Solidworks轎車門窗升降機鉚壓平臺設計

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

1 前言

現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行安裝。為了提高安裝的效率,設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構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、傳動機構和檢測系統(tǒng)聯成一個整體。能夠對加工工件的狀態(tài)進行實時監(jiān)控,并對加工參數動態(tài)修正,以完成加工需求。由于自動鉚壓加工系統(tǒng)結構復雜,本文主要研究和分析利用Solidworks對鉚壓系統(tǒng)的虛擬裝配技術和受力分析。

2 基于Solidworks的設計思想

(1)協調化的開發(fā)過程。SolidWorks具有功能強大、完善的數據交流功能,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,包含了大量的可復用產品數據。開發(fā)者可以利用這些豐富的信息資源,在此基礎上進行二次開發(fā),協同不同開發(fā)者共同完成特定需求的產品。

(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)經驗和產品信息,內嵌有功能比較強大的自動化開發(fā)向導,能夠自動地為用戶進行虛擬裝配、修正方案提示以及可選的實現方案提示等。

(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,包含有數千個常用零部件的裝配件;模具設計模塊能夠自動結合已有模型生成新的零件模具;模具生產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構。

其內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,是鉚壓平臺中的關鍵部件,完成將液壓系統(tǒng)產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責將加工工件和原料傳輸的通道,是整個鉚壓平臺高效工作的支撐條件。液壓子系統(tǒng)則根據預先設定的加工參數和當前的環(huán)節(jié),通過電液伺服閥驅動液壓馬達和液壓缸,產生合適的液壓驅動力,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,相互關系也比較復雜,因此在設計開發(fā)之前,先對主要零部件建立三維模型,再進行虛擬裝配。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,也就是在恰當的草圖平面上生成恰當的平面草圖,為生成三維實體特征奠定基礎。

在二維基礎工作完成的前提下,就可以采用調用軟件命令生成各種相應的三維實體特征,如球、孔、圓柱、圓錐、螺紋等。當每一個特征生成時,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行添加、切除還是求交。依據這樣的模式,結合開始設計前的分析,從基本特征到各添加特征,逐步完成,最終獲得完整精準的三維模型。當然,少數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上,就可對其進行虛擬配裝,建立所要求部件的三維模型。

因為在零部件設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。為了使設計的設備盡量接近制造要求和滿足使用性能需求,必須對其進行干涉檢驗。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)干涉檢驗是對產品零部件設計進行整體評估。在裝配結構和總體設計完全確定后,進行零件細化設計,在裝配過程中靜態(tài)檢驗零部件之間的干涉、間隙等狀況,并根據檢驗結果結合設計要求,對零部件進行修改,直至得到最優(yōu)設計;動態(tài)干涉檢驗是對產品可裝配性進行評估,在產品裝配過程中,根據零部件的裝配路徑、裝配關系和約束條件,對裝配姿態(tài)進行調整修改,直到實現最優(yōu)設計和滿足功能需求。

4 鉚壓傳動齒輪受力分析

鉚壓平臺內部采用內平動齒輪傳動的方式進行受力傳動,其結構如圖3所示。鉚壓平臺內部所采用的一個輸出功率為2000馬力的內平動齒輪傳動裝置,該裝置的最大輸入扭矩為7000N·m,內部變矩器的變矩最高可達1.8,變矩后功率轉換最高為75%,齒輪傳動比值為4.2。由此可得內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。內平動齒輪傳動在受力后所產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生多大的變形,用ANSYS進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遠大于傳動齒輪的剛度的認識,我們假設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。

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

傳動軸模型的靜力學分析在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格其節(jié)點、單元數目有很大的區(qū)別,應根據所需解決問題的實際情況進行選取。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行分網計算就能得準確的結果,如選高階單元進行計算和模擬,將大大增加節(jié)點、單元數目,導致計算量大幅增加。

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