挂钩三维设计及仿真分析

1、 本本科科毕毕业业设设计计说说明明书书（论论文文） 第 i 页 共 39 页 目 录 1 引言.1 1.1 课题研究的背景及意义.1 1.2 常用仿真软件简介.2 1.3 pro/engineer 软件介.4 1.4 与本课题相关的国内外发展现状.5 1.5 优化设计工作流程及简介.6 2 有限元模拟分析.7 2.1 有限元简介.7 2.2 关于有限元方法的介绍.9 2.3 有限元分析模型的建立及结果分析.9 2.4 pro/mechanica 中有限元分析的工作流程.9 3 主要零部件建模.12 3.1 挂钩的三维建模.12 3.2 理想化模型的建摸.13 4 挂钩的有限元分析.18 4.1

2、 基本应力分析阶段.18 4.2 进行模型的灵敏度分析.20 4.3 优化设计分析.25 结束语.32 致谢.33 参考文献.34 本本科科毕毕业业设设计计说说明明书书（论论文文） 第 1 页 共 33 页 1 1 引言引言 1.1 课题研究的背景及意义课题研究的背景及意义 塑料件在各行业及日常生活中广泛使用，塑料件设计制造的社会需求也日益增 长，而且要求越来越高。通过对塑料挂钩设计、分析，培养学生检索资料，综合应 用所学知识，提高解决工程实际问题的能力，并应用技术工具以及分析软件进行编 制设计说明书的能力训练。 在当今市场客户对产品要求越来越高，竞争日益激烈的情况下，如何研发出更 好的产品尤

3、其是优化设计产品中的关键零部件，显得极为重要。任何产品的设计都 是一个渐进的过程。产品的设计过程一般先经过功能需求分析，然后根据需求分析 结果提出概念模型。这样的概念模型往往有几种，即多种设计方案。因此，接下来 需要对现有的几种设计方案进行综合评估，选择最优的设计方案。公司总是希望能 以最少的投资获得最好的性能。例如 britvic 公司的主管 paulmoody 指出： “robinsons 在过去的两年内为了减少其对环境的影响做了不少努力。重点是如何进 一步减轻包装质量，以及减少能源和水的使用量。 ”顶级软饮料公司 britvic 宣布正 减少英国广受欢迎的果汁饮料 robinsons 的

4、包装瓶质量。该新型 1 公升容量的包装 瓶质量减轻 2g，估计每年将节省 330 吨塑料材料，相当于至少 9 百万个空包装瓶， 生产该瓶的 robinsons 工厂可节省 5%的能源。 在过去两年 britvic 公司已投资 500 多万英镑用来减轻 robinsons 品牌的外包装质量，迄今为止节省了约 1600 吨的塑料 材料。该新型 1 公升塑料瓶由聚对苯二甲酸乙二醇酯（pet）制成， “pet 的价格是 1.2 欧元/千克, 一年生产 1 亿个瓶, 每个瓶节省 1g, 制造商每年就能节省 2 万欧元” 。 本例说明了减轻饮料瓶重量既环保又省成本。有限元分析是机械结构设计工程师不 可或缺

5、的工具。pro/e 的软件分析模块 pro/mechanica 就是一种既好用又有效的有 限元分析软件。pro/mechanica 能对 pro/e 中建立的零件进行灵敏度分析和优化设计。 通过对零件的优化设计，能使零件尺寸的选择更合理、更科学。能在满足零件强度 要求的情况下，减轻零件的重量，更重要的是还能通过灵敏度分析得出重要的设计 参数，提高优化设计的效率。因此，一个好的结构设计既能满足结构性能要求，又 能节省材料、降低成本，这对机械结构设计师来说是一个挑战，能给制造公司带来 巨大的利润空间。 本本科科毕毕业业设设计计说说明明书书（论论文文） 第 2 页 共 33 页 世界和国产的各种优秀

