针对传动系统的自顶向下三维设计方法与流程

1.本发明涉及航空发动机设计技术领域，具体涉及针对传动系统的三维模拟设计领域。


背景技术：

2.航空发动机传动系统研制涉及传热、强度、空气系统、控制系统、滑油系统、材料、工艺、测试、装配等十余个专业，协调接口数量多、传递关系长、变更频繁。
3.当前传统的机械产品设计与制造通常采用非参数化的二维或三维工程图作为设计载体，采用针对单个工程图进行单独修改的更新方式。如作出的二维或三维工程图包括独立的专业接口，更改时需要人工识别各参数的影响范围，并手动逐一修改，图纸修改效率低且容易遗漏。一方面，常规的二维或三维工程图定义方式受限于数据准确性管控要求，层级少，参数含量少导致颗粒度粗，难以支持多个专业协同开展工作，因此被迫采用串行设计方式，导致效率低、周期长。另一方面二维协调图定义方式下各独立，缺乏关联性，更改效率低，接口的传递无法自动化造成接口控制弱且传递效率低，最终导致图纸更改率高、产品设计制造周期拉长、制造质量较低，为后续研制埋下隐患。
4.采用三维建模、二维出图的方式，使得制造专业在设计图纸交付之后才介入开始工作，不仅导致图纸与数模可能存在数据源不唯一，而且容易造成上游设计表达困难、下游制造理解歧义的风险；二维工程图这种非结构化信息定义方式难以满足仿真与分析软件要求，各类工具被迫依赖手工或半自动化方式开展工作。
5.因此，有必要提出一种设计方法，能够高效实现三维设计图的全面、快捷更新，提高设计领域与制造领域的协调性和关联性。


技术实现要素：

6.本发明的一个目的是提供一种针对传动系统的自顶向下三维设计方法，能够通过三维控制模型精准管控部件模型内的各个参数，方便建模和修改，并加快产品研发进度。
7.为实现上述目的的方法包括如下步骤：在传动系统需求定义阶段，采用自顶向下方法，基于传动系统需求建立传动系统需求追溯矩阵；在三维布局参数化设计阶段，基于所述追溯矩阵创建三维布局方案；在三维设计物料清单搭建阶段，创建多层装配工作空间；在三维设计阶段，进行多级三维控制模型和多级三维部件模型的搭建，各级所述控制模型能够分配参数给同级所述部件模型，所述控制模型和所述部件模型的各级分别能够实现由上级到下级的自动更新；在更新关联引用阶段，基于后续制造环节创建成熟度指标，根据所述成熟度指标并行更新各所述控制模型和所述部件模型内的控制元素，迭代所述控制模型和所述部件模型，直至达到设计要求。
8.在一个或多个实施例中，进行所述传动系统需求定义阶段的步骤包括：汇总与承接产品系统层级传动系统需求；追溯功能接口信息、设计工况的系统需求；追溯功能架构、提供机械功率驱动附件的功能性需求；基于各需求建立所述传动系统需求追溯矩阵。
9.在一个或多个实施例中，进行所述三维设计物料清单搭建阶段的步骤包括：创建顶层装配工作空间；创建0层级节点并命名为顶层装配；创建1层级节点并命名为整机控制模型及传动系统模型；在所述整机控制模型节点下创建2层级节点并命名为传动系统控制模型，在所述传动系统模型节点下创建2层级节点并命名为齿轮箱模型；在所述传动系统控制模型节点下创建3层级节点并命名为齿轮箱控制模型，在所述齿轮箱模型下创建3层级节点并命名为齿轮组件模型；在所述齿轮箱控制模型节点下创建4层级节点并命名为齿轮组件控制模型，在所述齿轮组件模型节点下创建4层级节点并命名为零件模型，其中，所述整机控制模型、所述传动系统控制模型、所述齿轮箱控制模型和所述齿轮组件控制模型属于所述控制模型，所述传动系统模型、所述齿轮箱模型、所述齿轮组件模型和所述零件模型属于所述部件模型。
10.在一个或多个实施例中，创建整机控制模型及传动系统模型的步骤包括：根据所述追溯矩阵创建整机控制元素，创建整机坐标系，形成初代整机控制模型；更新所述初代整机控制模型内的整机控制元素，进行迭代后形成迭代整机控制模型；将所述初代整机控制模型中与传动系统有关的接口控制元素分配参数至所述传动系统模型，形成初代传动系统模型。
11.在一个或多个实施例中，创建传动系统控制模型及齿轮箱模型的步骤包括：将所述迭代整机控制模型内的控制元素关联引用至所述传动系统控制模型，创建传动系统坐标系，根据所述追溯矩阵创建传动系统接口控制元素，形成初代传动系统控制模型；更新所述初代传动系统控制模型内的控制元素，进行迭代后形成迭代传动系统控制模型；将所述初代传动系统控制模型内的传动系统接口控制元素分配至所述齿轮箱模型，形成初代齿轮箱模型。
12.在一个或多个实施例中，创建齿轮箱控制模型及齿轮组件模型的步骤包括：将所述迭代传动系统控制模型内的控制元素关联引用至齿轮箱控制模型，创建齿轮箱组件坐标系，根据所述追溯矩阵定义创建齿轮箱接口控制元素，形成初代齿轮箱控制模型；更新所述初代齿轮箱控制模型内的控制元素，进行迭代后形成迭代齿轮箱控制模型；将所述初代齿轮箱控制模型内的齿轮箱接口控制元素分配至所述齿轮组件模型，形成初代齿轮组件模型。
