catia 参数化设计与机构运动仿真
基于CATIA的齿轮参数化设计建模及运动仿真
基于CATIA的齿轮参数化建模及运动仿真作者：许昌军 指导老师：朱梅（安徽农业大学工学院 07机械设计制造及其自动化 合肥230036）摘要：文章介绍了运用参数化三维软件CATIA对渐开线直齿轮及斜齿轮进行参数化三维建模。
通过GSD模块中的fog方式生成参数方程建立渐开线，再通过镜像、剪切、特征阵列等命令建立齿轮轮廓，通过拉伸、开槽等命令建立渐开线齿轮三维模型，大大提高了设计人员的工作效率。
然后用建模的直齿轮创建直齿轮库，最后进入电子样机运动模块(KIN)对两啮合齿轮进行运动仿真及干涉分析。
关键词：参数化 CATIA 运动仿真 渐开线直齿轮1 引言本文基于CATIA 的三维建模环境, 设计开发了渐开线直齿轮参数化设计系统,建立零件的3D模型, 为渐开线直齿轮的传动、仿真、优化设计、有限元分析打下基础。
用户只需根据修改齿轮参数就可以生成新的渐开线直齿轮, 减少繁琐复杂的重复劳动, 从而大大提高设计效率。
1.1CATIA软件介绍CATIA（Computer Aided Tri-dimensional Interface Application) 是法国达索(Dassault Systemes)飞机公司于1975年开始发展起来的一整套完整的3D CAD/CAM/CAE软件，CATIA V5作为新一代的CATIA版本，提供更多的新功能，其界面更加人性化，基于Windows的操作界面非常友好，因此使得复杂、枯燥的设计工作变得轻松而又愉快。
CATIA以强大的曲面设计功能在飞机、汽车、轮船等设计领域享有很高的荣誉。
2 CATIA参数化设计分析基于特征参数化设计的关键是特征及其相关尺寸、公差的描述，包括数据特性描述、规则特性描述、关系特性描述。
数据特性描述包含特征的静态信息和制造特性；规则或方法属性定义特征特定的设计和制造特性；关系特性描述特征间的相互依赖关系或定义形状特征间的位置关系。
形状特征实际上是几何实体的无任何语义的结构化组合，形状特征月特征(语义特征)间是一对多的关系，这体现了特征的应用多视角性。
catia-第8讲 运动机构模拟
8.3.7 刚体接头（Planar Joint） 通过刚体接头，可以使两个零件成为一个刚体，成为刚 体后，两零件彼此间相对位置将不改变。 单击图标 ，弹出创建刚体接头对话框，内容如下： （ 1 ） Mechanism ： 接 头 隶 属 于 哪 一 个 运 动 机 构 ， 可 通 过”New Mechanism“按钮新建一个运动机构； （2）Joint Name：接头名称； （3）Part 1：第一个杆件； （4）Part 2：第二个杆件。 此接头不提供外部驱动功能，仅作为杆件的连接。
运动机构模拟
航空学院 20092009-2
目录
8.1 8.2 8.3 8.4 概述 运动机构模拟环境 运动机构创建 动态仿真
8.1 概述 对于产品的数字模型而言，进行准确的 运动状态分析，是十分基本且重要的功能。 在 数 字 模 型 运 动 机 构 模 拟 中 （ DMU Kinematics）单元中，用户可以依照运动学 原理，通过约束自由度的方式，建立机构， 并且分析机构的运动状态与移动轨迹。 此单元中提供数种基本的接头（Joint）， 共用户建立机构，并且可以进行动态仿真， 记录运动情形，制作成影片播放。
8.3.11 点-曲面接头（Point Surface Joint） 通过点-曲面接头，可以让让一个点在曲面上移动，点 与曲面分别位于不同的零件上，如此零件（点）即可沿着曲 面移动。使用此接头时，点必须位于曲面上，因此需要先进 行好组装，再使用此接头。 单击图标 ，弹出创建点-曲面接头对话框，内容如下： （ 1 ） Mechanism ： 接 头 隶 属 于 哪 一 个 运 动 机 构 ， 可 通 过”New Mechanism“按钮新建一个运动机构； （2）Joint Name：接头名称； （3）Surface 1：第一个杆件上的曲面； （4）Point 1：第二个杆件上的点。 此接头不提供外部驱动功能，仅作 为杆件的连接。
