现代低压电器设计

控制电器张军化2012年12月现代低压电器设计基于功能尺寸链的TOP-DOWN设计多物理场仿真及优化CAT及GD&T控制拓扑优化设计一：基于功能尺寸链的TOP-DOWN设计[简称功能设计]什么是TOP-DOWN？Top-down(自顶向下)设计是一种设计思想，即设计由总体布局、总体结构、部件结构到部件零件的一种自上而下、逐步细化的设计过程。Top-down设计符合大部分产品设计的实际设计流程。比如载重卡车的设计，设计的流程是先确定整车基本参数，然后是整车总布置、部件总布置，最后是零件设计和绘图。这个过程就是Top-down设计的过程。零件到组件骨架-零件何谓：设计信息？？？设计信息：骨架骨架要求：

1装配信息

2功能特征

3运动关系

一：基于功能尺寸链的TOP-DOWN设计[简称功能设计]功能尺寸链：在机器装配或零件加工过程中，由相互连接的尺寸行程的封闭的尺寸组 ------互换性与测量技术基础一维尺寸链：线性尺寸链，例如接触器开距二维尺寸链：平面尺寸链，例如塑壳开距三维尺寸链：空间尺寸链，例如起动器开距低压电器设计关键参数：开距超程锁扣量脱扣力触头压力骨架一：基于功能尺寸链的TOP-DOWN设计[简称功能设计]总体尺寸性能参数骨架发布特征TOP-DOWN3D设计3D设计性能参数DOWN-TOP优化核心思想：TOP-DOWN：先设计性能，再设计3D，性能驱动3D；可多人协同设计，加快设计DOWN-TOP：先设计3D，再分析性能，不断优化及修改3D。不利于协同设计3D修改各有优缺点基于功能尺寸链的TOP-DWON设计某国际公司微断设计手稿Ex9S产品骨架系统死点设计锁扣量，脱扣力功能尺寸链开距，超程，行程功能尺寸链为CAT分析做准备VOC-CCR这种设计方法，究竟有什么好处？？？协同设计，大幅缩短开发时间。3D设计更准确，基于功能尺寸链的建模二：多物理场仿真及优化低压电器磁场热流场机构运动强度及疲劳仿真及优化功能尺寸链设计TOP-DOWN设计磁场：冲击电磁铁，动静铁芯热流程：双金发热，电弧机构运动：经典断路器机构，死点强度及疲劳：关键零件的强度及疲劳寿命3DCAT优秀的低压电器产品设计师，需要掌握什么？？？公差仿真仿真的背后，是强大的理论支持3D磁场静态：定气隙值的B,F以及磁力线分布，可计算吸持功率动态：变化气隙的B，F及磁力线分布，可计算冲击疲劳如何降低功耗？主磁通，漏磁通吸力等热流场如何设计散热？传导，对流，还是辐射机构运动如何设计合理运动？要得到什么性能参数？是否要经历无数次模型修改，才可获得准确运动？机构起动力矩是否合理？脱扣力矩是否过大？静强度结算结果疲劳寿命最大表面应力减少10MPa寿命提高3W次改进前改进前改进后改进后如何设计耐久性？强度及疲劳三：拓扑优化设计结构优化设计尺寸优化形状优化拓扑优化以尺寸作为目标进行寻优以形状作为目标进行寻优以结构作为目标进行寻优ShapeSizetopology最经济难度最大变密度法是拓扑优化设计最常用的方法。引入一种假想的相对密度在0～1之间可变的材料，以单元的相对密度为设计变量，当X=1时，则保留该单元，为0时则删除该单元。通过单元相对密度的变化，导致单元刚度矩阵的变化，最终实现单元的增删。拓扑优化是建立在有限元的基础上。拓扑优化设计原理：密度法中，弹性矩阵同设计变量存在如下关系在密度法中，固体的相对弹性模量为：表示为固体和空洞的材料的弹性模量。3.13.2目标函数是设计变量的函数，是优化设计追求的目标。这个目标可以是结构总重量最小，或者是总造价最少，或承载能力最大，或自振周期最大等等，是一个约定的广义性能指标。结构设计，可以把不同性能要求作为目标函数，例如把最大等效弹性模量作为目标函数[5]，本文以最小柔度（最大刚度）作为结构设计的目标函数。优化设计三大变量StructuralDesign

Altair-Bus

CADmodelwith

genericelementsSystemLevelRequirements

(Loadsanalysisandpackaging)ParametricShapeVectorsFiniteElementModelingPackageSpaceandLoadsSizeandShapeOptimizationAltairOptiStruct®FinalDesignOptimizationinPractice

Altair-Bus图1图2图3节省40%材料,加快机构速度强度保持不变Ex9S产品压板优化最大应力最大应变体积变化优化前1.23MPA0.01mm0优化后1.19MPA0.01mm减少40%优化前后对比四：CAT及GD&T控制CAT:计算机辅助公差分析模拟产品真实物理装配，以统计学正态分布作为数据核心抽样方法，不断进行仿真计算。最终得到了各功能条件的合格率，CPK，和影响功能条件的尺寸敏感度和权重。根据现有制成能力和检测手段，不断优化结构和公差，以达到目标：各设计参数的6西格玛设计；不合格产品，实现组装后合格产品手段：CAT开距抽样：正态分布你的断路器，实现了6西格玛设计？？？Simulation得到了很好参数一旦量产，质量为什么不稳定，甚至失控？？？公差案例公差分析（CAT）的核心是什么？？？引入数量统计概念，考量制造波动，实现6西格玛设计机构锁扣量敏感度GD&T控制坐标尺寸标注法这有什么问题？？？GD&T

是“GeometricDimensioningandTolerancing”的简称，即：几何尺寸和公差GD&T是图纸上精确描述零件的国际语言GD&T是精确的数学语言，描述零件尺寸、形状、方向和位置GD&T是关于设计和标注零件的设计思路(基于功能的尺寸标注)GD&T标注，通常只对其功能尺寸进行标准。而未见尺寸可见3D，此类应用在汽车行业已普遍使用。GD&T标准：AmericanNationalStandard(ASMEY14.5-2009)美国标准CAT计算结果，最终通过GD&T标注，实行控制12某国际公司尺寸设计蓝色线条即为此零件功能尺寸目标控制：黑线线条3.9.39S32功能尺寸控制图GD&T:1尺寸链设计2基准3公差设计和仿真分析GD&T语言，是任何一个环节的通用语言，包含了设计，加工，检测，装配思想现代低压电器设计：功能设计概念设计方案设计详细设计样机实验客户要求VOC市场调研样机分析关键技术指标（CCR）QFDFMEA等系统设计