13.在一个或多个实施例中，创建齿轮组件控制模型及零件模型的步骤包括：将所述迭代齿轮箱控制模型内的控制元素关联引用至所述齿轮组件控制模型，创建零件坐标系，根据所述追溯矩阵创建齿轮组件接口控制元素，形成初代齿轮组件控制模型；更新所述初代齿轮组件控制模型内的控制元素，进行迭代后形成迭代齿轮组件控制模型；将所述初代齿轮组件控制模型内的齿轮组件接口控制元素分配至所述零件模型，形成初代零件模型。
14.在一个或多个实施例中，所述成熟度指标是基于后续制造环节进度和设计需求为评价指标，而对各级所述控制模型和所述部件模型进行的完善度评级。
15.在一个或多个实施例中，在所述成熟度划分的基础上，推进在制造环节的并行工程的开展。
16.在一个或多个实施例中，各级控制模型的部分或全部所述控制元素为接口控制元素，所述控制元素能够修改，并能够从上级控制模型关联引用至下级控制模型，以实现各级所述控制模型和所述部件模型的由上至下的自动更新；所述接口控制元素能够由所述控制
模型关联引用至同一级所述部件模型。
17.上述针对传动系统的自顶向下三维设计方法基于控制模型的传动系统的全三维设计技术，能够实现发动机传动系统的三维控制模型和三维部件模型的分别设计。在基于传动系统需求追溯矩阵的基础上生成的三维控制模型，合理划分了接口控制层级，精确确定了能够使各级部件模型自动修改的参数表和尺寸约束表达式，使得各级控制模型和部件模型间的接口传递更加精准、迅速，接口管控效力提升，从而生成能够有效影响各级部件模型的精确三维控制模型，确保各级部件模型能够依据各自接口控制元素实现自动、快速、全面的更新；还通过自定义研发模型的成熟度阶段，实现与后续制造环节的紧密配合，通过并行原理实现协同设计工作，加快模型设计的进度，有效缩短了研制周期，提升了整个产品的研制效率。
附图说明
18.本发明的上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变得更加明显，其中：
19.图1是传动系统的自顶向下三维设计方法的一个实施例的流程示意图。
20.图2是多级节点的示意图。
具体实施方式
21.下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步说明，在以下的描述中阐述了更多的细节以便于充分理解本发明，但是本发明显然能够以多种不同于此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下根据实际应用情况作类似推广、演绎，因此不应以此具体实施例的内容限制本发明的保护范围。需要注意的是，这些以及后续其他的附图均仅作为示例，其并非是按照等比例的条件绘制的，并且不应该以此作为对本发明实际要求的保护范围构成限制。
22.为提高设计制造效率，实现与后续制造环节的紧密配合，本发明涉及的传动系统的自顶向下三维设计方法能够加快产品研发进度，并提高设计的准确性。
23.上述传动系统的自顶向下三维设计方法包括如下阶段：
24.(1)在传动系统需求定义阶段，采用自顶向下方法，基于传动系统需求建立传动系统需求追溯矩阵。
25.需求追溯矩阵主要包括承接自整机层级的需求以及产品系统层级各相关系统设计定义工作中分解出的传动系统相关需求。
26.具体的，传动系统需求定义阶段的步骤包括：根据整机设计定义文档，汇总与承接产品系统层级传动系统需求，主要包括承接自整机层级的需求以及产品系统层级各相关系统设计定义工作中分解出的传动系统相关需求；追溯功能接口信息、设计工况等系统需求；追溯功能架构、提供机械功率驱动附件等功能性需求，并基于各需求建立传动系统需求追溯矩阵。
27.设计标准由传动系统需求追溯矩阵确定，使用自顶向下的设计方法，可以在设计之初即满足多种需求，使部件的设计系统化和科学化。使用自顶向下的基于控制模型的设计也能够在设计之初即考虑到产品需求，从而提高设计的全面性。
28.(2)在布局参数化设计阶段，基于所述追溯矩阵创建三维布局方案。
29.具体的，布局参数化设计阶段的步骤包括开展传动系统的三维布局方案设计，例如包括三维传动链、三维支承方案图、三维润滑方案图，下述介绍中提及三维总体布局方案包括中央传动齿轮箱、转接齿轮箱、附件传动齿轮箱等的总体布局方案设计。应当说明的是，三维总体布局方案包括传动系统全部主要部件的设计，在此仅列出常见几个部件名称。传动系统根据具体发动机型号不同而有所差异，在创建三维总体布局方案时需根据实际操作情况具体添加所涉及的全部部件。
