【文章內(nèi)容簡介】 機(jī)制和知識工程（KBE）這6個(gè)方面。其中全集成包括數(shù)據(jù)與系統(tǒng)集成、功能集成、過程集成、信息集成、企業(yè)集成；全相關(guān)是指不僅能在產(chǎn)品內(nèi)部保持尺寸大小的相關(guān)性，而且還具有結(jié)構(gòu)形狀的相關(guān)，即幾何相關(guān)，更要具有過程相關(guān)；快速反應(yīng)機(jī)制的具體方面有兩個(gè)：逆向工程（RP）技術(shù)與快速成型（RP）技術(shù)，前者是對產(chǎn)品進(jìn)行空間三維測量以獲得海量數(shù)據(jù)并建立測量對象的數(shù)字模型；后者是利用數(shù)字模型快速建立對象的物理實(shí)體，用于評估、分析和作為模芯等。實(shí)現(xiàn)這些功能也是靠UG的各個(gè)模塊獨(dú)立并協(xié)同操作來完成。 UG參數(shù)化建模思想和一般模塊介紹汽車產(chǎn)品在今天也逐步走向系列化、標(biāo)準(zhǔn)化。UG的參數(shù)化設(shè)計(jì)平臺不僅僅是表現(xiàn)在各零部件相互影響的基礎(chǔ)上，它在零件設(shè)計(jì)本身也有很多優(yōu)點(diǎn)，它可以和電子表格建立連接接口，建立一個(gè)部件族，可以很方便地生成和修改所需要的部件[14]。下面舉一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)件螺栓的例子來說明。參數(shù)化建模的一般思路準(zhǔn)備圖：零件的形體分析確定設(shè)計(jì)變量和建模策略對零件的各種參數(shù)進(jìn)行提取結(jié)合零件按形狀確定哪些參數(shù)是自由的，哪些是固定值。再次結(jié)合UG軟件參數(shù)化建模的特點(diǎn)來確定合適的建模方法 參數(shù)化建模思路圖本例參數(shù)化建模的過程：1）根據(jù)圖紙和自由變化參數(shù)確定建模方法。2）創(chuàng)建參數(shù)化模型。 參數(shù)化模型圖3）設(shè)置參數(shù)之間的關(guān)系。 參數(shù)化中的表達(dá)式圖4）提取自由變化的參數(shù)。圖2. 4 可提取并修改的參數(shù)圖5）創(chuàng)建零件庫，輸入零件系列數(shù)據(jù)創(chuàng)建零件模型。 增加庫零件參數(shù)圖 完成零件庫圖6）通過查看生成的各個(gè)零件的參數(shù)表達(dá)式是完全符合第5步電子表格中所給的數(shù)據(jù)，這說明此部件族已經(jīng)成功創(chuàng)建，并且這些零件都是可以調(diào)用。參數(shù)化設(shè)計(jì)的最大優(yōu)點(diǎn)就是能夠簡化重復(fù)建模的許多步驟。通過與電子表格的連接，也使得整個(gè)過程更加有序[13]。此次畢業(yè)設(shè)計(jì)主要是采用UG軟件進(jìn)行三維建模，因此有必要將在建模過程中經(jīng)常使用到的幾個(gè)模塊進(jìn)行介紹：1）UG/入口模塊，它是連接所有UG模塊的基礎(chǔ)。2）UG/實(shí)體建模模塊，它將基于約束的特征建模和顯式幾何模型方法無縫的結(jié)合起來，提供了當(dāng)今CAD/CAM軟件界最強(qiáng)有力的“復(fù)合建?！惫ぞ?，使用戶可以充分利用集成于先進(jìn)的、基于特征環(huán)境中的傳統(tǒng)的實(shí)體、面、線框造型的優(yōu)勢。3）UG/特征建模模塊，它提供了支持建立和編輯下列各種標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)特征：孔、槽、型腔、柱體、塊體、錐體、球體、管狀體、桿、倒圓和倒角等。4）UG/自由曲面建模模塊，它可將實(shí)體建模和表面建模的技術(shù)合并，建成一個(gè)功能強(qiáng)大的建模工具組。5）UG/工程制圖模塊，它利用UG的復(fù)合建模技術(shù)，該模塊可生成尺寸與實(shí)體模型相關(guān)的工程圖，并保證隨著實(shí)體模型的改變而同步更新工程圖尺寸，包括消隱線和相關(guān)橫截面視圖在內(nèi)的二維視圖在模型修改時(shí)也會(huì)自動(dòng)更新。