CATIA参数化建模设计教程
CATIA参数化建模设计教程首先，打开CATIA软件并创建一个新的零件文件。
在工具栏上选择“文件”，然后选择“新建”。
在弹出窗口中选择“零件”并点击“确定”。
第二步是创建一个基础特征。
在CATIA中，基础特征是构成整个模型的基础。
常用的基础特征有创建草图、拉伸、旋转、倒角等。
选择“创建”工具栏上的“草图”按钮，然后在工作平面上绘制草图。
草图可以是二维的线条、圆、矩形等，在CATIA中，草图是创建三维模型的基础。
在草图绘制完成之后，选择“拉伸”工具栏上的按钮，然后选择要拉伸的草图和拉伸的距离。
拉伸可以将二维草图转化为三维模型。
接下来，我们可以使用更高级的功能来对模型进行操作。
一种常见的操作是进行旋转。
选择“旋转”工具栏上的按钮，然后选择要旋转的模型和旋转轴。
通过旋转可以将模型进行翻转、倾斜等操作。
此外，CATIA还提供了一些高级的功能，如倒角、剪切等。
倒角是用于给模型边缘添加圆角，使其更加平滑。
选择“倒角”工具栏上的按钮，然后选择要倒角的边和倒角的半径。
剪切功能可以用来从模型中移除一部分材料。
选择“剪切”工具栏上的按钮，然后选择要剪切的模型和剪切面。
最后，我们需要对模型进行参数化。
参数化是CATIA的一个重要特性，它可以使模型的尺寸和形状具有可调性。
在CATIA中，我们可以使用变量和公式来定义模型的尺寸和形状。
选择“参数”工具栏上的按钮，然后定义变量和公式。
通过调整变量的值，模型的尺寸和形状会相应地改变。
以上就是使用CATIA进行参数化建模设计的基础教程。
通过学习这些基本的操作，您可以使用CATIA来创建复杂的三维模型，并灵活地调整其尺寸和形状。
希望本教程对您有所帮助。
CATIA-V5-运动仿真分析
第16章 CATIA 运动分析16.1 曲轴连杆运动分析四缸发动机曲轴、连杆和活塞的运动分析是较复杂的机械运动。
曲轴做旋转运动，连杆左做平动，活塞是直线往复运动。
在用CATIA作曲轴、连杆和活塞的运动分析的步骤如下所示。
（1）设置曲轴、连杆、活塞及活塞销的运动连接。
（2）创建简易缸套机座。
（3）设置曲轴与机座、活塞与活塞缸套之间的运动连接。
（4）模拟仿真。
（5）运动分析。
16.1.1 定义曲轴、连杆、活塞及活塞销的运动连接1.新建组文件(1)点击“开始”选取“机械设计”中的“装配件设计”模块，如图16-1所示。
图16-1 进入“装配件设计”模块（2）进入装配件设计模块后，点击添加现有组件图标，再点击模型树上的Product1图标，此时会出现文件选择对话框，按住Ctrl键，分别选取“Chapter16/huo-sai-xiao.CATPart、huo-sai.CATPart 、lianganzujian.CATproduct、quzhou.CATpart”，将这些零件体载入到Product1中。
（3）此时，零件体载入后重合到一起，点击分解图标，出现分解对话框如图16-2所示。
然后点击模型树上的Product1,点击确定，此时弹出警告对话框，如图16-3所示，警告各零件的位置会发生变，点击警告对话框的按钮“是”，我们会发现各个零件分解开来。
图16-2 分解对话框图16-3 警告对话框（3）由于连杆体零件是装配体，各部分之间存在约束，点击“全部更新”按钮，我们会发现连杆体组件恢复装配后的样子。
（4）点击“约束”工具栏中的“相合约束”图标，分别选择活塞销中心线及活塞孔中心线，如图16-4所示。
然后点击“约束”工具栏中的“偏移约束”图标，选择活塞销的一个端面及活塞孔一侧的凹下去细环端面，如图16-5所示，此时出现“约束属性”对话框，如图16-6所示。
将对话框中的“偏移”一栏改为“3.75mm”，点击“确定”按钮，完成活塞销端面和活塞内凹孔细环端面之间的偏移约束关系。
CATIADMU运动机构仿真教程