30.在布局参数化设计阶段，基于第(1)步中建立的传动系统需求追溯矩阵，开展中央传动齿轮箱、转接齿轮箱、附件传动齿轮箱的总体布局方案设计，包括参数化传动链设计、参数化润滑方案设计、参数化支承方案设计等传动系统全部方案，创建三维传动链，创建三维支承方案图，创建三维润滑方案图。
31.具体的，创建三维传动链包括在参数化表达式中创建锥齿轮轴交角、齿数、模数、压力角、螺旋角等齿轮宏观参数，创建齿数、模数、压力角、结合长度等花键宏观参数，在制图环境中插入表格，将文本关系与表达式关联等步骤。参数化建模技术指进入建模方式后，先建立相应的参数表达式，通过参数表达式驱动零件的参数化建模。例如，参数的提取可以根据零件的实际尺寸确定。
32.该参数化建模设计利用基本特征与草图对零组件模型进行参数化设计，通过参数定义及其逻辑关系来控制模型对象，以此表达设计意图，参数与模型联动，如此就可以通过参数的变更迅速进行设计的变更，达到快速修改模型的效果，提升更改的效率和准确性。此外，某些具备参考性以及复用性的参数化模型可以作为典型部件的重用模板，进行设计经验与知识的积累，固化设计经验和知识，方便再次设计重用。
33.(3)在三维设计物料清单搭建阶段，创建多层装配工作空间。
34.图2所示的实施例示出了五层装配工作空间，装配工作空间用于将整机控制模型101、传动系统模型201、传动系统控制模型102装配在一起，开展关联引用操作或者结合到一起查阅。装配工作空间可重复使用，除非要保留特定的工作空间，每一次的关联操作均使用原有装配。
35.创建五层装配工作空间包括如下步骤：创建0层级节点并命名为顶层装配；创建1层级节点并命名为整机控制模型101及传动系统模型201。在整机控制模型101节点下创建2层级节点并命名为传动系统控制模型102，在传动系统模型201下创建2层级节点并命名为齿轮箱模型202。在传动系统控制模型102下创建3层级节点并命名为齿轮箱控制模型103，在齿轮箱模型202下创建3层级节点并命名为齿轮组件模型。在齿轮箱控制模型103下创建4层级节点并命名为齿轮组件控制模型104，在齿轮组件模型203下创建4层级节点并命名为零件模型204，零件模型204内包括传动系统全部零件模型。
36.控制模型100包括呈上下级分布的整机控制模型101、传动系统控制模型102、齿轮箱控制模型103、齿轮组件控制模型104，部件模型200即包括呈上下级分布的传动系统模型201、齿轮箱模型202、齿轮组件模型203、零件模型204。
37.部件模型200由具有一定几何形状的特征组成，通过不同特征在一定位置约束下的不同组合得到模型，同时用全尺寸参数来约束特征及几何对象的形状，可以通过尺寸约束来控制和修改几何形状，使得零件模型可以进行参数化驱动。
38.控制模型100是为实现与部件模型200的协同设计而建立的一种数字模型，是部件模型200的设计依据或定位依据。控制模型100中可以包含点、线、面、曲面等几何元素以及必要的产品制造信息和注释，可以包含从实体上抽取的点、边、面等拓扑元素，也可以包含实体。
39.控制模型100内包括多个控制元素，控制元素是用于表达单个零件和子装配设计的尺寸约束和边界约束，包括位置信息、尺寸信息、产品制造信息、约束信息和接口的几何结构及尺寸公差，诸如可以是基准、点、线、面、草图和体等特征元素，也可以是产品制造信息，控制元素能够修改并能够被下级所述控制模型通过关联引用。控制元素根据其功能区分为约束、参考限制、定位基准等参数。通过修改控制元素，以更改部件设计信息，迭代三维模型，直至达到设计标准。部件模型200和控制模型100还包括几何参数，所述几何参数包含点、线、面、曲面的几何参数。
40.各级控制模型的部分或全部控制元素为接口控制元素，控制元素能够被修改，并能够从上级控制模型关联引用至下级控制模型，以实现各级控制模型和部件模型的由上至下的自动更新；接口控制元素能够由控制模型关联引用至同一级部件模型。
41.各模型内的控制元素是与传动系统功率传输形式、各单元体结构形式、在整机中与其他界面的接口形式、安装方式、安装位置相关的控制元素，对整体设计的精确性具有重要影响。只要控制元素能够被修改，并能够由任一级控制模型被分配至任一级部件模型，以实现各级控制模型和部件模型的由上至下的自动更新。因此，各级控制模型中的接口控制元素的选取需要精确，所包括的参数表或尺寸约束表达式能够在上级到下级的自动传递过程中，实现设计部件的有效、全面更新，以实现自动定位、接口参数强关联、接口自动更新等技术效果。
