Solidworks轎車門窗升降機(jī)鉚壓平臺(tái)設(shè)計(jì)

2013-08-11 by:廣州SolidworksUGCatia培訓(xùn)中心來源:有限元分析培訓(xùn)中心

1 前言

現(xiàn)代轎車門窗基本都使用自動(dòng)升降機(jī),在裝配時(shí),門窗升降機(jī)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(jì)自動(dòng)鉚壓平臺(tái)能夠大大提高安裝速度和精度。但與此同時(shí),對(duì)自動(dòng)鉚壓平臺(tái)的智能控制方式和機(jī)械結(jié)構(gòu)也提出了較高的要求。該平臺(tái)具有機(jī)械系統(tǒng)、液壓控制系統(tǒng)、電氣控制、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和檢測(cè)系統(tǒng)聯(lián)成一個(gè)整體。能夠?qū)庸すぜ臓顟B(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控,并對(duì)加工參數(shù)動(dòng)態(tài)修正,以完成加工需求。由于自動(dòng)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(duì)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(jì)思想

(1)協(xié)調(diào)化的開發(fā)過程。SolidWorks具有功能強(qiáng)大、完善的數(shù)據(jù)交流功能,能夠?yàn)榉植荚诓煌瑓^(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(kù)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(dòng)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(yàn)和產(chǎn)品信息,內(nèi)嵌有功能比較強(qiáng)大的自動(dòng)化開發(fā)向?qū)?能夠自動(dòng)地為用戶進(jìn)行虛擬裝配、修正方案提示以及可選的實(shí)現(xiàn)方案提示等。

(3)虛擬化的開發(fā)過程。SolidWorks的一個(gè)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(kù)中,包含有數(shù)千個(gè)常用零部件的裝配件;模具設(shè)計(jì)模塊能夠自動(dòng)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(dòng)檢測(cè)過切問題;還能夠自動(dòng)定位和封閉凹模和凸模;利用SolidWorks所提供的這些強(qiáng)大功能,用戶可以進(jìn)行與真實(shí)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(dòng)門窗中升降機(jī)鉚壓平臺(tái)的組成結(jié)構(gòu)。

其內(nèi)部主要由四大部分組成:機(jī)架、壓力傳動(dòng)裝置、工件傳輸軌道和液壓子系統(tǒng)組成。其中機(jī)架是指轎車電動(dòng)門窗中升降機(jī)鉚壓平臺(tái)的外圍框架,主要包括底座、機(jī)械臂和鉚壓臺(tái),它是整個(gè)鉚壓平臺(tái)的基礎(chǔ)部件。壓力傳動(dòng)裝置主要傳動(dòng)齒輪組和傳動(dòng)軸,是鉚壓平臺(tái)中的關(guān)鍵部件,完成將液壓系統(tǒng)產(chǎn)生的鉚壓力傳動(dòng)到加工工件上。工件傳輸軌道是鉚壓平臺(tái)中負(fù)責(zé)將加工工件和原料傳輸?shù)耐ǖ?是整個(gè)鉚壓平臺(tái)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(dòng)液壓馬達(dá)和液壓缸,產(chǎn)生合適的液壓驅(qū)動(dòng)力,是鉚壓平臺(tái)的工作的核心部件。

由于整個(gè)鉚壓平臺(tái)組成部件較多,相互關(guān)系也比較復(fù)雜,因此在設(shè)計(jì)開發(fā)之前,先對(duì)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(shí)體加工提供更準(zhǔn)確的參考。在生成一個(gè)三維實(shí)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(shí)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(shí)體特征,如球、孔、圓柱、圓錐、螺紋等。當(dāng)每一個(gè)特征生成時(shí),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(duì)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(jì)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(shí)體模型建立完成的基礎(chǔ)上,就可對(duì)其進(jìn)行虛擬配裝,建立所要求部件的三維模型。

因?yàn)樵诹悴考O(shè)計(jì)過程中可能存在的疏忽以及計(jì)算和校核可能存在誤差,所以有可能造成兩點(diǎn)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(jì)的設(shè)備盡量接近制造要求和滿足使用性能需求,必須對(duì)其進(jìn)行干涉檢驗(yàn)。在虛擬裝配過程中,通常采用靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩種干涉檢驗(yàn)。靜態(tài)干涉檢驗(yàn)是對(duì)產(chǎn)品零部件設(shè)計(jì)進(jìn)行整體評(píng)估。在裝配結(jié)構(gòu)和總體設(shè)計(jì)完全確定后,進(jìn)行零件細(xì)化設(shè)計(jì),在裝配過程中靜態(tài)檢驗(yàn)零部件之間的干涉、間隙等狀況,并根據(jù)檢驗(yàn)結(jié)果結(jié)合設(shè)計(jì)要求,對(duì)零部件進(jìn)行修改,直至得到最優(yōu)設(shè)計(jì);動(dòng)態(tài)干涉檢驗(yàn)是對(duì)產(chǎn)品可裝配性進(jìn)行評(píng)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(duì)裝配姿態(tài)進(jìn)行調(diào)整修改,直到實(shí)現(xiàn)最優(yōu)設(shè)計(jì)和滿足功能需求。

4 鉚壓傳動(dòng)齒輪受力分析

鉚壓平臺(tái)內(nèi)部采用內(nèi)平動(dòng)齒輪傳動(dòng)的方式進(jìn)行受力傳動(dòng),其結(jié)構(gòu)如圖3所示。鉚壓平臺(tái)內(nèi)部所采用的一個(gè)輸出功率為2000馬力的內(nèi)平動(dòng)齒輪傳動(dòng)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(dòng)比值為4.2。由此可得內(nèi)平動(dòng)齒輪傳動(dòng)裝置的最大工作扭矩為:

7000×1.8×0.75×4.2=39690N·m

內(nèi)平動(dòng)齒輪傳動(dòng)不但在功能上起作輸出動(dòng)力的作用,還支撐著傳動(dòng)裝置。內(nèi)平動(dòng)齒輪傳動(dòng)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(dòng)軸是—個(gè)不規(guī)則的三維實(shí)體,用傳統(tǒng)的方法很難計(jì)算出其有受力后產(chǎn)生多大的變形,用ANSYS進(jìn)行有限元計(jì)算可精確的計(jì)算出傳動(dòng)軸在受力后的變形量。

為了簡(jiǎn)化計(jì)算,基于傳動(dòng)軸的剛度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于傳動(dòng)齒輪的剛度的認(rèn)識(shí),我們假設(shè)傳動(dòng)軸支撐傳動(dòng)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(duì)傳動(dòng)軸這一個(gè)零件進(jìn)行有限元計(jì)算就能確定其在受力后軸頸部位強(qiáng)度是否足夠、支撐傳動(dòng)裝置軸的兩孔相對(duì)變形量有多大。

內(nèi)平動(dòng)齒輪傳動(dòng)材料為42CrMoA,許用應(yīng)力δk=1080MPa,由于內(nèi)平動(dòng)齒輪傳動(dòng)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(duì)傳動(dòng)軸作靜力學(xué)分析。

傳動(dòng)軸模型的靜力學(xué)分析在ANSYS單元庫(kù)中有多種三維單元可供選擇,選不同的單元?jiǎng)澐钟邢拊W(wǎng)格其節(jié)點(diǎn)、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(shí)際情況進(jìn)行選取。對(duì)于本例,由于傳動(dòng)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(jì)算就能得準(zhǔn)確的結(jié)果,如選高階單元進(jìn)行計(jì)算和模擬,將大大增加節(jié)點(diǎn)、單元數(shù)目,導(dǎo)致計(jì)算量大幅增加。

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