6、的 cad 软件正以前所未有的速度迅速进入机械设计和制 造行业的各个领域。由于目前 cad 技术在我国机械设计工程界正处在一个快速导入 期，各种 cad 软件由于其自身的性能优势拥有不同的应用人群。在机械设计行业中， 现在有很多企业把产品的设计、分析、制造、产品的数据管理和信息技术集于一体， 这种先进的管理方式属于企业信息化的范畴。并且这种先进的管理设计方式也引发 了设计领域的巨大的变化。第一次大的变化是八十年代 cad 软件的推广，国内普遍 使用的是 autocad 软件。利用该软件使许多机械工程师逐渐地甩掉了图板。第二次 大的变化是大量三维 cad 软件的不断出现，如： proengine

7、er、solidworks、alias、ug、i-deas 等。 1.2 常用仿真软件简介常用仿真软件简介 在当今产品开发过程中，通过协同作业来提高工程设计效率的做法非常普遍， 同时当中的信息交流传递也越来越重要。在三维设计软件面世之前，工程图样包含 了整个产品的所有数据信息，由于它起到的重要作用，其也被称为工程语言。随着 产品升级更新的步伐不断加快，产品本身构造日益复杂，仅靠工程图样已无法表达 设计者的全部意图。所以，在此仅介绍三维结构运动仿真软件，因为它们已经或即 将代表着结构仿真软件的现在与将来。 (1) eds-ug ug 软件是美国 eds 公司推出的大型 cad/cae/cam 软

8、件，它的运动分析模块 （ug scenario）是一个模拟仿真分析的设计工具，它是 adams 软件的一个子集。它 既能进行运动学（kinematic）分析，又能进行动力学（dynamic）分析。典型步骤 如下：首先将要分析的装配图存入一个 scenario 文件，确定分析所需构件（links） ， 再建立构件之间的运动副（joints） ，然后定义整个机构承受的载荷（forces） ，进 行机构运动仿真，从中得出所分析的运动副处的位移、速度、加速度及力的数值及 特性曲线，为下一步做有限元分析或作强度分析、结构设计、优化设计打下了基础。 ug 主要适合于大型的汽车、飞机厂建立复杂的数模。 (2

9、) solid edge solid edge 是业内领先的机械设计软件，拥有能够创建和管理三维数字模型的 优秀工具。solid edge 出众的建模能力和优化的设计流程，可以满足特定行业的设 本本科科毕毕业业设设计计说说明明书书（论论文文） 第 3 页 共 33 页 计需要，并且对数据进行完全的综合设计管理，帮助用户制定正确的设计解决方案。 利用 solid edge 的建模和装配设计工具，设计师能够很轻松地设计出一整套产品， 从简单零件到包含上万个部零件的大型装配件。 (3) catia computer aided three 完成对支架模 型进行、静态分析、灵敏度分析和优化设计。在满足

10、支架强度条件下，尽量减轻支 架的质量，减重效果明显，使支架模型的几何尺寸更加合理、科学，提高了优化设 计的效率。由此可见在 pro/mechanica 环境下进行优化设计是一种极其有效的设计 方法，对生产实践有着重要指导意义。 完成了这个课题以后，使我对所学的专业知识和专业技能有了更深入了解；在 指导老师帮助下，通过收集各种有关资料所解决的毕业设计问题，为我即将走上工 作岗位，独自去面对各种挑战，出色地完成工作任务打下了一定的基础。 由于本人水平有限，经验少。文中定有许多不妥甚至错误之处，请各位老师给 予指正和教导，本人表示深深的谢意。 本本科科毕毕业业设设计计说说明明书书（论论文文） 第 3

11、4 页 共 33 页 致 谢 首先我要感谢我的指导老师张乐莹，在去年选课题的时候，张老师的热情就让 我印象非常深刻。我很高兴能可以在老师的指导下开展毕业设计。为我大学四年的 学习做一个比较好的总结。从今年 3 月初到 6 月底，经过外文翻译，开题报告，进 行设计实验，到完成毕业论文，一步一步都离不开张老师的悉心指导。曾经一段时 间，在做设计的攻坚阶段，由于连续好几天的无所进展，我对自己的毕业设计产生 了一定的厌烦心理，甚至是畏惧。这时张老师给我讲了很多他以前带出的好学生的 例子来激励我，并给我在设计的难点进行了非常详细的讲解，让我茅塞顿开，重拾 信心。在课题进行期间，老师对我的课题方向的了解深

