Solidworks轎車門窗升降機鉚壓平臺設(shè)計

2013-08-10 by:機械設(shè)計培訓(xùn)組來源:仿真在線

1 前言

現(xiàn)代轎車門窗基本都使用自動升降機,在裝配時,門窗升降機一般都采用鉚壓的方式進(jìn)行安裝。為了提高安裝的效率,設(shè)計自動鉚壓平臺能夠大大提高安裝速度和精度。但與此同時,對自動鉚壓平臺的智能控制方式和機械結(jié)構(gòu)也提出了較高的要求。該平臺具有機械系統(tǒng)、液壓控制系統(tǒng)、電氣控制、傳動機構(gòu)和檢測系統(tǒng)聯(lián)成一個整體。能夠?qū)庸すぜ臓顟B(tài)進(jìn)行實時監(jiān)控,并對加工參數(shù)動態(tài)修正,以完成加工需求。由于自動鉚壓加工系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜,本文主要研究和分析利用Solidworks對鉚壓系統(tǒng)的虛擬裝配技術(shù)和受力分析。

2 基于Solidworks的設(shè)計思想

(1)協(xié)調(diào)化的開發(fā)過程。SolidWorks具有功能強大、完善的數(shù)據(jù)交流功能,能夠為分布在不同區(qū)域的用戶提供良好的相互溝通與交流功能。并且在SolidWorks軟件自帶的資源庫中,包含了大量的可復(fù)用產(chǎn)品數(shù)據(jù)。開發(fā)者可以利用這些豐富的信息資源,在此基礎(chǔ)上進(jìn)行二次開發(fā),協(xié)同不同開發(fā)者共同完成特定需求的產(chǎn)品。

(2)自動化的開發(fā)過程。SolidWorks工具為了減少開發(fā)者的工作量,盡可能利用已有的開發(fā)經(jīng)驗和產(chǎn)品信息,內(nèi)嵌有功能比較強大的自動化開發(fā)向?qū)?能夠自動地為用戶進(jìn)行虛擬裝配、修正方案提示以及可選的實現(xiàn)方案提示等。

(3)虛擬化的開發(fā)過程。SolidWorks的一個非常重要的特征是為用戶提供虛擬化的開發(fā)環(huán)境。在SolidWorks工具庫中,包含有數(shù)千個常用零部件的裝配件;模具設(shè)計模塊能夠自動結(jié)合已有模型生成新的零件模具;模具生產(chǎn)之前能夠自動檢測過切問題;還能夠自動定位和封閉凹模和凸模;利用SolidWorks所提供的這些強大功能,用戶可以進(jìn)行與真實環(huán)境類似的裝配和修正工作,大大提高了工作效率。

3 基于Solidworks的三維建模過程

轎車電動門窗中升降機鉚壓平臺的組成結(jié)構(gòu)。

其內(nèi)部主要由四大部分組成:機架、壓力傳動裝置、工件傳輸軌道和液壓子系統(tǒng)組成。其中機架是指轎車電動門窗中升降機鉚壓平臺的外圍框架,主要包括底座、機械臂和鉚壓臺,它是整個鉚壓平臺的基礎(chǔ)部件。壓力傳動裝置主要傳動齒輪組和傳動軸,是鉚壓平臺中的關(guān)鍵部件,完成將液壓系統(tǒng)產(chǎn)生的鉚壓力傳動到加工工件上。工件傳輸軌道是鉚壓平臺中負(fù)責(zé)將加工工件和原料傳輸?shù)耐ǖ?是整個鉚壓平臺高效工作的支撐條件。液壓子系統(tǒng)則根據(jù)預(yù)先設(shè)定的加工參數(shù)和當(dāng)前的環(huán)節(jié),通過電液伺服閥驅(qū)動液壓馬達(dá)和液壓缸,產(chǎn)生合適的液壓驅(qū)動力,是鉚壓平臺的工作的核心部件。

由于整個鉚壓平臺組成部件較多,相互關(guān)系也比較復(fù)雜,因此在設(shè)計開發(fā)之前,先對主要零部件建立三維模型,再進(jìn)行虛擬裝配。通過虛擬裝配和分析,可以為實體加工提供更準(zhǔn)確的參考。在生成一個三維實體特征之前需要在合適的位置繪制特征的輪廓或軌跡線,也就是在恰當(dāng)?shù)牟輬D平面上生成恰當(dāng)?shù)钠矫娌輬D,為生成三維實體特征奠定基礎(chǔ)。