42.具体的，当需要修改几何对象时，仅需编辑与该形状相关的控制元素中的尺寸参数即可完成整体的修改，既可迅速得到达到设计意图的模型又可进行典型件模型的复用，加快了模型设计的进度。例如，在进行齿轮轮盘的设计时，将传递比该参数确定为需要修改的控制元素，通过参数的传递实现自动更新；又如，在规定零组件空间位置时，将坐标系确定为需要修改的控制元素，通过坐标系的传递实现自动更新；在规定齿轮或花键参数时，将表达式确定为需要修改、能够传递的控制元素；在规定传动杆等回转体特征时，将草图确定为能够传递的控制元素；在规定机匣筋板时，将样条线确定为能够传递的控制元素。如齿轮箱控制模型103内的参数改动，齿轮组件控制模型104的模型参数随之改动，使得控制的接口关系逐层自动传递，一旦顶层接口做了相关更改，则更改可以迅速自动传递到最底层级三维设计模型上并可自动进行模型更新。
43.接口控制元素的关联引用的方式之一可采用wave指令。wave指令指将装配下的零件通过wave几何链接器的形式提取到其它组件下，该种传递方式方便参考已有的图形进行设计。
44.控制模型100和部件模型200的关系为装配树形式。例如，传动系统模型201包括齿轮箱模型202内的中央传动齿轮箱模型、转接齿轮箱模型及附件传动齿轮箱模型。进一步的，中央传动齿轮箱模型下包括齿轮轴组件模型、轴承组件模型、机匣组件模型及传动杆组件模型在内的齿轮组件模型203，转接齿轮箱模型也包括齿轮轴组件模型、轴承组件模型、机匣组件模型及传动杆组件模型在内的齿轮组件模型203；附件传动齿轮箱模型包括齿轮
轴组件模型、轴承组件模型、机匣组件模型及传动杆组件模型在内的齿轮组件模型203。从而控制模型100和部件模型200分别形成树状结构。
45.控制模型100可以与部件模型200同时在ug软件中设计进行，也可以选择不同的三维设计软件，如控制模型100在solidworks软件中创建，部件模型200在ug软件中创建，通过文件导入的方式将实现控制模型100与部件模型之间的驱动关联关系。
46.(4)在三维设计阶段，进行多级三维控制模型和多级三维部件模型的搭建，各级控制模型能够分配参数给同级部件模型，控制模型和部件模型的各级分别能够实现由上级到下级的自动更新。
47.下面继续结合图2，对各级节点上的各级控制模型和各级部件模型的三维创建步骤进行说明。
48.(一)创建整机控制模型101及传动系统模型201三维设计步骤包括如下步骤。
49.根据追溯矩阵创建整机控制元素，创建整机坐标系，形成整机控制模型101，此时为第一代模型m1。
50.更新整机控制模型101内的元素，进行迭代后形成迭代整机控制模型101’，此时为第二代模型m2。
51.将初代整机控制模型101中与传动系统有关的接口控制元素传递至传动系统模型201后，形成初代传动系统模型201，此时为第三代模型m3。
52.(二)创建传动系统控制模型102及齿轮箱模型202的三维设计步骤包括如下步骤：将迭代后形成的整机控制模型101’内的控制元素关联引用至传动系统控制模型102，创建传动系统坐标系，并根据传动系统需求追溯矩阵创建传动系统接口控制元素，形成初代传动系统控制模型102，此时形成了第四代模型m4。
53.按照设计阶段细化迭代，更新传动系统控制模型102内的控制元素，形成迭代后的传动系统控制模型102’，此时形成了第五代模型m5。
54.设计阶段细化迭代指更新所有能够参数化驱动的特征，如草图内的几何尺寸元素或齿轮传递参数等全部接口元素等。例如，对连杆部件进行倒角、拔模角度处理。
55.将初代传动系统控制模型102内的传动系统接口控制元素传递至齿轮箱模型202，形成了初代齿轮箱模型，此时形成了第六代模型m6。
56.(三)创建齿轮箱控制模型及齿轮组件模型的三维设计步骤包括下述步骤：先将迭代后的传动系统控制模型102’内的全部控制元素关联引用至齿轮箱控制模型103，创建组件坐标系，根据传动系统需求追溯矩阵创建齿轮箱接口控制元素，创建初代齿轮箱控制模型103，形成第七代模型m7。
57.按照设计阶段细化迭代，更新齿轮箱控制模型103内的控制元素，形成迭代后的齿轮箱控制模型103’，此时形成了第八代模型m8。
58.将初代齿轮箱控制模型103内的齿轮箱接口控制元素分配至齿轮组件模型203，形成第九代模型m9。
59.(四)创建齿轮组件控制模型及零件模型三维设计步骤包括：将迭代后的齿轮箱控制模型103’内的控制元素关联引用至包括齿轮轴、轴承、机匣及传动杆组件在内的齿轮组件控制模型404，创建零件坐标系，根据需求追溯矩阵创建齿轮组件接口控制元素，形成初代齿轮组件控制模型104，此时形成第十代模型m10。
60.更新初代齿轮组件控制模型内的控制元素，进行迭代后形成迭代齿轮组件控制模型104’，形成第十一代模型m11。
61.将初代齿轮组件控制模型104内的齿轮组件接口控制元素传递至零件模型204，形成初代零件模型，此时为第十二代模型m12。
62.创建完上述第十二代模型m12后，控制模型和部件模型各自创建完毕，后续跟进需求改变参数时，只需要将控制模型内的控制元素进行改变，即可由上至下的自动改变下级模型。
