proe模擬運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)的應(yīng)用

2013-06-02  by:廣州有限元分析、培訓(xùn)中心-1CAE.COM  來源:仿真在線

本文運(yùn)用ProENGINEER軟件中樣條曲線的特性來模擬制做汽車縱置鋼板彈簧,通過關(guān)系式來驅(qū)動(dòng)樣條曲線中點(diǎn)到相對(duì)固定點(diǎn)的尺寸值,從而實(shí)現(xiàn)板簧上下運(yùn)動(dòng),模擬懸架不同工作狀態(tài),應(yīng)用于整車總布置運(yùn)動(dòng)間隙校核。
楊學(xué);安娜 來源:CAD/CAM與制造業(yè)信息化
關(guān)鍵字:樣條曲線 關(guān)系式 模擬
1 前言

隨著汽車產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計(jì)手段的不斷提高,通過三維模型設(shè)計(jì)來模擬汽車實(shí)際狀態(tài)的設(shè)計(jì)應(yīng)用越來越多,proeNGINEER三維設(shè)計(jì)軟件就是進(jìn)行汽車設(shè)計(jì)的常用工具之一。在進(jìn)行汽車總布置過程中,經(jīng)常需要一些動(dòng)態(tài)校核,來驗(yàn)證和分析各零部件之間的運(yùn)動(dòng)間隙,避免各零部件之間發(fā)生運(yùn)動(dòng)干涉。在這一過程中,前后懸架的運(yùn)動(dòng)分析極為重要,因?yàn)樗瞧囆凶呦蹬c車身或車架連接的關(guān)建部分。前車輪與輪罩之間相對(duì)位置關(guān)系、前軸與發(fā)動(dòng)機(jī)油底殼之間的運(yùn)動(dòng)間隙,后車輪與貨箱底板間運(yùn)動(dòng)間隙、傳動(dòng)軸的運(yùn)動(dòng)校核乃至整車資態(tài)調(diào)整等,均與前后懸架的上下跳動(dòng)有直接關(guān)系,因此做好前后懸架的運(yùn)動(dòng)模型,對(duì)整車三維模型的運(yùn)動(dòng)分析、校核極為重要。下面是創(chuàng)建縱置鋼板彈簧懸架三維運(yùn)動(dòng)模型時(shí)的各實(shí)際操作步驟(以proeNGINEER 2000i版本為操作實(shí)例)。

    2 前懸架運(yùn)動(dòng)模型的建立

在接到新產(chǎn)品開發(fā)項(xiàng)目描述書后,按整車總布置需求,初步確定前、后懸架方案后,以整車總布置所提供的初步車架模型作為設(shè)計(jì)骨架模型,就可以開始懸架三維運(yùn)動(dòng)模型的建立。

    2.1 前懸架系統(tǒng)裝配的建立

(1)依次選擇“File→Create→Assembly”,創(chuàng)建空的組件,給出懸架裝配的圖號(hào)作為文件名,例如“Qianxuanjia”,系統(tǒng)默認(rèn)擴(kuò)展名為“.asm”。

(2)在Qianxuanjia組件中,打開“Component(元件)→Create→Skeleton Model(骨架模型)”,建立前懸架系統(tǒng)的骨架模型,系統(tǒng)默認(rèn)名稱為“Qianxuanjia_skel.prt”,如圖1所示。按提示,在Creation options中設(shè)置骨架模型為Empty(空),按“ok鍵”確認(rèn)即可;

(3)再次打開“Component(元件)→Create→Subassembly(子組件)”選項(xiàng),建立鋼板彈簧總成的空子組裝配,并給出相應(yīng)的文件名圖號(hào)為“Qianbanhuang”;

    (4) 運(yùn)用與(3)相同的步驟方式,創(chuàng)建減振器總成空的子組裝配,并給出相應(yīng)的文件名圖號(hào)為“Jianzhenqi”;建立以上空骨架以及空子組裝配后,保存文件,就可以進(jìn)行下一步懸架系統(tǒng)總成骨架的設(shè)計(jì)。

    2.2 系統(tǒng)骨架模型的設(shè)計(jì)

(1)打開文件“Qianxuanjia_skel.prt”,創(chuàng)建板簧運(yùn)動(dòng)所需要的樣條曲線,以及鋼板彈簧后吊耳運(yùn)動(dòng)控制曲線。在Feature(特征)中依次進(jìn)行如下操作,“Feature→Create→Datum→Curve→Sketch→Done”,進(jìn)入到草繪界面,指定繪圖參照面后,進(jìn)行如圖2所示的草繪。

