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共享模型驱动的机械产品定制设计方法及应用
作者：秦慧斌 著
出版社：北京航空航天大学出版社
出版时间：2016-03-01
ISBN：9787512419643
定价：¥38.00
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内容简介
本专著针对国内大中型起重机制造企业的设计现状，结合国内外大规模定制设计技术和三维设计标准，提出了共享模型驱动的机械产品定制设计方法，研究了其技术原理、关键技术、设计平台体系结构、功能模块、开发步骤和应用实例。本书注重理论学术价值与应用实施的深度融合，有助于相关机械产品企业实施定制设计技术，快速响应市场的产品个性化需要。本书对直接从事机械产品设计的工程技术人员和相关专业的研究生有重要的学习价值，也可作为相关企业推广实施共享模型驱动的机械产品定制设计技术的培训用书。
作者简介
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目录
第1章 绪 论…………………………………………………………………………………… 1
1．1 引 言…………………………………………………………………………………… 1
1．2 定制设计技术…………………………………………………………………………… 1
1．2．1 大规模定制概述…………………………………………………………………… 1
1．2．2 大规模定制环境下设计方式的转变……………………………………………… 4
1．3 三维设计标准…………………………………………………………………………… 6
1．4 起重机定制设计技术现状分析………………………………………………………… 8
1．5 共享模型驱动的机械产品定制设计方法的提出……………………………………… 10
1．6 本章小结………………………………………………………………………………… 11
参考文献……………………………………………………………………………………… 11
第2章 共享模型驱动的机械产品定制设计平台…………………………………………… 15
2．1 定制设计原理…………………………………………………………………………… 15
2．2 定制设计平台的框架模型……………………………………………………………… 17
2．3 定制设计平台的体系结构……………………………………………………………… 18
2．4 定制设计平台的拓扑结构……………………………………………………………… 20
2．5 关键技术………………………………………………………………………………… 21
2．5．1 基于PDM 的网络化协同设计技术……………………………………………… 21
2．5．2 分布式协同设计通信技术………………………………………………………… 21
2．5．3 分布式模块化设计技术…………………………………………………………… 23
2．5．4 变型设计技术……………………………………………………………………… 23
2．5．5 参数化有限元分析技术…………………………………………………………… 24
2．5．6 工程图调整技术…………………………………………………………………… 24
2．6 定制设计平台的开发步骤……………………………………………………………… 25
2．7 本章小结………………………………………………………………………………… 27
参考文献……………………………………………………………………………………… 27
第3章 面向模型驱动定制的设计规范……………………………………………………… 29
3．1 模型驱动的产品定制设计过程………………………………………………………… 29
3．1．1 定制设计环境下的零部件分类…………………………………………………… 29
3．1．2 产品的主模型和主文档…………………………………………………………… 29
3．1．3 定制设计环境下的产品设计过程………………………………………………… 30
3．2 模型驱动设计环境模板的制定………………………………………………………… 32
3．2．1 零件、装配体模板的设计………………………………………………………… 32
3．2．2 工程图模板的设计………………………………………………………………… 32
3．2．3 属性模板的制定…………………………………………………………………… 34
3．2．4 各类表格模板的设计……………………………………………………………… 36
3．3 模型驱动定制设计规范………………………………………………………………… 37
3．3．1 草图设计规范……………………………………………………………………… 37
3．3．2 零件设计规范……………………………………………………………………… 38
3．3．3 零部件装配设计规范……………………………………………………………… 40
3．3．4 工程图设计规范…………………………………………………………………… 42
3．4 设计重用规范…………………………………………………………………………… 45
3．4．1 设计过程重用……………………………………………………………………… 45
3．4．2 产品设计文档重用………………………………………………………………… 47
3．5 本章小结………………………………………………………………………………… 47
参考文献……………………………………………………………………………………… 47
第4章 动态全息模型的研究与应用………………………………………………………… 49
4．1 动态全息模型理论……………………………………………………………………… 49
4．2 基于零装配的动态全息建模方法……………………………………………………… 51
4．2．1 零装配产品设计…………………………………………………………………… 51
4．2．2 基于零装配动态全息建模方法…………………………………………………… 52
4．3 桥式起重机动态全息模型的建立方法………………………………………………… 53
4．3．1 概念设计阶段……………………………………………………………………… 54
4．3．2 详细设计阶段……………………………………………………………………… 59
4．4 本章小结………………………………………………………………………………… 62
参考文献……………………………………………………………………………………… 62
第5章 机械产品的三维变型设计技术……………………………………………………… 63
