基于ANSYS的框架式汽车大梁校正仪设计

.z目录TOC\o"1-3"\u第1章绪论11.1选题背景，研究目的及意义11.2国内外研究现状11.2.1大梁校正仪的开展历史11.2.2国内外研究状况及结果21.3研究内容及研究方法21.3.1研究内容21.3.2研究方法3第2章校正仪的整体构造设计42.1简述框架式汽车大梁校正仪工作原理42.2举升机构主要构造确定4举升机构整体构造形式及根本组成4举升机构各零部件安装位置及润滑52.3举升平台及定位夹具主要构造确定52.3.1举升平台整体构造形式及根本组成52.3.2定位夹具整体构造形式及根本组成62.4拉塔的主要构造确定62.4.1拉塔横梁处整体构造形式及根本组成62.4.2拉塔柱的构造形式及根本组成72.5其它72.6确定框架式大梁校正仪各构造尺寸及材料72.6.1建立待修汽车根本参数模型82.6.2校正仪底部构造局部主要尺寸及材料确实定82.6.3校正仪中间构造局部尺寸及材料确实定82.6.4校正仪上部平台构造尺寸及材料确实定92.6.5定位夹具的尺寸及材料确实定112.6.6拉塔组件的尺寸及材料确实定122.6.7方凳及斜坡板凳的尺寸确定132.7设备各部件质量的估算及设计举升质量132.7.1估算拉塔组件的质量142.7.2估算平台上设备的质量142.7.3估算平台中部的质量142.7.4估算底板处的质量152.7.5实际设计举升质量152.8本章小结15第3章校正仪的力学分析及校核163.1双铰接剪刀式举升机构的力学模型16举升机构力学模型建立与分析16举升机构主要关系参数确实定173.2液压机构力的分析与计算173.2.1确定载荷与液压缸推力的关系173.2.2计算液压缸的推力183.3举升机构的力学分析与计算193.3.1举升机最低状态时，各臂受力情况193.3.2举升机举升到最高位置时，各臂受力情况203.4定位夹具及拉塔的力学分析与计算223.4.1定位夹具的受力分析223.4.2拉塔的受力分析223.5主要零部件的强度校核233.5.1举升臂AOB的强度校核233.5.2举升臂COD的强度校核253.5.3液压缸上端支承轴的强度校核273.5.4连接举升臂销轴的强度校核273.5.5平台内横梁的强度校核283.5.6定位夹具的强度校核293.5.7定位夹具支撑横梁的强度校核303.5.8拉塔的强度校核313.5.9拉塔处液压缸支撑销轴的强度校核323.6本章小结33第4章校正仪液压系统的选择与计算344.1液压系统的选择344.1.1液压系统的介绍344.1.2液压系统的选型344.2液压系统的计算35举升处液压缸行程的计算35举升处液压系统工作压力的计算364.2.3关于拉塔处液压系统的相关选择364.3本章小结36第5章校正仪三维建模与整机装配375.1CATIA软件简介375.2利用CATIA进展三维建模38底坐板的建立38举升臂AOB的建立395.2.3液压缸支承轴的建立395.2.4上平台的建立405.2.5夹具的建立405.2.6拉塔柱的建立425.3整机装配425.3.1CATIA装配功能概述435.3.2装配的CATIA零件图435.3.3CATIA整机装配图及爆炸图485.4本章小结50第6章校正仪主要零部件有限元分析516.1ANSYS有限元分析软件介绍516.2ANSYS与CATIA接口的建立516.3利用ANSYS对主要零部件进展分析526.3.1定位夹具卡钳的有限元分析526.3.2液压缸支撑轴的有限元分析566.3.3举升臂的有限元分析596.3.4拉塔柱的有限元分析626.4本章小结65结论 66参考文献67致谢68附录A69附录B72附录C73附录D74-.z绪论选择背景、研究目的及意义随着汽车市场的不断开展与壮大，与之相协调的汽车维修行业也迅速开展起来。目前在汽车事故中对大梁及钣金的修复十分常见。而随着对售后效劳的要求的不断提升，也为了更好的开展企业，各维修厂家已经开场了剧烈的效劳竞争。汽车大梁校正仪是在因交通事故碰撞所致车身损坏，以及大梁变形等的技术数据恢复中重要的维修设备。在以往的事故后维修时，很多企业选择了更换零部件，但是这样往往会增加客户的损失及保险公司的负担。汽车大梁校正仪的出现防止了高额的更换费用，这样既减少了顾客的损失，也可促进制造设备企业市场的开展。利用大梁校正仪专业设备方可保证对汽车大梁的维修的质量水平。然而对于在维修中为了保证汽车平安的定位，方便的使用，高维修水平等众多关键要素，必须设计质量及平安可靠的设备。因此，为了满足维修企业对占地空间的要求及保证维修质量。对框架式汽车大梁校正仪进展深入研发将对我国在这一领域开展有实质性的意义。本课题基于计算机仿真平台，应用CAD/CAE领域比拟领先的设计软件AutoCAD进展二维草图绘制，使用了当前先进的三维设计软件CATIA进展三维建模及整机装配，在产品投入生产之前运用ANSYS软件进展质量分析，可及时发现并更改设计中的缺陷，完善设计方案，减少产品开发周期，提高研发的质量和效率，为此设备的生产实际提供一些有价值的理论支持。1.2国内外研究现状1.2.1大梁校正仪的开展历史汽车大梁校正仪的开展已经有了将近30年的历史。它的出现主要是基于剪式汽车举升机的框架的改装。由于举升机历史较长，技术较成熟，所以在80年代期间，美国及欧洲就率先通过对剪式举升机的改造而研发出框架式大梁校正仪。九十年代欧洲通过出口到中国市场逐渐把它的产品推向亚洲地区。90年代中期，在我国**地区逐渐出现了很多此类设备制造企业，目前在国内市场开展史已经是标新立异。经过几十年的开展，剪式举升机及一些定位夹具已经更新了很多代，框架式汽车大梁校正仪至今也经历了许多变化与改良。目前欧美已经将其产品出口至全世界，我国**地区少数企业也已经打破传统局面，将设备出口至芬兰等北欧国家。而框架式大梁校正仪使用方便，占地空间较小，也受到很多实力雄厚的特约维修站的欢送。1.2.2国内外研究状况及成果框架式汽车大梁校正仪目前是市场上主流的产品之一。欧洲及美国目前在这方面的技术处于领先地位，并且不断的主导市场的开展方向。所以市面上此产品主要由欧洲及美国设计制造，他们已经在准确恢复技术方面取得了很大成就。在这其中美式大梁校正仪凭借价格优势及外观而市场占有率较高，但随着维修质量要求的提高，夹具设备的不断升级，欧式凭借其功能的强大，操作灵活及占地面积小等优势逐渐在市场上走俏。但由于进口设备的高价格及售后效劳不方便等因素，仍然只是少数大型维修企业及汽车4S店会购置进口设备。90年代末，在我国**地区出现了一些制造汽车大梁校正仪的中小型企业。由于起步较晚，所以目前多数企业是借鉴国外的先进技术。随着时间的推移，目前市场上自主的品牌已经逐渐成熟起来，并且在不断地扩大销售网络于全国，根本在各大省会城市均有销售代理，且价格*围较广，多数在3-6万元左右。但质量水平，技术创新性等方面与进口品牌还有一定的差距，而且产品类型主要以平台式为主。但是自主品牌却已经出口至欧洲及非洲。由此可见目前中国汽车维修设备市场对框架式汽车大梁校正仪的需求将会不断上升。目前框架式汽车大梁校正仪主要有以下功能特点：〔1〕能实现单拉臂可多角度拉伸，同时能对事故车进展360°遥控拉伸；〔2〕定位系统是模块式，能具有高通用性；〔3〕定位夹具高度可调，能方便上下车辆的准确定位；〔4〕配备举升平台和上车导板，移动支架，电脑底盘测量系统等附属件。随着市场的开展，提高汽车大梁校正仪的高水平技术与整体制造水平是在市场上获得良好口碑的关键要素。