【正文】 比如 Pro/E。憑借 GSD 和 FSS， CATIA 曲面功能已經(jīng)超越了所有 CAD 軟件，甚至同為汽車行業(yè)競爭對手的 UG NX。目前只有純造型軟件，比如 Alias, Rinho 可以達到這個高度，卻達不到 CATIA 的高精度。 Surface Reconstruction 快速曲面重構(gòu)，根據(jù)輸入的點云數(shù)據(jù)或者 mesh 以后的小三角片體，提供各種方式生成曲線，以供曲面造型，完全非參。 Shape 可以像捏橡皮泥一樣拖動，凸臺，扭轉(zhuǎn)產(chǎn)品外形、增加“橡皮泥塊”等方式以達到理想的設(shè)計外形。經(jīng)過 80 多年的發(fā)展，到今天裝載機已經(jīng)成為一種必不可少的工程用具。 通常在對輪式裝載機的工作裝置進行機構(gòu)分析時一般采用圖解法或解析法，采用圖解法精度較低，使用解析 法計算又很復(fù)雜，因此一般只對幾個作業(yè)位置進行分析計算，難以了解全部工況的作業(yè)性能及負荷變化。為能夠方便的解決在產(chǎn)品設(shè)計階段中運動構(gòu)件在運動過程中的運動協(xié)調(diào)關(guān)系、運動范圍設(shè)計、可能的運動干涉檢查等問題找到一個切實可行的新方法。 10 第 2 章 小型裝載機工作裝置的結(jié)構(gòu)及參數(shù)的確定 為設(shè)計小型裝載機工作裝置的虛擬樣機，必須對工作裝置進行機構(gòu)設(shè)計， 通過力學(xué)分析確定部分參數(shù)，為工作裝置虛擬樣機應(yīng)力分析提供理論依據(jù)。工作裝置動臂的一端鉸接在車架上， 一端鉸接鏟斗利用轉(zhuǎn)斗油缸通過搖臂和連桿可使鏟斗翻轉(zhuǎn)，利用動臂油缸可使動臂繞鉸點旋轉(zhuǎn)，以舉升、放下鏟斗，完成裝載作業(yè)。鏟斗用以鏟裝物料；動臂和動臂油缸的作 用是提升鏟斗并使之與車架連接；鏟斗油缸通過搖臂 —— 連桿使鏟斗轉(zhuǎn)動。 如果考慮土壤的安息角，動臂從地面鏟掘位置提升到運輸位置階段，則希望鏟斗收斗要快些；動臂從運輸位置升到上限位置階段，則希望鏟斗保持平移。 3） 掘起力：希望掘鏟力大，且鏟掘是掘起力變化規(guī)律符合工作要求。 7） 自動平放：從高位直到最低位置時，顫抖能自動插入物料狀態(tài)。對于小型裝載機工作裝置，由于經(jīng)濟性限制，鏟斗的自動放平性主要在設(shè)計階段完成，即通過合理確定連桿的桿長比例力求解決。因為裝載機很少在低位卸料。 11） 工作裝置的動力性就是鏟斗處于地面鏟掘位置時，工作裝置應(yīng)有較高的力傳動比，以保證有較大的掘起力。 (2)選取工作裝置受力最大的典型工況，確定外載荷 (3)對工作裝置進行受力分析。(2)非對稱受載情況，由于鏟斗偏鏟、料堆密實程度不均，使載荷偏于鏟斗一側(cè)形成偏載情況，通常將其簡化成集中載荷作用在鏟斗最邊的斗齒上。 (3)鏟斗邊插入邊轉(zhuǎn)斗或邊插入邊提升動臂鏟掘時，此時認為水平力與垂直力同時作用在鏟斗的切削刃上。發(fā)動機至驅(qū)動輪之間的頭檔總傳動比；對于液力機械傳動應(yīng)，包括變距器的變距系數(shù) k； ne 傳 動 效 率 ； 對 液 力 機 械 應(yīng) 包 括 變 矩 器 效 率 ； rk 4 水平偏載的工況 5 垂直偏載的工況 6 水平偏載與垂直偏載同時作用的工況 后三種典型工況的力的計算方法同前，所不同的是僅力作用點假設(shè)作用在鏟斗邊齒尖上。裝載機重心至后輪軸線的水平距離； L3 16 工作裝置是一個受力比較復(fù)雜的空間超靜定結(jié)構(gòu)，在國內(nèi)，目前還是用簡化辦法，把空間超靜定系統(tǒng)簡化為平面靜定系統(tǒng)來計算，并輔以測試手段加以校核驗證 。