CRH5拖車轉(zhuǎn)向架制動(dòng)虛擬裝配及關(guān)鍵部件有限元分析

1、如需要整套畢業(yè)設(shè)計(jì)請(qǐng)聯(lián)系 QQ 1416916016全部?jī)?nèi)容包括圖紙，開(kāi)題報(bào)告，外文翻譯，PPT，任務(wù)書，進(jìn)度表等，內(nèi)容完整質(zhì)量保證摘要鐵路是我國(guó)主要的運(yùn)輸方式，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中起著非常重要的作用。提速，對(duì)于鐵路來(lái)說(shuō)，它是一個(gè)龐大的系統(tǒng)工程。因此投入足夠的精力和財(cái)力研究提速客車勢(shì)在必行。CRH 是英文 China Railway High-speed 的縮寫，中文含義是“中國(guó)高速鐵路” ，用來(lái)指時(shí)速 200km/h 以上的高速列車。是鐵道部為中國(guó)鐵路第六次大提速，向法國(guó)的阿爾斯通公司訂購(gòu)的高速電動(dòng)車組。它的引進(jìn)將對(duì)我國(guó)鐵路客車轉(zhuǎn)向架特別是高速客車轉(zhuǎn)向架的技術(shù)發(fā)展提供了良好機(jī)遇，同時(shí)由于對(duì)轉(zhuǎn)向架性能

2、要求的不斷提高，也存在著很大的挑戰(zhàn)。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)是以 CRH5 動(dòng)車組轉(zhuǎn)向架的設(shè)計(jì)技術(shù)展開(kāi)討論，采用 3DS MAX，ANSYS和 Hypermesh 等軟件對(duì)制動(dòng)裝置進(jìn)行虛擬裝配和有限元分析。制動(dòng)裝置是轉(zhuǎn)向架很重要的部分，對(duì)其進(jìn)行虛擬裝配制作以及展示，進(jìn)行有效的結(jié)構(gòu)分析是十分必要的。本次設(shè)計(jì)詳細(xì)描述了利用 3DS MAX 和 Hypermesh，ANSYS 等軟件對(duì)輪對(duì)進(jìn)行了虛擬裝配動(dòng)畫制作和有限元分析。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容包括：學(xué)習(xí)使用 3DS MAX、Hypermesh，ANSYS 等軟件的使用方法；應(yīng)用 3DS MAX 軟件進(jìn)行轉(zhuǎn)向架制動(dòng)裝置部分的虛擬裝配動(dòng)畫制作，用Hypermes

3、h 和 ANSYS 軟件進(jìn)行制動(dòng)裝置的有限元分析。關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)向架 虛擬裝配 有限元 制動(dòng)裝置 AbstractRailway is the main mode of transport in our country, in the national economy plays a very important role. Speed, for the railway, it is a huge systematic project. So put enough energy and financial research is imperative bus speed. CRH are C

4、hina Railway High-speed acronym in English, English meaning is high-speed railway in China, used to refer to speed of 200km / h or more high-speed train. It is the high-speed EMUs that ordered to the French company Alstom when the sixth large-scale speed of the Ministry of Railways of China Railways

5、. It will be the introduction of our country railway passenger car, especially high-speed passenger car technology development provides a good opportunity, because of the bogie at the same time the continuous improvement of performance requirements, there are very challenging. The design is based on

6、 graduation CRH5 EMU bogie design techniques discussed. Using 3DS MAX ANSYS and Hypermesh software for brake of virtual assembly and finite element analysis . Brake is an important component of its effective structural analysis is very necessary. The design is described in detail and use of 3DS MAX,

7、 ANSYS and other software Hypermesh round the conduct of an effective virtual assembly animation and finite element analysis. The graduation projects main activities include: learning to use 3DS MAX, Hypermesh and ANSYS; use software Hypermesh and ANSYS finite element analysis.Key words: bogie virtu

8、al assembly finite element brake目 錄引引 言言.1第一章第一章 緒論緒論.21.1 國(guó)內(nèi)外動(dòng)車組的發(fā)展?fàn)顩r.21.1.1 國(guó)內(nèi)動(dòng)車組的發(fā)展.21.1.2 國(guó)外動(dòng)車組的發(fā)展.21.2 CRH5 動(dòng)車組轉(zhuǎn)向架簡(jiǎn)介及結(jié)構(gòu)特點(diǎn).31.3 CRH5 型轉(zhuǎn)向架制動(dòng)裝置簡(jiǎn)介.51.4 設(shè)計(jì)研究的內(nèi)容.6第二章第二章 相關(guān)軟件介紹相關(guān)軟件介紹.72.1 3DS MAX軟件介紹 .72.2 HYPERMESH軟件介紹 .72.3 ANSYS 軟件介紹.9第三章第三章制動(dòng)裝置虛擬裝配制動(dòng)裝置虛擬裝配.113.1 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與虛擬裝配簡(jiǎn)介.113.1.1 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù).113.1

9、.2 虛擬裝配.113.2 虛擬裝配的方案和步驟.123.2.1 制動(dòng)裝置裝配順序.123.2.2 裝配動(dòng)畫的具體步驟.12第四章第四章 制動(dòng)杠桿的有限元分析制動(dòng)杠桿的有限元分析.164.1 有限元分析簡(jiǎn)介.164.2 基本步驟 .164.3 制動(dòng)杠桿的有限元分析過(guò)程 .174.3.1 受力分析及計(jì)算工況.174.3.2 計(jì)算模型.174.3.3 計(jì)算結(jié)果.184.4 有限元分析小結(jié).19結(jié)論與展望結(jié)論與展望.19謝謝 辭辭.20參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn).21 1引 言CRH5 型動(dòng)車組技術(shù)引進(jìn)自法國(guó)阿爾斯通公司的高速列車車型。以法國(guó)阿爾斯通的Pendolino 寬體擺式列車為基礎(chǔ)，但取消了裝設(shè)的擺式

10、功能，車體以法國(guó)阿爾斯通為芬蘭國(guó)鐵提供的 SM3 動(dòng)車組為原型。由中國(guó)北車集團(tuán)長(zhǎng)春軌道客車股份有限公司（聯(lián)合法國(guó)阿爾斯通）負(fù)責(zé)在國(guó)內(nèi)生產(chǎn)。CRH5 型電動(dòng)車組采用動(dòng)力分布式設(shè)計(jì)，每列編組 8 節(jié)車。5 節(jié)動(dòng)車和 3 節(jié)拖車（5M/3T） ，運(yùn)營(yíng)速度 200 公里級(jí)別（設(shè)計(jì)最高營(yíng)運(yùn)速度為 250km/h） 。列車可通過(guò)兩組聯(lián)掛方式增至 16 節(jié)。列車設(shè)有一等座車（ZY） 、二等座車（ZE）和帶酒吧的二等座車餐車（ZEC） 。其中一等座采用 2+2 方式布置，二等座為 2+3 布置。其中有 38 列CRH5A（編號(hào)為 CRH5-013ACRH5-042A、CRH5-054ACRH5-060A）的一

11、等、二等座椅均可以回轉(zhuǎn)，其他為固定式樣。CRH5 型動(dòng)車組對(duì)原型車的進(jìn)行了大改動(dòng)，正式運(yùn)營(yíng)初期的故障率相對(duì)比較高。在耐寒性方面較優(yōu)，其承受溫度范圍可達(dá)40，因此大多數(shù)被安排于中國(guó)北方尤其是東北地區(qū)運(yùn)行。本次設(shè)計(jì)主要是對(duì) CRH5 型動(dòng)車組轉(zhuǎn)向架制動(dòng)裝置部分進(jìn)行虛擬裝配動(dòng)畫演示以及關(guān)鍵部件的有限元模擬仿真分析。本文的目的是設(shè)計(jì)出 CRH5 動(dòng)車組轉(zhuǎn)向架制動(dòng)裝置部分虛擬裝配過(guò)程以及對(duì)車軸進(jìn)行有限元分析。通過(guò)對(duì)轉(zhuǎn)向架制動(dòng)裝置的虛擬裝配的動(dòng)畫演示，可以使工廠維修人員對(duì)制動(dòng)裝置的實(shí)際裝配過(guò)程有直觀的認(rèn)識(shí)，并使一個(gè)制動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)清晰的展現(xiàn)，這也對(duì)接下來(lái)的分析提供了幫助。2第一章 緒論1.1.1 1 國(guó)內(nèi)外動(dòng)

