基于Creo的某机型起落架的自顶向下设计

1、基于 creo 的某机型起落架的自顶向下设计? 基于 creo 的某机型起落架的自顶向下设计基于 creo的某机型起落架的自顶向下设计张文彬， 沈精虎， 张敏 (青岛大学机电工程学院，山东青岛 266071) 摘要：介绍了自顶向下的先进设计方法， 基于 creo 平台， 以某型飞机起落架的设计为例，在飞机起落架实体创建之前，运用骨架模型，完成了对飞机起落架机构的运动仿真，并且对机构的关键参数进行了敏感度分析、可行性分析和优化设计。与自底向上的设计方法相比，自顶向下的设计方法更符合产品的研发，避免了不必要的劳动，提高了设计质量和设计效率。 关键词：自顶向下；骨架模型；运动仿真；分析优化； cre

2、o 飞机起落架的设计速度直接影响新机型的研发周期。要提高起落架的设计效率首先要选择合适的设计方法。传统的设计方法是自底向上( bottom-up) 1 ，其设计思路是先设计零件，然后将设计好的零件进行装配，如果在装配过程中发现问题，就要对零件进行频繁的修改。这种设计方法面临诸多问题：起落架设计之初先设计零件，无法传递设计意图；零件之间没有数据关联，一个零件的修改无法带动其他零件的同时变更；当零件发生变化时，需重新定义约束关系，重新装配，工作量大且繁琐，设计周期长。因此，为了满足起落架的快速设计要求，缩短研发周期，在起落架设计过程中采用自顶向下( top-down ) 的设计方法。 1 自顶向下

3、的设计方法及具体实现 自顶向下的设计方法是一种从整体布局到各零部件设计的装配设计方法2 。 用自顶向下方法装配的零部件之间有数据关联，可以通过修改某个零部件实现整体机构尺寸的变化。自顶向下设计着眼于起落架的设计意图，不仅符合起落架的设计研发思路，而且更能体现出起落架参数化设计和快速高效的设计理念。 严格来讲自顶向下只是一个概念，只要能够实现数据从顶部模型传递到底部模型，这种设计方法都可以称为自顶向下 3 。在 creo 中是通过骨架模型来实现起落架的自顶向下设计。骨架模型有标准骨架模型和运动骨架模型两种。由于起落架属于运动机构，因此选用运动骨架模型。运动骨架模型是指机构在运动状态下各零件具有的

4、相对位置构成的骨架，在组件中是以子组件的形式创建。 所谓“骨架”就是用基准的点、线、面来表示产品的设计信息和装配信息 4 。在并行设计当中，零件的定形和定位是事先规划好的，而此时的定形和定位就是由骨架模型来完成。在起落架结构设计之前就将这些重要的尺寸定下来，能够很好地避免一些外观和干涉等问题。骨架模型是基于参数化来设计起落架，有着诸多优点。首先，骨架模型是基于参数化来创建的，参数修改的同时能够使骨架模型随之快速变更；其次，利用骨架模型能够在起落架实体创建之前对起落架进行运动仿真和分析优化，极大提高了设计效率和设计质量。 图 1 为应用骨架模型实现起落架自顶向下设计的过程。图 1 应用骨架模型设

5、计起落架具体流程2 起落架自顶向下的设计过程2.1 分析起落架结构特性 如图 2 所示，主动活塞与构件 4 组成转动副c ，气缸、构件3 和 6 分别绕飞机机架上的固定轴线a、 b、 f 转动，构件6与机轮相连， 同时与构件 5 组成转动副 e ， 构件 3、 4 和 5 组成转动副 d 。 当活塞在气缸中往复运动时， 气缸也做一定角度的摆动， 构件 3、 4、5、 6 转动，实现起落架的收放。 1.气缸 2.主动活塞 3、 4、5、6.构件a、b、f.固定轴线c、d、e.转动副图2莫机型起落架的结构图 2.2 设计起落架骨架模型通过分析起落架的结构特性，进一步确定机构的运动状态、运动副和运动