1.3研究内容及研究方法1.3.1研究内容〔1〕分析框架式汽车大梁校正仪的构造形式及工作原理，根据以下参数：最大举升高度1060mm，工作台长度2300mm，工作台高度230-1060mm，工作台宽度950mm，降到最低点为230mm，拉塔工作*围360度，液压系统最大工作压力16Mpa，气源压力要求0.8Mpa，拉塔牵引最大拉力70KN，完成方案设计及质量校核计算。利用AutoCAD完成校正仪的二维总体构造设计，然后CATIA建立三维模型，在将关键零部件模型通过专用模型数据转换接口导入ANSYS软件进展有限元分析，获得校正仪在载荷工况作用下的应力、应变及变形状，然后用CATIA整机虚拟装配。〔2〕拟解决的主要问题1〕框架式汽车大梁校正仪总体方案设计；2〕利用AutoCAD完成大梁校正仪二维构造设计；3〕利用CATIA完成大梁校正仪的三维建模；4〕利用ANSYS软件对关键零部件进展有限元分析；5〕CATIA虚拟装配。1.3.2研究流程如图1.1所示。图1.1研究流程图第2章校正仪整体构造设计2.1框架式汽车大梁校正仪工作原理框架式汽车大梁校正仪是基于举升机根底上附加定位夹具，拉塔等装配成的。汽车通过斜坡式方凳驶上一定高度后，通过可调位置的夹具夹紧不同的汽车裙边后定位汽车。然后驱动液压系统通过支撑横轴推举汽车至一定高度，此时因为大梁受损的部位不同，需要调整拉塔的方向。拉塔是通过卡钳卡在平台上的，因此可实现360°*围工作。拉塔定位后把拉链一端的钩子钩在受损部位，通过驱动另一个液压缸使拉塔向后拉动链子实现拉伸大梁的作用。2.2举升机构主要构造确定2.2.1举升机构整体构造形式及根本组成本课题设计的内容主要是基于小型剪刀式举升机的构造设计，剪刀式举升机的市场较成熟，类型也很丰富。按照剪刀的大小分为大剪式举升机〔又叫子母式〕，还有小剪〔单剪〕举升机；按照驱动形式又可分为机械式、电控液压式、气液驱动式；按照安装形式又可以分为藏地安装，地面安装。因为此次设计所要举升的重量为2t以下的乘用车，所以采用双铰接剪叉式液压驱动举升机就完全符合设计理念。为了适合大小维修企业，对地基没有过多要求，采用平板直接放在地面安装即可。整体构造形式草图如图2.1所示。图2.1举升机整体构造形式①—上平台②—举升臂③—液压系统④—滑道角钢⑤—底座⑥—固定铰支座从整体构造来看，双铰接剪叉式举升机由举升臂、滑动装置，上下平台，电控液压系统四大局部组成。在到达举升高度时，由于选择的液压系统中活塞杆的行程要大于实际举升所需行程，所以必须在滑道处加以挡块来限制其举升高度。由于本次设计采用斜坡式方凳来使汽车上升到举升位置，再加之利用平安性较高的电控液压系统来控制，所以防止了另加液压缸自锁装置，即节省本钱有保证平安操作。双铰接式举升机有两组完全一样的举升臂机构，分别放于左右两侧滑轮之间。举升机由电气系统控制，由液压系统输出液压油作为动力驱动活塞杆伸缩，带动两侧举升臂同时上升、下降、锁止。举升机一侧上下端为焊接在横梁及底板上的固定铰支座，举升臂由销连接固定在铰支座上。另一侧上下端为滑轮在角钢内滑动，举升臂通过轴与滑轮连接。液压缸通过举升横向支承轴来举升整个平台，举升臂以固定铰支座一侧为支点，滑轮向内或向外滑动，使举升机上升下降，当到达适当的举升位置时，利用电控台及挡块锁止。剪刀式举升机操作方便，构造简单且易于维修，占地面积小，适用于大多数轿车的维修，且平安可靠。2.2.2举升机构各零部件安装位置及润滑举升臂一侧底端通过焊接在底板上的固定支座及上部横梁上的绞支座来固定，底板是一块中间去除材料的矩形钢板，绞支座通过销轴固定举升臂，在连接处个留有间隙以便润滑及减少摩擦。另一侧通过与举升臂焊接的短轴套进滚针轴承来实现滚动，并且在滑道加厚板及不等边角钢上涂有脂润滑剂。每侧两个举升臂通过销轴连接，为减少剪应力的作用，在举升臂连接处焊有钢板，其中摩擦处都要油脂润滑。液压缸底部固定在底板的固定支座上，活塞杆作用在上端支撑轴上，活塞杆由三个套筒来固定位置，并留有一定的间隙。为了在聚生过程中更加稳定，每侧整个举升臂安装位置均在同一水平平面内，且在两侧举升臂之间焊有横向稳定板。整个装置虽然要求装配精度不高，但是各铰接处均有一定的摩擦，所以必须采用润滑脂润滑。2.3举升平台及定位夹具主要构造确定2.3.1举升平台整体构造形式及根本组成举升平台主要由一个弯成方形的钢板和焊在内部的槽型钢组成。在两侧分别有一对卡钳及托盘卡在钢板上。在平台中间则通过方管横梁来稳定，且在横梁上焊有固定绞支座。在平台内壁槽钢上焊有槽型钢滑道，两侧对称焊接。在卡钳的侧面上各焊接一个方管，作为举升梁和夹具支撑。如图2.2所示。①—外横梁②—托盘③—横梁卡钳2.3.2定位夹具整体构造形式及根本组成夹具是用来支撑整个汽车的关键零部件，通过四个卡钳分别卡住汽车的裙边。其中为了满足不同汽车的车宽及裙边的后度差异，需要把其中一个卡钳设计为可移动式。两个卡钳由螺栓连接。卡钳固定在一个方形钢板上，钢板下端焊接有一个圆柱体，圆柱放在一个粗型螺栓内，螺栓可以通过伸缩来控制夹具的高度，以适应不同的车高。夹具底端通过方形钢板焊接在一个方管上，方管套在另一个方管上，这样可以实现左右灵活移动。构造如图2.3所示。图2.3夹具组件主要构造形式①—卡钳②—连接螺栓③—夹具螺栓柱④—夹具支撑柱⑤—加强筋⑥—滑动套管2.4拉塔的主要构造确定2.4.1拉塔横梁处整体构造形式及根本组成拉塔横梁是用来支撑拉塔柱和液压系统的关键部件。靠近平台一端的固定是靠一个卡钳与托盘掐在平台钢板上，其中为了满足拉塔的可旋转性，在横梁一端平板上开有三个销轴孔。液压缸支承座焊接在横梁上，且留有一定的间隙，同时需要脂润滑减少摩擦。横梁的另一端是连接拉塔柱的两块钢板。如图2.4所示。图2.4横梁组件主要构造形式①—拉塔柱夹板②—拉塔横梁③—固定铰支座④—活动插销⑤—固定插销⑥—托盘⑦—支撑立板⑧—卡钳⑨—上平台2.4.2拉塔柱的构造形式及根本组成拉塔柱是整个大梁校正仪的关键所在，液压活塞杆通过推拉塔柱上的销轴来驱动拉塔，拉塔往后倾同时拉动了挂在拉塔柱上的铁链，铁链一头通过钩子来拉大梁。拉塔柱由方管构成，其竖向焊有方块用来挂住铁链。这个构造较为简单，但是每个衔接处及销轴连接处都需要脂润滑。构造如图2.5所示。图2.5拉塔柱主要构造形式①—挡块②—拉塔立柱③—拉链④—夹板⑤液压系统2.5其它除了上述主要构造外，在汽车准备进入维修阶段时候，我们还需要将其举升至一定的高度，以便举升机将其举升。因此需要几个长条方凳及一对斜坡式方凳，将汽车开上去之前方可进展下一步。方凳构造简单，均为钢板与方管焊接而成〔如图2.6〕。其他拉链及钩子均为选购件，满足使用强度即可，这里不做详细的介绍了。图2.6方凳组合简图2.6确定框架式大梁校正仪各构造尺寸及材料2.6.1建立待修汽车根本参数模型为了尽量满足市场常见车型的维修，本设计首先建立了一个常见乘用车车模型。根据表2.1所列车身参数信息。参数信息表2.1车型捷达先锋吉利帝豪EC718车身长/宽/高〔mm〕4415/1674/14154635/1789/1470前/后轮距1429/14221502/1492轴距26022650车重11141310最小离地间隙137167本设计会根据吉利轿车和群众轿车的车身信息确定框架式大梁校正仪相关配合的尺寸适用*围。参数信息表2.2技术数据数值单位工作台长/宽2300/950mm举升高度*围230~1060mm拉塔工作*围360°2.6.2校正仪底部构造局部主要尺寸及材料确实定〔1〕经实地参考测量及表2.1，2.2中的参数来支撑地板主要尺寸：长1480mm，宽920mm，厚为12mm。材料为Q235钢，为了节省材料，中间去除局部材料。