Solidworks轿车门窗升降机铆压平台设计

2013-08-11 by:广州SolidworksUGCatia培训中心来源:有限元分析培训中心

1 前言

现代轿车门窗基本都使用自动升降机,在装配时,门窗升降机一般都采用铆压的方式进行安装。为了提高安装的效率,设计自动铆压平台能够大大提高安装速度和精度。但与此同时,对自动铆压平台的智能控制方式和机械结构也提出了较高的要求。该平台具有机械系统、液压控制系统、电气控制、传动机构和检测系统联成一个整体。能够对加工工件的状态进行实时监控,并对加工参数动态修正,以完成加工需求。由于自动铆压加工系统结构复杂,本文主要研究和分析利用Solidworks对铆压系统的虚拟装配技术和受力分析。

2 基于Solidworks的设计思想

(1)协调化的开发过程。SolidWorks具有功能强大、完善的数据交流功能,能够为分布在不同区域的用户提供良好的相互沟通与交流功能。并且在SolidWorks软件自带的资源库中,包含了大量的可复用产品数据。开发者可以利用这些丰富的信息资源,在此基础上进行二次开发,协同不同开发者共同完成特定需求的产品。

(2)自动化的开发过程。SolidWorks工具为了减少开发者的工作量,尽可能利用已有的开发经验和产品信息,内嵌有功能比较强大的自动化开发向导,能够自动地为用户进行虚拟装配、修正方案提示以及可选的实现方案提示等。

(3)虚拟化的开发过程。SolidWorks的一个非常重要的特征是为用户提供虚拟化的开发环境。在SolidWorks工具库中,包含有数千个常用零部件的装配件;模具设计模块能够自动结合已有模型生成新的零件模具;模具生产之前能够自动检测过切问题;还能够自动定位和封闭凹模和凸模;利用SolidWorks所提供的这些强大功能,用户可以进行与真实环境类似的装配和修正工作,大大提高了工作效率。

3 基于Solidworks的三维建模过程

轿车电动门窗中升降机铆压平台的组成结构。

其内部主要由四大部分组成:机架、压力传动装置、工件传输轨道和液压子系统组成。其中机架是指轿车电动门窗中升降机铆压平台的外围框架,主要包括底座、机械臂和铆压台,它是整个铆压平台的基础部件。压力传动装置主要传动齿轮组和传动轴,是铆压平台中的关键部件,完成将液压系统产生的铆压力传动到加工工件上。工件传输轨道是铆压平台中负责将加工工件和原料传输的通道,是整个铆压平台高效工作的支撑条件。液压子系统则根据预先设定的加工参数和当前的环节,通过电液伺服阀驱动液压马达和液压缸,产生合适的液压驱动力,是铆压平台的工作的核心部件。

由于整个铆压平台组成部件较多,相互关系也比较复杂,因此在设计开发之前,先对主要零部件建立三维模型,再进行虚拟装配。通过虚拟装配和分析,可以为实体加工提供更准确的参考。在生成一个三维实体特征之前需要在合适的位置绘制特征的轮廓或轨迹线,也就是在恰当的草图平面上生成恰当的平面草图,为生成三维实体特征奠定基础。

在二维基础工作完成的前提下,就可以采用调用软件命令生成各种相应的三维实体特征,如球、孔、圆柱、圆锥、螺纹等。当每一个特征生成时,必须判断该特征究竟是基本特征还是添加特征。倘若是添加特征,那么其是对基本特征进行添加、切除还是求交。依据这样的模式,结合开始设计前的分析,从基本特征到各添加特征,逐步完成,最终获得完整精准的三维模型。当然,少数特征的生成也不完全遵循这些步骤,如倒角和倒圆特征。在实体模型建立完成的基础上,就可对其进行虚拟配装,建立所要求部件的三维模型。

因为在零部件设计过程中可能存在的疏忽以及计算和校核可能存在误差,所以有可能造成两点铆压部件在装配关系上存在装备间隙或装配干涉等不可避免的问题。为了使设计的设备尽量接近制造要求和满足使用性能需求,必须对其进行干涉检验。在虚拟装配过程中,通常采用静态和动态两种干涉检验。静态干涉检验是对产品零部件设计进行整体评估。在装配结构和总体设计完全确定后,进行零件细化设计,在装配过程中静态检验零部件之间的干涉、间隙等状况,并根据检验结果结合设计要求,对零部件进行修改,直至得到最优设计;动态干涉检验是对产品可装配性进行评估,在产品装配过程中,根据零部件的装配路径、装配关系和约束条件,对装配姿态进行调整修改,直到实现最优设计和满足功能需求。

4 铆压传动齿轮受力分析

铆压平台内部采用内平动齿轮传动的方式进行受力传动,其结构如图3所示。铆压平台内部所采用的一个输出功率为2000马力的内平动齿轮传动装置,该装置的最大输入扭矩为7000N·m,内部变矩器的变矩最高可达1.8,变矩后功率转换最高为75%,齿轮传动比值为4.2。由此可得内平动齿轮传动装置的最大工作扭矩为:

7000×1.8×0.75×4.2=39690N·m

内平动齿轮传动不但在功能上起作输出动力的作用,还支撑着传动装置。内平动齿轮传动在受力后所产生的变形直接影响到齿轮副的受力状况,而由于传动轴是—个不规则的三维实体,用传统的方法很难计算出其有受力后产生多大的变形,用ANSYS进行有限元计算可精确的计算出传动轴在受力后的变形量。

为了简化计算,基于传动轴的刚度远远大于传动齿轮的刚度的认识,我们假设传动轴支撑传动装置轴的两孔面上所受的力大小相等。这样我们就可以只对传动轴这一个零件进行有限元计算就能确定其在受力后轴颈部位强度是否足够、支撑传动装置轴的两孔相对变形量有多大。

内平动齿轮传动材料为42CrMoA,许用应力δk=1080MPa,由于内平动齿轮传动安装有减震装置,因此可以认为是工作在平稳载荷下,本文只需对传动轴作静力学分析。

传动轴模型的静力学分析在ANSYS单元库中有多种三维单元可供选择,选不同的单元划分有限元网格其节点、单元数目有很大的区别,应根据所需解决问题的实际情况进行选取。对于本例,由于传动轴受力后变形量很小,因此我们选低阶单元进行分网计算就能得准确的结果,如选高阶单元进行计算和模拟,将大大增加节点、单元数目,导致计算量大幅增加。

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