圖1

圖2

首先,按懸架草布置方案確定板簧前后及吊耳安裝的D、F、R點(diǎn),并用草繪中的“Line→Centerline”構(gòu)造連接板簧兩安裝中心點(diǎn)D、F的對(duì)稱中心線軸線G,約束D、F點(diǎn)關(guān)于中心軸線G對(duì)稱;其次,依次點(diǎn)擊“Sketch→Adv Geometry(高級(jí)幾何)→Spline→None”,過D、E、F點(diǎn)做如圖所示的樣條曲線,用直線連接F點(diǎn)和吊耳上固定R點(diǎn),作為吊耳的運(yùn)動(dòng)控制曲線。接下來,做短曲線A,并約束曲線A與經(jīng)過D、F點(diǎn)的構(gòu)造中心線平行,并設(shè)置一定的距離(一般要大于板簧反弓量),用來為板簧樣條曲線標(biāo)注尺寸作參照基準(zhǔn);最后,對(duì)草繪進(jìn)行尺寸標(biāo)注。樣條曲線B的標(biāo)注,需按如下步驟進(jìn)行。首先點(diǎn)擊 Dimension(尺寸標(biāo)注)里面的Perimeter(周長(zhǎng)),選擇樣條曲線B,并選擇吊耳擺角a作為變量。標(biāo)注短曲線A與樣條曲線B中點(diǎn)的距離作為板簧弧高,修正樣條曲線的周長(zhǎng)等于板簧伸直長(zhǎng)度,其余尺寸按上圖所示正常標(biāo)注。按圖2所示繪制完畢后,點(diǎn)擊“Done”,這樣就完成了板簧樣條曲線的草繪工作。

(2)為便于板簧弧高的修改,建立一條參照尺寸。同樣點(diǎn)擊“Feature→Create→Datum→Curve→Sketch→Done”,進(jìn)入到草繪界面,通過板簧前安裝點(diǎn)D,按圖3所示制作曲線并標(biāo)注尺寸。

圖3

(3)創(chuàng)建板簧樣條曲線中心點(diǎn)“PNT0”。為了使緩沖塊、騎馬螺栓等附件與板簧中心實(shí)現(xiàn)同步運(yùn)動(dòng),需要做出板簧樣條曲線中心點(diǎn),作為這些附件的安裝基準(zhǔn)。依次點(diǎn)擊“Feature→Create→Datum→Point→On Curve→Length Ratio”,選取板簧樣條曲線,給出曲線中點(diǎn)長(zhǎng)度比值0.5,并依次確認(rèn),所創(chuàng)建中心點(diǎn)就是板簧的中心點(diǎn)。

    (4)按板簧的運(yùn)動(dòng)規(guī)律,給以上繪制的曲線建立關(guān)系式,步驟如下:首先,點(diǎn)擊“Relations →Show Dim(顯示尺寸)”,選擇“曲線”,顯示如圖4所示。 點(diǎn)擊“Relations ”下的“Edit Rel(編輯關(guān)系)”,彈出默認(rèn)名為“Rel.Ptd”的記事本,進(jìn)行如下編寫并存盤,這樣就建立了板簧樣條曲線的關(guān)系式,如圖5所示。說明:式中200是短曲線A到DF軸線的距離,設(shè)定D9=100時(shí),為板簧壓平狀態(tài)。大于100為板簧下跳狀態(tài);小于100為板簧反弓狀態(tài),變化量為D9與100的差值。此時(shí),任意修改D9的數(shù)值并再生,你將會(huì)發(fā)現(xiàn)板簧樣條曲線和吊耳夾角均如你所愿地發(fā)生了變化,實(shí)現(xiàn)了上下運(yùn)動(dòng)。

    (5)建立減振器上、下安裝參照點(diǎn)。

圖4

圖5

圖6

按照事先確定的減振器上下固定點(diǎn),建立如圖6所示兩條曲線M、H,其中上曲線M的尺寸標(biāo)注應(yīng)以相對(duì)靜止的板簧前固定點(diǎn)D為參照,待懸架系統(tǒng)與整車裝配后,此點(diǎn)相對(duì)車架就成為靜止不動(dòng)點(diǎn)。下曲線H的標(biāo)注,是以樣條曲線B的中點(diǎn)PNT0(事先做出此基準(zhǔn)點(diǎn))為標(biāo)注基準(zhǔn),這樣曲線H就隨曲線B的中點(diǎn)而運(yùn)動(dòng),從而實(shí)現(xiàn)減振器下端與板簧中心同步運(yùn)動(dòng)。分別在曲線M和H兩端點(diǎn)創(chuàng)建基準(zhǔn)點(diǎn)PNT4、PNT5、PNT6、PNT7,分別作為左、右減振器的上、下安裝點(diǎn)。至此為止,前懸架的骨架模型已基本建立。