6）UG/裝配建模模塊，它提供了并行的、自上而下的產(chǎn)品開發(fā)方法。UG/Assembly Modeling的主模型在整個(gè)裝配過程中可以進(jìn)行設(shè)計(jì)和編輯。 驅(qū)動(dòng)橋殼的建模及簡化處理 驅(qū)動(dòng)橋殼三維的建模驅(qū)動(dòng)橋殼的三維設(shè)計(jì)流程圖：通過工程圖獲橋殼的設(shè)計(jì)變量確定橋殼各組成部分建模所涉及到的主要幾何元素結(jié)合軟件特點(diǎn)找到合適的建模思路建模中注意參數(shù)化思路，選擇合適的步驟進(jìn)行建模 驅(qū)動(dòng)橋殼的建模思路圖在初步建模階段，為了全面真實(shí)地反映驅(qū)動(dòng)橋殼的結(jié)構(gòu)，將對其各部分進(jìn)行細(xì)致建模。驅(qū)動(dòng)橋殼是一個(gè)裝配組件，涉及到多個(gè)小部件。而每一部分的幾何構(gòu)成元素又是各不相同的，所以造成其涉及到的幾何建模方法也比較復(fù)雜。如中間環(huán)形空心梁處比較薄，并且是一系列的曲面過渡。首先建立用于構(gòu)造曲面的邊界曲線，使用UG提供的曲面構(gòu)造方法構(gòu)造曲面。一般來講，對于簡單的曲面，可以一次完成建模。而此處橋殼的曲面形狀比較復(fù)雜，難以一次完成。我們先采用曲線構(gòu)造方法創(chuàng)建上半部分的四分之一曲面，然后通過曲面的過渡連接、光順處理、曲面的編輯等步驟完成整體造型?？紤]到本課題的主要目的在于對驅(qū)動(dòng)橋殼的有限元分析，所以就不對各部分的具體建模過程進(jìn)行贅述。完成了對各組成部分的建模步驟后，接下來要進(jìn)行的就是裝配過程。所謂裝配就是根據(jù)橋殼的實(shí)際結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及各部件的位置關(guān)系，利用UG提供的裝配模塊組合各部件。驅(qū)動(dòng)橋殼的裝配流程圖如下：根據(jù)驅(qū)動(dòng)橋殼的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)確定第一個(gè)裝配的零件給每個(gè)零件創(chuàng)建一個(gè)合適的引用集裝配過程添加零件裝配關(guān)系時(shí)選 用同一基準(zhǔn)(如軸對齊)注意添加零件的順序和零件的工作狀態(tài)特殊的零件可適當(dāng)放在最后裝配 驅(qū)動(dòng)橋殼的裝配思路圖驅(qū)動(dòng)橋殼的實(shí)物完整效果圖如下： 驅(qū)動(dòng)橋殼的UG裝配圖 驅(qū)動(dòng)橋殼的模型簡化處理本課題對后橋殼做結(jié)構(gòu)分析的出發(fā)點(diǎn)主要是研究它在汽車的典型工況時(shí)的變形及應(yīng)力分布情況。因此，為了有利于分析，我們可以對橋殼模型做合理的簡化。1）對于一些不影響分析結(jié)果的部件進(jìn)行刪除處理，其中簡化的地方包括：壓入的半軸套管、主減速器殼、后蓋等等。2）結(jié)構(gòu)上去掉了許多起安裝及其它作用的小孔、槽、倒角、圓角，以及輪轂軸兩端的螺紋等。在UG中建立橋殼的簡化模型，其基本步驟如下所述：首先，根據(jù)所給車型的圖紙，進(jìn)行主要特征參數(shù)的草圖繪制工作。橋殼中段的草繪圖如下： 橋殼中段草圖然后通過旋轉(zhuǎn)操作生成實(shí)體，再進(jìn)行對稱操作。對于中間空心梁區(qū)域的幾何特征，因?yàn)槭侨コ笊w的簡化模型，所以采用基準(zhǔn)平面兩端偏置，在旋轉(zhuǎn)體上削去兩邊球冠。考慮到驅(qū)動(dòng)橋殼主要工作部位的殼體特征，采用UG軟件提供的抽殼操作，留取5mm的橋殼實(shí)際厚度。在此基礎(chǔ)上，然后再生成驅(qū)動(dòng)橋殼兩端的半軸套管。此處不對驅(qū)動(dòng)橋殼的簡化模型建模過程作詳細(xì)敘述。