63.在第(4)阶段形成的三维模型能够被作为制造依据，保证数据源唯一，减少理解错误。三维控制模型使得与产品相关的设计、工艺信息全部集成到一个模型中，作为唯一的信息载体，确保了数据源唯一，有利于计算机解读，便于数字化制造的集成。
64.(5)在更新关联引用阶段，基于后续制造环节创建成熟度指标，根据所述成熟度指标并行更新各控制模型100和部件模型200内的控制元素，迭代各级控制模型100和各级部件模型200，直至达到要求。
65.成熟度指标是基于后续制造环节进度和设计需求为评价指标，而对各模型所进行的完善度评级。当前航空发动机模型从概念到具体结构的实现过程往往没有对模型状态有清晰的定义，为了增强对过程精准管控，该模型成熟度为模型和控制模型在整个演变过程中根据不同的完善程度进行不同的成熟度定义和划分，并进行相关系统搭建，支持过程数据的发布和签署。
66.这里以齿轮成熟度为例。轮齿参数设计并通过静强度校核，定义为成熟度n1；完成建模并通过动力学仿真校核，定义为成熟度n2；完成工程图并下发工厂试制，定义为成熟度n3。当齿轮设计至相应阶段，可实现后续制造工艺的相应开展。
67.在成熟度划分的基础上，推进在制造环节的并行工程的开展，可以显著缩短研制周期。由于传统的设计、工艺、工装、检验和制造部门都是独立运行的，而采用基于成熟度的划分，不仅在各阶段明确成熟度模型的定义，更明确了各专业的职责划分，使得各个专业从模型设计阶段就参与进来，协同进行产品设计工作，并且基于成熟度定义，各专业可与设计并行开展部分工作，提请进行生产准备，大大提升了整个产品的研制效率。
68.并行工程具体为根据每个模块后续的实际制造部门进度，按需调整各个模块的设计进度。例如，若轴承组件模型后续的制造、装配工装小组进展较快，成熟度较高，可在设计阶段加快对轴承组件模型的更新；若齿轮轴组件模型后续的制造、装配工装小组进展较慢，成熟度较低，则在设计阶段减缓对齿轮轴组件模型的设计，以保证与后续安装过程的统一。
69.因此，利用分阶段定义模型的设计完善程度，对每个成熟度模型进度冻结发布，可以增强对过程的精准管控。在成熟度划分的基础上，联合各个专业进行协同工作定义，明确每个成熟度阶段各专业的职责与输入输出，后端各专业共同参与产品模型设计工作，把后端需要考虑的工艺、试验、检测、装配、制造等要求落实到设计模型中，形成一个具备完整信息的可在产品研发各个阶段流转的产品设计模型，保证数据源唯一。同时，在成熟度达到一定要求后，制造端各专业可同步开展工艺路径规划、工装设计、毛坯采购等生产准备工作，加快产品研发进度。
70.具体的更新方式包括单元体级控制模型和组件级控制模型。单元体级表征不同层级间的模型，控制元素的内容不同层级不同。单元体级包含组件和组件之间的接口，如传动
系统控制模型102到齿轮箱控制模型103的更新。
71.组件级指具体零件内的更新，如传动杆、紧固件、润滑件、轴承零件、连杆等具体部件的更新。
72.例如，在单元体级控制模型中更新宏观参数，驱动齿轮轴零件的齿轮盘、轮齿及花键特征同步更新，在同层级组件级控制模型中更新齿轮轴剖面草图即可驱动齿轮轴零件的齿轮轴特征的同步更新。
73.在单元体级控制模型中更新轴承参数即可驱动轴承零件的滚子、保持架孔特征同步更新，在组件级控制模型中更新轴承剖面草图即可驱动轴承零件的内外圈、保持架及安装边特征的同步更新。
74.在单元体级控制模型中更新宏观参数即可驱动传动杆零件的花键、油孔特征同步更新，在组件级控制模型中更新传动杆剖面草图即可驱动传动杆零件的杆、动平衡校正平面特征的同步更新。
75.在单元体级控制模型中更新控制元素即可驱动机匣零件的轴承配合面及油管喷孔特征的同步更新，在组件级控制模型中更新安装边草图即可驱动机匣零件的安装边特征同步更新。
76.上述更新方式可以迅速进行设计的变更，达到快速修改模型的效果，提升更改的效率，也保证传递的准确性。
77.具体的，下面结合步骤1-8和附图1对该方法进行完整说明。在一个实施例中，该方法使用ug软件。
78.1.如步骤301所示，在传动系统需求定义阶段，汇总与承接产品系统层级传动系统需求，追溯关键设计决策、适航和标准要求、功能接口信息、设计工况等系统需求，追溯功能架构、提供机械功率驱动附件等功能性需求，建立传动系统需求追溯矩阵。
79.2.如步骤302所示，在三维布局参数化设计阶段，基于追溯矩阵开展中央传动齿轮箱、转接齿轮箱、附件传动齿轮箱的三维总体布局方案设计，包括参数化传动链设计、参数化润滑方案设计、参数化支承方案设计，创建三维传动链，创建三维支承方案图，创建三维润滑方案图，在步骤3021-3023中分别进行。
80.在建模环境中创建三维传动链，建立齿轮花键设计参数与加工参数表达式，创建三维支承方案图，建立轴承设计参数与加工参数表达式，创建三维润滑方案图，建立油路与喷孔三维中心线与设计参数表达式。