其上作用的載荷為 : Rxa = a+bb Rx ； Rxb = Rx ? Rxa 和 Rya = a+bb Ry Ryb = Ry ?Rya 。 根據(jù)上面的假定及分析，就能夠?qū)⒐ぷ餮b置這樣一個復(fù)雜的空間超靜定結(jié)構(gòu)簡化為平面問題進行受力計算。一種是油缸推動機構(gòu)運動時的作用力稱為主動作用力 (簡稱工作力或作用力 )，其最大值決定于液壓系統(tǒng)的工作壓力和油缸直徑 (活塞作用面積 )；另一種是工作裝置工作時作用于閉鎖狀態(tài)下油 19 缸上的作用力，稱為被動作用力，其最大值取決于液壓系統(tǒng)過載閥的壓力值和承載活塞面積。 油缸作用力的分析與確定是裝載機設(shè)計中的重要內(nèi)容之一。 鏟起力的確定 裝載機的最大鏟起力受其穩(wěn)定條件限制，在一般情況下，由圖 23(b)所示的縱向穩(wěn)定條件計算，即 Ng = Ry = Gl1l (220) 式中 G 裝 載 機 重 心 到 前 輪 與 地 面 接 觸 點 的 水 平 距 離 L裝載機的最大鏟起力 轉(zhuǎn)斗油缸作用力的確定 分別取鏟斗、連桿、搖臂為分離體如圖 26(a)所示，根據(jù)其平衡方程式可以確定轉(zhuǎn)斗油缸的作用力 Pd即： 由鏟斗靜力平街方程式 : ∑MB = 0 Pc = PF = l6l5Ng + l7l5GK (221) 由搖臂靜力平衡方程式 : ∑MG = 0 pE = l4l6l3l5Ng + l4l7l3l5GK (222) 考慮到連桿機構(gòu)傳動中的摩捺損失，轉(zhuǎn)斗油缸作用力 Pd計算如下 : Pd = 12K1PE = K1l42l3l5(l6Ng +l7GK) (223) 式中 GK 動 臂 自 重 ； K2 表 22 轉(zhuǎn)斗油缸、動臂油缸作用力確定時的各符號的物理意義 22 小結(jié) 對裝載機的工作裝置進行了受力分析和計算，為裝載機的工作裝置虛擬樣機分析提供了可靠的理論依據(jù)，為工作裝置動態(tài)載荷加載及有限元分析提供了理論基礎(chǔ)：工作裝置油缸作用力和可能產(chǎn)生的被動作用力確定后，便可選定液壓系統(tǒng)的工作壓力，設(shè)計液壓油缸的缸徑和行程，并選擇和設(shè)計液壓系統(tǒng)其他元件。因此計算機三維輔助設(shè)計應(yīng)該是發(fā)展趨勢?；咎卣饕院蟮钠渌卣饕蕾囉诨咎卣?。認真考慮設(shè)計的關(guān)鍵尺寸，可以變動的尺寸與尺寸之間的關(guān)系，在裝配時與其他零件的裝配關(guān)系等。如果要像繪制二維平面工程視圖那樣繪制草圖 ,效率會很低 ,實踐證明也沒 有這個必要。讓后在其上面打孔，打孔是我們可以選擇用“凹槽”命令也可以用“孔”的命令，可以根據(jù)自己的作圖習(xí)慣進行選擇。因此，設(shè)計人員在設(shè)計實體模型之前，必須要考慮好模型的生成方法和步驟。最后采用凸臺、凹槽、陣列等命令建立斗齒。底座建模過程中需要注意翻轉(zhuǎn)液壓缸連接底座的正確定位，為以后整體裝配和仿真模擬提供方便。中間的肋板同樣是先選擇平面進入二維草圖繪制模式，使用“按草圖平面剪切零件”命令進行繪制。 連接銷軸的生成 圖 319 連接銷軸實體 29 銷軸建模主要采用旋轉(zhuǎn)命令，先繪制一條旋轉(zhuǎn)軸，接著草圖繪制截面，再繞旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn) 360 度就可生成銷軸實體，然后生成軸端的限位孔，最后在需要倒角的部位倒角。 