5．1 变型设计的理论基础…………………………………………………………………… 63
5．1．1 变形设计与变型设计……………………………………………………………… 63
5．1．2 变型设计的方式…………………………………………………………………… 64
5．1．3 设计原理…………………………………………………………………………… 65
5．1．4 机械产品三维变型设计技术流程………………………………………………… 66
5．2 特征的变型设计………………………………………………………………………… 67
5．3 零件的变型设计………………………………………………………………………… 68
5．3．1 特征驱动的零件变型设计………………………………………………………… 69
5．3．2 性能尺寸参数驱动的零件变型设计……………………………………………… 69
5．3．3 工序驱动的零件变型设计………………………………………………………… 70
5．3．4 用户自定义特征驱动的零件变型设计…………………………………………… 73
5．4 部件的变型设计………………………………………………………………………… 76
5．5 产品的变型设计………………………………………………………………………… 81
5．5．1 基于产品族产品系列的模块化产品规划方法…………………………………… 81
5．5．2 模块化产品族的两种设计模式…………………………………………………… 82
5．5．3 模块接口…………………………………………………………………………… 84
5．5．4 产品变型设计实例………………………………………………………………… 85
5．6 本章小结………………………………………………………………………………… 86
参考文献……………………………………………………………………………………… 87
第6章 参数化有限元分析技术……………………………………………………………… 89
6．1 参数化有限元分析技术原理与方法步骤……………………………………………… 89
6．1．1 参数化有限元分析………………………………………………………………… 89
6．1．2 参数化有限元分析技术的原理与实现方法……………………………………… 89
6．1．3 参数化有限元分析的步骤………………………………………………………… 90
6．2 齿轮的参数化有限元分析……………………………………………………………… 91
6．2．1 渐开线斜齿轮的参数化建模……………………………………………………… 91
6．2．2 渐开线斜齿轮的模态分析………………………………………………………… 94
6．2．3 实验分析…………………………………………………………………………… 95
6．3 齿轮变幅器的参数化有限元分析……………………………………………………… 97
6．3．1 齿轮变幅器的数学模型…………………………………………………………… 97
6．3．2 齿轮变幅器的优化设计…………………………………………………………… 98
6．3．3 齿轮变幅器的参数化设计……………………………………………………… 101
6．4 小车架的参数化有限元分析………………………………………………………… 103
6．4．1 基于APDL的有限元分析特征模型的建立…………………………………… 103
6．4．2 小车架典型部件的静力学分析………………………………………………… 107
6．4．3 小车架定滑轮组梁的静刚度分析……………………………………………… 109
6．4．4 小车架整体结构的静力学分析………………………………………………… 111
6．5 本章小结……………………………………………………………………………… 115
参考文献……………………………………………………………………………………… 115
第7章 三维模型驱动的工程图调整技术…………………………………………………… 116
7．1 机械产品三维变型设计后的工程图调整技术流程与原理………………………… 116
7．1．1 机械产品三维变型设计后的工程图调整技术流程…………………………… 116
7．1．2 视图比例调整原理……………………………………………………………… 117
7．1．3 位置调整原理…………………………………………………………………… 118
7．1．4 视图位置调整原理……………………………………………………………… 120
7．1．5 装配图明细表调整原理………………………………………………………… 121
7．2 端梁三维主模型与工程图主模板的建立…………………………………………… 123
7．2．1 端梁三维变型设计步骤………………………………………………………… 123
7．2．2 端梁工程图主模板的建立……………………………………………………… 127
7．3 端梁变型设计程序的步骤和内容…………………………………………………… 128
7．4 工程图属性信息的自动提取………………………………………………………… 129
7．4．1 程序提取工程图信息的具体步骤……………………………………………… 129
7．4．2 程序的内容和步骤……………………………………………………………… 131
7．4．3 所涉及的API函数功能与语法介绍…………………………………………… 132
7．5 视图布局调整的实现步骤…………………………………………………………… 133
7．6 注解布局调整的实现步骤…………………………………………………………… 135
7．7 视图自动断裂的实施步骤…………………………………………………………… 136
7．8 图纸格式转换的实施步骤…………………………………………………………… 137
7．9 本章小结……………………………………………………………………………… 137
参考文献……………………………………………………………………………………… 139
第8章 机械产品模型驱动定制设计平台的开发…………………………………………… 140
8．1 定制设计平台的功能模块…………………………………………………………… 140
8．2 设计系统开发工具的选择…………………………………………………………… 143
8．3 二次开发技术………………………………………………………………………… 145
8．3．1 二次开发的两种方式…………………………………………………………… 145
8．3．2 SolidWorks二次开发技术……………………………………………………… 146
8．3．3 SolidWorks二次开发实例……………………………………………………… 149