12、車組的發(fā)展國(guó)內(nèi)外動(dòng)車組的發(fā)展?fàn)顩r狀況1.1.1 國(guó)內(nèi)動(dòng)車組的發(fā)展從1958年到2O世紀(jì)8O年代末期，是我國(guó)鐵路動(dòng)車和動(dòng)車組發(fā)展的初始階段，歷經(jīng)30余年。1958年，四方機(jī)車車輛廠在大連機(jī)車車輛研究所(今中國(guó)北車集團(tuán)大連機(jī)車研究所)、上海交大和集寧機(jī)務(wù)段協(xié)作下，自行設(shè)計(jì)、研制了我國(guó)首列雙層液力傳動(dòng)內(nèi)燃動(dòng)車組，當(dāng)時(shí)稱為東風(fēng)號(hào)雙層摩托列車。該列動(dòng)車組于1959年交付北京內(nèi)燃機(jī)務(wù)段，在北京天津間試運(yùn)。我國(guó)自行設(shè)計(jì)制造的首列電力動(dòng)車組是由長(zhǎng)春客車廠、株洲電力機(jī)車研究所和鐵道科學(xué)研究院，根據(jù)鐵道部科學(xué)技術(shù)發(fā)展規(guī)劃，于1978年開(kāi)始研究設(shè)計(jì)，1988年完成試制的KDZ1型電力動(dòng)車組。在上述兩種動(dòng)車組研制之間

13、，1962年我國(guó)鐵路從匈牙利進(jìn)口2列NG3型內(nèi)燃動(dòng)車組。這種動(dòng)車組是由匈牙利Ganz Mavag工廠制造的，由2動(dòng)+2拖4節(jié)編組而成，動(dòng)車布置在兩端，總功率為735kw(1000馬力)，設(shè)計(jì)速度是128 km/h。20世紀(jì)90年代到21世紀(jì)最初幾年，是我國(guó)鐵路動(dòng)車和動(dòng)車組發(fā)展的第二階段，即加速發(fā)展階段。1990年9月5日，全路首列四季空調(diào)列車在北京廣州的47/48次列車上啟用。自此，鐵路客運(yùn)出現(xiàn)了多品種、多樣性、多檔次、多元化的新局面。為使鐵路運(yùn)輸產(chǎn)品真正具有較強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)力而采取的重大措施是鐵道部對(duì)列車運(yùn)行圖的重大調(diào)整和幾次大幅度的列車提速。從1997年到2004年，中國(guó)鐵路實(shí)施了5次大提速。鐵路

14、客運(yùn)領(lǐng)域的重大技術(shù)創(chuàng)新和喜人的形勢(shì)變化，為鐵路工業(yè)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)新型動(dòng)車和動(dòng)車組提供了市場(chǎng)需求和動(dòng)力，從而形成了我國(guó)鐵路動(dòng)車和動(dòng)車組發(fā)展的難得機(jī)遇和良好條件。中國(guó)鐵路第六次大提速上線運(yùn)行的動(dòng)車組名稱為“和諧號(hào)” ，原名CRH系列。CRH系列目前有CRH1CRH5幾種型號(hào)。從1998年我國(guó)第一列商用動(dòng)車組在南昌鐵路局運(yùn)營(yíng)以來(lái)，目前已有幾十列動(dòng)車組奔馳在全國(guó)萬(wàn)里鐵道線上，成為鐵路運(yùn)輸一道亮麗的風(fēng)景。1.1.2 國(guó)外動(dòng)車組的發(fā)展動(dòng)車組在國(guó)外已有 40 余年的發(fā)展歷史。20 世紀(jì) 50 年代，電動(dòng)車組最高運(yùn)行時(shí)速為 160 公里189 公里。1990 年 5 月，法國(guó)的 TGV-A 動(dòng)車組創(chuàng)造了震驚世界的時(shí)

15、速為515.3 公里的最高試驗(yàn)速度，這也是輪軌粘著式交通工具速度的最高記錄。1964 年 10 月，日本先于其他國(guó)家開(kāi)通了世界第一條高速鐵路東海道新干線3(東京新大阪的高速客運(yùn)專線)，最高運(yùn)行時(shí)速為 210 公里。20 世紀(jì) 80 年代運(yùn)行于東京博多線路上的列車由 0 系換成 100 系電動(dòng)車組。100 系電動(dòng)車組由 12 輛動(dòng)車和 4 輛拖車(其中雙層客車兩輛)組成，拖車加裝了渦流制動(dòng)，最高時(shí)速 230 公里。1992 年，東日本公司開(kāi)始開(kāi)發(fā)超高速電動(dòng)車組，取名為 STAR21 型電動(dòng)車組，創(chuàng)意為21 世紀(jì)用的時(shí)速 350 公里高級(jí)豪華列車。法國(guó)高速鐵路線上采用的電動(dòng)車組在牽引動(dòng)力上的布置與

16、日本不同。日本是動(dòng)力分散式，而法國(guó)是動(dòng)力集中式，只在列車兩端的頭車(或與頭車相臨的客車的一端)裝有牽引動(dòng)力裝置。法國(guó)第一條鐵路線(巴黎東南新干線)于 1972 年動(dòng)工，1983 年投入運(yùn)用。運(yùn)用 TGV-PSE 電動(dòng)車組，最高運(yùn)行時(shí)速為 270 公里。在巴黎東南新干線通車后，法國(guó)繼續(xù)擴(kuò)大高速鐵路線，1990 年大西洋新干線(巴黎勒芒、圖爾)正式通車，采用 TGV-A 電動(dòng)車組，最高運(yùn)行時(shí)速為 300 公里。1962 年德國(guó)研制的“萊茵金子”號(hào)客車的構(gòu)造時(shí)速已達(dá) 160 公里，1974 年 ET403型電動(dòng)車組的最高運(yùn)行時(shí)速為 160 公里，1977 年提高到時(shí)速 200 公里。1985 年制造

17、出ICE 型高速列車，并在 1988 年時(shí)速達(dá)到 406 公里的試驗(yàn)速度。1989 年，德國(guó)開(kāi)始正式制造第一代 ICE 高速列車，并于 1990 年投入使用。在今年 8 月 1 日，德國(guó)第三代動(dòng)力分散型高速列車 ICE3，正式投入法蘭克?？坡⌒滦透咚勹F路線的商業(yè)運(yùn)營(yíng)，最高時(shí)速達(dá)到 300 公里。俄羅斯采用在既有線路上逐步提高旅客列車速度，使線路的改造和機(jī)車車輛的更新同步進(jìn)行的方法。1984 年 3 月，高速列車正式投入運(yùn)用，采用了快速電動(dòng)車組，平均運(yùn)行時(shí)速為 140 公里，有兩個(gè)區(qū)間時(shí)速達(dá) 200 公里。意大利在 20 世紀(jì) 70 年代中期投入運(yùn)用了帶擺式車體的 ERT401 型的客車，最高運(yùn)

18、行時(shí)速為 160 公里180 公里，20 世紀(jì) 80 年代最高時(shí)速達(dá)到 200 公里。1988 年1989年開(kāi)始在米蘭羅馬、威尼斯羅馬之間采用 ETR450 型擺式列車，最高運(yùn)行時(shí)速250 公里。瑞典的 X2000 擺式動(dòng)車組由 Bombardier Transportation 制造，運(yùn)行于斯德哥爾摩哥德堡之間 457 公里的鐵路線上。該車主要特點(diǎn)是通過(guò)彎道處的速度比普通列車提高約 40%，并以此來(lái)縮短營(yíng)運(yùn)時(shí)間。1.2 CRH5 動(dòng)車組轉(zhuǎn)向架簡(jiǎn)介及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)轉(zhuǎn)向架是鐵路車輛的重要部件之一，它直接與車輛運(yùn)行的安全性和平穩(wěn)性有關(guān)，為了保證動(dòng)車組在高速客運(yùn)專線上的高速安全運(yùn)行，轉(zhuǎn)向架的性能好壞是關(guān)鍵