81.3.完成三维总体布局方案后，进行步骤303，进入三维设计物料清单搭建阶段。
82.创建五层级顶层装配工作空间，创建0层级节点并命名为顶层装配，创建1层级节点并命名为整机控制模型101及传动系统模型201。在整机控制模型101节点下创建2层级节点并命名为传动系统控制模型102，在传动系统模型201节点下创建2层级节点并命名为齿轮箱模型202，齿轮箱模型202包括中央传动齿轮箱模型、转接齿轮箱模型及附件传动齿轮箱模型。在传动系统控制模型102节点下创建3层级节点并命名为齿轮箱控制模型103，齿轮箱控制模型103包括中央传动齿轮箱控制模型、转接齿轮箱控制模型及附件传动齿轮箱控制模型；在齿轮箱模型202节点下创建3层级节点并命名为齿轮组件模型203，齿轮组件模型203包括齿轮轴组件模型、轴承组件模型、机匣组件模型及传动杆组件模型。在齿轮箱控制模型103节点下创建4层级节点并命名为齿轮组件控制模型104，齿轮组件控制模型104包括
齿轮轴组件控制模型、轴承组件控制模型、机匣组件控制模型及传动杆组件控制模型；在齿轮组件模型203节点下创建4层级节点并命名为零件模型204，零件模型204包括齿轮轴、轴承、机匣、传动杆、紧固件、润滑件、密封件等传动系统全部零件。
83.继续进行步骤304，进行控制模型和部件模型的三维模型搭建。具体包括步骤3041-3044四个过程。
84.4.在步骤3041，开展整机控制模型101及传动系统模型201的三维设计。
85.根据传动系统需求追溯矩阵定义形成整机控制模型101。
86.创建整机坐标系，原点定义为整机装配的轴向基准所在平面与整机主轴线的交点，纵轴x为整机主轴线，顺气流方向从前指向后，横轴y为位于整机水平基准面内，垂直于纵轴x，指向气流方向的左方，竖轴z为位于发动机竖直平面内，垂直于横轴y，指向上方。
87.按照设计阶段细化迭代后形成整机控制模型101’。
88.基于xz基准面建立草图，包括轴承滚子十字中心线、锥齿轮副锥顶点、孔轴配合线、传动杆中心线等控制元素。基于yz基准面建立草图，包括主安装边十字中心线、限幅器外轮廓线、定位销十字中心线、油管十字中心线等控制元素。
89.将传动系统模型201设置为工作部件，将整机控制模型101中传动系统与其他部件系统的接口控制元素传递至传动系统模型201，整机坐标系yz基准面与三支点棒轴承外环安装面通过约束对齐，整机坐标系纵轴x与三支点球轴承中心线通过约束共线，基于草图创建初代传动系统模型201。
90.5进行步骤3042，开展传动系统控制模型及齿轮箱模型三维设计。
91.将整机控制模型101中与传动系统功率传输形式、各单元体结构形式、在整机中与其他界面的接口形式、安装方式、安装位置相关的控制元素关联引用至传动系统控制模型102，创建传动系统坐标系，原点设置为中央传动齿轮箱径向传动杆中心线与整机坐标系x轴的交点，通过偏置坐标系命令将传动系统坐标系与整机坐标系设置为关联关系，保证纵轴x、横轴y、竖轴z方向与整机坐标系保持一致。根据传动系统需求追溯矩阵创建中央传动齿轮箱、转接齿轮箱与附件传动齿轮箱三个单元体之间的传动系统接口控制元素，形成初代齿轮组件控制模型102。
92.按照设计阶段细化迭代后形成迭代传动系统控制模型102’。
93.建立参数表达式，包括齿轮宏观参数、花键宏观参数、轴承直径宽度、齿轮安装距、孔轴直径、传动杆直径长度、主安装边螺栓孔中心圆直径、定位销直径、油管直径等控制元素。
94.将齿轮箱模型202设置为工作部件，将传动系统控制模型102中包括中央传动齿轮箱、转接齿轮箱模型及附件传动齿轮箱之间的接口控制元素传递至齿轮箱模型。
95.将传动系统坐标系原点o与中央传动齿轮箱锥顶点通过约束重合，传动系统坐标系纵轴x与中央传动齿轮箱主动锥齿轮中心线通过约束共线，与中央传动齿轮箱从动锥齿轮中心线角度设置为轴交角，径向传动杆、转接齿轮箱主动锥齿轮中心线与中央传动齿轮箱从动锥齿轮中心线通过约束共线，转接齿轮箱从动锥齿轮中心线与水平传动杆中心线通过约束共线，水平传动杆与传动系统坐标系纵轴x通过距离约束，基于草图创建初代齿轮箱模型202。
96.6.随后进行步骤3043，开展齿轮箱控制模型及齿轮组件模型三维设计。
97.将传动系统控制模型102中的全部控制元素关联引用至包括中央传动齿轮箱、转接齿轮箱与附件传动齿轮箱控制模型在内的齿轮箱控制模型103，创建组件坐标系，组件原点定义的位置包括但不限于发动机整机或单元体的原点处、组件安装面中心或安装面上某处、组件重心或对称中心线上某处。通过偏置坐标系命令将传动系统坐标系与整机坐标系设置为关联关系，保证组件纵轴x、横轴y、竖轴z方向与传动系统坐标系方向相同、任意一坐标轴与组件某一对称中心重合或平行。根据传动系统需求追溯矩阵创建齿轮轴、轴承、机匣及传动杆组件之间的接口控制元素，形成初代齿轮箱控制模型103。