如图2.7所示。图2.7底板构造尺寸上图2.7为去除材料的尺寸〔注：此说明书中所有图中尺寸均代表实际尺寸，单位mm〕。〔2〕在底板一端焊有支座及轴承滑道，因举升装置中举升臂一端需要固定在绞支座上，而另一端为滑动装置，为了使举升臂尺寸一样，需保证其各端处于同一高度。参考举升机的绞支座确定其主要尺寸：高80mm，宽60mm，厚15mm。，材料为Q235钢.销轴处孔直径为30mm〔参考销轴规格〕，销轴长取78mm，液压缸处销轴长度100mm，中心孔距底板55mm，垫片采用GB/T848-2002，材料为标准35钢〔以下销轴材料均同〕。加厚滑道厚度25mm，上面焊有角钢，其安装位置由内侧举升臂及焊接在举升臂上的短轴来确定。2.6.3校正仪中间构造局部尺寸及材料确实定〔1〕首先设定举升到最大高度时，两举升臂夹角为90°。举升臂上支点设定在上平台中心线的位置，上平台高度钢板取90mm，底板厚度取12mm。由此计算举升臂的长度L=〔1060-90/2-12〕/cos45°=1418.45mm，这里取L=1420mm，宽度取70mm，厚度取18mm，材料为45钢。其中安装举升臂的绞支座距离取25mm〔7mm配合间隙〕。每两个穿插的举升臂连接处之间各焊接一个长160mm，宽70mm，厚18mm的加厚板。在中间处均开有直径为30mm的孔，用于穿插销轴。销轴的尺寸参照GB882-86初选d=30，长为100mm。其中两个内侧的举升臂还需要有与液压缸配合的孔，孔径即需要穿插的液压缸支承轴轴径，初选D=40mm，材料为40Cr。垫片及开口销采用国标值，销轴长度在后面小节计算。〔2〕举升臂内侧稳定横梁焊接钢板长度等于两侧举升臂距离。宽45mm，厚10mm。材料为45钢。焊接位置距离举升臂端部取110mm。〔3〕两个液压缸的活塞杆据离内侧举升臂为120mm。活塞杆顶部套管与横轴装配处有两个长85mm，内径40mm的套筒，和一个长265mm，内径40mm的中间套筒组成。液压缸底部安装位置跟上部对应一样。2.6.4校正仪上部平台构造尺寸及材料确实定〔1〕举升平台是整个平台的根底，为了满足拉塔在360度内均可工作，需要设计一定的转角，如图2.8所示。图2.8平台主要轮廓构造①—内横梁②—槽型钢滑道③—内贴槽型钢由技术参数可知平台长度2300mm，宽950mm，这里高度取90mm，厚度20mm，钢板材料使用Q235。折角后尺寸如上图2.8所示。平台钢板的内部焊接有热轧槽型钢，槽型钢的型号采用五号，其具体尺寸参照GB/T707-1988，其各段长度以完全焊接在钢板的内壁上为准，。〔2〕举升平台内部横向需要稳定及安装绞支座和滑道，所以焊接两个长835mm的方管，由GB/T3094-2000选择高50mm，宽70mm型。安装位置因上部槽型钢滑道的影响，两个横梁采用非对称安装方式〔见图2.7〕。〔3〕内壁焊接滑道槽型钢由GB/T707-1988可选，高63mm，宽40mm。因举升位置最低点高230mm，可以求得在最低点时举升臂与地面的夹角：解得α=7°。因举升最大高度时夹角为90°。所以1420*cos7°－1420*cos45°=405.32mm，这里取525mm作为槽型钢滑道长度。其安装位置由举升最大高度时上端绞支座的位置确定。〔4〕在举升汽车时我们需要在平台上安装举升支撑臂来支撑起裙边，举升臂与平台的连接需要必须满足随汽车的不同的轴距而移动。所以需要用卡钳及托盘连接来二者。卡钳及卡盘卡在高90mm的平台钢板上安装，并且卡钳及托盘顶端恰好接触高50mm的槽型钢上，其二者材料均选45钢。其具体构造尺寸如图2.9所示。图2.9卡钳及卡盘主要构造及尺寸卡钳宽度取与横梁方管的宽度一样，横梁方管参照标准规格表取厚度6mm，宽70mm，卡盘宽度130mm。插销长100mm，材料为45钢。卡盘立柱中心位置据卡钳外表25mm。〔5〕举升臂的移动是通过焊接在一端侧面的短轴来插入滚针轴承内孔中来实现的，为了限定滚针轴承的轴向位置，采用阶梯轴，其在滑道方向的限制通过焊接一个铁块即可，其构造简单，尺寸没有严格规定，阶梯轴尺寸见图2.10中φ35和φ25，其一端与焊接在平台内壁的槽型钢有5mm间隙。图2.10举升臂及轴的构造尺寸通过上图尺寸L=60mm可以确定两侧举升臂的间距，因此底端支座间距，液压支撑轴尺寸也可确定。取液压缸支承轴长度为L=635mm，垫片及销轴端面尺寸由φ40确定其标准值。滚针轴承型号参照厂家实际可提供的型号为308-226C，内径25mm，外径45mm，厚30mm，优先选购耐磨的材料。〔6〕上部横梁处支座尺寸：高度75mm，宽45mm，厚15mm，材料为Q235钢。安装位置以根据上平台举升臂安装尺寸确定。两个支座距离与下部绞支座一样。2.6.5定位夹具的尺寸及材料确实定〔1〕定位夹具构造较为复杂，我们这里主要参照CAD二维草图来说明详细尺寸。所有构造尺寸如图2.11所示。图2.11夹具构造尺寸由于夹具高度可调，这里说明最低时H=240mm。定位夹具体的卡钳，圆柱螺栓，加强筋，坐板等均为45钢。因其需要随不同车宽而移动，所以只需要满足对称装配即可。其中控制卡钳移动的螺栓及垫片参照GB/T6712.1-2000采用公称直径M16，附加M16垫片，其长度L取105mm。2.6.6拉塔组件的尺寸及材料确实定〔1〕拉塔立柱选用的方管按GB/T3094-2000选择正方形截面方管，边长80mm，厚度8mm，整个长度取1200mm，材料45钢。拉塔立柱上焊接的定位块由高30mm，宽30mm，长40mm的钢块组成，材料Q235钢。支撑轴夹板厚20mm，材料Q235钢。销轴按标准规格取φ30，长度145mm，材料为40Cr。其构造尺寸如图2.12。图2.12拉塔构造尺寸〔2〕拉塔横梁采用正方形截面方管，边长70mm，厚8mm，长720mm，材料Q235钢。连接处对称焊接的钢板厚度分为20mm，25mm两处，其中从焊接端到横梁一端厚度为25mm，材料Q235钢。销轴与上节销轴尺寸一样，材料为40Cr。具体构造尺寸如图2.13。图2.13横梁处构造尺寸〔3〕横梁处两个液压缸位置绞支座的厚均为15mm，底坐板宽均为80mm，绞支座边缘与底板边缘对齐焊接，材料均为Q235钢。具体构造尺寸如图2.14。图2.14拉塔横梁构造尺寸〔4〕拉塔横梁与平台连接处各构造尺寸如图2.15。图2.15连接处构造尺寸①—主视图②—俯视图材料除横梁采用45钢外其余均为Q235钢。销轴直径均采用标准值φ20，垫片及开口销由直径参照手册确定。〔5〕拉链的选择厂家提供的直径10mm，外长50mm，外宽34mm，长度2.5m左右。钩子选择开口尺寸40mm左右的普通高强度拉链钩即可。挂圈为一个长180mm，宽150mm，厚度25mm的实心方形圈，连接链子处焊接一个厚15mm的小钢板即可，材料选为Q235钢。拉链与钩子及挂圈连接处销轴采用φ16标准值，长度70mm。材料由选购的厂家确定，这里不作详细介绍。2.6.7方凳及斜坡板凳的尺寸确定〔1〕方凳采用高400mm，长800mm。宽300mm的钢板及方管焊接组成。斜坡方凳坡长1000mm，也是由钢板及方管组成。二者材料均为Q235钢，其数量可根据实际需求选定，其余不作详细介绍。2.7设备各部件质量的估算及设计举升质量2.7.1计算拉塔组件的质量〔1〕经查方管规格表可知：宽为80mm，厚8mm的方管理论质量17.23kg/m。宽70mm，厚8mm的方管理论质量14.72kg/m。由此计算拉塔柱和拉塔横梁总质量G=1.2×17.23+0.72×14.72=31.2kg3094-2000选择材料为45钢，许用应力为600MPa，其所选规格在构造尺寸中已经写明。