8．3．4 ANSYS二次开发……………………………………………………………… 154
8．3．5 PDMWorks二次开发…………………………………………………………… 154
8．3．6 Excel二次开发………………………………………………………………… 156
8．3．7 Word二次开发………………………………………………………………… 157
8．4 网络开发……………………………………………………………………………… 157
8．4．1 创建FTP站点…………………………………………………………………… 157
8．4．2 构建Web服务器………………………………………………………………… 158
8．5 定制设计平台的功能模块开发……………………………………………………… 159
8．5．1 参数设置模块…………………………………………………………………… 159
8．5．2 模型驱动模块…………………………………………………………………… 160
8．5．3 有限元分析模块………………………………………………………………… 161
8．5．4 工程图调整模块………………………………………………………………… 161
8．5．5 工作站并行工作原理…………………………………………………………… 162
8．5．6 桥式起重机桥架的模型驱动定制设计流程…………………………………… 162
8．6 本章小结……………………………………………………………………………… 163
参考文献……………………………………………………………………………………… 164
第9章 共享模型驱动的机械产品定制设计实例…………………………………………… 165
9．1 堆垛机金属结构的定制设计实例…………………………………………………… 165
9．1．1 参数设置………………………………………………………………………… 166
9．1．2 部件模型驱动…………………………………………………………………… 170
9．1．3 有限元分析……………………………………………………………………… 171
9．1．4 工程图调整……………………………………………………………………… 172
9．2 铸造起重机小车架模型驱动定制设计实例………………………………………… 172
9．2．1 参数设置………………………………………………………………………… 175
9．2．2 部件设计计算校核……………………………………………………………… 180
9．2．3 有限元分析设置………………………………………………………………… 182
9．2．4 部件模型驱动…………………………………………………………………… 182
9．2．5 有限元分析校核………………………………………………………………… 183
9．2．6 工程图优化调整………………………………………………………………… 183
9．3 模型驱动的桥式起重机小车定制设计实例………………………………………… 184
9．3．1 参数设置………………………………………………………………………… 185
9．3．2 部件设计计算校核……………………………………………………………… 189
9．3．3 部件模型驱动…………………………………………………………………… 190
9．4 模型驱动的桥式起重机桥架定制设计实例………………………………………… 191
9．4．1 参数设置………………………………………………………………………… 193
9．4．2 模型驱动………………………………………………………………………… 196
9．4．3 设计文档的生成………………………………………………………………… 197
9．5 本章小结……………………………………………………………………………… 197
参考文献……………………………………………………………………………………… 197
1．1 引 言…………………………………………………………………………………… 1
1．2 定制设计技术…………………………………………………………………………… 1
1．2．1 大规模定制概述…………………………………………………………………… 1
1．2．2 大规模定制环境下设计方式的转变……………………………………………… 4
1．3 三维设计标准…………………………………………………………………………… 6
1．4 起重机定制设计技术现状分析………………………………………………………… 8
1．5 共享模型驱动的机械产品定制设计方法的提出……………………………………… 10
1．6 本章小结………………………………………………………………………………… 11
参考文献……………………………………………………………………………………… 11
第2章 共享模型驱动的机械产品定制设计平台…………………………………………… 15
2．1 定制设计原理…………………………………………………………………………… 15
2．2 定制设计平台的框架模型……………………………………………………………… 17
2．3 定制设计平台的体系结构……………………………………………………………… 18
2．4 定制设计平台的拓扑结构……………………………………………………………… 20
2．5 关键技术………………………………………………………………………………… 21
2．5．1 基于PDM 的网络化协同设计技术……………………………………………… 21
2．5．2 分布式协同设计通信技术………………………………………………………… 21
2．5．3 分布式模块化设计技术…………………………………………………………… 23
2．5．4 变型设计技术……………………………………………………………………… 23
2．5．5 参数化有限元分析技术…………………………………………………………… 24
2．5．6 工程图调整技术…………………………………………………………………… 24
2．6 定制设计平台的开发步骤……………………………………………………………… 25
2．7 本章小结………………………………………………………………………………… 27
参考文献……………………………………………………………………………………… 27
第3章 面向模型驱动定制的设计规范……………………………………………………… 29
3．1 模型驱动的产品定制设计过程………………………………………………………… 29
3．1．1 定制设计环境下的零部件分类…………………………………………………… 29
3．1．2 产品的主模型和主文档…………………………………………………………… 29