19、。它直接承載車體重量，保證車輛順利通過(guò)曲線。同時(shí)，轉(zhuǎn)向架的各種參數(shù)也直接決定了車輛的穩(wěn)定性和車輛的乘坐舒適性。轉(zhuǎn)向架可以減少輪軌磨損和輪軌作用力，高效、可靠4的制動(dòng)系統(tǒng)，減少噪音，吸收高頻振動(dòng)。轉(zhuǎn)向架的結(jié)構(gòu)要便于彈簧減振裝置的安裝，使之具有良好的減震特性，以緩和線路之間的相互作用，減小震動(dòng)和沖擊，減小動(dòng)應(yīng)力，提高車輛運(yùn)行的平穩(wěn)性和安全性。這批高速列車隨后正式定型為 CRH5A，是目前 CRH5 系列中的唯一車型。動(dòng)車組采用動(dòng)力分散式，每列 8 節(jié)編組，共 5 節(jié)動(dòng)車和 3 節(jié)拖車（5M3T） ，設(shè)計(jì)營(yíng)運(yùn)速度為 250 km/h。列車可透過(guò)兩組聯(lián)掛方式增至 16 節(jié)。列車設(shè)有一等座車（ZY） 、

20、二等座車（ZE）和帶酒吧的二等座車餐車（ZEC） 。其中一等座采用 2+2 方式布置，二等座為2+3 布置。有 38 列 CRH5A（編號(hào)為 CRH5-013ACRH5-042A、CRH5-054ACRH5060A）的一等、二等座椅均可以回轉(zhuǎn)。該動(dòng)車組編組為 8 輛，每節(jié)車體均由 2 臺(tái)轉(zhuǎn)向架支撐，全列車中動(dòng)力轉(zhuǎn)向架和非動(dòng)力轉(zhuǎn)向架各占 50%，有電機(jī)驅(qū)動(dòng)型稱為動(dòng)力轉(zhuǎn)向架，無(wú)電機(jī)驅(qū)動(dòng)型則稱為非動(dòng)力轉(zhuǎn)向架。本次設(shè)計(jì)對(duì)象為動(dòng)力轉(zhuǎn)向架，它包括構(gòu)架、輪對(duì)、一系懸掛、二系懸掛、牽引、制動(dòng)、電機(jī)安裝、輔助系統(tǒng)及軸端裝置。CRH5 列車為 8 節(jié)車（MC2、M2S、TP、M2、T2、TPB、MH 和 MC1）

21、編組。如圖 1.1 所示，采取“五動(dòng)三拖”的編組構(gòu)成。車組布置如下：車組包括以 2 個(gè)牽引單元編組的8 節(jié)車。一個(gè)牽引單元有 3 節(jié)動(dòng)車和 1 節(jié)拖車（M-M-T-M）,另一牽引單元?jiǎng)t有 2 節(jié)動(dòng)車和 2 節(jié)拖車（T-T-M-M） 。每個(gè)牽引單元均有一個(gè)配有相應(yīng)受電弓的主變壓器。每節(jié)車有 2 臺(tái)轉(zhuǎn)向架，包括動(dòng)力轉(zhuǎn)向架和非動(dòng)力轉(zhuǎn)向架兩種形式。這些轉(zhuǎn)向架分為有電機(jī)驅(qū)動(dòng)型和無(wú)電機(jī)驅(qū)動(dòng)型。有電機(jī)驅(qū)動(dòng)型稱為動(dòng)力轉(zhuǎn)向架，無(wú)電機(jī)驅(qū)動(dòng)型則稱為非動(dòng)力轉(zhuǎn)向架。整個(gè)車組包括 10 臺(tái)動(dòng)力轉(zhuǎn)向架和 6 臺(tái)非動(dòng)力轉(zhuǎn)向架，主要區(qū)別是：(1)動(dòng)力轉(zhuǎn)向架有動(dòng)力軸，動(dòng)力軸上裝有兩個(gè)制動(dòng)軸盤和一組齒輪箱;(2)非動(dòng)力軸上裝有三個(gè)

22、制動(dòng)軸盤:(3)動(dòng)力轉(zhuǎn)向架構(gòu)架比非動(dòng)力轉(zhuǎn)向架構(gòu)架多一個(gè)齒輪箱拉桿座。車組配有 10 根動(dòng)力軸和 22 根非動(dòng)力軸。每節(jié)車（MC2、M2S、M2、MH 和 MC1）有 2 個(gè)帶有軸箱的動(dòng)力輪對(duì)和 2 個(gè)帶有軸箱的非動(dòng)力輪對(duì)。每節(jié) TP、T2 和 TPB 車都有 4 個(gè)帶有軸箱的非動(dòng)力輪對(duì)。車組具有以下基本參數(shù)特點(diǎn)：1.動(dòng)力轉(zhuǎn)向架數(shù)量：10（每臺(tái)上有一根動(dòng)力軸）2.非動(dòng)力轉(zhuǎn)向架數(shù)量：63.新輪直徑：890 mm4.軌距：1435 mm5.最高運(yùn)行速度：200 km/h6.各軸的最大載荷：17 t7.車組總長(zhǎng)度：211500 mm8.中心距：19000 mm9.軸距：2700 mm5圖 1.1 列車

23、選擇方案此次設(shè)計(jì)主要研究的課題主要的研究對(duì)象是 CRH5 型轉(zhuǎn)向架，該動(dòng)車組轉(zhuǎn)向架的主要特點(diǎn)是：CA250 型轉(zhuǎn)向架一系懸掛裝置采用拉桿軸箱定位方式，二系懸掛系統(tǒng)由上枕梁、空氣彈簧系統(tǒng)、抗側(cè)滾扭桿、二系橫向減振器、二系垂向減振器、抗蛇行減振器、防過(guò)充裝置、橫向檔和牽引裝置等組成;傳動(dòng)裝置由齒輪箱、萬(wàn)向軸、安全裝置和體懸式電機(jī)組成，轉(zhuǎn)向架與車體間采用“Z字形雙牽引裝置，傳遞牽引力和制動(dòng)力;基礎(chǔ)制動(dòng)采用軸盤制動(dòng)。如圖 1.2 為動(dòng)力轉(zhuǎn)向架 3D 模型。圖 1.2 CRH5 動(dòng)車組轉(zhuǎn)向架 3D 模型1.3 CRH5 型轉(zhuǎn)向架制動(dòng)裝置簡(jiǎn)介制動(dòng)系統(tǒng)是軌道車輛的關(guān)鍵設(shè)備之一,其性能直接關(guān)系到車輛運(yùn)行的安全

24、性和綜合技術(shù)水平的提高。城軌交通制動(dòng)技術(shù)水平是隨著城市軌道交通運(yùn)輸?shù)陌l(fā)展而不斷提高的。制動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展經(jīng)歷了純空氣制動(dòng),空氣制動(dòng)為主、電制動(dòng)為輔 ,電制動(dòng)為主、空氣制動(dòng)為輔的過(guò)程。制動(dòng)控制技術(shù)也由空氣控制、電氣控制發(fā)展到目前的計(jì)算機(jī)控制。目前,國(guó)外先進(jìn)的城軌交通制動(dòng)系統(tǒng)大多采用微機(jī)控制的直通電空制動(dòng)系統(tǒng)。制動(dòng)方式為動(dòng)力制動(dòng)和空氣制動(dòng)的復(fù)合制動(dòng),并且優(yōu)先采用動(dòng)力制動(dòng)。其特點(diǎn)是系統(tǒng)操縱簡(jiǎn)單、靈活,制動(dòng)力控制精確,列車運(yùn)行舒適平穩(wěn),停車準(zhǔn)確?；A(chǔ)制動(dòng)裝置是機(jī)車空氣制動(dòng)系統(tǒng)的主要組成部分，CRH5 動(dòng)車組采用軸盤制動(dòng)，6代替低速機(jī)車的閘瓦制動(dòng)。CRH5 動(dòng)車組轉(zhuǎn)向架上裝配有由直徑 640、厚 80的低通

25、風(fēng)能力鋼制成的制動(dòng)盤，其中個(gè)用于動(dòng)力輪對(duì)，個(gè)用于非動(dòng)力輪對(duì)，安裝于齒輪箱兩側(cè)。CRH5 動(dòng)車組采用的這種軸盤制動(dòng)，制動(dòng)力應(yīng)足夠使一輛正常負(fù)載（）列車停在坡度上，確保機(jī)車的安全運(yùn)行。1.4 設(shè)計(jì)研究的內(nèi)容本課題主要研究對(duì)象是長(zhǎng)春客車股份有限公司與法國(guó)阿爾卑斯公司合作生產(chǎn)的CRH5 型轉(zhuǎn)向架。裝備該轉(zhuǎn)向架的動(dòng)車組是目前國(guó)內(nèi)最先進(jìn)的高速動(dòng)車組。主要研究?jī)?nèi)容：1. 學(xué)習(xí)掌握虛擬裝配的理論及基本方法。2. 學(xué)習(xí) 3ds max 軟件并應(yīng)用該軟件制作轉(zhuǎn)向架制動(dòng)裝置虛擬裝配。3. 使用 Hypermesh 和 ANSYS 軟件完成有限元分析。計(jì)算應(yīng)力及應(yīng)變情況，得出結(jié)論。7第二章 相關(guān)軟件介紹2.1 3ds