其剪力图及弯矩图如图3.15所示。图3.15内横梁的剪力图及弯矩图由前面的计算可知，举升至最高位置时举升臂对其作用力最大，FD*及FDy的合力为4100N×cos45°+18800N×cos45°≈16.2KN，也就是说此作用力并非垂直作用在横梁上。下面根据组合变形斜弯曲公式来计算其应力。由查规格表以选的方管对应参数惯性矩I*=49.29×，所以可得：叠加原理可知：＜600MPa，所以其强度合格。3.5.6定位夹具的强度校核由前面2.3.2节构介绍可知，夹具主要通过上端一对卡钳来承受载荷，汽车裙边支撑在卡钳上，每对卡钳承受四分之一的载荷，因此每个卡钳承受八分之一载荷。分析可知卡钳端面承受的是均布载荷，因卡钳底部焊接在平板上，故不考虑其*轴向的弯曲变形。查表知45钢弹性模量，其他尺寸参数见2.6.5。受力如图3.16所示。图3.16卡钳的受力图分析可知，卡钳的计算可以按照压杆稳定来计算，压感系数取µ=2。参照2.6.5将尺寸参数值代入如下公式得〔3.6〕因F=W/8=2.45KN，2.45KN＜194KN，所以强度合格。3.5.7定位夹具支撑横梁的强度校核由构造分析可知，支撑横梁其一端卡在平台上，相当于焊接固定在一起。其长度约为325mm的方管上套有夹具体，因夹具随着不同车宽需要做横向移动，所以横梁的受力点也不固定，这里假设其受力点在最外端处，材料为45钢，许用应力600MPa剪力图及弯矩图如图3.17所示。计算结果如下查方管规格表可知由dma*=40MPa＜600MPa，可知此横梁的强度合格。图3.17横梁的剪力图及弯矩图3.5.8拉塔的强度校核由拉塔的构造图可知，其受力位置及方向均不定，这里假设其作用力在拉塔柱中点位置，一端挂拉链处假设挂在最顶端，拉塔柱两端假设为活动绞支座。材料及尺寸前面第二章已经选择，45钢的许用应力为600MPa，。其剪力图及力矩图见图3.18所示。图3.18拉塔的剪力图及力矩图由已选的方管规格参数可得因为=430MPa＜600MPa，所以拉塔的强度合格。3.5.9拉塔处液压缸支撑销轴的强度校核由拉塔构造尺寸可知，由于两侧支撑销轴的的夹板厚度一共为40mm，则销轴的受力点之间距离为120mm，40Cr的许用应力为1000MPa。液压缸推力70KN。剪力图及弯矩图如图3.19所示。图3.19销轴的剪力图及力矩图参照前面的公式得经查材料表可知40Cr的抗拉强度为1000MPa，793MPa＜1000MPa，所以此销轴的强度符合设计要求。此最大应力仅在最低点举升的瞬间产生，所以其许用应力能够满足使用平安要求。根据构造分析可知，较短的销轴因为其两端均插在支撑孔中，中间处受力强度又很大，所以在其最大工作载荷情况下需要校核其剪切力的强度。下面是剪切力的强度校核。经查寻资料可知，剪应力一般约等于0.5~0.7倍的强度。则我们得到[]=0.6×1000MPa=600MPa因为36MPa＜[]=600MPa，则此销轴强度足够。由于本次设涉及的销轴量很大，而且材料及尺寸存在较小的差异，但是其强度相差很小，这里不再一一校核，其他销轴的选用均参照此处。3.6本章小结本章通过详细的计算及校核框架式汽车大梁校正仪的关键零部件,来确定其主要零件的受力情况，最终经过对相关尺寸的修正得到合理的结果。因为个别之处强度接近实际许用强度值，我们需要改变相关尺寸及材料，并且需要设计一定的加强稳定措施。本章还通过对各举升臂、主受力轴的受力分析与强度计算，来确定关于液压系统的选择。通过以上的计算与分析对以后的相关产品设计中关于尺寸参数的选择等关键因素提供了实际的参考价值，防止其因浪费材料而带来的本钱问题，其它剪式举升机相关的设计也可参考本次设计的相关内容，以此来优化设计的类似的产品，并且到达使用平安，节省本钱的目的。第4章校正仪液压系统的选择与计算4.1液压系统的选择4.1.1液压系统的介绍框架式汽车大梁校正仪的动力总成是由电控液压系统来组成的，其拉塔驱动处是气动液压系统。它需要其传递动力平稳、举升力大，构造紧凑等功能特点。液压系统主要由液压发生机构、液压执行机构、液压控制调节机构和辅助装置等四大局部组成。汽车举升机液压系统，除要求能在一定的*围内从汽车两侧将汽车同步举升和下降外，还要求其能使汽车在任意高度停顿并保持不动。以便不同身高的工人，在维修不同位置时可以任意调整高度，最方便的进展维修。因此，液压系统必须具有定位保持功能，本设计的电控液压系统恰好满足其平安的要求。另外，因举升的汽车的重量较大，一但液压控制系统出现故障，举升机的举升臂在汽车重力的作用下会迅速下滑，可能会对车下维修工人的生命平安造成威胁或者是其它零部件受损，举升机上面的汽车也有被摔坏的危险。所以，本设计采用了方凳及斜坡式方凳来让汽车先行驶置一定高度后再由举升系统对其举升至一定高度，这样在意外发生时可以使汽车车轮落在凳子上，防止因迅速下滑砸伤人。这样设计的的另一个优点是减少了对举升机构的使用磨损，同时可选择推力较小的液压缸系统，节省了一定的采购本钱。4.1.2液压系统的选型油缸是液压系统执行元件，也是举升机构的直接动力来源。通常油缸分为活塞式和浮拄式两类。活塞式为双向作用，其缸体长度大而伸缩长度小、使用油压低〔一般不超过16MPa〕。浮柱式为多级伸缩式油缸，一般有2～5个伸缩节，其构造紧凑，并具有短而粗、伸缩长度大、使用油压高〔可达35MPa〕，易于安装布置等优点。剪刀式举升机多采用活塞式液压缸，动力源直接输送。其中拉塔处的液压缸控制系统为气动，人工脚踏施力，方便灵活且平安可靠。本次设计两个举升机构处液压缸及拉塔处液压缸三者均采用HSG系列工程液压缸，其规格形式为单活塞杆双作用缓冲式液压缸，这种液压缸在工程机械中使用的最为普遍。液压缸具体型号经过计算来选择厂家所提供的相应型号为准。缸盖与缸体连接方式采用法兰连接，活塞杆用杆端内螺纹形式。液压系统的工作原理如图4.1所示，本设计的液压系统均为选购局部，这里不做详细的分析其工作原理。图4.1液压系统工作原理1.滤油器2.液压泵3.溢流阀4.三位四通电磁阀5.普通调速阀6.比例调速阀7.左升降缸8.右升降缸4.2液压系统的计算由上一章节的相关计算可知，两个举升液压缸的最大推力均为46.54KN，参照液压缸制造厂家的相关技术规格可知，HSG系列工程液压缸能满足本次设计要求的推力的型号最小为HSG※01-63/dE型〔最大推力49.87KN〕。为了保证其平安可靠性，及因长时间使用的消耗而降低其最大推力值，我们这里选用HSG※01-80/dE型，它的最大推力为80.42KN。4.2.1举升处液压缸行程的计算参照3.2.2计算可知：举升至最高点时L2=1420×cos45°=1004mm。由于初选L1=250mm，此时α=45°，设液压缸整体长度b1，根据余弦定理可得如下关系式。〔4.1〕解得b1=752.69mm根据图3.1所示的举升机的构造分析，在最低位置时因要求高度为230mm，L2=1420×cos7°=1409mm，求出α角度同理根据代入公式4.1可求得此时的液压缸长度b2约为471mm。由此可知液压缸行程要求为b1-b2=752.69mm-471mm≈282mm。参照液压缸的技术规格我们可以查得HSG※01-80/dE型的速比选择1.33即可，对应行程S≤8D=640mm。因为282mm＜640mm，所以所选规格符合设计要求。4.2.2举升处液压系统工作压力的计算由前面的计算及选型可知，缸径D=80mm，工作压力计算如下。因为HSG系列工程液压缸的最大工作压力为16MPa，这里所选用的两个举升液压缸均满足在规定*围内。