齿轮传动便占据了重要地位。作为汽车结构中的主要传动机构,齿轮传动担负起了传动机械能的责任。齿轮传动是应用最为广泛的一种传动机构，它具有传动效率高、传动比稳定、结构紧凑等特殊优点，广泛的用于减速器及汽车变速箱等结构中。齿轮常见于现代工业设备中，它甚至渗入到寻常百姓的日常生活中。因此，齿轮作为工业的象征，被画在我国庄严的国徽上。50年代我国齿轮工业几乎从零起步，第一个五年计划期间我国开始发展齿轮制造业，至60年代中期奠定了初步基础，在不同行业中建立了若干具有代表性的齿轮制造车间。70、80年代后，通过国家重点投入和数量可观的技术引进，以及改革开放政策的深入贯彻，我国齿轮工业又有了新的发展，形成了一个门类齐全，颇具规模的工业。设计人员在机械设计中齿轮传动是最常用的传动机构，但是齿轮的渐开线形状复杂在很多计算机软件中是不能直接生成的，需要机械设计人员一步一步地操作，过程极为繁琐，设计的效率非常低，因此对于齿轮库的建模提出了迫切要求。为避免重复建立齿轮机构三维模型，提高机械设计效率，本设计在基于CATIA软件的基础上，研究建立齿轮库及齿轮库的应用。二、国内外研究概况及发展趋势CADCAM技术从诞生到现在，经历了形成、发展、提高和集成等阶段。早在20世纪50年代，美国研制成功了数控机床。麻省理工学院的伺服机构实验室成功地用计算机制作数控纸带，实现了用纸带作为介质对机床进行程序化控制。在此基础上，产生了CAM的最初概念。在60年代初，美国麻省理工学院林肯实验室的IESutherland发表了题为“Sketchpad一一一个人机通用图形系统”的论文，首先提出计算机图形学、交互技术、分层存储的数据结构等新思想，为CAD技术奠定了理论基础。随后，相继出现了许多商品化的CAD设备及系统，例如美国IBM公司开发的以大型机为基础的CADCAM系统，具有绘图、数控编程和强度分析等功能；美国通用汽车公司研制了DAC1系统；洛克希德飞机公司研制了CADAM等。60年代中期到70年代中期，是CADCAM技术趋于成熟的阶段，随着计算机硬件的发展，以小型机、超级小型机为主机的CAD系统进入市场，针对某个特定问题的CAD成套系统蓬勃发展；与此同时，为了适应设计和加工要求，三维几何处理软件也发展起来，出现了面向中小企业的CADCAM商品化软件系统；1967年，英国的莫林公司建造了一条由计算机集中控制的自动化制造系统；70年代初，美国的辛辛那提公司研制了一条FMS系统，即柔性制造系统。80年代是CADCAM技术迅速发展的时期，超大规模集成电路的出现，使计算机硬件成本大幅度降低，计算机外围设备己成系列产品，为推进CADCAM技术向高水平发展提供了必要的条件。与此同时，相应的软件及数据库技术、有限元分析、优化设计等技术也相继出现，水平大为提高。这些商品化软件的出现，促进了CADCAM技术的推广及应用，例如计算机辅助工艺规程设计(CAPP)、计算机辅助工装设计、计算机辅助质量管理(CAQ)等。从90年代至今，随着计算机硬件及软件的发展，CADCAM技术由过去单一模式、单一功能、单一领域的应用向标准化、集成化、智能化方向发展。CATIA由法国达索公司开发，IBM公司负责全球市场销售及售后技术支持。达索公司自1981年成立，目前已拥有1,300多雇员，其中软件开发工程师占900多人，每年有两次新产品发布，为当今全球最大的CAD/CAM/CAE/PDM软件开发商。CATIA的用户遍及全球的汽车、航空航天、造船、机械制造、家用电器等各个领域，用户超过9000家，总装机数达100,000套。达索公司强大的财力后盾为CATIA新产品开发提供了有力的保障，使先进的产品和功能可源源不断地提供给用户；IBM作为全球最大的计算机信息系统厂商，以其强大的技术支持力量、久誉盛名的售后服务，帮助众多的CATIA用户取得了成功。IBM工程技术解决方案部（Engineering Technology Solutions Unit-ETS）是一支具有丰富经验的CATIA全球专业技术支持队伍。这支队伍拥有1,000多名CATIA工程师，他们在对全球客户进行支持的同时，也将各行各业的需求和经验反馈回CATIA的开发部门，使CATIA得以迅速地推出满足用户今天和未来需求的优秀产品3。二十一世纪是一个高速发展的世纪，我国的各行各业正以惊人的速度向世界看齐，特别是机械制造业正以一个前所未有的速度在向前发展。在面向装配设计过程中，为提高设计效率，减少重复劳动，缩短产品开发周期，建立三维零件库是必不可少的一个重要环节。在基于CATIA V5、PRO/E、UG为平台的三维参数化机械产品的设计中，标准件、常用件，它们在结构、尺寸方面都已标准化或部分重要参数已标准化、系列化了，为了避免设计人员花费大量时间来进行这些重复性的工作，提高设计效率和产品的开发速度，降低产品的开发成本，并实现组件快速、准确的装配，按我国的有关设计标准，通过利用CATIA V5中的Catalog、PRO/E中的族表、UG中的Part families等开发工具来建立标准件、常用件的三维参数化图库尤为重要和必要4。为此，许多企业经常自己建立一些小型的标准件库或专业零件库。