26、 max 軟件介紹3D Studio Max，常簡(jiǎn)稱為 3ds Max 或 MAX，是 Autodesk 公司開(kāi)發(fā)的基于 PC 系統(tǒng)的三維動(dòng)畫渲染和制作軟件。其前身是基于 DOS 操作系統(tǒng)的 3D Studio 系列軟件，最新版本是 2010。在 Windows NT 出現(xiàn)以前，工業(yè)級(jí)的 CG 制作被 SGI 圖形工作站所壟斷。3D Studio Max + Windows NT 組合的出現(xiàn)一下子降低了 CG 制作的門檻，首選開(kāi)始運(yùn)用在電腦游戲中的動(dòng)畫制作，后更進(jìn)一步開(kāi)始參與影視片的特效制作，例如 X戰(zhàn)警 II，最后的武士等。在應(yīng)用范圍方面，廣泛應(yīng)用于廣告、影視、工業(yè)設(shè)計(jì)、建筑設(shè)計(jì)、多媒體制作

27、、游戲、輔助教學(xué)以及工程可視化等領(lǐng)域。擁有強(qiáng)大功能的 3DS MAX 被廣泛地應(yīng)用于電視及娛樂(lè)業(yè)中，比如片頭動(dòng)畫和視頻游戲的制作，深深扎根于玩家心中的勞拉角色形象就是 3DS MAX 的杰作。在影視特效方面也有一定的應(yīng)用。而在國(guó)內(nèi)發(fā)展的相對(duì)比較成熟的建筑效果圖和建筑動(dòng)畫制作中，3DS MAX 的使用率更是占據(jù)了絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)。根據(jù)不同行業(yè)的應(yīng)用特點(diǎn)對(duì) 3DS MAX 的掌握程度也有不同的要求，建筑方面的應(yīng)用相對(duì)來(lái)說(shuō)要局限性大一些，它只要求單幀的渲染效果和環(huán)境效果，只涉及到比較簡(jiǎn)單的動(dòng)畫；片頭動(dòng)畫和視頻游戲應(yīng)用中動(dòng)畫占的比例很大，特別是視頻游戲?qū)巧珓?dòng)畫的要求要高一些；影視特效方面的應(yīng)用則把 3DS

28、 MAX 的功能發(fā)揮到了極至。2.2 Hypermesh軟件介紹Hypermesh 軟件是美國(guó) Altair 公司的產(chǎn)品，是世界領(lǐng)先的、功能強(qiáng)大的 CAE 應(yīng)用軟件包，也是一個(gè)創(chuàng)新、開(kāi)放的企業(yè)級(jí) CAE 平臺(tái)，它集成了設(shè)計(jì)與分析所需的各種工具，具有無(wú)與倫比的性能以及高度的開(kāi)放性、靈活性和友好的用戶界面。在 CAE 領(lǐng)域, Hypermesh 最著名的特點(diǎn)是它所具有的強(qiáng)大的有限元網(wǎng)格前處理功能和后處理功能。一般來(lái)說(shuō)，CAE 分析工程師 80的時(shí)間都花費(fèi)在了有限元模型的建立和修改上，而真正的分析求解時(shí)間是消耗在計(jì)算機(jī)工組站上的，所以采用一個(gè)功能強(qiáng)大，使用方便靈活，并能夠與眾多 CAD 系統(tǒng)和有限元

29、求解器進(jìn)行方便的數(shù)據(jù)交換的有限元前后處理工具，對(duì)于提高有限元分析工作的質(zhì)量和效率具有十分重要的意義。Hypermesh 是一個(gè)高性能的有限元前后處理器，它能讓 CAE 分析工程師在高度交互及可視化的環(huán)境下進(jìn)行仿真分析工作。與其他的有限元前后處理器比較，Hypermesh的圖形用戶界面易于學(xué)習(xí)，特別是它支持直接輸入已有的三維 CAD 幾何模型(UG,Pro/E,CATIA 等)已有的有限元模型，并且導(dǎo)入的效率和模型質(zhì)量都很高，可以大8大減少很多重復(fù)性的工作，使得 CAE 分析工程師能夠投入更多的精力和時(shí)間到分析計(jì)算工作上去。同樣，Hypermesh 也具有先進(jìn)的后處理功能，可以保證形象地表現(xiàn)各種

30、各樣的復(fù)雜的仿真結(jié)果，如云圖，曲線標(biāo)和動(dòng)畫等。在處理幾何模型和有限元網(wǎng)格的效率和質(zhì)量方面，Hypermesh 具有很好的速度，適應(yīng)性和可定制性，并且模型規(guī)模沒(méi)有軟件限制。其他很多有限元前處理軟件對(duì)于一些復(fù)雜的，大規(guī)模的模型在讀取數(shù)據(jù)時(shí)候，需要很長(zhǎng)時(shí)間，而且很多情況下并不能夠成功導(dǎo)入模型，這樣后續(xù)的 CAE 分析工作就無(wú)法進(jìn)行；而如果采用 Hypermesh，其強(qiáng)大的幾何處理能力使得 Hypermesh 可以很快的讀取那些結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，規(guī)模非常大的模型數(shù)據(jù)，從而大大提高了 CAE 分析工程師的工作效率，也使得很多應(yīng)用其他前后處理軟件很難或者不能解決的問(wèn)題變得迎刃而解。 以下是 Hypermesh

31、 軟件與其他有限元分析前處理軟件比較時(shí)所具有的鮮明的特點(diǎn)：1總體優(yōu)勢(shì)通過(guò)高性能的有限元建模和后處理大大縮短工程分析的周期。 Hypermesh 具有很高的有限元網(wǎng)格劃分和處理效率，應(yīng)用 Hypermesh 可以大大提高CAE 分析工程師的效率； 直觀的圖形用戶界面和先進(jìn)的特性減少學(xué)習(xí)的時(shí)間并提高效率。Hypermesh 學(xué)習(xí)非常簡(jiǎn)單，它所具有的非常簡(jiǎn)潔和方便的用戶界面大大節(jié)省里用戶學(xué)習(xí) Hypermesh 所需要的時(shí)間。一般具有一定 CAE 分析經(jīng)驗(yàn)的工程師，只需要 2 周就可以熟練地應(yīng)用 Hypermesh 進(jìn)行實(shí)際工程問(wèn)題的分析計(jì)算。 直接輸入 CAD 幾何模型及有限元模型，減少用于建模的

32、重復(fù)工作和費(fèi)用。 高速度、高質(zhì)量的自動(dòng)網(wǎng)格劃分極大地簡(jiǎn)化復(fù)雜幾何的有限元建模過(guò)程。 在一個(gè)集成的系統(tǒng)內(nèi)支持范圍廣泛的求解器，確保在任何特定的情形下都能使 用適用的求解器。極高的性價(jià)比使您的軟件投資得到最好的回報(bào)。 高度可定制性更進(jìn)一步提高效率。定制 Hypermesh 使其適合您的環(huán)境，提高您的效率 宏：用戶可以創(chuàng)建宏以自動(dòng)運(yùn)行一系列操作。 定制用戶界面：通過(guò)簡(jiǎn)便的步驟重新布置 Hypermesh 菜單系統(tǒng) 輸出模板：通過(guò)模板可以將 Hypermesh 數(shù)據(jù)輸出為其他求解器和程序可讀的格式。 輸入轉(zhuǎn)換器：通過(guò)增加您自己的輸入轉(zhuǎn)換器，可以擴(kuò)展 Hypermesh 對(duì)其他分析軟件數(shù)據(jù)的支持。 結(jié)果