4.2.3关于拉塔处液压系统的相关选择拉塔处液压缸的选用需要满足其最大工作推力的要求，因本次设计要求最大推力为70KN，则需要选用HSG系列中最大推力大于70KN的即可。因为要求其构造尺寸要小且由气动液压泵控制，所以其具体型号与HSG※01有所差异。在设计完成后可参考选购实际厂家销售的型号即可，这里不作详细介绍。关于溢流阀、节流阀、电动机功率、以及辅助装置的管道、油箱、过滤器及控制仪表等的选择，在HSG系列工程液压缸中厂家已经采用常规相应设计标准，适用于市场的使用要求，本章节不对其详细分析。4.3本章小结本章主要是针对液压系统的选择与计算做了详细的说明，液压系统并非本设计的内容*围内，主要是对其进展选择来满足使用要求即可。在举升装置中所用的电控液压系统是主要的选择设备之一，我们做了构造原理图的分析，并且通过计算来选择了HSG系列的具体型号。关于拉塔处的液压缸选择需满足其最大推力及设备尺寸要小等要求即可，其安装及操作较为简单，出现故障也好处理，本章节没有做详细介绍。总之在选择液压系统时为了其长久使用的可靠性，需要仔细计算后去选择质量好的产品。校正仪三维建模与整机装配5.1CATIA软件简介CATIA是法国达索公司的产品开发旗舰解决方案。作为PLM协同解决方案的一个重要组成局部，它可以帮助制造厂商设计他们未来的产品，并支持从工程前阶段、具体的设计、分析、模拟、组装到维护在内的全部工业设计流程。模块化的CATIA系列产品旨在满足客户在产品开发活动中的需要，包括风格和外型设计、机械设计、设备与系统工程、管理数字样机、机械加工、分析和模拟。CATIA系列产品已经在七大领域里成为首要的3D设计和模拟解决方案：汽车、航空航天、船舶制造、厂房设计、电力与电子、消费品和通用机械制造。CATIA具有在整个产品周期内的方便的修改能力，尤其是后期修改性，无论是实体建模还是曲面造型，由于CATIA提供了智能化的树构造，用户可方便快捷的对产品进展重复修改，即使是在设计的最后阶段需要做重大的修改，或者是对原有方案的更新换代，对于CATIA来说，都是非常容易的事。一个产品仅有设计是不够的，还必须制造出来。CATIA擅长为棱柱和工具零件作2D/3D关联，分析和NC；CATIA规程驱动的混合建模方案保证高速生产和组装精细产品，如机床，医疗器械、胶印机钟表及工厂设备等均能作到一次成功。CATIA的各个模块基于统一的数据平台，因此CATIA的各个模块存在着真正的全相关性，三维模型的修改，能完全表达在二维，以及有限元分析，模具和数控加工的程序中。CATIA提供的多模型的工作环境及混合建模方式，使得并行工程设计模式已不再是新鲜的概念，总体设计部门只要将根本的构造尺寸发放出去，各分系统的人员便可开场工作，既可协同工作，由于模型之间的互相联结性，使得上游设计结果可做为下游的参考，同时上游对设计的修改能直接影响到下游工作的刷新。实现真正的并行工程设计环境。CATIA提供了完备的设计能力：从产品的概念设计到最终产品的形成，以其准确可靠的解决方案提供了完整的2D、3D、参数化混合建模及数据管理手段，从单个零件的设计到最终电子样机的建立；同时，作为一个完全集成化的软件系统，CATIA将机械设计，工程分析及仿真，数控加工和CATweb网络应用解决方案有机的结合在一起，为用户提供严密的无纸工作环境，特别是CATIA中的针对汽车、摩托车业的专用模块,使CATIA拥有了最宽广的专业覆盖面，从而帮助客户到达缩短设计生产周期、不断提高产品质量及降低费用的目的。5.2利用CATIA进展三维建模CAITA是基于草图特征的三维建模软件，CATIA通过对三维实体的准确建模及装配来生成最终的产品。CAITA中装配的模型的构造是由各种特征来组合生成的，零件的设计过程就是特征的累积过程。下面对主要零部件做详细的建模过程分析，因其尺寸较多在步骤中不作详细说明。绘图时参照如图5.0所示工具。图5.0主要建模工具5.2.1底坐板的建立底座板为凸台特征和凹槽特征的合成，建立方法先使用CATIA凸台命令，然后进展凹槽命令即可。具体步骤如下。第一步：新建>零件>输入文件名>进入零件模式，然后选择*Y面为草绘面>绘制草图>退出工作台>选择凸台命令，拉伸厚度取12mm〔系统默认单位mm〕。第二步：选择底板上平面进入草绘>绘制草图>退出工作台>选择凹槽命令>凹槽限制尺寸选择12mm或者“直到到最后〞>单击确定，颜色修改属性。其建模如图5.1和5.2。图5.1草绘过程图图5.2完成的效果图5.2.2举升臂的建立举升臂为钢板型材，建立方法使用凸台命令，然后使用凹槽命令。第一步：新建>零件>输入文件名>进入零件模式，然后选择*Y面为草绘面>绘制草图>退出工作台>凸台命令，拉伸厚度18mm。第二步：选择举升臂上平面进入草绘>绘制孔的草图>退出工作台>选择凹槽命令>凹槽限制方向的尺寸填入18mm或者“直到到最后〞>单击确定。建模后如图5.3和5.4所示。图5.3举升臂凹槽的图形图5.4完成的效果图5.2.3液压缸支承轴的建立液压缸支撑轴为旋转体或者是凸台均可以，这里依然使用凸台命令，及凹槽命令。第一步：新建>零件>输入文件名>进入零件模式，然后选择*Y面为草绘面>绘制草图>退出工作台>凸台命令>拉伸厚度10mm>单击确定。见图5.5所示。图5.5第一步效果图第二步：选择轴端平面进入草绘>绘制轴的草图>退出工作台>选择凸台命令>凸台拉伸尺寸选择634mm>单击确定。第三步：创立定义平面，点击创立平面>选择曲面的切线>选择轴的曲面>单击完成，然后选择此面单击草绘命令>绘制孔的草图>退出工作台>点击凹槽命令>限制方向一选择“直到最后〞>单击确定。整体效果图如图5.6所示。图5.6最终效果图5.2.4上平台的建立上平台主要由一个钢板及内贴槽型钢焊接而成，分为凸台命令和抽壳命令。第一步：新建>零件>输入文件名>进入零件模式，然后选择*Y面为草绘面>绘制草图>退出工作台>凸台命令>限制方向厚度输入90mm>单击确定。如图5.7所示。图5.7平台钢板效果图第二步：新建>零件>输入文件名>进入零件模式，然后选择*Y面为草绘面>绘制草图>退出工作台>凸台命令，限制方向厚度50mm，然后点击抽壳命令>选择实体两个侧面为去除面>分别输入不同的厚度值>单击确定。如图5.8所示。图5.8平台槽型钢效果图5.2.5夹具的建立夹具体构造较为复杂，下面依次对其进展建模，期间用到了复杂的特征。1.夹具底部主体的建立第一步：新建>零件>输入文件名>进入零件模式，然后选择*Y面为草绘面>绘制底柱钢板草图>退出工作台>凸台命令，限制方向厚度15mm，然后选择钢板平面进入草绘>绘制圆柱草图>退出工作台>凸台命令>输入限制方向长度为90mm>单击确定。第二步：选择模块中的螺纹功能>点击螺柱顶端面>选择盲孔>输入直径30mm，深度45mm>单击确定。第三步：选择加强筋命令>绘制轮廓线>退出工作台>输入限制厚度20mm>单击完成>选择刚建立的加强筋特征>单击圆弧阵列模块>选择实例和角度间距>输入实例值4，角度360°>选择圆柱为轴线>单击确定。见图5.9所示。图5.9夹具底柱效果图2.夹具上支撑体的建立第一步：新建>零件>输入文件名>进入零件模式，然后选择*Y面为草绘面>绘制放置卡钳的钢板草图>退出工作台>凸台命令>限制方向厚度15mm>单击确定，然后在钢板平面上绘制两个凹槽，方法与前面的一样。第二步：选择第四步的钢板平面进入草绘界面>绘制螺栓住草图>退出工作台>凸台命令>输入限制长度35mm>单击确定。效果如图5.10所示。图5.10夹具上支撑体效果图3.