汽车CADCAE论文

1、汽车CAD/CAE基于CATIA的专用车副发动机传动总成的设计摘 要：以专用汽车副发动机的传动总成的设计方案为研究对象，将CATUA平台引入零部件的设计和建模领域，建立了传动总成个部分的三维参数化设计。通过从内到外的三维设计理念，对发动机的传动总成进行装配，完成了诸如电磁离合器、连接轴、轴承、飞轮端的建模设计，实现了传动总成的三维模型化。关键词：CATIA；专用车副发动机传动总成；可视化设计；参数化模型Design of secondary engine transmission assembly in special purpose vehicle based on CATIA Abstra

2、ct: Based on the design proposals of secondary engine transmission assembly in special purpose vehicle,the CATIA platform was introduced into the design and modeling domain of parts, and establishment of 3D parametric models for each part in the assembly was realized .According to the in-out view an

3、d panoramic perspective,a series of design processes were accomplished, such as establishment models for Band Clutch、connection axle, bearing, and 3D model design of transmission assembly was realized.Key words: CATIA; secondary engine transmission assembly in special purpose vehicle; visual design;

4、parametric model引言洗扫车是专用汽车公司研制开发的集扫路车和高压清洗车功能于一体的高效环卫车。具有路面清扫、路面清洗、路缘和路缘石立面刷洗、后喷雾等多种功能。特别适用于城市广场、道路路面和路缘的高清洁度保洁作业，也适用于城市广场、道路路面和路缘的清扫、清洗等普通保洁作业。在很大程度上覆盖了扫路车与高压清洗车，并且在许多条件下可完全取代扫路车和高压清洗车。如图1所示：图1 洗扫车从专用汽车的结构上看，副发动机主要为实现其特有功能提供动力，而传动总成则负责实现动力的传输和终端。因此，在专用车的前期设计中，该转动总成的车技是十分重要扥环节之一，设计方案的优劣以及其可行性都将直接影响专

5、用汽车特殊功用的实现。随着工程技术的进步和发展，传动的二维设计方案适应不了现代汽车设计中工作任务重、设计周期短和质量要求高的特点。采用CATIA的三维实际放大来优化设计过程，不仅可提高工程设计的效率和水平，更可以最大限度地节约人力物力，缩短周期。1 研究的背景及意义近年来，随着国民经济的快速发展、基础设施建设的迅猛发展以及我国汽车工业的飞速发展，我国专用车市场也得到迅速发展呈现出繁荣的景象，对满足国内各种需求和促进国民经济的发展作出了重要的贡献。诸如公路运输工程、建设油田、矿山电力、电信邮政、医疗环卫、农业水利、航空食品、公安消防司法以及国防建设等各行各业都需要适合。本行业特点满足本行业特殊功

6、能需要的专用汽车，如医疗救护专用车包括救护车、医疗急救车、采血车防疫车、计划生育车、血浆运输车和化验车等皆为了满足医疗行业各种特殊功能需要.尤其是在进入21世纪，我国专营汽车企业引进消化吸收国内外先进技术和自主创新的能力都得到了快速提升，缩短了与世界水平的差距，同时，更加重视市场调研，合作开发出了市场继续和性能更加先进的产品。随着运输车辆的箱式化、重型化、专用化方向发展，专用汽车的技术含量不断提高，实现了大吨位，节能以及轻量化。随着铝合金、不锈钢材料罐体，机电气液微电子一体技术，GPS等的应用，专用汽车的水平与发达国家的差距进一步缩短。普通厢式车、罐式车、半挂列车、自卸车逐渐成为公路货运量和货

7、物周转量的主力军，加速了运输作业的机械化。此外，工艺、装备发展速度加快，水下等离子切割机、整车喷砂喷丸机、涂装线等先进工艺大量引进。近年来随着劳动力成本的增加以及对垃圾清扫速度的要求，垃圾清扫车增长迅速。洗扫专用车零部件的设计愈加重要，本文中讲述的专用汽车副发动机总成是将付发动机的动力传递给风机和油泵，同时依靠电磁离合器来实现动力的平稳结合和中断。2 CATIA软件的简单介绍CATIA是Computer Aided Tri-Dimensional Interface Application的缩写。是世界上的一种主流的CAD/CAE/CAM一体化软件。Dassault Aviation在70年代

