proe模擬運動設(shè)計的應(yīng)用

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

本文運用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)動樣條曲線中點到相對固定點的尺寸值,從而實現(xiàn)板簧上下運動,模擬懸架不同工作狀態(tài),應(yīng)用于整車總布置運動間隙校核。
楊學;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)計手段的不斷提高,通過三維模型設(shè)計來模擬汽車實際狀態(tài)的設(shè)計應(yīng)用越來越多,proeNGINEER三維設(shè)計軟件就是進行汽車設(shè)計的常用工具之一。在進行汽車總布置過程中,經(jīng)常需要一些動態(tài)校核,來驗證和分析各零部件之間的運動間隙,避免各零部件之間發(fā)生運動干涉。在這一過程中,前后懸架的運動分析極為重要,因為它是汽車行走系與車身或車架連接的關(guān)建部分。前車輪與輪罩之間相對位置關(guān)系、前軸與發(fā)動機油底殼之間的運動間隙,后車輪與貨箱底板間運動間隙、傳動軸的運動校核乃至整車資態(tài)調(diào)整等,均與前后懸架的上下跳動有直接關(guān)系,因此做好前后懸架的運動模型,對整車三維模型的運動分析、校核極為重要。下面是創(chuàng)建縱置鋼板彈簧懸架三維運動模型時的各實際操作步驟(以proeNGINEER 2000i版本為操作實例)。

    2 前懸架運動模型的建立

在接到新產(chǎn)品開發(fā)項目描述書后,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)計骨架模型,就可以開始懸架三維運動模型的建立。

    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作為文件名,例如“Qianxuanjia”,系統(tǒng)默認擴展名為“.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”確認即可;

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

    (4) 運用與(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,就可以進行下一步懸架系統(tǒng)總成骨架的設(shè)計。

    2.2 系統(tǒng)骨架模型的設(shè)計

(1)打開文件“Qianxuanjia_skel.prt”,創(chuàng)建板簧運動所需要的樣條曲線,以及鋼板彈簧后吊耳運動控制曲線。在Feature(特征)中依次進行如下操作,“Feature→Create→Datum→Curve→Sketch→Done”,進入到草繪界面,指定繪圖參照面后,進行如圖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,并用草繪中的“Line→Centerline”構(gòu)造連接板簧兩安裝中心點D、F的對稱中心線軸線G,約束D、F點關(guān)于中心軸線G對稱;其次,依次點擊“Sketch→Adv Geometry(高級幾何)→Spline→None”,過D、E、F點做如圖所示的樣條曲線,用直線連接F點和吊耳上固定R點,作為吊耳的運動控制曲線。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注尺寸作參照基準;最后,對草繪進行尺寸標注。樣條曲線B的標注,需按如下步驟進行。首先點擊 Dimension(尺寸標注)里面的Perimeter(周長),選擇樣條曲線B,并選擇吊耳擺角a作為變量。標注短曲線A與樣條曲線B中點的距離作為板簧弧高,修正樣條曲線的周長等于板簧伸直長度,其余尺寸按上圖所示正常標注。按圖2所示繪制完畢后,點擊“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。同樣點擊“Feature→Create→Datum→Curve→Sketch→Done”,進入到草繪界面,通過板簧前安裝點D,按圖3所示制作曲線并標注尺寸。

圖3

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

    (4)按板簧的運動規(guī)律,給以上繪制的曲線建立關(guān)系式,步驟如下:首先,點擊“Relations →Show Dim(顯示尺寸)”,選擇“曲線”,顯示如圖4所示。 點擊“Relations ”下的“Edit Rel(編輯關(guān)系)”,彈出默認名為“Rel.Ptd”的記事本,進行如下編寫并存盤,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,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,任意修改D9的數(shù)值并再生,你將會發(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,實現(xiàn)了上下運動。

    (5)建立減振器上、下安裝參照點。

圖4

圖5

圖6

按照事先確定的減振器上下固定點,建立如圖6所示兩條曲線M、H,其中上曲線M的尺寸標注應(yīng)以相對靜止的板簧前固定點D為參照,待懸架系統(tǒng)與整車裝配后,此點相對車架就成為靜止不動點。下曲線H的標注,是以樣條曲線B的中點PNT0(事先做出此基準點)為標注基準,這樣曲線H就隨曲線B的中點而運動,從而實現(xiàn)減振器下端與板簧中心同步運動。分別在曲線M和H兩端點創(chuàng)建基準點PNT4、PNT5、PNT6、PNT7,分別作為左、右減振器的上、下安裝點。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)里用鼠標右鍵選中已建立的板簧總成Qianbanhuang.asm并打開該文件。依次點擊“Component→Create→Part”,給出圖號“1104929200012.prt”作為文件名,如圖7所示,點擊“OK”確認。打開該文件,并創(chuàng)建草繪用缺省基準面。