    2.3 鋼板彈簧零件實(shí)體的建立

(1)返回到前懸架系統(tǒng)Qianxuanjia.asm中,在Model Tree(模型樹)里用鼠標(biāo)右鍵選中已建立的板簧總成Qianbanhuang.asm并打開該文件。依次點(diǎn)擊“Component→Create→Part”,給出圖號(hào)“1104929200012.prt”作為文件名,如圖7所示,點(diǎn)擊“OK”確認(rèn)。打開該文件,并創(chuàng)建草繪用缺省基準(zhǔn)面。

圖7

圖8

(2)在Qianxuanjia.as m中,依次點(diǎn)擊“Modify→Mod Prt”,在模型樹中選中Qianbanhuang.prt,如圖8所示。在彈出菜單中依次點(diǎn)擊“Feature→Create →Geometry(幾何特征)→Copy Gom(復(fù)制幾何)”,將會(huì)彈出一個(gè)Copy Geometry的定義菜單,選擇其中的“Curve Refs”項(xiàng)目,單擊“Define”圖標(biāo),然后在繪圖區(qū)選擇樣條曲線B,點(diǎn)擊“OK”確認(rèn)。這樣,就將骨架當(dāng)中的板簧樣條曲線特征復(fù)制到零件當(dāng)中,作為創(chuàng)建板簧零件的參照基準(zhǔn)。

(3)把文件界面切換到Qianbanhuang.prt,依次點(diǎn)擊“Feature→create→Solid→Protrusion→Sweep→Solid→Done→Select train”,然后選擇樣條曲線所在基準(zhǔn)面為草繪截面,進(jìn)入草繪對(duì)話界面并選擇復(fù)制特征作為掃描的參照軌跡,按設(shè)計(jì)需求繪制如圖9所示的各片斷面圖,作為掃描截面。繪制完畢后,選擇“Done”鍵,生成如圖10所示板簧片實(shí)體。

圖9

圖10

(4)按照板簧設(shè)計(jì)各片長(zhǎng)度的需求,將上步驟生成的實(shí)體切減材料,生成實(shí)際狀態(tài)的板簧實(shí)體。

通過草繪里Geom Tools(幾何工具)中的Offset Edge(偏距邊)命令,按各片板簧的厚度依次偏距樣條曲線,得到各片板簧邊曲線(對(duì)于上卷耳和平卷耳式板簧,可通過調(diào)整第一片簧上表面曲線偏移距離來實(shí)現(xiàn)),再根據(jù)各片簧的長(zhǎng)度,依次截?cái)嗲€,繪制如圖9所示的板簧實(shí)體截面。單擊“Done”后,按板簧寬度給出零件拉伸厚度。這樣板簧的主體部分就建成了。依次點(diǎn)擊“Feature→Create→Solid→Cut→Extrude→Solid→Done→Both Side→Done”,選擇掃描實(shí)體的中間面作為草繪截面,作如圖11所示切減材料,選擇切除外側(cè)多余部分后,即生成如圖12所示的實(shí)體。

圖11

圖12

(5)同樣用掃描的步驟可以分別做得板簧前后卷耳。值得注意的是在做前后板簧卷耳時(shí),標(biāo)注尺寸一定要以上一步板簧主體所生成實(shí)體的兩端面和樣條曲線端點(diǎn)共同作為參照基準(zhǔn),這樣才能實(shí)現(xiàn)板簧卷耳與板簧同步運(yùn)動(dòng),不會(huì)發(fā)生零件生成錯(cuò)誤。

這樣板簧零件就基本建成了,再在Qianbanhuang.asm總成中分別裝配上板簧夾子、中心螺栓等附件就可以了,如圖13所示。

2.4 減振器總成的設(shè)計(jì)及裝配

(1)在已經(jīng)建立的減振器裝配總成Jianzhenqi.asm組件中,參照建立骨架模型1.3步驟,建立減振器的骨架模型,系統(tǒng)默認(rèn)文件名為Jianzhenqi_skel.prt。