33、轉(zhuǎn)換器：應(yīng)用提供的工具可以創(chuàng)建專用的轉(zhuǎn)換器，將特殊的分析結(jié)果轉(zhuǎn)化成Hypermesh 結(jié)果格式。 2CAD 接口及幾何模型整理 Hypermesh 具有工業(yè)界主要的 CAD 數(shù)據(jù)格式接口?？梢灾苯影岩呀?jīng)生成的三維實(shí)體模型導(dǎo)入到 Hypermesh 中，而且一般導(dǎo)入的模型的質(zhì)量都很高，基本上不太需要對(duì)9模型進(jìn)行修復(fù)，這樣就大大方便了 CAE 工程師對(duì)模型的處理。Hypermesh 還包含一系列工具，用于整理和改進(jìn)輸入的幾何模型。輸入的幾何模型可能會(huì)有間隙、重疊和缺損，這些會(huì)妨礙高質(zhì)量網(wǎng)格的自動(dòng)劃分。通過(guò)消除缺損和孔，以及壓縮相鄰曲面的邊界等，您可以在模型內(nèi)更大、更合理的區(qū)域劃分網(wǎng)格，從而提高網(wǎng)格

34、劃分的總體速度和質(zhì)量。同時(shí)具有云圖顯示網(wǎng)格質(zhì)量、單元質(zhì)量跟蹤檢查等方便的工具，可以及時(shí)檢查并改進(jìn)網(wǎng)格質(zhì)量。 3 模型的創(chuàng)建和編輯 在建立和編輯模型方面，Hypermesh 提供用戶一整套高度先進(jìn)、完善的、易于使用的工具包。對(duì)于 2D 和 3D 建模，用戶可以使用各種網(wǎng)格生成模板以及強(qiáng)大的自動(dòng)網(wǎng)格劃分模塊。 Hypermesh 的自動(dòng)網(wǎng)格劃分模塊提供用戶一個(gè)智能的網(wǎng)格生成工具，同時(shí)可以交互調(diào)整每一個(gè)曲面或邊界的網(wǎng)格參數(shù)，包括單元密度，單元長(zhǎng)度變化趨勢(shì)，網(wǎng)格劃分算法等等。 Hypermesh 也可以快速地用高質(zhì)量的一階或二階四面體單元自動(dòng)劃分封閉的區(qū)域。四面體自動(dòng)網(wǎng)格劃分模塊應(yīng)用強(qiáng)大的 AFLR

35、算法。用戶可以根據(jù)結(jié)構(gòu)和 CFD 建模需要來(lái)單元增長(zhǎng)選項(xiàng)，選擇浮動(dòng)或固定邊界三角形單元和重新劃分局部區(qū)域。 4強(qiáng)大的后處理功能 Hypermesh 提供完備的后處理功能組件，讓您輕松、準(zhǔn)確地理解并表達(dá)復(fù)雜的仿真結(jié)果。 Hypermesh 具有完善的可視化功能，使用等值面、變形、云圖、瞬變、矢量圖和截面云圖等表現(xiàn)結(jié)果。它也支持變形、線性、復(fù)合以及瞬變動(dòng)畫顯示。另外可以直接生成 BMP、JPG、EPS、TIFF 等格式的圖形文件及通用的動(dòng)畫格式。這些特性結(jié)合友好的用戶界面使您迅速找到問(wèn)題所在，同時(shí)有助于縮短評(píng)估結(jié)果的過(guò)程。 5求解器接口 Hypermesh 支持很多不同的求解器輸入輸出格式，這樣在

36、利用 Hypermesh 劃分好模型的有限元網(wǎng)格后，可以直接把計(jì)算模型轉(zhuǎn)化成不同的求解器文件格式，從而利用相應(yīng)的求解器進(jìn)行計(jì)算。Hypermesh 所具有的非常良好的求解器接口功能，使得Hypermesh 可以作為企業(yè)統(tǒng)一的 CAE 應(yīng)用平臺(tái)，即統(tǒng)一利用 Hypermesh 進(jìn)行網(wǎng)格劃分，然后對(duì)于不同的問(wèn)題利用不同的求解器進(jìn)行求解，這樣 CAE 工程師也可以很方便的進(jìn)行數(shù)據(jù)文件的管理，可以大大提高分析效率。 2.3 ANSYS軟件介紹ANSYS 軟件是融結(jié)構(gòu)、流體、電場(chǎng)、磁場(chǎng)、聲場(chǎng)分析于一體的大型通用有限元分析軟件。由世界上最大的有限元分析軟件公司之一的美國(guó) ANSYS 開(kāi)發(fā)。10它能與多數(shù)

37、CAD 軟件接口，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享和交換，如 Pro/Engineer, NASTRAN, Alogor, IDEAS, AutoCAD 等， 是現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的高級(jí) CAD 工具之一。軟件主要包括三個(gè)部分：前處理模塊，分析計(jì)算模塊和后處理模塊。前處理模塊提供了一個(gè)強(qiáng)大的實(shí)體建模及網(wǎng)格劃分工具，用戶可以方便地構(gòu)造有限元模型；分析計(jì)算模塊包括結(jié)構(gòu)分析（可進(jìn)行線性分析、非線性分析和高度非線性分析） 、流體動(dòng)力學(xué)分析、電磁場(chǎng)分析、聲場(chǎng)分析、壓電分析以及多物理場(chǎng)的耦合分析，可模擬多種物理介質(zhì)的相互作用，具有靈敏度分析及優(yōu)化分析能力；后處理模塊可將計(jì)算結(jié)果以彩色等值線顯示、梯度顯示、矢量顯示、粒子流跡顯示

38、、立體切片顯示、透明及半透明顯示（可看到結(jié)構(gòu)內(nèi)部）等圖形方式顯示出來(lái)，也可將計(jì)算結(jié)果以圖表、曲線形式顯示或輸出。軟件提供了 100 種以上的單元類型，用來(lái)模擬工程中的各種結(jié)構(gòu)和材料。該軟件有多種不同版本，可以運(yùn)行在從個(gè)人機(jī)到大型機(jī)的多種計(jì)算機(jī)設(shè)備上，如PC，SGI，HP，SUN，DEC，IBM，CRAY 等。11第三章制動(dòng)裝置虛擬裝配3.1 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與虛擬裝配簡(jiǎn)介3.1.1 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)虛擬與現(xiàn)實(shí)兩詞具有相互矛盾的含義，把這兩個(gè)詞放在一起，似乎沒(méi)有意義，但是科學(xué)技術(shù)的發(fā)展卻賦予了它新的含義。虛擬現(xiàn)實(shí)的明確定義不太好說(shuō)，按最早提出虛擬現(xiàn)實(shí)概念的學(xué)者 J.Laniar 的說(shuō)法，虛擬現(xiàn)實(shí)，又稱假

39、想現(xiàn)實(shí)，意味著“用電子計(jì)算機(jī)合成的人工世界” 。從此可以清楚地看到，這個(gè)領(lǐng)域與計(jì)算機(jī)有著不可分離的密切關(guān)系，信息科學(xué)是合成虛擬現(xiàn)實(shí)的基本前提。今天，虛擬現(xiàn)實(shí)已經(jīng)發(fā)展成一門涉及計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、精密傳感機(jī)構(gòu)、人機(jī)接口及實(shí)時(shí)圖像處理等領(lǐng)域的綜合性學(xué)科。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)分虛擬實(shí)景（境）技術(shù)（如虛擬游覽故宮博物館）與虛擬虛景（境）技術(shù)（如虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境生成、虛擬設(shè)計(jì)的波音 777飛機(jī)等）兩大類。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域和交叉領(lǐng)域非常廣泛，幾乎到了無(wú)所不包、無(wú)孔不入的地步，在虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境，虛擬現(xiàn)實(shí)作戰(zhàn)指揮模擬，飛機(jī)、船舶、車輛虛擬現(xiàn)實(shí)駕駛訓(xùn)練，飛機(jī)、導(dǎo)彈、輪船與轎車的虛擬制造（含系統(tǒng)的虛擬設(shè)計(jì)） ，虛擬現(xiàn)實(shí)

40、建筑物的展示與參觀，虛擬現(xiàn)實(shí)手術(shù)培訓(xùn)，虛擬現(xiàn)實(shí)游戲，虛擬現(xiàn)實(shí)影視藝術(shù)等等方面的應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)的形成都有強(qiáng)烈的市場(chǎng)需求和技術(shù)驅(qū)動(dòng)。權(quán)威人士斷言，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)將是 21 世紀(jì)信息技術(shù)的代表。它的發(fā)展，不僅從根本上改變?nèi)藗兊墓ぷ鞣绞胶蜕罘绞?，勞和逸將真正結(jié)合起來(lái)，人們?cè)谙硎墉h(huán)境中工作，在工作過(guò)程中得到享受；而且虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與美術(shù)、音樂(lè)等文化藝術(shù)的結(jié)合，將誕生人類的第九藝術(shù)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，在 PC 機(jī)上實(shí)現(xiàn)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)已成為可能。所以，目前虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)系統(tǒng)的運(yùn)行趨勢(shì)為單機(jī)桌面和互聯(lián)網(wǎng)兩種主要方式，因此，它對(duì)計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用也有很大的刺激作用。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用前景十分廣闊。它

