【某款掃地機(jī)底盤車架的CATIA三維建模和車架強(qiáng)度校核計算案例2700字】

某款掃地機(jī)底盤車架的CATIA三維建模和車架強(qiáng)度校核計算案例目錄TOC\o"1-3"\h\u132531.1CATIA簡介 167241.2零件設(shè)計 1204821.3裝配設(shè)計 2233652.1零件的前處理 3152262.1.1車架模型的簡化 3160152.1.2材料定義 333642.1.3網(wǎng)格化分 443762.1.4連接關(guān)系的定義 442402.1.4質(zhì)量分布 484112.2靜態(tài)工況的計算 5291402.2.1彎曲工況計算 5121762.2.2轉(zhuǎn)向工況計算 64662.2.3制動工況計算 71基于CATIA的三維建模1.1CATIA簡介CATIA是一款進(jìn)行工業(yè)等產(chǎn)品設(shè)計的軟件，版權(quán)在法國達(dá)索公司。其設(shè)計亮點(diǎn)在于超前性，完整性，經(jīng)常用于設(shè)計跨時代的未來產(chǎn)品。CATIA包含了幾乎所有的工業(yè)設(shè)計的方法，從開發(fā)階段、草圖設(shè)計、有限元分析、運(yùn)動模擬、裝配指令，和優(yōu)化。Catia的各個模塊可以方便工程師進(jìn)行機(jī)械設(shè)計、草圖繪制、受力分析、產(chǎn)品適配、工程管理是工程師工作中的得力助手。CATIA具有模塊化的特點(diǎn)，每個模塊都有獨(dú)立的關(guān)鍵作用，比如工程師在完成設(shè)計時，可以先進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，三維圖設(shè)計，成品的裝配圖可以進(jìn)行二維轉(zhuǎn)換，這在工業(yè)設(shè)計中是非常方便的功能，同時也特別關(guān)鍵。1.2零件設(shè)計在零件設(shè)計時，可以應(yīng)用畫線，凸臺、旋轉(zhuǎn)、加強(qiáng)肋、對零件沖壓、拉伸延展等命令得出的零件具有比較高的還原度。圖5-1U型梁建模1.3裝配設(shè)計CATIA可以進(jìn)行裝配設(shè)計，在這個模塊中可以對每個零件進(jìn)行約束，在此命令中可以看出零件的尺寸是否合適。CATIA裝配模塊的進(jìn)入方法通常有三種：1、通過“Start”菜單，選擇“MechanicalDesign”模塊組，然后選擇“AssemblyDesign”模塊即可。2、通過“File”菜單，選擇“New”新建文件，然后在文件類型列表中選擇“Product”，即可創(chuàng)建新的裝配件。3、通過偏好工作臺設(shè)置，將“AssemblyDesign”模塊列入偏好的常用模塊，即可在需要時通過工作臺圖標(biāo)切換至裝配件設(shè)計模塊。我們在裝配完成后還可以根據(jù)左側(cè)模型樹檢查每個零件的命名，零件之間的關(guān)系，約束等等。圖5-2車架裝配數(shù)模2基于CATIA的掃地機(jī)車架強(qiáng)度校核有限元分析是一種把物理模型數(shù)字化來進(jìn)行各種分析的功能。把復(fù)雜的模型簡化，使用數(shù)字方法進(jìn)行數(shù)據(jù)模擬。有限元分析的核心就是把十分復(fù)雜的結(jié)構(gòu)先進(jìn)行簡化打散成每一個單元，再通過對每個小單元進(jìn)行分析，把復(fù)雜的問題打散解決。每一個單元都有一個個節(jié)點(diǎn)連接，多個單元連接在一起，形成了矩陣；對于整體可以輸入數(shù)據(jù)模擬各種情況，例如增加受力，調(diào)節(jié)溫度等可以進(jìn)行系統(tǒng)的分析。2.1零件的前處理2.1.1車架模型的簡化處于精細(xì)計算和快速分析的考慮，對于模型進(jìn)行系統(tǒng)的簡化處理。有限元模型要求與實(shí)際的物理模型匹配的上，不能陷入模型精細(xì)算出的結(jié)果才精細(xì)的誤區(qū)。在模型精細(xì)的同時各個單元也會變復(fù)雜，這樣的結(jié)果并不能準(zhǔn)確反應(yīng)整體的受力情況。最后得到的結(jié)果也不準(zhǔn)確。所以對于有限元模型的建立，要相對簡單，對于整體受力影響不大的部件直接省略，比如一些螺紋孔，一些安裝槽等。2.1.2材料定義在CATIA中可以自行選擇各種材料，用上文提到與510L相似的Q345B材料作為分析模型的材料。表6-1Q345B材料屬性參數(shù)名稱數(shù)值楊氏模量（N/㎡）2.12X10泊松比0.31密度（Kg/m37870屈服強(qiáng)度（N/m?2345熱膨脹系數(shù)（k.dge）1.01X102.1.3網(wǎng)格化分圖6-1網(wǎng)格化分CATIA可以進(jìn)行功能強(qiáng)大的網(wǎng)格劃分，對零件進(jìn)行網(wǎng)格劃分就可以細(xì)致到每條線進(jìn)行受力分析。