在二維基礎(chǔ)工作完成的前提下,就可以采用調(diào)用軟件命令生成各種相應(yīng)的三維實體特征,如球、孔、圓柱、圓錐、螺紋等。當(dāng)每一個特征生成時,必須判斷該特征究竟是基本特征還是添加特征。倘若是添加特征,那么其是對基本特征進(jìn)行添加、切除還是求交。依據(jù)這樣的模式,結(jié)合開始設(shè)計前的分析,從基本特征到各添加特征,逐步完成,最終獲得完整精準(zhǔn)的三維模型。當(dāng)然,少數(shù)特征的生成也不完全遵循這些步驟,如倒角和倒圓特征。在實體模型建立完成的基礎(chǔ)上,就可對其進(jìn)行虛擬配裝,建立所要求部件的三維模型。

因為在零部件設(shè)計過程中可能存在的疏忽以及計算和校核可能存在誤差,所以有可能造成兩點鉚壓部件在裝配關(guān)系上存在裝備間隙或裝配干涉等不可避免的問題。為了使設(shè)計的設(shè)備盡量接近制造要求和滿足使用性能需求,必須對其進(jìn)行干涉檢驗。在虛擬裝配過程中,通常采用靜態(tài)和動態(tài)兩種干涉檢驗。靜態(tài)干涉檢驗是對產(chǎn)品零部件設(shè)計進(jìn)行整體評估。在裝配結(jié)構(gòu)和總體設(shè)計完全確定后,進(jìn)行零件細(xì)化設(shè)計,在裝配過程中靜態(tài)檢驗零部件之間的干涉、間隙等狀況,并根據(jù)檢驗結(jié)果結(jié)合設(shè)計要求,對零部件進(jìn)行修改,直至得到最優(yōu)設(shè)計;動態(tài)干涉檢驗是對產(chǎn)品可裝配性進(jìn)行評估,在產(chǎn)品裝配過程中,根據(jù)零部件的裝配路徑、裝配關(guān)系和約束條件,對裝配姿態(tài)進(jìn)行調(diào)整修改,直到實現(xiàn)最優(yōu)設(shè)計和滿足功能需求。

4 鉚壓傳動齒輪受力分析

鉚壓平臺內(nèi)部采用內(nèi)平動齒輪傳動的方式進(jìn)行受力傳動,其結(jié)構(gòu)如圖3所示。鉚壓平臺內(nèi)部所采用的一個輸出功率為2000馬力的內(nèi)平動齒輪傳動裝置,該裝置的最大輸入扭矩為7000N·m,內(nèi)部變矩器的變矩最高可達(dá)1.8,變矩后功率轉(zhuǎn)換最高為75%,齒輪傳動比值為4.2。由此可得內(nèi)平動齒輪傳動裝置的最大工作扭矩為:

7000×1.8×0.75×4.2=39690N·m

內(nèi)平動齒輪傳動不但在功能上起作輸出動力的作用,還支撐著傳動裝置。內(nèi)平動齒輪傳動在受力后所產(chǎn)生的變形直接影響到齒輪副的受力狀況,而由于傳動軸是—個不規(guī)則的三維實體,用傳統(tǒng)的方法很難計算出其有受力后產(chǎn)生多大的變形,用ANSYS進(jìn)行有限元計算可精確的計算出傳動軸在受力后的變形量。

為了簡化計算,基于傳動軸的剛度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于傳動齒輪的剛度的認(rèn)識,我們假設(shè)傳動軸支撐傳動裝置軸的兩孔面上所受的力大小相等。這樣我們就可以只對傳動軸這一個零件進(jìn)行有限元計算就能確定其在受力后軸頸部位強度是否足夠、支撐傳動裝置軸的兩孔相對變形量有多大。

內(nèi)平動齒輪傳動材料為42CrMoA,許用應(yīng)力δk=1080MPa,由于內(nèi)平動齒輪傳動安裝有減震裝置,因此可以認(rèn)為是工作在平穩(wěn)載荷下,本文只需對傳動軸作靜力學(xué)分析。

傳動軸模型的靜力學(xué)分析在ANSYS單元庫中有多種三維單元可供選擇,選不同的單元劃分有限元網(wǎng)格其節(jié)點、單元數(shù)目有很大的區(qū)別,應(yīng)根據(jù)所需解決問題的實際情況進(jìn)行選取。對于本例,由于傳動軸受力后變形量很小,因此我們選低階單元進(jìn)行分網(wǎng)計算就能得準(zhǔn)確的結(jié)果,如選高階單元進(jìn)行計算和模擬,將大大增加節(jié)點、單元數(shù)目,導(dǎo)致計算量大幅增加。

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