41、始于軍事和航空航天領(lǐng)域的需求，但近年來(lái)，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用已大步走進(jìn)工業(yè)、建筑設(shè)計(jì)、教育培訓(xùn)、文化娛樂(lè)等方面。它正在改變著我們的生活。3.1.2 虛擬裝配基于虛擬現(xiàn)實(shí)的產(chǎn)品虛擬拆裝技術(shù)在新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)、產(chǎn)品的維護(hù)以及操作培訓(xùn)方面具有獨(dú)特的作用。在交互式虛擬裝配環(huán)境中，用戶使用各類交互設(shè)備（數(shù)據(jù)手套/位置跟蹤器、鼠標(biāo)/鍵盤、力反饋操作設(shè)備等）象在真實(shí)環(huán)境中一樣對(duì)產(chǎn)品的零部件進(jìn)行各類裝配操作，在操作過(guò)程中系統(tǒng)提供實(shí)時(shí)的碰撞檢測(cè)、裝配約束處理、裝配路徑與序12列處理等功能，從而使得用戶能夠?qū)Ξa(chǎn)品的可裝配性進(jìn)行分析、對(duì)產(chǎn)品零部件裝配序列進(jìn)行驗(yàn)證和規(guī)劃、對(duì)裝配操作人員進(jìn)行培訓(xùn)等。在裝配（或拆卸）結(jié)束以后，系

42、統(tǒng)能夠記錄裝配過(guò)程的所有信息，并生成評(píng)審報(bào)告、視頻錄像等供隨后的分析使用。虛擬裝配是虛擬制造的重要組成部分，利用虛擬裝配，可以驗(yàn)證裝配設(shè)計(jì)和操作的正確與否，以便及早的發(fā)現(xiàn)狀配中的問(wèn)題，對(duì)模型進(jìn)行修改，并通過(guò)可視化顯示裝配過(guò)程。虛擬裝配系統(tǒng)允許設(shè)計(jì)人員考慮可行的裝配序列，自動(dòng)生成裝配規(guī)劃，它包括數(shù)值計(jì)算、裝配工藝規(guī)劃、工作面布局、裝配操作所模擬等?，F(xiàn)在產(chǎn)品的制造正在向著自動(dòng)化、數(shù)字化的反向發(fā)展，虛擬裝配是產(chǎn)品數(shù)字化定義中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。虛擬裝配技術(shù)的發(fā)展是虛擬制造技術(shù)的一個(gè)關(guān)鍵部分，但相對(duì)于虛擬制造的其它部分而言，它又是最薄弱的環(huán)節(jié)。虛擬裝配技術(shù)發(fā)展滯后，使得虛擬制造技術(shù)的應(yīng)用性大大減弱，因此對(duì)

43、虛擬裝配技術(shù)的發(fā)展也就成為目前虛擬制造技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)研究的主要對(duì)象，這一問(wèn)題的解決將使虛擬制造技術(shù)形成一個(gè)完善的理論體系，使生產(chǎn)真正在高效、高質(zhì)量、短時(shí)間、低成本的環(huán)境下完成，同時(shí)又具備了良好的服務(wù)。虛擬裝配從模型重新定位、分析方面來(lái)講，它是一種零件模型按約束關(guān)系進(jìn)行重新定位的過(guò)程，是有效的分析產(chǎn)品設(shè)計(jì)合理性的一種手段;從產(chǎn)品裝配過(guò)程來(lái)講，它是根據(jù)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的形狀特性、精度特性，真實(shí)的模擬產(chǎn)品三維裝配過(guò)程，并允許用戶以交互方式控制產(chǎn)品的三維真實(shí)模擬裝配過(guò)程，以檢驗(yàn)產(chǎn)品的可裝配性。作為虛擬制造的關(guān)鍵技術(shù)之一，虛擬裝配技術(shù)近年來(lái)受到了學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的廣泛關(guān)注，并對(duì)敏捷制造、虛擬制造等先進(jìn)制造模式的實(shí)施具

44、有深遠(yuǎn)影響。通過(guò)建立產(chǎn)品數(shù)字化裝配模型，虛擬裝配技術(shù)在計(jì)算機(jī)上創(chuàng)建近乎實(shí)際的虛擬環(huán)境，可以用虛擬產(chǎn)品代替?zhèn)鹘y(tǒng)設(shè)計(jì)中的物理樣機(jī)，能夠方便的對(duì)產(chǎn)品的裝配過(guò)程進(jìn)行模擬與分析，預(yù)估產(chǎn)品的裝配性能，及早發(fā)現(xiàn)潛在的裝配沖與缺陷，并將這些裝配信息反饋給設(shè)計(jì)人員。運(yùn)用該技術(shù)不但有利于并行工程的開(kāi)展，而且還可以大大縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期，降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品在市場(chǎng)中的競(jìng)爭(zhēng)力。3.2 虛擬裝配的方案和步驟3.2.1 制動(dòng)裝置裝配順序按照廠家提供的資料中工藝規(guī)程的要求，制動(dòng)裝置的安裝順序?yàn)椋褐苿?dòng)橫梁上支座電線管路支座制動(dòng)單元支架支撐板制動(dòng)吊梁襯套墊板帶整體防塵蓋的球形節(jié)點(diǎn)隔離圈法蘭構(gòu)架組成隔離套及彈性襯套組成制動(dòng)橫梁連

45、接座制動(dòng)橫梁用緊固套墊圈襯套制動(dòng)橫梁用緊固套墊圈襯套墊圈制動(dòng)夾鉗單元制動(dòng)閘片輪對(duì)組成。133.2.2 前期準(zhǔn)備1.方案確定首先，將 Pro-E 文件導(dǎo)入 3ds max 軟件中，通過(guò)設(shè)置關(guān)鍵幀進(jìn)行虛擬裝配動(dòng)畫制作，動(dòng)畫文件制作完成后，將其渲染成*.JPG 格式文件輸出，再應(yīng)用 Photo Shop 軟件對(duì)零部件的名稱進(jìn)行標(biāo)注，通過(guò) Premiere 軟件將所有渲染完成的圖片及標(biāo)注進(jìn)行合成，由于合成的動(dòng)畫文件較大，所以需要用壓縮軟件 WinAVI Video Converter 進(jìn)行壓縮，以獲得文件大小很小的文件。2.導(dǎo)入文件由于 Pro/E 中的整體裝配圖不能直接導(dǎo)入 3ds MAX 軟件中，

46、因此需要安裝PolyTrans 軟件極其插件，利用該軟件把 Pro/E 文件導(dǎo)入 3ds MAX 軟件中，然后才可以制作動(dòng)畫。3.熟悉 3ds max 軟件界面在 3ds max 中經(jīng)常更要在視圖之間進(jìn)行切換，以便從不同角度觀察場(chǎng)景，尋找到場(chǎng)景的最佳觀察點(diǎn)。在 3sd max 中將鼠標(biāo)移動(dòng)到某一視圖的名稱處，如 Front（前）視圖，再單擊鼠標(biāo)右鍵，將彈出如圖所示的快捷菜單，該快捷菜單列出了所有的視圖名稱。如果選擇Top（頂）視圖，F(xiàn)ront（前）視圖則改為 Top（頂）視圖。按“T”鍵也可將Front（前）視圖改為 Top（頂）視圖，對(duì)其他改視圖的修改方法完全一樣，只需按被轉(zhuǎn)換視圖的第一個(gè)大