驅(qū)動(dòng)橋殼的簡化模型如下圖所示： 驅(qū)動(dòng)橋殼簡化模型 驅(qū)動(dòng)橋殼簡化模型剖視圖比較驅(qū)動(dòng)橋殼的完整模型（），簡化模型（）作了很多的處理，這為下一步的有限元模型建立，如網(wǎng)格劃分等，奠定了良好的模型基礎(chǔ)。3 驅(qū)動(dòng)橋殼靜力分析汽車驅(qū)動(dòng)橋殼是汽車上的主要承載構(gòu)件之一，其形狀復(fù)雜，而且汽車的行駛條件如道路情況、氣候條件及車輛的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)等又是千變?nèi)f化的，因此要精確地計(jì)算汽車行駛時(shí)作用于橋殼各處應(yīng)力的大小是很困難的。過去我們國家主要是靠對橋殼樣品進(jìn)行臺架試驗(yàn)和整車行駛試驗(yàn)來考核其強(qiáng)度和剛度，有時(shí)還采用在橋殼上貼應(yīng)變片的電測方法，使汽車在選定的典型路面上滿載行駛，以測定橋殼的應(yīng)力。這些方法都是在橋殼有樣品的情況下才能采用，而且還都需要付出相當(dāng)大的人力、物力和時(shí)間。 靜力分析概述靜力分析包括對結(jié)構(gòu)的剛度和強(qiáng)度進(jìn)行分析這兩方面。強(qiáng)度是指構(gòu)件或零部件在確定外力作用下，不發(fā)生破裂或過量塑性變形，即構(gòu)件或零件抵抗破壞的能力。強(qiáng)度是機(jī)械零件正常工作必須滿足的最基本要求。機(jī)械零件在工作時(shí)，不容許出現(xiàn)結(jié)構(gòu)斷裂或者塑性變形，也不允許發(fā)生表面損壞。強(qiáng)度是指零件抵抗這類失效的能力。零件強(qiáng)度分體積強(qiáng)度和面積強(qiáng)度。前者是拉伸、壓縮、剪切、扭轉(zhuǎn)等涉及零件整個(gè)體積的強(qiáng)度。后者是指擠壓、接觸等涉及零件表面層的強(qiáng)度。在體積強(qiáng)度和接觸強(qiáng)度中，又可以各自分為靜強(qiáng)度和動(dòng)強(qiáng)度。靜強(qiáng)度是指靜力時(shí)的強(qiáng)度；動(dòng)強(qiáng)度是指動(dòng)載荷作用下的強(qiáng)度。剛度分析是指構(gòu)件或者零部件在確定的外力作用下，不發(fā)生彈性形變或位移不超過允許的范圍，即構(gòu)件抵抗變形的能力。汽車在行駛過程中，受到的載荷情況是比較復(fù)雜的，其中彎曲和扭轉(zhuǎn)對驅(qū)動(dòng)橋殼的壽命影響很大。如果驅(qū)動(dòng)橋殼的剛度不足，就可能產(chǎn)生開裂的情況，影響整車的性能[15]。 驅(qū)動(dòng)橋殼靜力分析典型工況驅(qū)動(dòng)橋殼在行駛中受力情況比較復(fù)雜，承受的力主要有垂直力、切向力（牽引力和制動(dòng)力）和側(cè)向力。計(jì)算時(shí)，我們通常將橋殼復(fù)雜的受力狀況簡化為三類共四種典型工況：車輪承受最大鉛垂力（沖擊載荷工況）；車輪承受最大切向力（最大牽引力工況和最大制動(dòng)力工況）；車輪承受最大側(cè)向力（滿載側(cè)滑臨界工況即側(cè)翻）。只要在這幾種載荷計(jì)算工況下橋殼的強(qiáng)度得到保證，就認(rèn)為橋殼在汽車各種行駛條件下是可靠的。下面我們對驅(qū)動(dòng)橋殼的這幾種典型工況作詳細(xì)闡述[16]：1）沖擊載荷工況當(dāng)汽車高速通過不平路面時(shí)，橋殼除承受靜止?fàn)顟B(tài)下那部分載荷外，還承受附加的沖擊載荷。此時(shí)不考慮側(cè)向力和切向力，載荷均勻施加在兩個(gè)鋼板彈簧座上面。動(dòng)載荷大小為： （）2）最大驅(qū)動(dòng)力工況此工況為汽車滿載以最大牽引力作直線行駛時(shí)的工況，不考慮側(cè)向力。此時(shí)左右驅(qū)動(dòng)輪除作用有垂向反作用力外，還作用有地面對驅(qū)動(dòng)輪的最大切向反作用力。