夹具上伸缩螺旋柱的建立第一步：新建>零件>输入文件名>进入零件模式，然后选择*Y面为草绘面>绘制圆柱体草图>退出工作台>旋转命令>选择草图与轴线>单击确定。第二步：选择螺旋柱上平面单击草绘>绘制凹槽圆>退出工作台>点击凹槽命令>输入限制深度35mm>单击确定。第三步：单击创立点命令>确定点的位置>进入曲面设计界面>选择绘制螺旋线>返回零件设计界面>绘制齿牙形状>退出工作台>单击开槽特征>选择轮廓线和轨迹线>单击确定。效果见图5.11所示。图5.11夹具伸缩螺旋柱效果图5.2.6拉塔柱的建立第一步：新建>零件>输入文件名>进入零件模式，然后选择*Y面为草绘面>绘制方管草图>退出工作台>凸台命令>限制方向长度输入1200mm>单击确定。第二步：选择方管的一个面单击草绘>绘制挡块草图>退出工作台>单击凸台命令>拉伸限制长度40mm>单击确定，然后选择挡块>单击插入矩形阵列>输入参数>单击确定。第三步：选择拉塔柱侧面>绘制孔的草图>退出工作台>单击凹槽命令>限制深度选择“直到最后〞>单击确定。整体效果见图5.12所示。图5.12拉塔效果图5.3整机装配下面我们将把利用CATIA已经建好的所有框架式汽车大梁校正仪的三维零件实体导入装配模式进展整机虚拟装配。这期间需要使用众多约束及实例化等功能，并且需要及时作出对二维零件的修改及三维零件整体效果的渲染处理，下面的章节来做具体的装配过程介绍。5.3.1CATIA装配功能概述装配是零件形成组件的过程，其实是通过CATIA指定零件间位置的过程。通过指定零件间的约束，确定零件的装配位置关系来完成装配图。利用CATIA软件我们可以方便的进展约束，并且它可以及时的发现过度约束，欠约束等特征提示。CATIA还可以在已经装配的零件之间重新定义，或者是将零件的属性进展更改，比方更改颜色，透明度等。同时为了防止一样零件的屡次使用而需要的重复建模问题，CATIA提供了快速实例化功能，以及镜像一样零件等功能。其工具栏模块可以随处移动，方便了用户的使用。关于约束我们从设计三维零件界面时可知，它的坐标是*，Y，Z三个方向，当引入装配界面后，我们可以根据其位置来确定需要往哪个方向移动或者旋转，以便准确进展其他约束。CATIA中的约束主要有：相合约束，角度约束，距离约束，固定约束，固联约束，智能移动〔*，Y，Z三个方向〕等。5.3.2装配的CATIA零件图1.大梁校正仪底座作为整个大梁校正仪的根底，需要固定约束。如图5.13所示。图5.13底板2.滑道组件利用尺寸约束在底板上即可，同时镜像至另一边。如图5.14和5.15所示。图5.14滑道角钢图5.15滑道加厚板3.固定绞支座及挡块作为举升臂，液压缸的连接座，需要约束在底板上。如图5.16和5.17所示。图5.16固定绞支座图5.17挡块4.两侧举升臂用相合约束将其轴线与绞支座同轴，其他位置先暂时不约束。如图5.18所示。图5.18两侧举升臂5.上平台组件利用尺寸约束，把平台钢板与底板的距离约束后，约束槽钢壁与钢板内壁相合。如图5.19和5.20所示。图5.19平台钢板图5.20平台槽型钢内壁6.内外横梁方管约束内横梁与平台槽型钢壁两面相合，即到两端距离为零。然后实例化至另一端，约束二者的各个相对距离。外横梁约束后需要实例化三个，约束方法与第一个一样。如图5.21和5.22所示。图5.21内横梁图5.22外支撑梁7.内横梁上支座约束其与横梁的位置及每个之间的距离，然后快速实例化另三个，实例化后的约束方法与第一个一样。如图5.23所示。图5.23上部固定绞支座8.销轴，垫片，开口销及轴承等此处零件全部约束与其配合的零件的轴线相合。如图5.24所示。图5.24组件①—销轴②—开口销③—垫片④—轴承9.液压缸支承轴轴与举升臂孔轴线相合。两端与举升臂距离约束。如图5.25所示。图5.25液压缸支承轴10.液压缸支撑轴的套筒与轴轴线相合，两端与举升臂距离约束。如图5.26所示。图5.26轴的套筒11.夹具组件夹具体带有轴线的的零件均使用轴线相合约束，其约束完毕后整体采用固联。如图5.27所示。图5.27夹具组件①—夹具底柱②—夹具上壁板③—夹具螺栓柱④—滑动卡钳⑤—螺栓⑥—螺母⑦—夹具套管⑧—固定卡钳12.液压系统活塞杆与支承轴轴线相合，底端约束进缸体中，缸体底端与固定绞支座轴线相合。如图5.28所示。图5.28液压系统①—活塞杆②—液压缸13.卡钳、支板等组件使用距离及相合约束依次完成期间的位置关系。如图5.29所示。图5.29组件①—托盘②—卡钳③—横板④—插销⑤—立板14.拉塔处组件使用距离约束及相合约束依次完成期间的位置关系。其拉钩与链子之间通过智能移动进去即可，没有固定的位置关系。如图5.30和5.31所示。图5.30拉塔组件①—钩子②—液压系统③—固定支座④—链子⑤—夹板图5.31拉塔组件①—挂圈②—销轴③—插销④—卡钳15.拉塔柱与拉塔横梁二者的销轴孔约束同轴，横梁一端将其他的孔需要用相合约束及距离约束把销轴约束进去即可。如图5.32和5.33所示。图5.32拉塔横梁图5.33拉塔柱16.方凳及斜坡凳斜坡凳及方凳的底面均约束与底板在同一平面,同理实例化方凳5个。如图5.34及5.35所示。图5.34斜坡凳图5.35方凳5.3.3CATIA整机装配图及爆炸图CATIA的整机装配中用到的约束主要分为：相合约束，角度约束，距离约束，固定约束，固联约束，智能移动〔*，Y，Z三个方向〕等几种。在涉及轴孔的连接时，我们主要用到相合命令，选择二者的轴线相合即可。在同时涉及面与面的距离约束时，我们采用距离约束，选择两个面后输入距离值。在连接每个零件时，我们还会用到角度约束，同理选择要约束的对象后输入角度值。由于三维建模的零件在整个框架式汽车大梁校正仪中有很多是一样的，需要重复使用，这里就需要使用快速实例化命令。开场时我们首先是建好所有不同的零件，接下来翻开CATIA选择装配功能，新建一个装配件文件，然后依次导入每个零件，逐渐按顺序装配。在生成爆炸图时点击自由分解命令，系统会自行分解所以零件，但是可以按照智能移动来放置理想的位置。下面是关于模块的截图，如图5.37所示。本次设计的装配主要用到上段中所提到的约束功能。下面来简述一下具体的操作：首先我们将底板采用固定约束在空间，然后把滑道及固定铰支座等用距离约束在底板上。接下来在将举升臂的孔先与绞支座的孔的轴线相合，然后把上平台相对底板固定住。其次再把横梁等零件与上平台用距离约束住，把铰支座等约束在横梁上，这样就可以利用轴线相合完全的固定住举升臂了。当举升臂固定后，再将液压缸支承轴与举升臂的中间孔采用相合约束，然后将液压缸一端与底板上的固定铰支座的孔轴线相合，左右间隙距离用距离约束，液压缸的另一端活塞杆与轴相合，这样液压系统就安装完毕了。最后我们来安装拉塔组件，首先要将拉塔处与上平台连接的卡钳及托盘用距离约束住，再把横梁与平台之间的连接件约束在一起，把插销等用轴线相合插进去，然后再把固定铰支座及液压缸系统固定在横梁上，最后把拉塔柱导入装配界面，与横梁用角度及距离约束在一起即可。〔1〕其整机装配图如图5.36所示。图5.36整机装配〔2〕CATIA的爆炸模式是为了清晰地表达所有零部件，其建立爆炸图的方式分为自定义及默认自由爆炸模式等几种，本设计采用默认的自由分解模式，然后通过自由移动各零件来安排合理的视图效果。如图5.37所示。图5.37整机爆炸图5.4本章小结本章首先通过CATIA对框架式大梁校正仪各零件进展三维建模，其中一样的零件不必重复建立。期间利用了凸台，旋转，创立面，凹槽，肋，曲面螺纹等命令特征，并进展属性渲染，已到达视觉的美感。然后将所建的零件模型利用相合约束、智能移动，偏移距离约束，角度约束，固联等，及快速实例化等复制特征进展整机的装配。