2.1.4連接關(guān)系的定義每個部分之間都存在著幾何關(guān)系，這些幾何體互相之間的連接方式就是連接關(guān)系。主要分兩種，一種是在設(shè)計時建模約束形成的關(guān)系還有就是網(wǎng)格劃分后零件之間存在的連接關(guān)系在掃地機(jī)車架設(shè)計中，所有部件之間都是通過焊接關(guān)系來連接的，焊接特性導(dǎo)致不需要分析連接關(guān)系對于受力的影響。2.1.4質(zhì)量分布由表可知掃地機(jī)整總質(zhì)量質(zhì)量為2200kg。有CATIA可測的車架質(zhì)量為147.70kg。初選駕駛室質(zhì)量為280kg（含駕駛員及乘客）；動力總成質(zhì)量為180kg，前懸總質(zhì)量為160kg，后懸架總質(zhì)量為210kg，動力電池350kg，垃圾箱質(zhì)量（含雜物）為400kg，清掃機(jī)構(gòu)350kg；其他質(zhì)量約為183kg;質(zhì)量分布詳見下表（估算值）：表6-2整備質(zhì)量分布名稱質(zhì)量（kg）中心坐標(biāo)XYZ（mm）駕駛室2800；0；980車架147——動力總成180-2000；0；300動力電池350-2350；0；350前懸總成160A點(diǎn)均布后懸總成210B、C點(diǎn)均布貨廂400-1600；0；980清掃機(jī)構(gòu)350——其他123計算時忽略分析時忽略懸架、清掃機(jī)構(gòu)及其他質(zhì)量對掃地機(jī)車架強(qiáng)度的影響。車輪等效點(diǎn)A、B、C、點(diǎn)坐標(biāo)值詳見6-2.2.2靜態(tài)工況的計算在對于掃地機(jī)車架的結(jié)構(gòu)和材料剛度的分析后，可以得出整個結(jié)構(gòu)發(fā)生形變和出現(xiàn)的最大的應(yīng)力的點(diǎn)。這時，就需要調(diào)整整體的結(jié)構(gòu)形狀和應(yīng)用的材料種類來對這些形變進(jìn)行調(diào)整。同時，在符合設(shè)計要求的前提下，盡可能使用低成本材料，使用先進(jìn)的幾何裝配方案，都可以有效降低成本。在本設(shè)計進(jìn)行分析的時候，一共分三種工況進(jìn)行分析，分別是：彎曲工況、轉(zhuǎn)向工況和制動工況。2.2.1彎曲工況計算彎曲工況主要是校核車輛滿載情況下，四輪著地時的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度，主要模擬車輛在良好的路面下勻速直線行駛的應(yīng)力分布和變形情況。分別定義前、左后和右后車輪中心點(diǎn)為：A、B和C，坐標(biāo)值詳見下表6-3：表6-3輪心坐標(biāo)點(diǎn)序號坐標(biāo)點(diǎn)X，Y，Z坐標(biāo)（mm）1A0;0;-3002B-2000;-350;-3003C-2000;350;-300圖6-2彎曲工況邊界條件圖6-3體現(xiàn)了彎曲狀態(tài)下的分析結(jié)果；在彎曲工況下車架所受的最大切應(yīng)力230Mpa；無論材料在什么狀態(tài)之下，只要最大切應(yīng)力達(dá)到材料單向拉伸屈服強(qiáng)度時的最大切應(yīng)力，那么車架就會發(fā)生屈服。分析可知在彎曲工況下材料收到最大切應(yīng)力230Mpa遠(yuǎn)小于材料屈服強(qiáng)度σs圖6-3彎曲工況的屈服應(yīng)力仿真結(jié)果圖6-4彎曲工況的最大位移仿真結(jié)果由圖6-4可見出電池倉的位置在彎曲工況下發(fā)生了最大形變，不過只有1.43cm，滿足設(shè)計要求，所以說這個車架的剛度也符合要求。2.2.2轉(zhuǎn)向工況計算當(dāng)掃地機(jī)轉(zhuǎn)彎時，框架受到橫向向心力的影響，導(dǎo)致橫向加速度。離心力的大小由汽車的運(yùn)行速度和轉(zhuǎn)彎半徑?jīng)Q定。此外，轉(zhuǎn)彎時也有減速過程，因此有必要減速。本文在橫向(Y軸上的負(fù)方向)進(jìn)行了0.4g的加速度模擬，并向左形成了銳利曲線。此外，向心加速度的大小也受到車內(nèi)質(zhì)量的影響。在這種工作情況下，假設(shè)后軸都處于極端的抱死狀態(tài)。工作負(fù)荷系數(shù)為1.2。由扭轉(zhuǎn)工況切應(yīng)力圖可以看出，最大應(yīng)力出現(xiàn)在后懸架處，這與實(shí)際情況相吻合，因此在設(shè)計初期就將后懸架和前懸架處的橫梁布置的較為密集，其他部位的橫梁布置較為稀疏。由轉(zhuǎn)向工況切應(yīng)力圖可以看出，最大應(yīng)力出現(xiàn)在后懸架處，這與實(shí)際情況相吻合，因此在設(shè)計初期就將后懸架和前懸架處的橫梁布置的較為密集，其他部位的橫梁布置較為稀疏。扭轉(zhuǎn)工況最大切應(yīng)力為210Mpa。遠(yuǎn)小于材料屈服強(qiáng)度σs圖6-5轉(zhuǎn)向工況邊界條件圖6-6轉(zhuǎn)向工況的屈服應(yīng)