12、度与研究深度，严谨而一丝 不苟的治学态度，平和而循循善诱的教学态度，不仅在学术课题上给我很深的指导， 更是让我了解了很多为人做研究的道理，使我受益匪浅。在此对张老师表达我最诚 挚的感谢，感谢这个月来对我的巨大帮助。并祝张老师在今后教学研究中取得更大 的成就！ 我再次衷心感谢我的指导老师张乐莹对我的严格要求和对我在设计上的帮助， 她在繁忙的工作期间，对我毕业设计的完成付出了大量的心血，多次给我提出深刻 而具有指导性的意见，让我能够很好的按时完成毕业设任务。 最后感谢各位评审老师，能够在百忙中抽出时间，对毕业论文提出意见，非常 感谢你们的指导！祝你们身体健康，万事如意！ 本本科科毕毕业业设设计计说

13、说明明书书（论论文文） 第 35 页 共 33 页 本本科科毕毕业业设设计计说说明明书书（论论文文） 第 36 页 共 33 页 参 考 文 献 1 刘文剑,金天国. 产品自顶向下设计的研究现状及发展方向j计算机集 成制造系统,2002 (1)：12 2 张方瑞ug/ nx入门精解与实战技巧m北京：电子工业出版社， 2003113 3 谭雪松，甘露萍pro/engineer wildfire 2.0 中文版基础教程m北京： 人民邮电出版社，2006 4 二代龙震工作室promechanismmechanica wildifre2.0机构运动 结构热力学分析m北京：电子工业出版社，2006 5

14、方建军，刘仕良机械动态仿真与工程分析m北京：化学工业出版社， 2004 6 张继春，徐斌pro/engineer wildfire 结构分析m北京：机械工业出 版社，2004 7 黄跃东,刘建雄. pro/mechanica的有限元分析应用j. 机电产品开发与创 新, 2007, 20(3)：1012. 8 田荣,于晓红,苏力. 基于pro/mechanica的灵敏度分析与结构优化设计j. 机电产品开发与创新, 2007,20(5)：1315. 9 万启超，魏田proengineer wildifre3.0结构热运动分析基础与典 型范例m北京：电子工业出版社，2006 10 吕金明，彭澎，曾辉

15、藩. pro/mechanica环境下的管道支架优化设计 j昆明冶金高等专科学校学报，2007，23(1)：3943 11 谭加才, 易际明基于pro/mechanica的机构运动仿真及应用 j组合 机床与自动化加工技术，2004，10(3)：104105 12 葛正浩，杨芙莲编著机械结构有限元分析m北京：化学工业出版社， 20082130 13 石磊,郝点,吴广宇. 基于pro/mechanica环境的机械结构分析及优化设计 j. 机械, 2007, 34(9)：2325. 14 孙江宏,黄小龙,高宏,等.pro/e 结构分析与运动仿真wildfire/2001m. 北京:中国铁道出版社,

16、2004. 15 林龙震, 等. pro /mechanism /mechan ica 机构/运动/结构/热力分析m . 北京: 电子工业出版社, 2006. 09/20 11:46 102 机体齿飞面孔双卧多轴组合机床及 cad 设计 本本科科毕毕业业设设计计说说明明书书（论论文文） 第 37 页 共 33 页 09/08 20:02 3kn 微型装载机设计 09/20 15:09 45t 旋挖钻机变幅机构液压缸设计 08/30 15:32 5 吨卷扬机设计 10/30 17:12 c620 轴拨杆的工艺规程及钻 2-16 孔的钻床夹具设计 09/21 13:39 ca6140 车床拨叉零件