98.按照设计阶段细化迭代后，形成迭代齿轮箱控制模型103’。
99.开展轴承参数化设计、尺寸链参数化设计，建立坐标系、基准面、草图、关联表达式、参数化轮齿参数表、参数化花键参数表、参数化尺寸链参数表等控制元素。
100.将组件模型设置为工作部件，将齿轮箱控制模型中齿轮轴、轴承、机匣及传动杆组件之间的齿轮箱接口控制元素传递至齿轮组件模型，基于草图创建初代齿轮组件模型203。
101.7.随后进行步骤3044，开展齿轮组件控制模型及零件模型三维设计。
102.将齿轮箱控制模型103中的全部控制元素关联引用至包括齿轮轴、轴承、机匣及传动杆组件控制模型在内的齿轮组件控制模型104。
103.创建零件坐标系，通过偏置坐标系命令将零件坐标系与组件坐标系设置为关联关系，保证零件纵轴x、横轴y、竖轴z方向与组件坐标系方向相同、任意一坐标轴与组件某一对称中心重合或平行。根据传动系统需求追溯矩阵开展锁紧装置参数化设计、轴向间隙调整装置参数化设计、周向定位装置参数化设计，建立坐标系、基准面、草图、关联表达式、参数化锁紧装置接口、参数化轴向间隙调整装置接口、参数化周向定位装置接口等控制元素，与整机控制元素、传动系统控制元素以及齿轮箱控制元素用颜色区分，形成初代齿轮组件控制模型104。
104.更新初代齿轮组件控制模型104内的齿轮组件控制元素，进行迭代后形成迭代齿轮组件控制模型104’。
105.在五层级顶层装配工作空间中，将零件模型204设置为工作部件，将齿轮组件控制模型104中齿轮轴、轴承、机匣、传动杆、紧固件、润滑件、密封件之间的接口控制元素传递至零件模型204；基于草图创建齿轮轴、轴承内外圈、保持架及安装边、机匣安装边、传动杆等特征，创建参数化齿轮盘、轮齿及花键、滚子、保持架孔、花键、油孔等特征；关联引用链接的齿数、模数、压力角、螺旋角、齿宽、轴交角、变位系数、刀盘直径、齿根圆角、滚子数、滚子长度、滚子直径、锥齿轮轴交角、轴承配合面直径宽度、油管喷孔直径、齿数、模数、压力角、轴交角、结合长度、油孔直径等建立关联表达式，形成零件模型204。
106.8.最后进行步骤305，进入更新关联引用阶段，保证关联引用的接口实时更新。
107.更新齿轮箱控制模型103中的轮齿、花键、轴承参数；更新组件控制模型104中的齿轮轴剖面草图、轴承剖面草图、传动杆剖面草图、安装边草图。通过更新命令将控制模型100中的关联引用链接全部更新，在部件导航器中调出过时列，保证过时列显示均为否，齿轮轴零件的齿轮盘、轮齿及花键特征、齿轮轴特征、轴承零件的滚子、保持架孔特征、内外圈、保持架及安装边特征、传动杆零件的花键、油孔特征、杆、动平衡校正平面特征、机匣零件的轴承配合面及油管喷孔特征、安装边特征即可同步更新。
108.上述针对传动系统的自顶向下三维设计方法通过设计三维的控制模型，并且控制
模型增加了许多控制元素，包括接口的几何结构及尺寸公差定义，这些控制元素均可被下级控制模型关联引用，不仅实现高效的接口设计/更改自动关联传递，还通过参数化建模方法，利用基本特征与草图对各级部件模型行参数化设计，通过参数定义及其逻辑关系来控制模型对象，以此表达设计意图，参数与模型联动，如此就可以通过参数的变更迅速进行设计的变更，达到快速修改各级模型的效果，提升更改的效率和准确性，此外，某些具备参考性以及复用性的参数化模型可以作为典型件的重用模板，进行设计经验与知识的积累，固化设计经验和知识，方便设计重用，从而实现对三维工程图的自动、完整更新，提高接口协调效率，减少后续方案迭代干涉风险。
109.本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化及修饰，均落入本发明权利要求所界定的保护范围之内。

技术特征：
1.针对传动系统的自顶向下三维设计方法，其特征在于，包括：在传动系统需求定义阶段，采用自顶向下方法，基于传动系统需求建立传动系统需求追溯矩阵；在三维布局参数化设计阶段，基于所述追溯矩阵创建三维布局方案；在三维设计物料清单搭建阶段，创建多层装配工作空间；在三维设计阶段，进行多级三维控制模型和多级三维部件模型的搭建，各级所述控制模型能够分配参数给同级所述部件模型，各级所述控制模型和所述部件模型分别能够实现由上级到下级的自动更新；在更新关联引用阶段，基于后续制造环节创建成熟度指标，根据所述成熟度指标并行更新各所述控制模型和所述部件模型内的控制元素，迭代所述控制模型和所述部件模型，直至达到设计要求。2.