从制造业全行业的角度来看，这样做不仅导致大量人力、物力和时间被耗费在重复的工作中，而且由于各单位条件限制及使用目的不同，很难建立一个完整、通用的零件库，对于因标准改变等情况引起的零件库更新也无法很好地解决。网络环境及其开发技术的飞速发展为企业共享零件库服务提供了手段，在开发网络环境下ASP.NET技术与Web数据库技术相结合的虚拟零件库及相应的ASP服务平台，将能够使企业以较少的资金得到范围更加广泛、分类更加精细的零件库服务，达到支持网络化设制造和企业间技术协作，提高企业产品创新能力和开发效率的目的。例如，杭州新迪数字工程系统有限公司开发的：三维资源在线网/index.html。在这个平台上，设计人员可以轻松找到我们国家现有的各类标准件、行业常用件以及供应商产品目录，动态配置、预览、并最终下载这些三维产品实体模型。三、研究内容及实验方案1、研究内容本设计对目前国内外在这方面的研究情况作了简单的调研，并查阅了大量的相关文献，目前国内外对二维图形参数化和简单三维实体的参数化的研究较为成熟。对复杂的三维实体的参数化的造型研究还不多见，特别是像齿轮这类形状复杂、精确齿形的三维实体的参数化的造型设计更为少见。其原因，一是齿轮二维图形参数化设计能够满足传统的齿轮加工要求，另一方面是运用低档CAD软件对复杂的三维实体很难实现参数化虚拟造型设计。随着虚拟制造技术的迅速发展，用大型通用的CAD软件对齿轮的三维实体进行参数化虚拟造型设计已成为设计者的迫切需要。CATIA、PRO/E、UG等提供的二次开发工具给三维实体造型提供了极大的方便，它可以避免对三维实体的重复造型，极大地提高设计效率。在计算机辅助设计与图形学学报2005年8月第17卷第8期李原基于CATIA V5的标准件库设计与实现对基于CATIA软件的航空产品标准件库的关键技术和实现方案进行研究，提出一种基于CATIA的标准件库实现方法，对基于CAA-API的标准件实体建模、零件参数表设计、基于Catalog的标准件层次结构设计，以及标准件的数据库存储模式设计等创建标准件库的关键技术进行了描述，开发了标准系统标准件库，覆盖国标、航标、企标、军标的紧固件、机体构件、系统构件、管路系统构件、电气操纵构件等零件类型5。目前为止，国内对齿轮CAD已作了一定的工作，如郑州机械研究所开发的“齿轮传动CAD集成系统”，天津大学毕玉玲开发的“仪表圆弧齿轮CAD模型”。但是多数是二维系统，燕山大学路鼓、陈修龙开发虽然是三维的系统，但是仅限于圆锥齿轮。还有一些齿轮方面的专家基于SUN工作站以I-DEASMS5为支撑软件建立了一套齿轮的参数化造型系统程序，可以实现内外齿轮的参数化造型，但这些软件功能也仅限于直齿轮。而且针对机械设计中通用齿轮研究与建模尚处于空白，齿轮库建立会使我们更多的精力放在产品的核心零部件以及它们之间的接口上。综上所述，基于CATIA的齿轮库建模有重大的理论和实际意义。CAD是目前世界上最流行的计算机辅助设计软件平台，它以功能强大、操作简便、支持多平台以及体系结构开放等优点得到了工程界的广泛应用特别是CATIA允许用户对其进行扩充和修改即二次开发极大限度地满足了用户的特殊要求。CATIA是法国达索公司的产品开发旗舰解决方案。作为PLM协同解决方案的一个重要组成部分，它可以帮助制造厂商设计他们未来的产品，并支持从项目前阶段、具体的设计、分析、模拟、组装到维护在内的全部工业设计流程。模块化的CATIA系列产品旨在满足客户在产品开发活动中的需要，包括风格和外型设计、机械设计、设备与系统工程、管理数字样机、机械加工、分析和模拟。CATIA产品基于开放式可扩展的架构。通过使企业能够重用产品设计知识，缩短开发周期，CATIA解决方案加快企业对市场的需求的反应。自1999年以来，市场上广泛采用它的数字样机流程，从而使之成为世界上最常用的产品开发系统。CATIA系列产品已经在七大领域里成为首选的3D设计和仿真解决方案：汽车、航空航天、船舶制造、厂房设计、电力与电子、消费品和通用机械制造。CATIA软件以其强大的曲面设计功能在飞机、汽车等设计领域享有很高的声誉。与PRO/E、UG相比，CATIA提供了更加丰富的建库工具以满足用户的需求。CATIA采用统一的数据库，集三维实体、曲面造型、装配造型、三维工程图、数控加工、有限元分析等，特别是其全参数化和相关功能强大的实体造型技术为一体，为设计提供了很大的方便。因此，本课题选择CATIA为操作平台，使用方便、操作简单。只要通过鼠标拖曳悬着的齿轮即可获得直齿轮的实体，也可通过简单的复制到设计环境中，就形成独立的实体，与齿轮库脱离关系，因此可以利用该齿轮实体进行设计。本课题研究的重点是对渐开线圆柱直齿轮进行简单参数化设计，并完成齿轮类零件库的建立。2、设计方案1）搜集有关CATIA的资料，熟悉齿轮建模和三维仿真的原理。2）catia的参数化齿轮设计。3）建立齿轮零件库。4）应用齿轮库。四、目标及工作进度 1、目标1）搜集并掌握齿轮建模和三维仿真的方法。2）掌握catia的参数化齿轮设计的方法3）建立齿轮零件库。4）灵活应用已创建的齿轮库。2、工作进度1)相关外文文献资料的阅读与翻译（6000字符以上）2周2)搜集有关资料，熟悉齿轮三维仿真的原理，撰写开题报告2周3)catia的参数化齿轮设计。3周4)建立齿