    (2)參照鋼板彈簧零件建立過程中的第1二步驟內(nèi)容,將系統(tǒng)骨架模型Qianxuanjia_skel.prt中減振器安裝參照點(diǎn)PNT4、PNT5、PNT6、PNT7及板簧縱向中心所在的基準(zhǔn)面等幾何特征復(fù)制到文件Jianzhenqi_skel.Prt中,過板簧同側(cè)兩基準(zhǔn)點(diǎn)做基準(zhǔn)軸,作為減振器總成的安裝基準(zhǔn)。這樣可以左右懸架共用同一個(gè)骨架模型。

(3)按照減振器設(shè)計(jì)尺寸,分別做出減振器上、下兩半部分,并在上、下吊耳安裝中心創(chuàng)建基準(zhǔn)點(diǎn)。

(4)分別將減振器上、下兩部分裝配于Jianzhenqi.asm中,并在裝配過程中分別約束減振器上下安裝點(diǎn)與骨架Jianzhenqi_skel.prt中對(duì)應(yīng)的基準(zhǔn)點(diǎn)對(duì)齊,約束減振器中心軸線與骨架中軸線對(duì)齊,以便保證減振器上下部分與骨架中的基準(zhǔn)點(diǎn)同步運(yùn)動(dòng),實(shí)現(xiàn)減振器總成的伸縮。如圖14所示。

圖13

圖14

    2.5 裝配附件

在前懸架系統(tǒng)裝配總成Qianxuanjia.asm中,依次裝配板簧前銷軸,吊耳銷軸、緩沖塊總成、騎馬螺栓、減振器支架等附件。將懸架裝置最終裝配于整車骨架模型當(dāng)中,如圖15所示狀態(tài)。

圖15板簧壓平狀態(tài)

在裝配緩沖塊總成和騎馬螺栓的裝配過程中,需注意其裝配基準(zhǔn)一定要以板簧樣條曲線B的中點(diǎn)PNT0作為參考基準(zhǔn)點(diǎn),才能實(shí)現(xiàn)與板簧的同步運(yùn)動(dòng);裝配板簧吊耳總成時(shí),需保證吊耳零件的上下銷軸與系統(tǒng)骨架中吊耳曲線C的上下端點(diǎn)Y方向的軸線對(duì)齊,實(shí)現(xiàn)吊耳隨板簧運(yùn)動(dòng)而擺動(dòng)。在整車裝配中,前橋總成的裝配,也同樣要以PNT0作為參考基準(zhǔn)點(diǎn),才能實(shí)現(xiàn)前橋、以及橋上所裝配輪胎等零部件隨懸架總成一起運(yùn)動(dòng),從而實(shí)現(xiàn)行走系的動(dòng)態(tài)模擬。所有零件裝配完畢后,通過點(diǎn)擊“Modify(修改)→Mod mid(修改尺寸)→Value(值)”,選取骨架尺寸D9并修改其數(shù)值,再分別點(diǎn)擊“Regenerate(再生)→Automatic(自動(dòng))”選項(xiàng),使D9數(shù)值分別大于100、等于100和小于100,則實(shí)現(xiàn)板簧向下跳動(dòng)狀態(tài)、板簧壓平狀態(tài)和板簧向上跳動(dòng)反弓狀態(tài)。你同時(shí)會(huì)發(fā)現(xiàn)板簧吊耳、緩沖塊、騎馬螺栓、前軸等隨板簧一齊運(yùn)動(dòng),減振器的長(zhǎng)短也因板簧的上下跳動(dòng)而縮短和伸長(zhǎng),從而驗(yàn)證了前軸與發(fā)動(dòng)機(jī)油底殼之間的運(yùn)動(dòng)間隙、減振器的長(zhǎng)短,結(jié)合前輪轉(zhuǎn)向,可驗(yàn)證前車輪與輪罩之間相對(duì)位置關(guān)系等等。再經(jīng)過對(duì)系統(tǒng)裝配總成進(jìn)行必要的修飾、細(xì)化后,前懸架模型的創(chuàng)建就基本完成了。圖16、圖17、圖18分別是前懸架不同狀態(tài)下的模擬演示。

圖16 板簧向下跳動(dòng)狀態(tài)

圖17 板簧向上跳動(dòng)反弓狀態(tài)