装配完成后把所有约束及坐标面等符号标识隐藏，这样可清晰的看见整机装配后的实体。通过在CATIA界面的截图希望能更好的表达相关图形。第6章校正仪主要零部件有限元分析6.1ANSYS有限元分析软件介绍ANSYS是一种应用广泛的通用有限元工程分析软件。开发初期时为了应用与电力工业，现在其功能已经广泛应用于航空、电子、汽车、土木工程等各个领域，能够满足各行业有限元分析的需要。ANSYS有限元分析软件包括三个模块：前处理模块、分析计算模块、和后处理模块。功能完备预处理器和后处理器〔又称与处理模块和后处理模块〕使ANSYS具有多种多样的分析能力，包括简单的线性静态分析到复杂的非线性动态分析。可用来求构造、流体、电力、电磁场及碰撞等问题的解答。它还包括优化、估计分析等模块将有限元分析、计算机图形学和优化技术相结合，已成为解决现代工程学问题必不可少的工具。6.2ANSYS与CATIA接口的建立通过ANSYS对主要零部件的有限元分析时，需要把在CATIA中建的三维零件导入ANSYS中进展受理及变形分析。所以我们需要在二者之间建立连接接口。由于目前软件之间的接口建立问题一直比拟复杂，其中三维设计软件Pro/E与ANSYS之间的接口建立技术最为成熟。但是CATIA与ANSYS之间的接口即使建立了再导入后也会丧失很多特征，所以为了准确的分析零部件，我们将CATIA中建好的零件另存为IGS格式，然后用Pro/E软件将其翻开，这样就可以把Pro/E中的零件导入ANSYS进展分析〔这里所做的零件间导入均默认单位mm〕。下面是对其具体操作的图解，单击开场命令依次找到相关选项。如图6.1所示。图6.1开场命令找到相关选项后，点击ANS-ADMIN图标，会出现下列图6.2所示的选项框，选择第一项后单击OK。图6.2第二步命令单击OK选项后出现如下命令图框6.3，勾选倒数第二项后，单击OK完成创立。图6.3完成图上述步骤完成后我们就可以去Pro/E中找到已经建好的接口。如图6.4所示。图6.4接口建立完毕把事先导入Pro/E中的CATIA零件翻开后，单击第二项ANSYSGeom即可翻开ANSYS进入界面，此时零件已经进入ANSYS中。6.3利用ANSYS对主要零部件进展分析本次设计主要针对主要零部件进展有限元分析，包括举升臂，拉塔，定位夹具，液压缸支承轴四个零件。在分析中为了便于网格划分，我们忽略了一些对整体受力分析影响很小的特征。下面来进展具体的操作及结果的分析。6.3.1定位夹具卡钳的有限元分析由前面的受力分析可知，夹具体主要的受力在卡钳上，因其直接承受汽车载荷。我们这里单独拿出来进展有限元分析。如图6.5所示。1.定义属性单元属性主要包括：单元类型、实常数、材料常数。典型的实常数包括：厚度、横截面积、高度、梁的惯性矩等。材料属性主要包括：弹性模量、泊松比以及材料密度等。图6.5卡钳的受力图零件进入ANSYS界面后，在左侧命令栏里进展如下操作：〔1〕Preferences/Structural；〔2〕Preprocessor/ElementType/ADDEditDelete/LibraryofElementTypes第一对话框选择StructuralSolid，第二对话框选择Tet10node187；〔3〕Preprocessor/MaterialProps/MaterialModels/Structural/Linear/Elastic/Isotropic/输入E*(弹性模量)值，输入PR*Y(泊松比)值。卡钳材料为45钢，弹性模量2.09e11Pa，泊松比0.269，抗拉强度600MPa。ANSYS为用户提供了两种常用的网格划分类型：自由和映射。自由划分表达在没有特定的准则，对单元形状无限制，生成的单元不规则，根本适用于所有的模型。本设计中主要采用自由网格划分，轴模型自由划分可采用以下途径划分网格。Meshing/MeshTool选中SmartSize复选框〔精度设为3〕，单击Mesh/PickAll。网格划分后的有限元模型如图6.6所示，有限元模型中共有个1727单元，890个节点。图6.6网格的划分3.加载求解对夹具卡钳构造分析时我们进展面力分析，即加的为外表载荷。加载步骤如下:〔1〕Solution/AnalysisType/NewAnalysis/Static；〔2〕Solution/DefineLoads/Apply/Structural/Displacement/OnAreas；选择卡钳底端面固定约束；Solution/DefineLoads/Apply/Structural/Pressure/Onareas卡钳上端面/输入加载压强的大小〔注意方向〕，受力输入的为F产生的压强值〔4〕求解Solve/CurrentLS/Ok/Close。加载及约束如图6.7所示。图6.7卡钳的加载及约束①—加载面②—约束面4.查看结果及分析〔1〕查看变形结果：GeneralPostProc/PlotResults/DeformedShape/Ok；〔PlotCtrls/Animate/DeformedShape/Ok，可直接察卡钳的变形情况)GeneralPostProc/PlotResults/PlotResults/ContourPlot/NodalSolu/DOFSolution，*YZ各方向总变形如面6.7所示。图6.8总位移变形图图6.9至6.12是*YZ方向位移及总变形量图。图6.9*方向变形图6.10Y方向变形图6.11Z方向变形图6.12总变形变形量分析：从上图中可以看出*方向的最大变形量为0.134E-09mm，Y方向0.160E-09mm，Z方向最大为0.230E-08mm，总方向最大变形为0.273E-08mm。可见固定卡钳的变形量主要为Y方向的变形。且变形量0.160E-09很小，充分满足刚度要求。〔2〕查看应力结果：GeneralPostProc/PlotResults/ContourPlot/NodalSolu/Stress/S*(*方向应力)、SY〔Y方向应力〕、SZ〔Z方向应力〕、SEQV〔综合应力〕，如图6.13至6.16所示。图6.13*方向应力状况图6.14Y方向应力状况图6.15Z方向应力状况图6.16综合应力状况应力结果分析：数值显示，蓝色部位应力值最小，红色部位应力值最大。*方向最大应力为1.105MPa，Y方向最大应力1.256MPa，Z方向最大应力为0.440MPa，综合应力最大值为6.501MPa，发生在卡钳上端面中间处，且远小于许用应力600MPa。无论是单个方向的最大应力，还是综合应力值均充分满足强度要求。通过有限元分析可知，我们所设计的夹具卡钳尺寸及选用的材料均符合要求。6.3.2液压缸支撑轴的有限元分析由上一节关于定义属性及网格划分的详细步骤已经做了介绍，以下的小节中就不再重复一样步骤。轴的受力这里主要是简化其受力情况，假设轴的两端固定，在距一端分别为120mm的点处有液压缸力的作用，如图6.17所示。图6.17轴的受力1.定义属性定义步骤与6.3.1的一样，这里不重复介绍。此处选择StructuralSolid及Tet10node187，输入E*(弹性模量)值，输入PR*Y(泊松比)值。轴的材料我们选用40Cr，其中弹性模量为2.11E11Pa，泊松比0.277，抗拉强度为1000MPa。2.网格划分网格的划分步骤与6.3.1一样〔精度设为3〕。如图6.18所示卡钳的网格划分，有限元模型中共有个11914个单元，7318个节点。图6.18网格划分3.