齿轮结构智能化几何建模方法研究

　　当前的 CAD 系统多以特征技术为基础[1]，允许用户直接用特征来定义零件的几何结构。这种基于特征的设计方法，记录了特征构建的历史进程，是约束模型和历史模型[2]的统一。在此基础上，通过添减特征或定义特征内外的约束和尺寸驱动关系，便可以实现参数化设计目的[3]。在齿轮设计的 CAD 实践中，虽然参数化方法实现了齿轮几何模型参数或尺寸的快速变更，但不能实现齿轮结构的变化，原因在于不同结构具有不同的实体特征和特征建造序列，当结构不同时需要重新建造几何模型。寻求由齿轮基本参数匹配相应结构的参数化方法，使一个模型具有演化多种结构的能力，对进一步提高齿轮的设计效率有重要的现实意义[4-5]。从历史模型的思想出发，不同结构的选取，即是约束模型在历史进程上特征建造的多元分支，体现为特征序列进程中对下一特征的判别和构造。于是“判别”和“构造”成为历史进程中的两个基本问题。“构造”问题代表了 CAD 系统中的几何建模方法，目前已得到很好的解决;而“判别”问题代表了知识表达下的智力活动，要求将知识工程引入 CAD 系统，使之具有一定的智能设计(Intelligent Design)能力[6]，这是 CAD 技术发展的必然方向。齿轮结构智能几何建模方法的研究期望基于齿轮结构设计的知识表达，在 CAD 系统中实现齿轮基本参数下的结构识别与匹配，并通过基本参数的控制实现齿轮结构的参数化设计。

　　1 结构选择参数化方法的实现

　　文献[7]通过建立了多个结构模模型，对确定的结构模型赋以齿轮参数值获得所需结构的齿轮模型;文献[8]提出的方法是用特征尺寸的零值来控制特征的有无，从而实现结构的变化，但缺乏结构设计的知识表达，未实现特征构造进程的判断选择。就齿轮结构的智能参数化设计而言，知识体系的“判别”问题体现为模型中的约束和关系;特征建模技术构成“构造”活动的基础，需要解决两个方面的问题，一是参数化设计的实现，二是知识体系引入 CAD 系统的方法及其智能选择的实现。

　　1.1 关于约束

　　在特征技术的支持下，设计知识在 CAD 系统中体现为约束的满足和关系的赋予，具体的约束形式较多，但可以归结为几何约束和关系式约束两种类型。几何约束包括截面图形的结构约束、子父特征关系、特征基准等内容;关系约束包截面图形尺寸关系[9]、特征间的数据联系、子父特征的位置关系等内容，其实质是模型中定义的数据关系，以约束函数的形式存在。

　　1.2 关于知识表达和边界条件