圖7

圖8

(2)在Qianxuanjia.as m中,依次點擊“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擊“Feature→Create →Geometry(幾何特征)→Copy Gom(復(fù)制幾何)”,將會彈出一個Copy Geometry的定義菜單,選擇其中的“Curve Refs”項目,單擊“Define”圖標,然后在繪圖區(qū)選擇樣條曲線B,點擊“OK”確認。這樣,就將骨架當中的板簧樣條曲線特征復(fù)制到零件當中,作為創(chuàng)建板簧零件的參照基準。

(3)把文件界面切換到Qianbanhuang.prt,依次點擊“Feature→create→Solid→Protrusion→Sweep→Solid→Done→Select train”,然后選擇樣條曲線所在基準面為草繪截面,進入草繪對話界面并選擇復(fù)制特征作為掃描的參照軌跡,按設(shè)計需求繪制如圖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所示板簧片實體。

圖9

圖10

(4)按照板簧設(shè)計各片長度的需求,將上步驟生成的實體切減材料,生成實際狀態(tài)的板簧實體。

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現(xiàn)),再根據(jù)各片簧的長度,依次截斷曲線,繪制如圖9所示的板簧實體截面。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。依次點擊“Feature→Create→Solid→Cut→Extrude→Solid→Done→Both Side→Done”,選擇掃描實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,標注尺寸一定要以上一步板簧主體所生成實體的兩端面和樣條曲線端點共同作為參照基準,這樣才能實現(xiàn)板簧卷耳與板簧同步運動,不會發(fā)生零件生成錯誤。

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PNT4、PNT5、PNT6、PNT7及板簧縱向中心所在的基準面等幾何特征復(fù)制到文件Jianzhenqi_skel.Prt中,過板簧同側(cè)兩基準點做基準軸,作為減振器總成的安裝基準。這樣可以左右懸架共用同一個骨架模型。

(3)按照減振器設(shè)計尺寸,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)建基準點。

(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與骨架Jianzhenqi_skel.prt中對應(yīng)的基準點對齊,約束減振器中心軸線與骨架中軸線對齊,以便保證減振器上下部分與骨架中的基準點同步運動,實現(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,需注意其裝配基準一定要以板簧樣條曲線B的中點PNT0作為參考基準點,才能實現(xiàn)與板簧的同步運動;裝配板簧吊耳總成時,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Y方向的軸線對齊,實現(xiàn)吊耳隨板簧運動而擺動。在整車裝配中,前橋總成的裝配,也同樣要以PNT0作為參考基準點,才能實現(xiàn)前橋、以及橋上所裝配輪胎等零部件隨懸架總成一起運動,從而實現(xiàn)行走系的動態(tài)模擬。所有零件裝配完畢后,通過點擊“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,再分別點擊“Regenerate(再生)→Automatic(自動)”選項,使D9數(shù)值分別大于100、等于100和小于100,則實現(xiàn)板簧向下跳動狀態(tài)、板簧壓平狀態(tài)和板簧向上跳動反弓狀態(tài)。你同時會發(fā)現(xiàn)板簧吊耳、緩沖塊、騎馬螺栓、前軸等隨板簧一齊運動,減振器的長短也因板簧的上下跳動而縮短和伸長,從而驗證了前軸與發(fā)動機油底殼之間的運動間隙、減振器的長短,結(jié)合前輪轉(zhuǎn)向,可驗證前車輪與輪罩之間相對位置關(guān)系等等。再經(jīng)過對系統(tǒng)裝配總成進行必要的修飾、細化后,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 板簧向下跳動狀態(tài)

圖17 板簧向上跳動反弓狀態(tài)

圖18 車輪上跳與輪罩間隙校核

 3 后懸架運動模型的建立

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。

順次點擊“Feature→Create→Datum→Curve→Sketch→Done”,進入到草繪界面,然后再依次點擊“Sketch→Adv Geometry(高級幾何)→Spline(樣條)”,如圖19所示繪制副簧樣條曲線,并約束曲線兩端點關(guān)于板簧中心線對稱。標注樣條曲線周長等于副簧作用點伸直長,選擇系統(tǒng)默認樣條曲線尺寸為參考變量。再分別標注副簧樣條曲線中點和經(jīng)過兩端點的中心線到短線A的距離,作為驅(qū)動副簧運動的曲線。

    (2)為主、副簧樣條曲線加注關(guān)系式。點擊“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,這樣主副簧運動關(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中,檢驗是否滿足設(shè)計需求,再進行必要的修飾、調(diào)整后,整個后懸架模型就建立完畢了。

在整車裝配當中,裝配上與懸架相關(guān)聯(lián)的后橋、車輪、傳動軸等總成后,就可以模擬懸架上、下跳動,驗證傳動軸長度,輪胎與貨箱底板的運動間隙了。

    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

本文所介紹的前后懸架制做方式為正向設(shè)計方式,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)計模式可以實現(xiàn)整車與零部件的互動設(shè)計,即在零部件中所做的任何改進設(shè)計,都會即時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)計符合性的早期驗證,及時地暴露設(shè)計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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