47、寫字母鍵即可。具體方法見(jiàn)圖 3-1。圖 3-1 視圖窗口切換4.設(shè)置動(dòng)畫長(zhǎng)度和播放速度（Time Configuration）在制作動(dòng)畫之前，設(shè)置動(dòng)畫長(zhǎng)度和播放速度是必不可少的內(nèi)容。對(duì)于制動(dòng)裝置的虛擬裝配動(dòng)畫長(zhǎng)度一般在 2 分鐘以上，所以要修改默認(rèn)值，增加動(dòng)畫的長(zhǎng)度，并設(shè)置每秒幀數(shù)以求播放時(shí)獲得流暢的動(dòng)畫效果。點(diǎn)擊下方窗口右側(cè)的時(shí)間配置（Time Configuration）圖標(biāo)，在動(dòng)畫（Animation）選項(xiàng)框內(nèi)，將動(dòng)畫長(zhǎng)度（length）的參數(shù)修改為需要的時(shí)間幀數(shù)，然后14點(diǎn)擊 OK，就可以看到下方動(dòng)畫編輯窗口的變化。時(shí)間幀數(shù)也可在做動(dòng)畫的過(guò)程中，根據(jù)實(shí)際零件數(shù)及每個(gè)零件裝配所用時(shí)間進(jìn)行

48、估算，當(dāng)動(dòng)畫長(zhǎng)度不夠時(shí)可隨時(shí)通過(guò)打開(kāi)時(shí)間配置（Time Configuration）選項(xiàng)進(jìn)行修改，最后完成動(dòng)畫大約需要 4500 幀左右。5.定義選擇集從 PRO-E 導(dǎo)入的轉(zhuǎn)向架模型文件，零件的命名是通過(guò)物料號(hào)和圖紙?zhí)柋磉_(dá)的。通過(guò) 3ds max 軟件，對(duì)零部件直接中文命名并建立集合，不僅能更加形象直觀的表達(dá)，操作過(guò)程中也會(huì)非常方便的選取和調(diào)用。當(dāng)模型導(dǎo)入后，用鼠標(biāo)左鍵在透視圖（Perspective）中選擇零件,而后在右上方的頂部工具條中選擇圖解視圖（Schematic View）圖標(biāo)，就可以顯示零件結(jié)構(gòu)樹(shù)的根目錄，再點(diǎn)擊彈出對(duì)話框左下角的放大鏡縮放選定視口對(duì)象，高亮的部分就是被選中的零件

49、。為了便于將來(lái)的查找與修改，通常在將零件添加進(jìn)動(dòng)畫之前為零件命名。具體方法是在圖解視圖調(diào)整好所需零件后，在頂部工具條中的命名選擇集里直接鍵入零件的名稱后回車便可將零件定義。添加的集合名稱在命名選擇集旁邊的編輯命名選擇集（Edit Named Selection Sets）里會(huì)有顯示，并可以進(jìn)行刪除（Remove）、添加選定對(duì)象（Add Selected Objects）、重命名（Rename）等操作。這樣在進(jìn)行查找和修改時(shí)將會(huì)節(jié)省不少的時(shí)間。6.賦材質(zhì)材質(zhì)除了具有自己的特殊性之外，還受到周圍環(huán)境的影響，如光線、物體等。所以在編輯材質(zhì)時(shí)應(yīng)該考慮到周圍的環(huán)境情況，通過(guò)仿佛調(diào)整修改材質(zhì)的相關(guān)參數(shù)達(dá)到

50、理想的狀態(tài)。當(dāng)裝配動(dòng)畫完成后還需要對(duì)零件進(jìn)行附加材質(zhì)，才能使整個(gè)裝配演示看起來(lái)更加逼真。點(diǎn)擊右側(cè)上方窗口中材質(zhì)庫(kù)，選擇認(rèn)為合適的材質(zhì)對(duì)應(yīng)的圖標(biāo)就可以將相應(yīng)的材質(zhì)貼到零件的表面。通過(guò)調(diào)整材質(zhì)庫(kù)中材質(zhì)的性能參數(shù)來(lái)調(diào)節(jié)零件的光澤度，透明度等各個(gè)參數(shù)。3.2.3 裝配動(dòng)畫的具體步驟1. 建立動(dòng)畫模型導(dǎo)入后對(duì)模型的各零件建立選擇集并根據(jù)實(shí)際零件數(shù)及每個(gè)零件裝配所用時(shí)間進(jìn)行估算，確定 Length（動(dòng)畫長(zhǎng)度）、Frames Per（每秒幀數(shù)）參數(shù)。本次設(shè)計(jì)Frames Per 參數(shù)為 25f/s，Length 長(zhǎng)度為 5700 幀。但當(dāng)動(dòng)畫長(zhǎng)度不夠時(shí)可隨時(shí)通過(guò)時(shí)間設(shè)置選項(xiàng)進(jìn)行修改。以 CRH5 轉(zhuǎn)向架制動(dòng)

51、裝置的制動(dòng)系統(tǒng)組成為例來(lái)說(shuō)明該部件的裝配：1) 預(yù)先調(diào)整好攝像機(jī)角度，使其能夠在畫面中完整顯示。先在選擇集中選定制動(dòng)橫梁，把最后裝配位置的關(guān)鍵點(diǎn)挪動(dòng)至 250 幀，記錄該時(shí)的位置。修改零件在空間中的位置，制動(dòng)橫梁至可視范圍外，挪動(dòng)關(guān)鍵點(diǎn)滑塊至 220 幀，記錄該關(guān)鍵點(diǎn)。2) 在選擇集中選定上支座，把最后裝配位置的關(guān)鍵點(diǎn)挪動(dòng)至 350 幀，記錄該時(shí)的位置。15修改零件在空間中的位置，拖動(dòng)上支座至可視范圍外，挪動(dòng)關(guān)鍵點(diǎn)滑塊至 250 幀，記錄該關(guān)鍵點(diǎn)。3) 在選擇集中選定電線管路支座，把最后裝配位置的關(guān)鍵點(diǎn)挪動(dòng)至 475 幀，記錄該時(shí)的位置。修改零件在空間中的位置，拖動(dòng)電線管路支座至可視范圍外，挪

52、動(dòng)關(guān)鍵點(diǎn)滑塊至 425 幀，記錄該關(guān)鍵點(diǎn)。4) 從選擇集中選定制動(dòng)單元支架，把最后裝配位置的關(guān)鍵點(diǎn)挪動(dòng)至 550 幀，記錄該關(guān)鍵點(diǎn)。拖動(dòng)制動(dòng)單元支架至可視范圍外，挪動(dòng)關(guān)鍵點(diǎn)滑塊至 475 幀，記錄該關(guān)鍵點(diǎn)。5) 從選擇集中支撐板，把最后裝配位置的關(guān)鍵點(diǎn)挪動(dòng)至 650 幀，記錄該關(guān)鍵點(diǎn)。拖動(dòng)支撐板至可視范圍外，挪動(dòng)關(guān)鍵點(diǎn)滑塊至 550 幀，記錄該關(guān)鍵點(diǎn)。6) 從選擇集中選定制動(dòng)吊梁。把最后裝配位置的關(guān)鍵點(diǎn)挪動(dòng) 700 幀，記錄關(guān)鍵點(diǎn)。拖動(dòng)制動(dòng)吊梁至可視范圍外，挪動(dòng)關(guān)鍵點(diǎn)滑塊至 650 幀，記錄該關(guān)鍵點(diǎn)。（如圖 3-2）7) 選擇攝像機(jī)并給攝像機(jī)在 700 幀時(shí)添加關(guān)鍵幀。移動(dòng)關(guān)鍵幀至 825 幀

53、，調(diào)節(jié)攝像機(jī)的位置，并設(shè)置關(guān)鍵幀。8) 從選擇集中選定襯套，把最后裝配位置的關(guān)鍵點(diǎn)挪動(dòng)至 850 幀，記錄該關(guān)鍵點(diǎn)。拖動(dòng)襯套至可視范圍外，挪動(dòng)關(guān)鍵點(diǎn)滑塊至 825 幀，記錄該關(guān)鍵點(diǎn)。圖 3-2 制動(dòng)系統(tǒng)的部件裝配圖9) 從選擇集中墊板，把最后裝配位置的關(guān)鍵點(diǎn)挪動(dòng)至 1050 幀，記錄該關(guān)鍵點(diǎn)。拖動(dòng)墊板至可視范圍外，挪動(dòng)關(guān)鍵點(diǎn)滑塊至 850 幀，記錄該關(guān)鍵點(diǎn)。10) 從選擇集中選定帶整體防塵蓋的球形節(jié)點(diǎn)。把最后裝配位置的關(guān)鍵點(diǎn)挪動(dòng) 1150 幀，記錄關(guān)鍵點(diǎn)。拖動(dòng)帶整體防塵蓋的球形節(jié)點(diǎn)至可視范圍外，挪動(dòng)關(guān)鍵點(diǎn)滑塊至161050 幀，記錄該關(guān)鍵點(diǎn)。11) 從選擇集中選定隔離圈。把最后裝配位置的關(guān)鍵點(diǎn)

