小卫星装配建模与仿真的实现

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1、2002笠工程图学学报2002第2期JoURNALoFENGINEERINGGRAPHICSNO．2小卫星装配建模与仿真的实现徐晓慧田凌董兴辉(清华大学，北京100084)摘要：采用基于模板的参数化特征建模方法、基于数据库驱动、主控零件驱动以及系统全关联数据结构的变形设计方法、基于装配规划和动画技术的装配仿真方法、基于多媒体技术和二次开发技术的用户界面设计方法，在Pro／ENGEER环境下实现了小卫星的参数化特征建模、变形设计、零件与装配的联动设计、装配仿真、干涉性检验和用户界面设计等。关键词：装配建模；变形设计；装配仿真；干涉性检验中图分类号：TP391文献标识码：A文章编

2、号：1003．0158(2002)02·0007·06小卫星属系列化产品，需要在已有设计草图的基础上建立零件和装配体的参数化模型，同时实现变形设计、装配仿真等。为此笔者介绍了在Pro／ENGINEER(以下简称Pr0／E)环境下实现小卫星零件和装配体的参数化特征建模、变形设计、装配仿真、干涉性检验和用户界面设计的方法和经验。1零件的参数化特征建模1．1零件特征树的规划特征树反映了零件的特征、约束以及造型顺序。规划特征树的过程实质是零件的分解过程，不同的分解方案可得到不同结构的特征树。根据零件的功能和加工工艺，选择最优的特征树表达零件。图1为图4所示零件模型的特征树，图中：结点

3、表示特征，虚线所示结点表示虚体特征【“，结点之间的连线表示特征之间的约束，箭头表示造型顺序。1．2约束与特征参数的确定约束分为几何约束和尺寸约束两种。图1特征树收稿日期：2002-01-29基金项目：国家十五863基金资助项目(2001AA410180)作者简介：徐晓慧(1961一)，女，河南郑州人，副教授，博士生，主要研究领域为计算机辅助设计等。工程图学学报2002年(1)几何约束用来定义特征内部各图素之间的拓扑关系以及特征之间的拓扑关系，如：平行、垂直、等长、相切、对称等。建立几何约束原则上优先采用特征内部的几何约束、减少特征之间的几何约束。尽可能采用虚体约束，如图2所示

4、的1——参考圆，2——参考线等。(2)尺寸约束用来定义特征内部的定形几何参数或特征之间的定位几何参数。依照参数化设计的原则，选择部分尺图2虚体约束寸作为特征参数，其余尺寸以关系式的方式建立与特征参数之间的约束。例如：图2所示零件可选择，1，，作为特征参数，并设d5-=d4／2。不同的尺寸约束基准产生不同的变形设计结果，如图3所示，当增大图2所示零件的时，方槽采用不同尺寸约束基准产生不同变形设计结果，其中：图3(a)、(d)为病态设计结果。因此尺寸约束应保证改变最少的特征参数、采用最大的取值范围，产生不改变原设计意图的变形设计结果。图3尺寸约束基准对变形设计结果的影响1．3基于

5、特征的零件建模方法基于特征的零件建模过程实际是按照所规划的特征树不断生成特征的过程。其基本步骤是：依次建立基特征、主特征、子特征和辅特征，直到完成整个特征树的建造。本文根据小卫星各零件外形参数一致的特点，采用基于模板的零件建模方法，即：首先选择可由多个零件共享的结构作为零件模板，以此模板为基础进行零件的详细设计。既提高了建模效率，又保证了信息的继承。图4为小卫星的零件模板之一。零件建模时应注意：特征内部的约束尽可能在草绘状态下施加到相应的截面上；特征之间的约束尽可能以参考的方式给定；零件上相图4零件模板同的特征，应尽可能避免用镜像的方法生成；零件上的孔，应尽可能采用去除材料的

6、方法生成；零件上的通孔、通槽等特征，其厚度应尽量采用贯穿的方式生成；零件上的盲孔及类似的特征，其深度值应适当取大一点，便于作变形设计；草绘新特征的截面时，应尽可能利用相关特征的轮廓线、轮廓线的等距线或同心圆等。2装配体的参数化特征建模Ma2．1装配树的规划与零件的特征树相类似，装配树反映组成装配模型的零件信息、装Ma雾囱团te上lA1i：g配约束以及装配模型的建造顺序等。图5为小卫星装配树的局部，其中：结点表示零件名称或装配特征，结点之间的连线表示装配约束，箭头表示装配顺序。第2期徐晓慧等：小卫星装配建模与仿真的实现2．2装配约束的确定装配约束同样分为几何约束和尺寸约束两种。

7、(1)几何约束』}}j来定义装配模型中零件之间的拓扑关系。常用的几何约束有：匹配、对齐、插入、坐标系、相切、直线上的点、曲面上的点、曲面上的边等。建立几何约束时应注意：几何约束最好以己装配的相邻零件或虚体特征为参考，避免因某个零件参数的变化而引起零件间拓扑关系的改变。(2)尺寸约束用来定义零件间的定位几何参数或零件间特征参数之间的关系。与零件的尺寸约束相类似，也可用关系式的方式给出。所不同的是，由于不同零件可能使用相同的内部参数名，所以关系式中的参数应写成“参数名：所属零件的ID号”，如：dl：2=dl