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1、基于CATIA的箱体类零件的特征造型设计,作者：芮琴 安徽农业大学工学院 07机制二班 指导老师：孔晓玲教授,概述,箱体类零件是机器及其部件的基础件。它将机器及其部件中的轴、轴承、套和齿轮等零件按一定的相互位置关系装配成一个整体，并按预定的传动关系协调运动，起着支撑、容纳、定位和密封等作用。本文主要研究基于CATIA的箱体类零件的特征造型，研究具有代表性的箱体类零件的二维图，进行零件的特征分析，规划出特征生成顺序，在CATIA三维软件的帮助下绘制出三维图形，并对各个零件分析它们的特征造型尤其是其形状特征，并进行总结得出箱体类零件的特征。,一、零件的特征,零件的特征是指在设计、制造及相关过程中可
2、以识别的、包含特定形状和工程予以的基本信息单元。特征单元是构成零件形状的基本要素,根据特征单元在整个零件中的作用分为基础特征和附加特征两类，基础特征用于构造零件的基本形状结构，可以单独存在；附加特征用于对形状结构进行局部修饰，必须与基础特征或其他附加特征发生联系。一个零件可由一个基本特征和若干个附加特征来描述。特征分为形状特征、材料特征以及精度特征。其中本文中的特征造型分析主要以形体特征分析为主。,形状特征,根据形状特征在构造零件中所起的作用不同，可将其分为主特征和辅特征两类。主特征用于构造零件的主体形状结构；辅特征则用于对主特征的局部进行修饰，它依附在主特征之上，反应了零件几何形状的细微结构
3、。具体的形状特征分类如下图所示：,零件形状特征的分类,形状特征,主特征,辅特征,简单主特征,圆柱体,圆锥体,长方体,宏特征,轮毂,轮辐,盘,简单辅特征,复制特征,组合特征,孔,螺纹,槽,圆孔,锥孔,平键槽,弧形槽,T形槽,材料特征及精度特征,精度特征是用于描述几何形状和尺寸的许可变动量或误差，如尺寸公差、形位公差、表面粗糙度等。精度特征又可细分为形状公差特征、位置公差特征、表面粗糙度等。材料特征是用于描述材料的类型、性能和热处理等信息，如强度和延展性等力学特性、导热性和导电性等物理化学特性、以及材料热处理方式与条件,基于CATIA的零件的特征造型,CATIA是基于特征的参数化造型软件，所谓特征
4、是指可以用参数驱动的模型，零件的设计实际就是特征的累积过程。任何复杂的机械零件，从特征的角度都可以看成是有一些简单的特征所构成的。任何复杂的三维实体都可以分解成数个较简单实体的叠加、裁减或相交。在利用CATIA建模的过程中首先需要明确各个特征的形状以及它们之间的相对位置和表面连接关系，然后按照特征的主次关系及一定的顺序进行建模。这就涉及到了特征造型的基本步骤。,特征造型的基本步骤,通常，应用特征造型设计零件大致要遵循以下几个步骤：规划零件 规划零件主要包括分析零件的特征组成、分析零件特征之间的相互位置关系、分析特征的构造顺序以及特征的构造方法。创建基础特征 按照特征的重要性和尺度进行建模，首先
5、建立基础特征。在CATIA中将每个零件所生成的第一个特征称为基础特征，并且每个零件只有一个基础特征。一般选择构成零件基本形态的主要特征或尺寸较大的特征作为基础特征，基础特征是构造后续特征的基础。创建附加特征 根据零件的规划结果，在基础特征上逐一添加其他附加特征，最后添加圆角、倒角等辅助特征。在后续的设计中，就是按照此步骤进行箱体类零件的特征造型设计的。,典型箱体类零件的特征造型设计,由于箱体类零件的种类繁多，本文中选择了几个具有代表性的箱体进行特征造型分析与设计，其具体步骤如下：首先通过查资料对箱体的材料及功能等进行了解，然后研究其二维图形，进行特征造型分析，确定特征的生成步骤，最后利用CAT
6、IA三维软件绘制出其三维图形，总结出该零件的形状特征、材料特征及精度特征。下面以减速器的上箱体为例进行详细介绍，其余的箱体不再进行详述。,减速器上箱体的特征造型设计,减速器上箱体的二维图如下所示：,减速器上箱体的特征造型设计,对二维图进行分析得出如下特征建模顺序:利用拉伸特征生成毛坯利用壳体特征生成箱体利用拉伸特征生成底板、凸缘利用凹槽特征生成轴承孔利用孔特征生成螺纹孔、销孔等利用加强肋特征生成加强筋利用镜像、阵列等生成镜像体利用拉伸和凹槽等特征形成窥视孔和通气孔最后利用圆角倒角等特征对整个箱体进行修饰，最终绘制成的CATIA三维图形图所示。,总结：由上图可分析出，减速器上箱盖结构较为复杂，其