3．1．3 定制设计环境下的产品设计过程………………………………………………… 30
3．2 模型驱动设计环境模板的制定………………………………………………………… 32
3．2．1 零件、装配体模板的设计………………………………………………………… 32
3．2．2 工程图模板的设计………………………………………………………………… 32
3．2．3 属性模板的制定…………………………………………………………………… 34
3．2．4 各类表格模板的设计……………………………………………………………… 36
3．3 模型驱动定制设计规范………………………………………………………………… 37
3．3．1 草图设计规范……………………………………………………………………… 37
3．3．2 零件设计规范……………………………………………………………………… 38
3．3．3 零部件装配设计规范……………………………………………………………… 40
3．3．4 工程图设计规范…………………………………………………………………… 42
3．4 设计重用规范…………………………………………………………………………… 45
3．4．1 设计过程重用……………………………………………………………………… 45
3．4．2 产品设计文档重用………………………………………………………………… 47
3．5 本章小结………………………………………………………………………………… 47
参考文献……………………………………………………………………………………… 47
第4章 动态全息模型的研究与应用………………………………………………………… 49
4．1 动态全息模型理论……………………………………………………………………… 49
4．2 基于零装配的动态全息建模方法……………………………………………………… 51
4．2．1 零装配产品设计…………………………………………………………………… 51
4．2．2 基于零装配动态全息建模方法…………………………………………………… 52
4．3 桥式起重机动态全息模型的建立方法………………………………………………… 53
4．3．1 概念设计阶段……………………………………………………………………… 54
4．3．2 详细设计阶段……………………………………………………………………… 59
4．4 本章小结………………………………………………………………………………… 62
参考文献……………………………………………………………………………………… 62
第5章 机械产品的三维变型设计技术……………………………………………………… 63
5．1 变型设计的理论基础…………………………………………………………………… 63
5．1．1 变形设计与变型设计……………………………………………………………… 63
5．1．2 变型设计的方式…………………………………………………………………… 64
5．1．3 设计原理…………………………………………………………………………… 65
5．1．4 机械产品三维变型设计技术流程………………………………………………… 66
5．2 特征的变型设计………………………………………………………………………… 67
5．3 零件的变型设计………………………………………………………………………… 68
5．3．1 特征驱动的零件变型设计………………………………………………………… 69
5．3．2 性能尺寸参数驱动的零件变型设计……………………………………………… 69
5．3．3 工序驱动的零件变型设计………………………………………………………… 70
5．3．4 用户自定义特征驱动的零件变型设计…………………………………………… 73
5．4 部件的变型设计………………………………………………………………………… 76
5．5 产品的变型设计………………………………………………………………………… 81
5．5．1 基于产品族产品系列的模块化产品规划方法…………………………………… 81
5．5．2 模块化产品族的两种设计模式…………………………………………………… 82
5．5．3 模块接口…………………………………………………………………………… 84
5．5．4 产品变型设计实例………………………………………………………………… 85
5．6 本章小结………………………………………………………………………………… 86
参考文献……………………………………………………………………………………… 87
第6章 参数化有限元分析技术……………………………………………………………… 89
6．1 参数化有限元分析技术原理与方法步骤……………………………………………… 89
6．1．1 参数化有限元分析………………………………………………………………… 89
6．1．2 参数化有限元分析技术的原理与实现方法……………………………………… 89
6．1．3 参数化有限元分析的步骤………………………………………………………… 90
6．2 齿轮的参数化有限元分析……………………………………………………………… 91
6．2．1 渐开线斜齿轮的参数化建模……………………………………………………… 91
6．2．2 渐开线斜齿轮的模态分析………………………………………………………… 94
6．2．3 实验分析…………………………………………………………………………… 95
6．3 齿轮变幅器的参数化有限元分析……………………………………………………… 97
6．3．1 齿轮变幅器的数学模型…………………………………………………………… 97
6．3．2 齿轮变幅器的优化设计…………………………………………………………… 98
6．3．3 齿轮变幅器的参数化设计……………………………………………………… 101
6．4 小车架的参数化有限元分析………………………………………………………… 103
6．4．1 基于APDL的有限元分析特征模型的建立…………………………………… 103
6．4．2 小车架典型部件的静力学分析………………………………………………… 107
6．4．3 小车架定滑轮组梁的静刚度分析……………………………………………… 109
6．4．4 小车架整体结构的静力学分析………………………………………………… 111
6．5 本章小结……………………………………………………………………………… 115
参考文献……………………………………………………………………………………… 115
第7章 三维模型驱动的工程图调整技术…………………………………………………… 116
7．1 机械产品三维变型设计后的工程图调整技术流程与原理………………………… 116