如权利要求1所述的针对传动系统的自顶向下三维设计方法，其特征在于，进行所述传动系统需求定义阶段的步骤包括：汇总与承接产品系统层级传动系统需求；追溯功能接口信息、设计工况的系统需求；追溯功能架构、提供机械功率驱动附件的功能性需求；基于各需求建立所述追溯矩阵。3.如权利要求1所述的针对传动系统的自顶向下三维设计方法，其特征在于，进行所述三维设计物料清单搭建阶段的步骤包括：创建顶层装配工作空间；创建0层级节点并命名为顶层装配；创建1层级节点并命名为整机控制模型及传动系统模型；在所述整机控制模型节点下创建2层级节点并命名为传动系统控制模型，在所述传动系统模型节点下创建2层级节点并命名为齿轮箱模型；在所述传动系统控制模型节点下创建3层级节点并命名为齿轮箱控制模型，在所述齿轮箱模型下创建3层级节点并命名为齿轮组件模型；在所述齿轮箱控制模型节点下创建4层级节点并命名为齿轮组件控制模型，在所述齿轮组件模型节点下创建4层级节点并命名为零件模型，其中，所述整机控制模型、所述传动系统控制模型、所述齿轮箱控制模型和所述齿轮组件控制模型属于所述控制模型，所述传动系统模型、所述齿轮箱模型、所述齿轮组件模型和所述零件模型属于所述部件模型。4.如权利要求3所述的针对传动系统的自顶向下三维设计方法，其特征在于，创建整机控制模型及传动系统模型的步骤包括：根据所述追溯矩阵创建整机控制元素，创建整机坐标系，形成初代整机控制模型；更新所述初代整机控制模型内的整机控制元素，进行迭代后形成迭代整机控制模型；将所述初代整机控制模型中的与传动系统有关的接口控制元素分配至所述传动系统模型，形成初代传动系统模型。5.如权利要求4所述的针对传动系统的自顶向下三维设计方法，其特征在于，创建传动系统控制模型及齿轮箱模型的步骤包括：
将所述迭代整机控制模型内的控制元素关联引用至所述传动系统控制模型，创建传动系统坐标系，根据所述追溯矩阵创建传动系统接口控制元素，形成初代传动系统控制模型；更新所述初代传动系统控制模型内的控制元素，进行迭代后形成迭代传动系统控制模型；将所述初代传动系统控制模型内的传动系统接口控制元素分配至所述齿轮箱模型，形成初代齿轮箱模型。6.如权利要求5所述的针对传动系统的自顶向下三维设计方法，其特征在于，创建齿轮箱控制模型及齿轮组件模型的步骤包括：将所述迭代传动系统控制模型内的控制元素关联引用至齿轮箱控制模型，创建齿轮箱组件坐标系，根据所述追溯矩阵定义创建齿轮箱接口控制元素，形成初代齿轮箱控制模型；更新所述初代齿轮箱控制模型内的控制元素，进行迭代后形成迭代齿轮箱控制模型；将所述初代齿轮箱控制模型内的齿轮箱接口控制元素分配至所述齿轮组件模型，形成初代齿轮组件模型。7.如权利要求6所述的针对传动系统的自顶向下三维设计方法，其特征在于，创建齿轮组件控制模型及零件模型的步骤包括：将所述迭代齿轮箱控制模型内的控制元素关联引用至所述齿轮组件控制模型，创建零件坐标系，根据所述追溯矩阵创建齿轮组件接口控制元素，形成初代齿轮组件控制模型；更新所述初代齿轮组件控制模型内的控制元素，进行迭代后形成迭代齿轮组件控制模型；将所述初代齿轮组件控制模型内的齿轮组件接口控制元素分配至所述零件模型，形成初代零件模型。8.如权利要求1所述的针对传动系统的自顶向下三维设计方法，其特征在于，所述成熟度指标是基于后续制造环节进度和设计需求为评价指标，而对各级所述控制模型和所述部件模型进行的完善度评级。9.如权利要求8所述的针对传动系统的自顶向下三维设计方法，其特征在于，在所述成熟度划分的基础上，推进在制造环节的并行工程的开展。10.如权利要求1所述的针对传动系统的自顶向下三维设计方法，其特征在于，各级控制模型的部分或全部所述控制元素为接口控制元素，所述控制元素能够被修改，并能够从上级控制模型关联引用至下级控制模型，以实现各级所述控制模型和所述部件模型的由上至下的自动更新；所述接口控制元素能够由所述控制模型关联引用至同一级所述部件模型。

技术总结
提供一种针对传动系统的自顶向下三维设计方法，包括传动系统需求定义、布局参数化设计、三维设计物料清单搭建、三维设计和更新关联引用阶段。采用自顶向下方法，基于传动系统需求建立传动系统需求追溯矩阵；基于追溯矩阵创建三维总体布局方案；创建多层装配工作空间；进行各级控制模型和部件模型的三维模型搭建，各级控制模型能够分配参数给同级部件模型，控制模型和部件模型的各级分别能够实现由上级到下级的自动更新；基于后续制造环节创建成熟度指标，根据成熟度指标并行更新各级控制模型和部件模型内的控制元素，迭代各级控制模型和各级部件模型，直至达到要求。上述方法能够实现传动系统协同设计和高效构建。够实现传动系统协同设计和高效构建。够实现传动系统协同设计和高效构建。


技术研发人员：周莹 付利霞 毛贝 刘海鸥 贾文强 宋玮
受保护的技术使用者：中国航发商用航空发动机有限责任公司
技术研发日：2022.02.08
技术公布日：2023/8/21