CATIADMU运动机构仿真教程CATIA是一款广泛应用于机械设计和制造领域的三维建模软件，而DMU(Digital Mock-Up)则是CATIA的一项重要功能，它能够在虚拟环境中对机械产品进行完整模拟和测量。
本篇文章将重点介绍如何使用CATIA DMU进行运动机构仿真。
首先，我们需要打开CATIA软件，并新建一个机械装配模型。
在装配模型中，我们可以选择和放置各种零件，然后使用约束关系将它们链接在一起，从而形成一个机械运动机构。
在确定机构设计之后，我们需要进行运动仿真来验证其运动性能和机构强度。
在装配模型中，选择"DMU Kinematics"工具栏中的"Module Creation"来创建一个新的运动模块。
然后，在"Product1"下创建一个新的机构，命名为"Motion"。
在"Motion"中选择"Insert"，然后选择"Mechanisms"来添加运动机构零件。
接下来，我们需要选择合适的约束关系来定义机构的运动自由度。
在CATIA中，可以使用各种约束关系来模拟机构零件之间的运动关系，比如：旋转关节、滑动关节、齿轮齿条传动等。
例如，我们可以选择两个零件之间的旋转关节来定义它们之间的旋转运动。
在"Motion"中选择"Insert"，然后选择"Rigid"关节来添加一个旋转关节。
然后选择两个需要链接的零件，按住Ctrl键并点击它们。
CATIA将自动在两个零件之间创建一个旋转关节。
设置旋转关节的旋转轴和角度范围后，即可完成约束的定义。
定义完所有的约束关系后，我们可以通过点击"Close"来关闭约束定义窗口。
然后选择"Motion Analysis"工具栏中的"Define Simulation"来定义仿真参数。
catia-第8讲 运动机构模拟
（4）Line 2：第二个杆件的方向； （5）Plane 1：第一个杆件需对齐的平面； （6）Plane 2：第二个杆件需对齐的平面； （7）Length driven：是否为外部驱动接头。
8.3.3 圆柱接头（Cylindrical Joint） 通过圆柱接头，可以让两个零件绕一轴转动，并沿此轴 向移动，这两个零件在结合处必须各有一个轴线。将两零件 的轴线重合，即成为具有两个自由度（旋转与平移）的圆柱 接头，这两个自由度各自独立，互不影响。 单击图标 ，弹出创建圆柱接头对话框，内容如下： （ 1 ） Mechanism ： 接 头 隶 属 于 哪 一 个 运 动 机 构 ， 可 通 过”New Mechanism 按钮新建一个运动机构； Mechanism“按钮新建一个运动机构； （2）Joint Name：接头名称； （3）Line 1：第一个杆件的方向；
8.3 运动机构创建 创建运动接头（Joint）是进行数字模型运动分 析的首要步骤。本单元共提供17种接头，可以模拟 大部分机构的运动方式，这些接头共分成四大类， 分别是： •实体接头：由实体零件所构成的接头。 •几何接头：利用几何图形（点、曲线、曲面）间的 关系所创建的接头。 •复合接头：为多自由度的运动接头，可以利用虚拟 的约束条件创建接头，不需要实际的几何关系。 •坐标对齐：利用对其坐标轴方式创建接头。
8.3.13 CV接头（CV Joint） CV接头由两个万向接头所构成，可以传递旋转运动，且 输入的转轴需与输出转轴平行。 单击图标 ，弹出创建CV接头对话框，内容如下： （ 1 ） Mechanism ： 接 头 隶 属 于 哪 一 个 运 动 机 构 ， 可 通 过”New Mechanism“按钮新建一个运动机构； （2）Joint Name：接头名称； （3）Spin 1：第一个杆件上的轴线； （4）Spin 2：第二个杆件上的轴线； （5）Spin 3：第三个杆件上的轴线。 此接头不提供外部驱动功能，仅作 为杆件的连接。
CATIA航空产品设计与制造课件：运动仿真
运动仿真
1
工程图基础
2
视图的创建
3
三维尺寸标注
CONTENTS
目
录
项目
1
运动机构仿真基础
进入运动机构仿真工作台 运动机构仿真结构树
运动机构仿真基础
