SolidWorks在备胎架设计中的应用 - 文章

SolidWorks在备胎架设计中的应用

作者：张平马荣健单光学李晶

油田专用车备胎架通过，螺栓与车架纵梁上、翼板相连接，两侧各安装一个15.5-20备胎。根据传统设计的经验，运用SolidWorks三维设计软件备胎架进行了实体参数化建模、装配、干涉检查和运动仿真，对关键件进行了有限元分析，并将优化没计好的零件生成全相关的二维工程图。

1 参数化建模

借助SolidWoIks基于特征的实体建模功能，通过拉伸、旋转、扫描、放样、抽壳、筋、镜像以及打孔等操作来实现备胎架（图1）的三维实体参数化建模。SolidWorksI作窗口左侧的FeatureManager设计树提供了零件模型的大纲视图，完整记录了设计过程，从中能了解设计思路，方便查看零件模型的生成情况，并可通过对特征和草图的修改实现对零件模型进行动态修改。

2 装及动态仿真

备胎架的各个零件模型设计好后，运用装配关系把各个零部件组合成备胎架总成（图2）。装配关系定制好之后，零件及装配总成之间的尺寸参数、几何形状将会自动完全相关。在装配的环境里，司以设计和修改零部件，进行零件之间进行的配合加工，如：零件的切除、打孔等；可以动态地查看装配体的所有运动，并能将装配体的运动过程生成动画文件；可以对运动的零部件进行动态的干涉检查，同日寸提供一个干涉零部件的名称列表，并在图形区域中干涉会高亮显示；还可以提供爆炸视图（图3）、质量属性、截面属性等。

3 限元分析

利用SolidWorks提供的有限元分析工具Cosmosxpress，在满足线性假设、弹性假设的条件下，使用线性静态分析来计算零件中的应力。采用四面体单元列备胎架模型进行网格划分，网格的大小可根据需要确定。网格划分越小，结果越精确，但所需的计算机资源和时间也更多。

3.l备胎架有限元分析

根据备胎架的结构与工作特点，对其进行力学分析，确定边界约束条件和载荷状态，对其进行指定材料、约束设定、加载、网格划分，再进行解算和分析。

备胎架主要结构都采用普通碳素结构钢Q235-A，材料的屈服极限σs在235MPa以上。安全系数取1.4，因此许用应力为：=235/1.4=168MPa。

车辆处于紧急制动状态时，备胎架将出现最恶劣的工况。分析时，对备胎架下端的8个连接孔进行约束，对备胎架挡板处施加制动惯性力。该工况下的最大制动减速度参考试验数据为6m/s2，故制动惯性力应为：F=2×m×a=2×180×6=2160N，式中m为备胎质量；a为制动减速度。

计算结果显示该工况下的最大应力为50.6MPa（图4），小于材料的许用应力，位于备胎架底部加强筋板与底板连接处。最大变形为0.26mm（图5），位于备胎架挡板边缘。

3.2备胎架的优化

根据轻量化设计要求，对依据传统设计经验设计的备胎架进行了优化。表1为备胎架优化前后板材参数对照表。通过调整板材的厚度后，备胎架主要性能参数变化见表2，结果表明，优化效果是十分明显的，经过优化各胎架总质量减少35.5%，优化后，计算结果显示备胎架在紧急制动工况下的最大应力为147MPa（图6），小于材料的许用应力，仍然满足使用要求。

3.3计算误差分析

计算的误差主要由两个方面的原因造成。

3.3.1约束类型产生的误差

该误差产生的原因是SolidWorks软件提供的是全自由度约束，与零件的实际工作情况有些差异。计算的结果容易出现应力集中，造成零部件应力集中部位应力值比实际值要大。

3.3.2建立力学模型产生的误差

该误差产生的主要原因是在对各种工况进行力学分析时与实际情况不一致。该误差的产生往往与计算任务要求、计算手段的局限等因素有关。本次计算主要是针列备胎架的结构进行分析，偏重于静态计算，虽然也进行了紧急制动等动态工况的计算（施加惯性力），但这和完全的动态分析在理论方法和手段上是不完全相同的。尽管如此，我们还是司以根据静态计算的结果估算动态的情况，本文采用了汽车设计中常用的动载系数法实现动态估算。

4 二维程图

使用SolidWorksI程图模块，可以将设讨好的零件直接生成二维工程图，并可以转化成autocad图纸，工程图是全相关的，修改图纸时，三维模型、各个视图、装配体都会自动更新。(end)

(投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (2008-3-30，阅读306次)

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