圖18 車輪上跳與輪罩間隙校核

 3 后懸架運(yùn)動(dòng)模型的建立

后懸架主簧及減振器等零部件的建立過程可完全參照前懸架相關(guān)零部件的創(chuàng)建步驟,在此就不再重復(fù)說明。而副鋼板彈簧因在工作過程中有副簧不參與工作、副簧開始和副簧支架接觸參與工作、副簧壓平和副簧反弓等幾種狀態(tài),需要在模型建立過程中分別對(duì)待。這些分析與主簧模型的建立相比較,稍復(fù)雜一些。設(shè)后懸架裝配系統(tǒng)文件名為Houxuanjia.asm,骨架模型文件名為Houxuanjia_skel.prt,下面主要介紹副鋼板彈簧的模型的建立步驟。

    3.1 副鋼板彈簧骨架模型的建立

(1)運(yùn)用和前懸架骨架模型建立相同的方法,建立后懸架系統(tǒng)主簧部分骨架模型。繼續(xù)打開后主簧骨架模型Houxuanjia_skel.prt,在主簧骨架模型同一草繪平面內(nèi),創(chuàng)建副簧骨架模型。

順次點(diǎn)擊“Feature→Create→Datum→Curve→Sketch→Done”,進(jìn)入到草繪界面,然后再依次點(diǎn)擊“Sketch→Adv Geometry(高級(jí)幾何)→Spline(樣條)”,如圖19所示繪制副簧樣條曲線,并約束曲線兩端點(diǎn)關(guān)于板簧中心線對(duì)稱。標(biāo)注樣條曲線周長(zhǎng)等于副簧作用點(diǎn)伸直長(zhǎng),選擇系統(tǒng)默認(rèn)樣條曲線尺寸為參考變量。再分別標(biāo)注副簧樣條曲線中點(diǎn)和經(jīng)過兩端點(diǎn)的中心線到短線A的距離,作為驅(qū)動(dòng)副簧運(yùn)動(dòng)的曲線。

    (2)為主、副簧樣條曲線加注關(guān)系式。點(diǎn)擊“Relations(關(guān)系)→Show Dim(顯示尺寸)”,選擇主、副簧樣條曲線,顯示尺寸代碼。點(diǎn)擊“Edit Rel(編輯關(guān)系)”,在彈出的記事本中輸入如圖20所示的關(guān)系式,“/*”后面的文字是對(duì)關(guān)系式中主副簧不同工作狀態(tài)的注解,保存文件,這樣主副簧運(yùn)動(dòng)關(guān)系式就基本建成了。

圖19

圖20

    (3) 參照前懸架鋼板彈簧零件的建立過程中第1、2、3、4步驟及方式,建立主、副鋼板彈簧實(shí)體。

    3.2 裝配附件

依次再裝配上騎馬螺栓、墊板、蓋板、吊耳總成、緩沖塊以及減振器總成等全部附件。裝配如圖22所示。將做好后的后懸架模型裝配于整車總布置所提供的骨架模型當(dāng)中,檢驗(yàn)是否滿足設(shè)計(jì)需求,再進(jìn)行必要的修飾、調(diào)整后,整個(gè)后懸架模型就建立完畢了。

在整車裝配當(dāng)中,裝配上與懸架相關(guān)聯(lián)的后橋、車輪、傳動(dòng)軸等總成后,就可以模擬懸架上、下跳動(dòng),驗(yàn)證傳動(dòng)軸長(zhǎng)度,輪胎與貨箱底板的運(yùn)動(dòng)間隙了。

    圖22~圖24分別模擬了主、副簧處于不同的工作狀態(tài)。

圖21 裝配

圖22 主、副簧同時(shí)壓平狀態(tài)

圖23 副簧開始起作用狀態(tài)

圖24 主、副簧反弓狀態(tài)

    4 結(jié)束語(yǔ)

本文所介紹的前后懸架制做方式為正向設(shè)計(jì)方式,即直接在整車總布置所提供的車架骨架模型裝配中建立懸架系統(tǒng)的三維模型。這種設(shè)計(jì)模式可以實(shí)現(xiàn)整車與零部件的互動(dòng)設(shè)計(jì),即在零部件中所做的任何改進(jìn)設(shè)計(jì),都會(huì)即時(shí)在整車裝配模型的體現(xiàn)出來。這有利于整車總布置與零部件設(shè)計(jì)符合性的早期驗(yàn)證,及時(shí)地暴露設(shè)計(jì)過程中存在的匹配和干涉等問題。

右側(cè)的前、后懸架的制做可以參照左側(cè)懸架制做方法,將減振器、板簧銷軸等對(duì)稱安裝即可。如果左、右懸架采用不同的懸架骨架模型的話,還可以實(shí)現(xiàn)左、右懸架不等弧高,即車橋斜跳狀態(tài),來模擬整車極限工作狀況。

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