1.1 概述
运动机构仿真基础
1.2进入运动机构仿真模块
运动机构仿真基础
用户界面：运动机构仿真
运动机构仿真基础
结构树：运动பைடு நூலகம்构仿真
运动机构仿真 3.1 运动机构仿真
运动机构仿真基础 3.2 定义固定部件
运动机构仿真基础 3.3 机构运动副的添加
运动机构仿真基础
运动机构仿真基础
运动机构仿真基础
运动机构仿真基础 3.4 驱动命令的添加
运动机构仿真基础
运动机构仿真基础 3.5 机制修饰的添加
运动机构仿真基础 3.6 驱动命令添加规则
➢ 点和曲面副
运动副的创建
➢ 滑动曲线副
运动副的创建
➢ 滚动曲线副
运动副的创建
➢ 点、曲面副
运动副的创建
➢ 万向节副
运动副的创建
➢ CV关联副
运动副的创建
➢ 齿轮副
运动副的创建
➢ 齿条副
运动副的创建
01 02 03
➢ 课程导学 ➢ 课程录屏
项目
3
运动机构仿真
运动机构仿真一般步骤 运动机构副的添加 运动机构仿真
运动机构仿真基础
运动机构仿真基础
运动机构仿真基础 3.7 使用命令或者规则进行机构仿真
运动机构仿真基础
运动机构仿真基础
运动机构仿真基础
运动机构仿真基础 3.8 运动机构仿真的记录和回放
CATIA软件参数化设计方法
CATIA软件参数化设计方法CATIA是一款广泛应用于机械设计和制造领域的三维建模软件，它提供了丰富的功能和工具，帮助工程师们进行产品设计与开发。
其中，参数化设计是CATIA软件的一个重要特点，它能够帮助用户灵活地调整设计参数，提高设计效率和质量。
本文将介绍CATIA软件中的参数化设计方法，旨在帮助读者更好地利用该软件进行设计工作。
1. 参数化设计的概念参数化设计是指通过设定各项设计参数，并在设计过程中动态地调整这些参数值，从而实现设计的灵活性和变化性。
在CATIA软件中，参数化设计的核心思想是将设计过程中的几何尺寸、位置、约束等信息与参数关联起来，通过修改参数的值来实现设计的变化。
2. 参数化设计的优势参数化设计在CATIA软件中具有许多优势。
首先，它可以提高设计效率。
通过设定参数，设计师可以方便地调整尺寸和约束条件，快速生成各种不同的设计方案。
其次，参数化设计可以降低设计错误的风险。
通过将关键参数与几何特征相连接，当一个参数发生改变时，相关的几何特征也会相应更新，避免了人为错误。
此外，参数化设计还能够提高产品质量和可靠性，当设计需求发生变化时，只需要修改相关参数，而不需要重新设计整个产品。
3. 设计表格的应用在CATIA软件中，设计表格是参数化设计的一种常用工具。
设计表格是将设计参数和相关的几何特征以表格形式展示，通过修改表格中的数值来改变设计参数的值。
设计表格能够极大地简化参数化设计的流程，使设计师更加方便地控制设计参数。
设计表格还可以与其他设计模块相结合，如装配模块、仿真模块等，实现全面的参数化设计。
4. 规则建模的应用除了设计表格，CATIA软件还提供了规则建模功能，用于实现更复杂的参数化设计。
规则建模是指通过建立一组规则和条件，自动地生成和更新几何模型。
在规则建模中，设计师可以定义不同的参数和约束，并基于这些参数和约束建立模型。
当参数发生改变时，模型会自动更新，从而实现设计的变化。
规则建模可以高效地进行复杂的设计任务，提高设计效率和质量。
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对其约束前
对其约束后
(6)对完成约束齿轮机构进行的干涉检验和校核最小间隙。
(7) 切换到运动仿真模块定义相应的运动副，与旋转副、齿 轮副等。
CATIA中提供的运动副
模拟齿轮 机构所定义的 运动副
(8)对齿轮机构进行运动仿真及生成运动动画
检查运动干涉，并定义运动属性 编辑运动，并生成运动动画
齿轮机构运动动画
一个模型内，对象的不同参数、相应规则和公式是相互 关联的！应用知识工程开发的设计，用户只需 “改变工程参 数或添加修改工程规则”，系统会根据这些工程规则对产品 几何参数计算，驱动生成要求的几何造型!