6、约束等条件后，进入装配环境，创建机构的运动骨架模型。图3 为在 creo 装配环境下创建的飞机起落架的运动骨架模型。2.3 应用骨架模型对起落架机构运动仿真在进行运动仿真之前需要对运动骨架进行连接定义，本例中除了活塞是滑块连接外，其他均为销钉连接。完成连接定义后，需要定义伺服电机并进行机构分析，此时运动骨架会模拟整个机构的运动情况，不仅可以测量飞机起落架收放的速度、加速度、运动轨迹等运动学指标，而且能够检测运动过程是否满足机械约束。如果仿真结果达不到设计要求，可以通过修改骨架模型参数，快速实现机构的变更直到满足设计意图。飞机起落架收起速度的测量定义和结果如图4 所示。1、 7、 8.机架 2

7、、3.气缸、活塞4、 5、 6、 9.连杆10.机轮图 3 机构运动骨架模型 图 4 起落架收起速度的测量2.4 应用骨架模型对起落架进行分析优化 应用骨架模型的优势除了在设计具体的零部件和整体装配之前进行运动仿真外，还能对骨架模型进行敏感度分析、可行性分析和优化设计。从而提高了寻求最优设计方案的效率。 敏感度分析主要用来评估一些重要尺寸在一定范围内变化对测量目标参数的影响关系，为后续的可行性分析和优化设计提供参考。图 5 为活塞长度的变化对飞机起落架的收起速度差的影响关系曲线。 可行性分析用来评估机构的相关参数在一定范围内变化能否满足设计要求。如果可行性分析得不到可行性解，说明给的参数范围不

8、符合设计要求，也就不需要进行后续的零部件的详细设计。图 6 为修改飞机起落架收起速度差的可行性分析过程。 操控板结果显示为：已找到可行解决方案。 图 5 活塞长度变化的敏感度分析曲线图 6 可行性分析过程优化设计是在确定优化目标函数的前提下，在所有可行性方案中寻求最优解的过程。完成优化设计之后，设计变量的尺寸会自动变更为最优尺寸，骨架模型的参数值也会随之变为最优值。图 7 为以收起速度差最小为优化目标、活塞长为设计变量的优化结果。图 7 优化结果 2.5 起落架主体零件的创建起落架的运动仿真和分析优化完成之后，进行零部件的详细设计。由于骨架模型的参数和各零部件相关联，直接将设计的零件依附到骨架

9、上即可。 最终飞机起落架的整体设计如图 8 所示。 图 8 最终完成的起落架3 结语 本文基于 creo 平台， 完成了对某机 型飞机起落架的自顶向下设计。与传统的自底向上设计方法相比，该设计方法能更好地满足产品研发和频繁修改的需求；运用骨架模型，能够提前对机构进行运动仿真，并且能够对机构的关键参数进行敏感度分析、可行性分析和优化设计，提高了寻求最优设计方案的效率，从而更好地实现设计者的设计意图。 参考文献： 1 冯全磊，孙继勇，李田囡，等 . 三维协同设计方法在飞机起落架设计中的应用 j. 航空 制造技术， 2014 （ 23 ） ： 70-74. 2 李何伟，郭芬芬，夏笔，等. 系列化叉车

10、门架的 top-down 设计 j. 工程机械， 2014， 45（ 9） ： 44-49. 3 邹炳辉 . 应用 ptc creo 自顶向下方法进行变压器的设计j. 机电工程技术， 2015 （8） ： 149-152. 4 沈鑫刚，孙千里，康善存. 基于“运动骨架”的自顶向下成型架机构设计j. 机械传动， 2011， 35 （ 8） ： 35-43. top-downdesign for a certain type of landing gear based on creo zhang wenbin ， shen jinghu ， zhang min （college of mechan

11、ical & electronic engineering, qingdao university,qingdao 266071, china ） abstract ： this article introduces the advanced method of top-down design. we take the design for a certain type of aircraft landing gear as an example, which is based on the platform of creo parametric. before the aircraftlan

12、ding gear solid is created, the motion simulation of the aircraft landing gear mechanism is completed by using the skeleton model, and the key parameters of the mechanism are analyzed, the feasibility analysis and the optimization design are carried out. compared with the bottom-up method, the top-down design method is more suitable for product development, which avoids unnecessary labor and improves the quality and efficiency of design. key words ： top-down ； skeleton model ； motion simulation ； analysis and o