17、的机械加工工艺规程及夹具设计 831003 08/30 15:37 cpu 风扇后盖的注塑模具设计 09/20 16:19 gdc956160 工业对辊成型机设计 08/30 15:45 ls 型螺旋输送机的设计 10/07 23:43 ls 型螺旋输送机设计 09/20 16:23 p-90b 型耙斗式装载机设计 09/08 20:17 pe10 自行车无级变速器设计 10/07 09:23 话机机座下壳模具的设计与制造 09/08 20:20 t108 吨自卸车拐轴的断裂原因分析及优化设计 09/21 13:39 x-y 型数控铣床工作台的设计 09/08 20:25 yd5141syz

18、后压缩式垃圾车的上装箱体设计 10/07 09:20 zh1115w 柴油机气缸体三面粗镗组合机床总体及左主轴箱设计 09/21 15:34 zxt-06 型多臂机凸轮轴加工工艺及工装设计 10/30 16:04 三孔连杆零件的工艺规程及钻 35h6 孔的夹具设计 08/30 17:57 三层货运电梯曳引机及传动系统设计 10/29 14:08 上盖的工工艺规程及钻 6-4.5 孔的夹具设计 10/04 13:45 五吨单头液压放料机的设计 10/04 13:44 五吨单头液压放料机设计 09/09 23:40 仪表外壳塑料模设计 09/08 20:57 传动盖冲压工艺制定及冲孔模具设计 09

19、/08 21:00 传动系统测绘与分析设计 10/07 23:46 保护罩模具结构设计 09/20 15:30 保鲜膜机设计 10/04 14:35 减速箱体数控加工工艺设计 10/04 13:20 凿岩钎具钎尾的热处理工艺探索设计 09/08 21:33 分离爪工艺规程和工艺装备设计 10/30 15:26 制定左摆动杠杆的工工艺规程及钻 12 孔的夹具设计 10/29 14:03 前盖板零件的工艺规程及钻 8-m16 深 29 孔的工装夹具设计 10/07 08:44 加油机油枪手柄护套模具设计 09/20 15:17 加热缸体注塑模设计 10/07 09:17 动模底板零件的工艺规程及钻

20、 52 孔的工装夹具设计 10/08 20:23 包缝机机体钻孔组合机床总体及夹具设计 09/21 15:19 升板机前后辅机的设计 09/09 22:17 升降式止回阀的设计 09/22 18:52 升降杆轴承座的夹具工艺规程及夹具设计 09/09 16:41 升降杠杆轴承座零件的工艺规程及夹具设计 08/30 15:59 半自动锁盖机的设计（包装机机械设计） 08/30 15:57 半轴零件的机械加工工艺及夹具设计 10/29 13:31 半轴零件钻 6-14 孔的工装夹具设计图纸 09/26 13:53 单吊杆式镀板系统设计 本本科科毕毕业业设设计计说说明明书书（论论文文） 第 38 页

21、 共 33 页 08/30 16:20 单级齿轮减速器模型优化设计 08/30 16:24 单绳缠绕式提升机的设计 09/09 23:08 卧式加工中心自动换刀机械手设计 09/08 22:10 厚板扎机轴承系统设计 09/18 20:56 叉杆零件的加工工艺规程及加工孔 20 的专用夹具设计 08/30 19:32 双卧轴混凝土搅拌机机械部分设计 09/09 22:33 双模轮胎硫化机机械手控制系统设计 09/09 22:32 双辊驱动五辊冷轧机设计 09/08 20:36 变位器工装设计-0.1t 普通座式焊接变位机 09/28 16:50 叠层式物体制造快速成型机机械系统设计 09/08 22:41 可急回抽油机速度分析及机械系统设计 09/08 22:42 可移动的墙设计及三维建模 10/04 13:25 右出线轴钻 2-8 夹具设计 10/04 13:23 右出线轴钻 6-6 夹具设计 09/08 22:36 咖啡杯盖注塑模具设计 10/07 08:33 咖啡粉枕式包装机总体设计及横封切断装置设计 09/09 16:15 啤酒贴标机的设计（总体和后标部分的设计） 10/29 13:58 喷油泵体零件的工艺规程及钻 14 通孔的工装夹具设计 08/30 19:39 四工位