7．1．1 机械产品三维变型设计后的工程图调整技术流程…………………………… 116
7．1．2 视图比例调整原理……………………………………………………………… 117
7．1．3 位置调整原理…………………………………………………………………… 118
7．1．4 视图位置调整原理……………………………………………………………… 120
7．1．5 装配图明细表调整原理………………………………………………………… 121
7．2 端梁三维主模型与工程图主模板的建立…………………………………………… 123
7．2．1 端梁三维变型设计步骤………………………………………………………… 123
7．2．2 端梁工程图主模板的建立……………………………………………………… 127
7．3 端梁变型设计程序的步骤和内容…………………………………………………… 128
7．4 工程图属性信息的自动提取………………………………………………………… 129
7．4．1 程序提取工程图信息的具体步骤……………………………………………… 129
7．4．2 程序的内容和步骤……………………………………………………………… 131
7．4．3 所涉及的API函数功能与语法介绍…………………………………………… 132
7．5 视图布局调整的实现步骤…………………………………………………………… 133
7．6 注解布局调整的实现步骤…………………………………………………………… 135
7．7 视图自动断裂的实施步骤…………………………………………………………… 136
7．8 图纸格式转换的实施步骤…………………………………………………………… 137
7．9 本章小结……………………………………………………………………………… 137
参考文献……………………………………………………………………………………… 139
第8章 机械产品模型驱动定制设计平台的开发…………………………………………… 140
8．1 定制设计平台的功能模块…………………………………………………………… 140
8．2 设计系统开发工具的选择…………………………………………………………… 143
8．3 二次开发技术………………………………………………………………………… 145
8．3．1 二次开发的两种方式…………………………………………………………… 145
8．3．2 SolidWorks二次开发技术……………………………………………………… 146
8．3．3 SolidWorks二次开发实例……………………………………………………… 149
8．3．4 ANSYS二次开发……………………………………………………………… 154
8．3．5 PDMWorks二次开发…………………………………………………………… 154
8．3．6 Excel二次开发………………………………………………………………… 156
8．3．7 Word二次开发………………………………………………………………… 157
8．4 网络开发……………………………………………………………………………… 157
8．4．1 创建FTP站点…………………………………………………………………… 157
8．4．2 构建Web服务器………………………………………………………………… 158
8．5 定制设计平台的功能模块开发……………………………………………………… 159
8．5．1 参数设置模块…………………………………………………………………… 159
8．5．2 模型驱动模块…………………………………………………………………… 160
8．5．3 有限元分析模块………………………………………………………………… 161
8．5．4 工程图调整模块………………………………………………………………… 161
8．5．5 工作站并行工作原理…………………………………………………………… 162
8．5．6 桥式起重机桥架的模型驱动定制设计流程…………………………………… 162
8．6 本章小结……………………………………………………………………………… 163
参考文献……………………………………………………………………………………… 164
第9章 共享模型驱动的机械产品定制设计实例…………………………………………… 165
9．1 堆垛机金属结构的定制设计实例…………………………………………………… 165
9．1．1 参数设置………………………………………………………………………… 166
9．1．2 部件模型驱动…………………………………………………………………… 170
9．1．3 有限元分析……………………………………………………………………… 171
9．1．4 工程图调整……………………………………………………………………… 172
9．2 铸造起重机小车架模型驱动定制设计实例………………………………………… 172
9．2．1 参数设置………………………………………………………………………… 175
9．2．2 部件设计计算校核……………………………………………………………… 180
9．2．3 有限元分析设置………………………………………………………………… 182
9．2．4 部件模型驱动…………………………………………………………………… 182
9．2．5 有限元分析校核………………………………………………………………… 183
9．2．6 工程图优化调整………………………………………………………………… 183
9．3 模型驱动的桥式起重机小车定制设计实例………………………………………… 184
9．3．1 参数设置………………………………………………………………………… 185
9．3．2 部件设计计算校核……………………………………………………………… 189
9．3．3 部件模型驱动…………………………………………………………………… 190
9．4 模型驱动的桥式起重机桥架定制设计实例………………………………………… 191
9．4．1 参数设置………………………………………………………………………… 193
9．4．2 模型驱动………………………………………………………………………… 196
9．4．3 设计文档的生成………………………………………………………………… 197
9．5 本章小结……………………………………………………………………………… 197
参考文献……………………………………………………………………………………… 197
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