使用 CATIA 進行裝配設(shè)計有兩種基本方法，示意圖如圖 321 所示。由此可以看出，在對產(chǎn)品總體設(shè)計上，以由頂向下的設(shè)計方法更為貼近實際一些。 前面已經(jīng)生成礦用小型裝載機的各種底層零件的三維模型，然后采用由底向上的裝配設(shè)計方法對這些零件進行空間定位來生成裝配件。點擊 現(xiàn)有部件，接著點擊 出現(xiàn)如圖322 所示對話框，選擇圖 313 導(dǎo)入底座。出現(xiàn)圖 323 所示對話框，此時就可以根據(jù)底座和動臂實體模型的相對位置進行調(diào)整，將底座和動臂的實體模型調(diào)整到合適的位置進行裝配。 動臂實體模型和底座實體模型雖然已經(jīng)裝配完成，但是我們可能會發(fā)現(xiàn)兩個實體模型之間的位置關(guān)系可能不是我們所期望的那樣，這是我們可以調(diào)整兩個實體模型之間的位置。 液壓缸體模型裝配 第一步：先將液壓缸體各個零件進行整體裝配，裝配出液壓缸整體模型如圖326 所示。我們可以通過 測量間距命令（圖 327）、 偏移間距命令（圖 328）進行調(diào)整和規(guī)定裝配 的間距，還可以通過 角度約束命令（圖 329）調(diào)整和規(guī)定裝配間的角度。 35 a) b) c) 36 d) e) f) 圖 3210 裝載機六種不同工作狀態(tài)下的裝配模型 37 本章小結(jié) 本章主要介紹了本次所設(shè)計的小型裝載機工作裝置的主要零件的三維實體建模方法和模型的裝配設(shè)計過程。在裝配設(shè)計中需要注意的是各模型之間連接類型和約束的選擇，正確的選取連接類型和約束，能夠確保后續(xù)動態(tài)仿真的實現(xiàn)。 在 CATIA 軟件中的“數(shù)字化裝配”模塊中，可進行機械裝置的機械運動仿真。 圖 421 圖 422 其他需要旋轉(zhuǎn)的實體模型以此類推，注意要將所有需要旋轉(zhuǎn)的零部件都要進行此操作，這樣在整機進行模擬時才不會發(fā)生只有一個機構(gòu)運動而其他零件不運動的情況。 圖 425 40 我們就可以對仿真模擬進行控制，如輸入數(shù)值就可以使液壓缸伸長或者縮短相應(yīng)的長度，改變步驟數(shù)就可以對調(diào)節(jié)仿真運動視頻的快慢。 干涉檢測的目的是分析裝載機工作裝置連桿機構(gòu)可能出現(xiàn)的運動死點、碰撞和撕裂等位置，這是保證工作裝置能正常工作的先決條件。它不僅效率高，準確性好，而且能直觀的表現(xiàn)出干涉部位。 點擊開始選擇知識工程，單擊知識庫精靈命令進入法則編輯界面點擊規(guī)則命令。之后返回到數(shù)字化模塊，點擊 命令就可以使工作機構(gòu)按照之前編寫的法則運動，會彈出如圖 443 對話框。 43 第 5 章 結(jié)論 本文重點敘述了小型裝載機的工作裝置的虛擬樣機設(shè)計的全過程，詳細說明了小型裝載機工作裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計、參數(shù)確定、零件和部件三維實體建模、運動仿真及生成性能曲線。為運動仿真和有限元分析做好了鋪墊。 本文為裝載機工作裝置設(shè)計提供了一種高效、可行、直觀的設(shè)計方案，所得結(jié)論不僅對工作裝置物理樣機的試制和性能評估具有重要的指導(dǎo)意義，而且為其它類型工作裝置的設(shè)計及改進設(shè)計和創(chuàng)新設(shè)計提供了一定的借鑒作用。