54、挪動(dòng) 1250 幀，記錄關(guān)鍵點(diǎn)。拖動(dòng)隔離圈至可視范圍外，挪動(dòng)關(guān)鍵點(diǎn)滑塊至 1150 幀，記錄該關(guān)鍵點(diǎn)。12) 從選擇集中選定法蘭。把最后裝配位置的關(guān)鍵點(diǎn)挪動(dòng) 1350 幀，記錄關(guān)鍵點(diǎn)。拖動(dòng)法蘭至可視范圍外，挪動(dòng)關(guān)鍵點(diǎn)滑塊至 1250 幀，記錄該關(guān)鍵點(diǎn)。并依次將螺絲螺母擰緊，記錄下關(guān)鍵幀。制動(dòng)系統(tǒng)完成。然后把制動(dòng)系統(tǒng)于構(gòu)架組成連接，安裝制動(dòng)夾鉗單元于輪對(duì)組成進(jìn)行裝配，旋轉(zhuǎn)攝像機(jī)，使裝配完成的部分可以清晰的展現(xiàn)并記錄攝像機(jī)的關(guān)鍵點(diǎn)，制動(dòng)裝置完成。（如圖 3-3）圖3-3制動(dòng)裝置的整體裝配圖本次設(shè)計(jì)使用 3ds MAX 軟件做虛擬裝配是需要注意：一是裝配之前需建立選擇集。由于 Pro/E 中的零件是

55、以 BOM 表中的物料號(hào)和圖紙?zhí)杹?lái)記錄，所以建立選擇集會(huì)使動(dòng)畫制作更加簡(jiǎn)單。選擇集的建立必須取消設(shè)置關(guān)鍵點(diǎn)，因此要求操作者在分析部件之后首先創(chuàng)建選擇集，否則在對(duì)選擇集做動(dòng)畫時(shí)不能移動(dòng)選擇集。17第四章 制動(dòng)杠桿的有限元分析本次設(shè)計(jì)采用 Hypermesh 軟件進(jìn)行制動(dòng)裝置的有限元網(wǎng)格劃分，以及工況卡片的建立，然后通過(guò) ANSYS 軟件對(duì)由 Hypermesh 處理過(guò)的模型進(jìn)行分析計(jì)算得出結(jié)論。4.1 有限元分析簡(jiǎn)介有限元法是根據(jù)變分原理求解數(shù)學(xué)物理問(wèn)題的一種數(shù)值方法?；舅枷胧牵簩⑦B續(xù)結(jié)構(gòu)分割成數(shù)目有限的小單元體（稱為單元），這些小單元彼此間只在數(shù)目有限的點(diǎn)（稱為節(jié)點(diǎn)）上相互連結(jié)，從而形成一個(gè)

56、由有限單元組成的組合體以代替原來(lái)的連續(xù)體實(shí)際結(jié)構(gòu)；當(dāng)然每個(gè)小單元體上的力學(xué)特性都與原結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)與該小單元處的力學(xué)特性相同；并以節(jié)點(diǎn)位移（基本未知量）來(lái)描述這些被離散出來(lái)的單元力學(xué)特性，然后根據(jù)節(jié)點(diǎn)的變形協(xié)調(diào)和平衡條件將這些單元重新組合在一起，由此建立一組以節(jié)點(diǎn)位移為未知量并反映整個(gè)結(jié)構(gòu)的力學(xué)特性的線性方程組，求解這組方程得到節(jié)點(diǎn)位移，進(jìn)而求得各單元的內(nèi)力和應(yīng)力。換言之，有限單元法的解體思路是先將結(jié)構(gòu)分解成許多的單元，進(jìn)行單元分析，然后再將這些單元組合成原有的結(jié)構(gòu)進(jìn)行整體分析。在這“一分一合”的過(guò)程中一個(gè)復(fù)雜的結(jié)構(gòu)計(jì)算問(wèn)題就轉(zhuǎn)化為若干個(gè)形狀簡(jiǎn)單的單元計(jì)算問(wèn)題，并最后歸結(jié)為線性方程組的求解。由于結(jié)構(gòu)

57、離散后的單元數(shù)目是有限的，所以這種方法就稱之為有限單元法。因此其基本思想可概括為“先分后合”或“化整為零又積零為整” 。4.2 基本步驟有限元分析按照如下步驟進(jìn)行第一步：?jiǎn)栴}及求解域定義：根據(jù)實(shí)際問(wèn)題來(lái)進(jìn)行選擇和判斷要分析的模型，選擇并把零件模型導(dǎo)入軟件中。第二步：求解域離散化：將求解域近似為具有不同有限大小和形狀且彼此相連的有限個(gè)單元組成的離散域，習(xí)慣上稱為有限元網(wǎng)絡(luò)劃分。顯然單元越?。ňW(wǎng)絡(luò)越細(xì)）則離散域的近似程度越好，計(jì)算結(jié)果也越精確，但計(jì)算量及誤差都將增大，因此求解域的離散化是有限元法的核心技術(shù)之一。 第三步：結(jié)合實(shí)際情況，通過(guò)計(jì)算或者查詢的方式來(lái)確定分析零件的哪幾個(gè)重要部分，分析他們的

58、受力的情況。第四步：在完成網(wǎng)格劃分的前提下，建立剛性單元，為加約束加力做準(zhǔn)備工作。 18第五步：在模型上加上約束和力，注意模型的受力變形情況，計(jì)算出結(jié)果。 第六步：觀察零件在軟件計(jì)算后得到的應(yīng)力云圖和位移云圖，從圖上可知道零件是否符合要求。4.3 制動(dòng)杠桿的有限元分析過(guò)程4.3.1 受力分析及計(jì)算工況在基礎(chǔ)制動(dòng)裝置中，通過(guò)制動(dòng)杠桿將氣缸所產(chǎn)生的原動(dòng)力放大，它們是基礎(chǔ)制動(dòng)系統(tǒng)中的主要受力部件，這個(gè)杠桿的模型上面已經(jīng)看到，它通過(guò)將汽缸中的原動(dòng)力一級(jí)放大后傳遞到制動(dòng)閘片支座及制動(dòng)閘片上，完成制動(dòng)動(dòng)作。首先對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行簡(jiǎn)化可以得到如圖 4.1 所示的機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖：圖 4.1 基礎(chǔ)制動(dòng)單元機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖制動(dòng)桿桿

59、將原動(dòng)力一級(jí)放大（以 2 作為支點(diǎn)）： F1*L12=F2*L23 F1= 80 KN F2= 122 KN計(jì)算工況：拖車常制情況下，制動(dòng)氣缸輸出的原動(dòng)力為 P=600KPa，由計(jì)算得到杠桿兩端的力分別為 80 KN 和 122 KN。4.3.2 計(jì)算模型本模型選用 Q345 鋼作為材料。在菜單中選擇“Materials” ，在彈出菜單中輸入名稱“steels” ， “card image”中選擇“MATERIAL” ，單擊“Creat/Edit”,輸入材料的彈性模量為 206000000，密度為 7.8e-6，泊松比為 0.2，單擊“return” ，至此材料屬性創(chuàng)建完畢。本次設(shè)計(jì)默認(rèn)計(jì)算單位的量綱為 mN，mm，kg，kPa，使用其他單位時(shí)會(huì)進(jìn)行換算說(shuō)明。氣 缸F1112113211制動(dòng)閘片支座及制動(dòng)閘片L12=174L23=114F219將制動(dòng)杠桿的三個(gè)連接處，都簡(jiǎn)化為剛性單元，這種簡(jiǎn)化是為了模擬半光圓銷與制動(dòng)杠桿的接觸，剛性單元就是本身作為剛性體的一種單元，它的內(nèi)部沒(méi)有變形，這樣的簡(jiǎn)化完全可以反映出它們之間的關(guān)系。左端的剛節(jié)點(diǎn)處約束了 Y 方向的平動(dòng)，同時(shí)約束了 X，Y，Z 三個(gè)方向的平動(dòng)及繞 X，Y 的轉(zhuǎn)動(dòng)，而在右端圓孔的剛結(jié)點(diǎn)處施加載荷。整個(gè)簡(jiǎn)化過(guò)程中沒(méi)有剛體位移。這