【中国阀门网】0 引言

    I-DEAS作为一种主流工具正在被越来越多的工程设计分析人员所掌握运用，以达到产品创新和技术创新的目的，进而提高产品质量和设计效率。我们在利用I-DEAS开发设计一种四通阀（用于气体燃料发动机进气系统或管道运输系统）的过程中取得了良好的效果。

    1 I-DEAS软件的优越性及独特功能

    I-DEAS软件比市场上其它同类软件有许多优越之处：它的人性化的用户界面让使用者操作自如；它的变量化造型技术达到了CAD设计思想的新高峰；它领先的智能化“动态引导器”将软件的易用性和效率性提高到新水平；它的先进的CAE技术贯穿于产品开发的全过程；它的高度集成的CAM能力堪称世界一流水平；等等。另外，与其它软件相比，I-DEAS具有许多独特功能。（1）更为优良的体系结构保证了产品数据的统一性，（2）基于最先进的变量化造型系统，性能远远超过了参数化造型系统。（3）功能高度集成化，集三维实体造型，绘图、仿真、试验、制造和工艺管理等一体化。这些优点为产品的开发节约了时间，降低了成本。^[1]

    2 阀的开发设计过程

    2.1 实体造型

    我们所设计的新型阀门是一种流通截面大，阻力小的四通阀，主要部件有阀体、密封件、阀杆。首先根据设计要求，我们运用I-DEAS的Master Modeler模块对各个部分零件进行三维实体造型，同时还可以对主要零部件如密封件、阀杆进行有限元刚度和强度分析，优化其结构。由于I-DEAS的变量化造型系统为我们提供了很大方便，我们可以根据需要随时更改零件的尺寸、形状等任意特征，此种修改也可以根据后续设计的需要在模型的线框中进行修改，同时三维模型的形状也会做出相应的改变，这对以后设计形式相同而只有尺寸变化的零件极为方便。^[2]由于该阀具有许多形状不规则的零件，对其表面积、体积、质量、重心等的计算是一个难题，而运用I-DEAS的Maseter Modecer模块中physical properties，就可以很轻松以列表的形式表示出来，大大的提高了工作效率。

    2.2 装配设计

    I-DEAS的Master Assembly（装配）模块可将零件在计算机上装配起来。阀的零件造型完成以后，就可以根据阀的各个零部件的装配关系，在工作台上建立装配体系结构。在I-DEAS中装配部件是由零件的instance（实例）而不是零件本身构成的，装配部件定义了零件实例在空间和逻辑上的继承关系。实例作为零件或组件的映像而不是其复制件，类似于一个指针，指向保存在工作台、抽屉、标准库或共享库中的零件或组件。零件保存其几何信息，实例只保存相对位置的信息。在装配部件中可以使用同一个零件的多个实例而不用反复复制，从而提高数据存储的效率。^[3]如图1为阀的三维实体造型。

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装配完成后，如果对零件进行修改，装配体系中的实例也随之进行改变，因此可以在现有零件的基础上组合多种形式的部件，建立多个方案，进行多个选择，直到设计理想为止。装配体系初步确立以后，可以通过装配尺寸动画（Animate Hardware）来简单的模拟部件的动作，分析部件在运动过程中可能出现的问题，并可以通过爆炸视图的方式来形象地展现装配部件间的装配关系。^[4]

    另外，装配完成之后，使用Interference干涉命令，可以对零部件进行干涉检查、主要检测所选的一对零件或组件实例是否干涉。在此阀中，容易发生干涉的主要是密封件与阀体之间、阀杆与阀体之间，对此部分进行干涉分析，结果可以以列表的方式表示出来。如不符合要求，可对零部件进行改正。此外，I-DEAS还提供了零件明细表的制作，只需稍微修改，而不用再去专门绘制，并能以文本的方式打印出来，节约了时间。

    2.3 有限元分析

    I-DEAS作为国内外应用最为广泛使用的几种大型软件之一，具有较强的有限元分析功能。在I-DEAS中有限元模型可以基于零件模型也可以基于装配体模型。基于装配体建立的有限元模型可以用于分析零件之间的相互作用。I-DEAS中的Finite Element Simulation（有限元仿真）模块可以在设计阶段分析零件在特定工况下内部的受力情况。利用该功能，在满足零件设计要求的基础上，可以充分优化零件的设计。对于此阀可以通过确定边界条件来进行受力分析，其结果形象直观，可信度高。

    2.4 工程图纸的转化

    I-DEAS中的Drafting（工程制图）模块是一个高效的二维制图工具，可绘制任意复杂形状的零件，它既能作为高性能系统独立使用，又能与I-DEAS中的实体建模模块结合起来使用。它支持GB、ANSI、BS308、DIN、ISO和JIS等制图标准。

    阀的实体造型完成之后，可以直接在Drafting模块把它们转换成工程图，一些复杂的相贯线也可轻松的表示出来：另外Drafting中动态尺寸标注更是功能齐全，操作方便。我们还可以根据需要选择任意视图，并可以随意布置视图，大大节约了工程图的绘制时间。如图2为工程图之一阀壳的剖面视图。

    工程图绘制完成以后，利用菜单File中的Export命令，在Export type中选取图2阀壳剖面图AutoCAD DWG则工程图直接转换成AutoCAD的形式，并可在AutoCAD中进行修改，选取DXF则可以作为word文档的插入文件，但无法修改。总之I-DEAS拥有丰富的数据转换接口以支持目前流行的CAD系统，方便易行。

    3 结论

    在该阀的开发中，由于I-DEAS软件的应用，大大缩短了设计、绘图的时间，并且通过模拟分析使该阀装配可靠，工作可靠，性能稳定，降低了产品开发的成本，提高了效率。但在工程图纸转换过程中也会出现一些错误线条，必须重新改正。

    参考文献：

    [1]方新.I-DEAS产品三维设计指南[M].北京：机械工业出版社，2000.
    [2]杨建新，魏海燕.I-DEAS的入门与提高[M].北京：清华大学出版社，2002.
    [3]廖日东.I-DEAS实例教程-有限元分析[M].北京：北京理工大学出版社，2003.
    [4]曲扬，陈长军，黄凯.I-DEAS软件在蝶阀结构设计中的应用[J].阀门，2002，（2）：35~36

(来源：顾宁 赵曼 陈传举)