ＣＡＴＩＡ　Ｖ５在水工金属结构设计中的应用

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1、ＣＡＴＩＡ　Ｖ５在水工金属结构设计中的应用摘要：以某水工钢闸门的悬臂轮装置为例，介绍了基于CATIA软件的三维零件设计、装配、干涉分析、有限元分析、工程制图、数据转换。　　关键词：CATIAV5；水工金属结构；三维零件设计；装配设计；有限元分析　　　　1引言　　　　CATIA(Computer-aidedThree-dimensionalInteractiveApplication)软件是由法国DassaultSystem公司开发的，广泛应用于航空航天、汽车、机械、电子等方面的一套完整的3DCAD/CAM/CAE一体化

2、软件。它的集成解决方案覆盖了几乎所有的产品设计与制造领域。　　水工金属结构系泛指应用于水利水电工程中的各种永久性的钢结构和机械设备，在这些钢结构和机械设备当中最基本和应用最广泛的是各类闸门、阀门及相应的启闭机械。对水利水电工程而言，各种水工金属结构设备合理的布置，正确的设计、优良的制造安装质量，对于保证工程正常和安全运行是十分重要的。　　随着现代CAD软件技术的发展，从事水工金属结构的设计人员早已淘汰了手工绘图的图板，全面的转向CAD的二维绘图时代，从而明显降低设计成本，缩短设计、生产准备周期，浓缩和提炼优秀的设计经验，提

3、高产品设计水平。在CAD所涉及的众多应用技术中，二维工程图与三维模型关联技术的应用，标志着工程制图不仅只是借助CAD软件的视图绘制工作，更重要的是体现设计思想和确定技术要求的设计工作。　　本文以某水工钢闸门的悬臂轮设计为例，浅析CATIAV5软件在水工金属结构设计中的三维造型、装配、干涉分析、有限元分析、工程制图的应用。　　　　悬臂轮结构简介　　　　某水工钢闸门，整个模型基于CATIAV5软件三维建模、装配而成。主要由面板、梁系及行走支承的悬臂轮组成。因此处篇幅有限，故选取其中比较有代表性的悬臂轮装置为例详细的介绍此部分

4、基于CATIAV5软件的零件建模、装配、有限元分析步骤。　　悬臂轮装置的装配图，可以看出悬臂轮装置主要由滚轮、轴、自润滑轴套、轴端挡板等组成。滚轮可以绕轴自由旋转，轴端挡板可以限制滚轮在轴向上的位移，并且可以防止滚轮在水中工作时，较大的颗粒状物体进入轴套内。　　　　基于CATIA的零件设计和装配设计　　　　零件设计是机械设计的第一步，首先在一系列基准平面上绘制草图轮廓，然后利用零件设计的特征操作生成基本实体，最后通过对基本实体进行修饰、变换及布尔运算等操作生成最终的零件。在通常情况下，利用零件设计工作台和草图工作台的默认

5、工具栏就可以完成零件实体设计，但对于复杂形体来说可能涉及更多的工作平台。　　以滚轮为例介绍如何利用CATIA中的“零部件设计”模块生成滚轮的实体模型。首先在YZ基准面上以Y轴为对称轴绘制滚轮的截面草图。然后利用“旋转体”工具，将草绘截面绕Y轴旋转360°，生成的滚轮“毛坯”。选取滚轮“毛坯”的上端面为基准面，绘制直径D=105mm的圆，利用“凹槽”工具，类型选择“直到最后”，便完成了滚轮上的轴孔。　　利用“孔”工具可以较为方便的在滚轮的端面“钻”出已攻丝的螺栓孔。在“孔”工具的弹出对话框中可以选择孔的深度：盲孔、通孔；还可

6、以选择孔的类型：简单、锥形、沉头、埋头、倒钻；在螺纹参数里也有相应的螺纹规格可以选择。“孔”功能作为一个单独的工具从“凹槽”工具里被剥离出来，这对于设计人员是非常人性化的，设计人员不用在为一些标准的螺栓孔去翻查手册，然后单独绘制，可以说非常省时省力，并且准确。最后利用“圆弧阵列”工具将第一个螺栓孔阵列，再将一侧6个螺栓孔用“镜像”工具对称复制到滚轮的另一侧；再利用“倒角”工具将滚轮需要倒角的地方倒角，零件滚轮的实体模型就创建完成。　　在所有的零部件模型创建完成后，进入CATIA的装配模块进行零部件的装配。CATIA中的装配功

7、能提供给用户多种方法进行装配约束，例如接触约束、同轴约束、距离约束等，小到螺钉螺母大到整架飞机都可　　以在装配平台上进行装配设计，这也就是所谓的虚拟样机。　　悬臂轮总成的装配爆炸图，在爆炸图中可以较为清晰表述出各零部件的装配关系，需要注意的是：产品、部件和零件之间的逻辑关系，在装配设计中，树形图上的最上一级为产品，下一级为部件，部件的下一级为零件。使用“桌面”命令，CATIA将按照产品、部件和零件之间的逻辑关系把CATIA已经打开的所有文件排列成树形图的形式，方便用户管理和组织文件。当产品在不同计算机之间切换时，常常由于零

8、部件文件目录位置的改变导致错误，这时通过“更新”命令重新确定零部件文件的链接位置方可正常打开文件，这在装配设计中是易出现错误的地方，需要值得设计者注意，一个较大的水工金属结构总成，往往并不是由单一的设计者完成，每一个设计者也许面向的只是某一局部的组件，在所有的组件装配好后，再