對工作裝置進行了三維可視化干涉檢查，該工作裝置沒有發(fā)生干涉；這就為全面的研究工作裝置各個桿件的運動可行區(qū)域提供了便利，避免了傳統(tǒng)設(shè)計方法的復(fù)雜性和不準確性，也避免了大 量復(fù)雜的數(shù)學(xué)建模和編程：工作裝置虛擬樣機所得到的運動學(xué)曲線大大簡化工作裝置的設(shè)計開發(fā)過程，為研究工作裝置運動情況和試制物理樣機提供了參考依據(jù)。 2 利用 CATIA 軟件對裝載機工作裝置零件和部件進行三維實體建模，生成參數(shù)化的零部件實體。 42 圖 444 點擊圖像選項就會將性能曲線自動生成，如圖 445 圖 445 小結(jié) （ 1）本章對工作裝置的運動進行了動態(tài)模擬、生成性能曲線、得到各種工況位置圖 （ 2）三維可視化的干涉檢查，解決了傳統(tǒng)設(shè)計中工作裝置干涉檢查的難題，讓像工作裝置這樣多桿件機構(gòu)干涉問題變得更為直觀和易于修改了。 41 圖 441 可以按照設(shè)計要求進行修改名稱，然后點擊確定彈出如圖 442 對話框。 結(jié)合運動仿真測量出工作裝置的性能曲線 結(jié)合運動仿真生成性能曲線可以更好的監(jiān)測和觀察裝載機工作裝置的性能，利用 CATIA 軟件自動生成性能曲線可以減少設(shè)計者的時間，減少研發(fā)費，用提高效率，以往設(shè)計者都要通過大量的繁瑣的計算才可能生成性能曲線，不僅效率低下，而且準確度不高，即使通過計算機編程來進行計算但不能通過三維視圖更加直觀的表達。也有很多工作者雖然采用計算機編程和計算機輔助設(shè)計手段進行干涉檢測，但一般都是集中在二維平面或處于相對靜止狀態(tài)下進行的。 裝載機工作裝置是多連桿機構(gòu)，其干涉問題尤顯突出、復(fù)雜。 圖 423 將所有實體模型零件結(jié)合完畢后就會出現(xiàn)如圖所示 424 所示對話框。 創(chuàng)建裝載機工作裝置的機械運動仿真 旋轉(zhuǎn)結(jié)合設(shè)置 對裝載機工作裝置中需要用銷軸進行連接的實體模型進行旋轉(zhuǎn)結(jié)合，點擊旋轉(zhuǎn)結(jié)合命令，將仿真時有旋轉(zhuǎn)動作的零件進行連接如圖 421 所示，之后會彈出對話框如圖 422 所示，用鼠標拾取所需零件。 38 第 4 章 裝載機工作裝置運動仿真 概述 完成裝載機工作裝置的裝配模型后，就要開始本次設(shè)計的下一個內(nèi)容 —— 裝載機工作裝置運動仿真。對于細節(jié)問題一般放在設(shè)計最后統(tǒng)一進行。 連桿實體模型與鏟斗實體模型和搖臂實體模型的裝配連接 裝配方法同上所述，注意調(diào)整好位置關(guān)系以免發(fā)生其他零件位置錯亂和裝配干涉現(xiàn)象。 第二步：將缸筒與底座實體模型進行裝配，操作方法同前敘述十分簡單，這里不再贅述。 32 我們也何以 將圖 324 所示的坐標軸調(diào)整到所要移動的實體模型上如圖 325 所示，進行調(diào)整，接著點擊 命令，這 是就會得到我們所需要的位置了。當(dāng)然只進行軸與軸的配合是達不到裝配要求的，此時我們還要進行接觸接觸約束。 圖 322 31 動臂模型裝配 導(dǎo)入圖 311 所示的動臂實體模型，點擊 現(xiàn)有部件，接著點擊出現(xiàn)圖 322 所示的對話框選擇圖 311 所示動臂，將動臂實體模型導(dǎo)入。對于一個裝配件，當(dāng)其中所有的零件都被完全約束時，這種 裝配件就稱為參數(shù)化的裝配件，否則就是非參數(shù)化的裝配件。在實際的裝配過程中通?；旌鲜褂眠@輛中設(shè)計方法，以