7、主特征是生成壳体的长方体，辅特征包括底板、凸缘、轴承孔、加强筋、螺栓孔、销孔、圆角、窥视孔、通气孔等。,减速器上箱体的特征造型设计,减速器下箱体的特征造型设计,总结：减速器下箱体结构较为复杂，采用灰铸铁HT200铸造而成。减速器箱体的轴承孔及螺纹孔等精度要求较高其尺寸公差大约为IT7IT6，基准平面的平面度一般为0.020.1mm，其表面粗糙度一般为Ra1.6Ra0.4um。其主特征是生成壳体的长方体，辅特征包括底板、凸缘、轴承孔、加强筋、螺栓孔、销孔、放油孔、圆角等。,变速箱箱体的特征造型设计,总结：变速箱箱体结构较为复杂，综合考虑采用铝硅铜合金ZL107铸造而成;其中三组平行孔系为箱体主要
8、结构，用于安装齿轮及轴，其精度要求较高，尺寸公差要求为IT6-IT7;箱体主特征是生成壳体的长方体，辅特征包括凸缘、轴承孔、多边形槽、圆角等。,主轴箱壳体的特征造型设计,主轴箱箱体内部有一个复杂空腔结构较为复杂，箱体采用HT200铸造而成，对孔的精度要求较高，其主特征是生成壳体的长方体，辅特征包括凸缘、圆孔、凹槽、圆角等。,齿轮泵泵体的特征造型设计,齿轮泵泵体通常采用变形铝合金或铸造铝合金经固溶处理并时效强化形成泵体。齿轮泵泵体的结构较为简单，其主特征是生成空腔的长方体，辅特征包括底座、凸缘、螺纹孔、销孔、进出油孔、凹槽、圆角等。,阀体的特征造型设计,阀体常采用铸钢铸件，经精加工而成。对孔及平
9、面的加工精度要求较高，尤其是与管路想连的圆孔。阀体的结构较为复杂，其主特征是由旋转生成的空心的圆柱体，辅特征包括底座、凸缘、阶梯孔、螺纹孔、螺纹、圆角等。,箱体类零件的特征总结,对上述六个典型的箱体零件进行总结，可作出表格如下所示：,箱体类零件的特征总结,由上述具有代表性的箱体类零件的零件特征可大致总结出箱体类零件的特征如下：一、材料特征 箱体类零件主要起支撑和连接作用，要求其材料具有较强的强度、刚度、耐磨性及抗震性等，故材料常采用灰铸铁，如HT200。一些负荷较大的箱体，也可采用铸钢件。而对动力机械中的某些箱体，不仅要求其结构紧凑、形状复杂外，还要求体积小、重量轻等特点，则常采用铝合金或镁铝
10、合金材料，以减轻质量，如变速箱箱体。,箱体类零件的特征总结,二、精度特征 一般而言箱体类零件是铸造而成，其外部尺寸是不进行加工的，所以外部精度要求较低，一般其尺寸公差要求为：IT11IT10；而箱体上的孔系精度要求都较高，尤其是轴承孔及主轴孔，一般要求为IT7IT6，圆度、圆柱度公差不超过孔径公差的一半，表面粗糙度为Ra0.630.31um,其他的孔及螺纹孔销孔等尺寸精度为IT8IT7，表面粗糙度值为Ra2.50.63um；对于箱体上用于连接的装配基面，它将直接影响箱体与机床总装时的相对位置及加工时的定位精度，因而要求有较高的平面度及表面粗糙度要求，其平面度一般为0.020.1mm，其表面粗糙
11、度一般为Ra1.6Ra0.4um，其他与装配基准面平行的平行面，其平行度一般为在全长范围内0.020.05mm，而与装配基准面垂直的平面其垂直度允差一般为没300mm在0.020.05mm。,箱体类零件的特征总结,三、形状特征 形状特征可分为主特征及辅特征。箱体类零件的主特征可分为长方体及圆柱体，其中又以长方体为箱体类零件的主要主特征，圆柱体为次要主特征；箱体类零件结构比较复杂，所以导致箱体类零件的辅特征种类较多，其中常见的有以下几种：底板、凸缘、轴承孔、阶梯孔、通气孔、窥视孔、螺栓孔、销孔、凹槽、加强筋、圆角、倒角等。具体分类可见图表。,箱体类零件的特征总结,箱体类零件的形状特征,主特征,辅特征,长方体,圆柱体,底板,孔,凸缘,加强筋,圆角,凹槽,轴承孔,阶梯孔,螺纹孔,销孔,窥视孔,通气孔,倒角,Thank you,