如，设计一个机床空心轴类零件，要求: 当 0mm<D<=30mm 时, d=0.7*D, h=30mm 当 30mm<D<=50mm时, d=0.7*D, h=50mm 当 50mm<D<=100mm时, d=0.7*D, h=70mm 其中，外径:D 内径:d 高:h
只要控制变量D，轴类零件相应的因 变量d和h，就会相应改变。这就是知本原理
3.1 虚拟装配 虚拟装配是将零件模型在总体坐标系中进行重新定位
的过程。它真实地模拟了产品三维装配过程。
在虚拟装配过程中可以发现设计制造中可能出现的问 题，在产品实际生产前采取措施，保证产品的一次性成功。
1.2 CATIA是Computer Aided Three-Dimensional Interface Application 的缩写
1.3 行业应用：
猎鹰
(1) 航空航天 (2) 汽车工业 (3) 造船工业 (4) 厂房设计 (5) 加工和装配 (6) 消费品
CATIA源于航空航天工业， 是业界无可争辩的老大
谢谢大家！
法国阵风
CATIA是汽车工业的事实标准，是欧洲、北 美和亚洲顶尖汽车制造商所用的核心系统
美国弗吉尼亚级攻击潜艇 CATIA 为造船工业提供了优秀的解决方 案，包括专门的船体产品和船载设备、 机械解决方案。
1.4 CATIA的操作界面
装配设计模块 DUM 运动机构模块
零件设计模块
2 参数化与知识工程设计
z=17 (常数变量)
压力角 a=20deg (角度变量)
模数
m=3mm (长度变量)
分度圆直径d=m*z=51mm
参数化为产品模型的可变性、可重用性、 并行设计等提供了手段，使设计人员可以利 用以前的模型方便地进行模型的重建，并可以在 遵循原设计意图的情况下，方便地改动模型，生成系列化产品!
2.2 知识工程设计原理
类的运动副或者通过自动转换机械装配约束条件而产生的运 动副，依照运动学的原理，以约束自由度的方式，建立机构， 对各种规模的机构进行运动状态模拟，通过运动干涉检验和 校核最小间隙来进行机构运动状态分析!它还可以通过与其他 DUM 产品的集成做更多复杂组合的运动仿真分析!
4 轮系的参数化建模与运动仿真
2.1 参数化设计原理
参数化设计是指设计对象模型的尺寸用变量及其关系表 示，而不要用具体的数值。
Z=17 m=3mm
Z=30 m=3mm
Z=30 m=4mm
建型前，需自定义模型所需的相应变量，如长度、角度或常数等变 量，且赋予相应变量要求的值。
若变量之间存在一定的函数关系，则可定义一函数。
例 齿数
3.2 运动仿真
运动仿真是指通过构建运动机构模型，分析其运动 规律，进行机构的干涉分析，跟踪零件的运动轨迹，分 析机构中零件的速度、加速度和作用力、反作用力和力 矩等，其分析结果可以修改零件的结构设计或调整零件 材料。
• 3.3数字模型运动分析 CATIA数字模型运动分析单元，通过调用已有的多个种
(1)自定义齿轮所需参数、公式和法则。
(2)根据上面的参数、公式和法则建立三维齿轮模型。 (3)根据创建好的单个齿轮，创建设计表。
(4)在设计表的基础上，创建齿轮零件库。
装配过程中，可直接调用零 件库内的零件模型，且根据需要 任意修改零件参数。
(5)在装配模块中，调入齿轮库中的零件，并对其进行相应约 束。
基于CATIA 机床零部件参数 化设计及机构运动仿真
1 CATIA 简介
2 参数化与知识工程设计 2.1参数化设计原理 2.2知识工程设计原理
3 虚拟装配与运动仿真的基本原理 3.1虚拟装配 3.2运动仿真 3.3数字模型运动分析
4 轮系的参数化建模与运动仿真
1 CATIA 简介 图标
1.1 CATIA是法国 Dassault System公司旗下的CAD/CAE/CAM一体化软件