加载求解对轴的构造分析时我们进展面力分析，即加的为外表载荷，其受力面为圆柱面的一半局部，两端处约束。加载步骤不再重复，参照6.3.1。输入F产生的压强值约束及加载如图6.19所示。①、④—约束面②、③—加载面图6.19轴的约束及载荷4.查看结果及分析〔1〕查看变形结果的步骤与6.3.1一样，*YZ方向的总变形如面6.20所示。图6.20轴的总变形量图6.21至6.24是*YZ方向位移及总变形量图。图6.21*方向变形图6.22Y方向变形图6.23Z方向变形图6.24总变形量变形量分析：从图中可以看出*方向的最大变形量为0.004292mm，Y方向0.887908mm，Z方向最大为0.100041mm，总方向最大变形为0.887908mm总方向变形量与Y方一样，可见轴的变形主要为Y方向变形。变形量0.887908mm很小，充分满足对轴的刚度要求。〔2〕查看应力结果的步骤与6.3.1一样，*YZ方向的应力如图6.25至6.28的表示情况。图6.25*方向应力状况图6.26Y方向应力状况图6.27Z方向应力状况图6.28综合应力状况应力结果分析：数值显示，蓝色部位应力值最小，红色部位应力值最大。*方向最大应力为112MPa，Y方向最大应力81.5MPa，Z方向最大应力为374MPa，综合应力最大值为424MPa，发生在接近轴的两端处。无论是单个方向的最大应力，还是综合应力值均小于40Cr许用应力1000MPa，充分满足强度要求。通过有限元分析可知，我们所设计的轴尺寸及选用的材料均符合要求。6.3.3举升臂的有限元分析参照上面不对其进展详细说明，分析时假设两端固定，中间孔面为受力面，当举升臂在最低点处时〔α=12°〕受力最大进展分析。受力如图6.29所示。图6.29举升臂的受力1.定义属性同理具体步骤与6.3.1一样，选择StructuralSolid，Tet10node187，输入E*(弹性模量)值，输入PR*Y(泊松比)值。举升臂的材料我们选用45钢，45钢的材料属性与6.3.1一样。2.网格划分后的结果网格的划分步骤与6.3.1一样〔精度设为3〕。如图6.30所示，有限元模型中共有个8135个单元，4341个节点。图6.30网格的划分3.加载求解对举升臂同理我们进展加外表载荷，其受力面为孔面的一半局部，两端处约束，加载步骤与6.3.1一样。计算其压强值为约束及加载如图6.31所示。图6.31加载及约束①、③—约束面②—加载面4.查看结果及分析〔1〕查看*YZ方向总变形如图6.32所示。图6.32举升臂总变形量图6.33至6.36是*YZ方向位移及总变形量图。6.33*方向变形6.34Y方向变形6.35Z方向变形6.36总变形量变形量分析：从图中可以看出*方向的最大变形量为0.008077mm，Y方向0.179215mm，Z方向最大为0.002569mm，总方向最大变形为2.328mm，因此处最大受力仅在举升的一瞬间,而且举升臂的变形量很小，充分满足刚度要求。〔2〕查看应力结果步骤与6.3.1一样，如图6.37至6.40的表示情况。6.37*方向应力状况6.38Y方向应力状况6.39Z方向应力状况6.40综合应力状况应力结果分析：数值显示，蓝色部位应力值最小，红色部位应力值最大。*方向最大应力为95.7MPa，Y方向最大应力256MPa，Z方向最大应力为50.7MPa，综合应力最大值为295MPa，发生在中间孔处。无论是单个方向的最大应力，还是综合应力值均小于45钢许用应力600MPa。充分满足强度要求。通过有限元分析所设计的举升臂的尺寸及选用的材料均符合要求。6.3.4拉塔柱的有限元分析参照上面不对其进展详细说明，分析时假设拉塔两端面固定，中间处受力，当拉塔承受最大推力时进展分析。受力如图6.41所示。6．41拉塔的受力1.定义属性定义属性的步骤与6.3.1一样。这里选择StructuralSolid，Tet4node182，输入E*(弹性模量)值，输入PR*Y(泊松比)值。拉塔柱的材料我们选用45钢，45钢的材料属性与6.3.1的一样。2.网格划分后的结果网格的划分与6.3.1步骤一样〔精度设为3〕。如图6.42所示拉塔的网格划分，有限元模型中共有个16767个单元，8325个节点。图6.42网格划分3.加载求解对拉塔的构造分析时我们进展面力分析，即加的为外表载荷，其受力面为管上面的局部，两端处约束。加载步骤与6.3.1一样。输入F产生的压强值约束及加载如图6.43所示。图6.43约束及加载①、⑤—约束面②、③、④—加载面4.查看结果及分析〔1〕查看*YZ方向总变形如图6.44所示。图6.44总变形量图6.45至6.48是*YZ方向位移及总变形量图。图6.45*方向变形图6.46Y方向变形图6.47Z方向变形图6.48总变形量变形量分析：从图中可以看出*方向的最大变形量为2.005mm，Y方向0.063937mm，Z方向最大为0.158056mm，总的最大变形为2.005mm且主要在*方向，因此处最大受力仅在一瞬间，且因拉塔柱的变形量很小，充分满足刚度要求。〔2〕查看应力结果步骤与6.3.1一样，如下图。图6.49*方向应力状况图6.50Y方向应力状况图6.51Z方向应力状况图6.52综合应力状况应力结果分析：数值显示，蓝色部位应力值最小，红色部位应力值最大。*方向最大应力为164MPa，Y方向最大应力370MPa，Z方向最大应力为455MPa，综合应力最大值为445MPa，发生在钢管中间位置。无论是单个方向的最大应力，还是综合应力值均小于45钢许用应力600MPa，且此处加载的情况属于极限状态。所以拉塔柱的尺寸及选用的材料均符合要求。6.4本章小结本章的主要内容就是首先建好CATIA与ANSYS的接口，由此来进展对主要零件有限元的分析。在利用ANSYS对框架式汽车大梁校正仪的几个主要零部件进展有限元分析时，通过设定参数及相关操作步骤来完成主要设计要求的内容，明确零件在工况下的强度及刚度是否合格，并且经过详细的截图来说明实际的位移及应力参数值。最后与实际许用值进展比拟分析。经过有限元分析，本次设计的主要零件在受力强度及刚度要求等方面均符合设计要求，可以投入到生产实际当中。结论关于框架式汽车大梁校正仪的设计，本产品参照了目前市场上销售较好的此类产品，同时根据常见车型的相关参数设计相关尺寸等参数。框架式汽车大梁校正仪操作方便，占地空间较小，容易维修，受到众多中小维修企业的欢送，适合我国目前汽车市场的现状和开展趋势，在我国及欧洲市场将有着广阔的开展前景，为一些小型事故碰撞解决修复问题。由于在我国利用计算机CAD/CAE技术对举升机等维修设备的研究起步较晚，一般在90年代初才刚刚开场有产品面试。因此，针对市场目前的状况对大梁校正仪的研究很有实际意义。框架式汽车大梁校正仪的设计主要完成了以下工作：〔1〕通过计算举升机构、定位夹具、拉塔构造及上下平台的尺寸，然后画出二维构造装配图及零件图；〔2〕对内外侧举升臂、拉塔处销轴、液压缸支撑轴、拉塔柱、夹具卡钳等进展受力分析计算，通过详细的计算及更改相关尺寸及材料，最终产品的主要零部件强度校核均符合要求；〔3〕利用CATIA对其所有零部件进展三维建模，并进展渲染；〔4〕利用ANSYS有限元软件对举升臂，定位夹具，拉塔柱，液压缸支撑轴进展有限元分析，经过详细分析以后，我们得到了相关的位移量变形，应力大小等相关数据，最终结果说明本次设计的主要零部件均符合强度要求；〔5〕经过分析有限元分析合格后，我们利用CATIA软件对其整个零部件进展虚拟装配，通过使用相关约束、实例化及智能移动等来完成最终装配体，最后在对其进展爆炸分解；〔6〕把CATIA中建好的装配图及分解后