最大驅(qū)動(dòng)力大小為： （）式中：（Nm）是發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩；是變速器一檔的傳動(dòng)比；是驅(qū)動(dòng)橋的主減速比；是指傳動(dòng)系的傳動(dòng)效率，在計(jì)算中無確切的傳動(dòng)效率數(shù)據(jù)時(shí)，可以忽略不計(jì)， [4]；（m）是驅(qū)動(dòng)車輪的滾動(dòng)半徑。3）最大制動(dòng)力工況此種情況為汽車滿載緊急制動(dòng)時(shí)的工況，不考慮側(cè)向力。汽車緊急制動(dòng)時(shí)左右驅(qū)動(dòng)車輪除作用有垂直反力外，還作用有地面驅(qū)動(dòng)車輪的制動(dòng)力。最大制動(dòng)力大小為： （）式中：G是汽車滿載靜止于水平路面時(shí)驅(qū)動(dòng)橋給地面的載荷；m2是汽車制動(dòng)時(shí)的質(zhì)量轉(zhuǎn)移系數(shù)，；是驅(qū)動(dòng)車輪與路面的附著系數(shù)。4）最大側(cè)向力工況當(dāng)汽車滿載高速急轉(zhuǎn)彎時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)作用于質(zhì)心處的很大的離心力，即側(cè)向力。當(dāng)它達(dá)到地面給輪胎的側(cè)向反作用力的最大值，即側(cè)向附著力時(shí)，汽車處于側(cè)滑的臨界狀態(tài)。側(cè)向力一旦超過側(cè)向附著力，汽車就會(huì)發(fā)生側(cè)滑。我們分析側(cè)滑的臨界狀態(tài)，即汽車側(cè)向加速度超過一定限制時(shí)，此時(shí)汽車內(nèi)側(cè)車輪的垂直反力為零，從而引起側(cè)翻。側(cè)翻工況時(shí)驅(qū)動(dòng)橋的全部載荷由外側(cè)車輪承擔(dān)。驅(qū)動(dòng)橋承受的側(cè)向力為： （）式中：是驅(qū)動(dòng)橋殼的承受的側(cè)向力；G是汽車滿載靜止驅(qū)動(dòng)橋所承受的載荷；是側(cè)滑附著系數(shù)。 建立驅(qū)動(dòng)橋殼有限元模型 幾何模型的導(dǎo)入在將UG軟件中建模生成的驅(qū)動(dòng)橋殼CAD模型導(dǎo)入到ANSYS的過程中，由于兩個(gè)軟件之間存在數(shù)據(jù)交換差異，免不了會(huì)產(chǎn)生數(shù)據(jù)丟失，以至于幾何特征缺失的情況。因此，如何在模型導(dǎo)入的過程中如何減少數(shù)據(jù)丟失，是本課題的一個(gè)重要任務(wù)。首先，CAD建立幾何模型的初始階段，必須根據(jù)驅(qū)動(dòng)橋殼的結(jié)構(gòu)和工作特點(diǎn)，在保持其力學(xué)性能不變的條件下，對橋殼結(jié)構(gòu)進(jìn)行如下簡化：1）將橋殼結(jié)構(gòu)中的圓角簡化為直角。這樣既有利于簡化建模，也有利于有限元模型建立過程中提取界面，便于網(wǎng)格劃分；2）忽略各裝配孔、鋼板彈簧座中心孔等幾何特征；3）對半軸套管和橋殼中間段進(jìn)行整體建模，不采用裝配方式組合；4）簡化受力小而又引起截面突變的部分，如忽略半軸套管的次要臺階等；5）對橋殼主體采用等厚處理，中間牙包區(qū)域原本復(fù)雜的不規(guī)則曲面采用旋轉(zhuǎn)曲面代替。然后將UG幾何模型以Parasolid的方式導(dǎo)出保存。從實(shí)踐中看，較之IGES格式，前者在導(dǎo)入過程中信息保留更完整，減少了模型的修復(fù)工作，為有限元模型的建立提供更好的基礎(chǔ)。UG和ANSYS Workbench之間良好的數(shù)據(jù)交換接口，為CAD模型導(dǎo)入提供了順暢的平臺。橋殼導(dǎo)入ANSYS Workbench以后的模型如下圖： 驅(qū)動(dòng)橋殼的導(dǎo)入模型 生成橋殼有限元模型ANSYS Workbench在材料屬性的定義這方面預(yù)置了幾種常用的材料類型。根據(jù)驅(qū)動(dòng)橋殼的工程實(shí)際，此模型選取“structural steel”，即結(jié)構(gòu)鋼類型。有限元網(wǎng)格模型的建立是進(jìn)行有限元分析的先決條