8、成为了其第一个用户，CATIA也应运而生。从1982年到1988年，CATIA相继发布1版本、2版本、3版本，并于1993年发布了功能强大的4版本，现在的CATIA软件分为V4版本和V5版本两个系列。V4版本应用于UNIX平台，V5版本应用于UNIX和Windows两种平台。V5版本的开发始于1994年。为了使软件能够易学易用，Dassault System于94年开始重新开发全新的CATIA V5版本,新的V5版本界面更加友好，功能也日趋强大，并且开创CAD/CAE/CAM软件的一种全新风格。CATIA是法国Dassault System公司的CAD/CAE/CAM一体化软件，居世界CAD/

9、CAE/CAM领域的领导地位，广泛应用于航天航空、汽车制造、造船、机械制造、电子、电器、消费品行业，它的集成解决方案覆盖所有的产品设计与制造领域，其特有的DMU电子样机模块功能及混合建模技术更是推动者企业竞争力和生产力的提高。CATIA提供方便的解决方案，迎合所有工业领域的大、中、小型企业需要。包括：大型的波音747飞机、火箭发动机到化妆品的包装盒，几乎涵盖了所有的制造业产品。在世界上有超过13，000的用户选择了CATIA。CATIA源于航空航天业，但其强大的功能已得到各行业的认可，在欧洲汽车业，已成为事实上的标准。CATIA的著名用户包括波音、克莱斯勒、宝马、奔驰等一大批知名企业。其用户群

10、体在世界制造业中具有举足轻重的地位。波音飞机公司使用CATIA完成了整个波音777的电子装配，创造了业界的一个奇迹，从而也确立了CATIA在CAD/CAE/CAM行业内的领先地位。图2 滚动轴承结构图3 零部件的建模该传动总成主要由电磁离合器、连接轴、双联皮带轮、深沟球轴承、飞轮端盖、螺栓构成，但在此主要介绍轴承、连接轴以及双联皮带轮的建模方法。3.1 轴承的设计及建模在所研究的传动总成当中采用的为滚动轴承，其具有所受摩擦阻力小、机械效率高、结构紧凑和运动稳定性好等优点。滚动轴承由4个部分组成： 内圈：套在轴上，随轴一起转动。 外圈：装在机座孔中，一般不固定不动或偶尔少许转动。 滚动体：装在内

11、、外圈的滚道中，滚动体可做成球或滚子状。 保持架：用以均匀隔开滚动体，故又称隔离圈。其具体结构如图2所示：3.1.1 外圈和内圈的实体建模首先，单击草图，在ZX平面绘制零部件的截面图，得到草图1，后单击旋转体，以草图1为旋转截面图形，以X轴为旋转线，即可得到外圈和内圈的模型图，再对内外圈的边线倒圆角，点击，并输入圆角半径1mm，可得到实体，即图3所示。图3 轴承的内圈和外圈图4 圆形阵列特征（滚球）3.1.2创建滚球进入“Mechanical Design（机械设计）”下的“线框和曲面设计”的工作界面，点击创建球面，会弹出“球面曲面定义”的对话框，输入球心的坐标和半径后，转入零件设计的工作截面

12、后，封闭曲面，即可得到一个封闭的曲面特征。利用圆形阵列，输入实例和角度间距（分别为8和45deg），参考元素为X轴，可得到圆形阵列特征，即为滚求，如图4所示：3.1.3 创建保持架 单击后，进入草图截面，绘制圆环（草图2）后进行“凸台”拉伸后得到凸台1，进入草图截面绘制半圆后旋转180deg，之后再进入草图截面做较小的半圆后，选择，可得到半球形的空壳。同样的方法，单击圆形阵列，输入实例和角度间距（分别为8和45deg），参考元素为X轴。此时需要插入新的几何体，在草图中绘制与草图2相同的圆环后拉伸，通过布尔操作中的求相交的部分即可得到保持架的模型，如图5所示：图5 保持件建模的思维过程3.1.4

13、创建轴承装配体CATIA装配设计可以使设计师建立并管理基于3D零件机械装配件。装配件可以由多个主动或被动模型中的零件组成。零件间的接触自动地对连接进行定义，方便了CATIA运动机构产品进行早期分析。基于先前定义零件的辅助零件定义和依据其之间接触进行自动放置，可加快装配件的设计进度，后续应用可利用此模型进行进一步的设计、分析、制造等。进入装配界面，选择“开始”“Mechanical Design（机械设计）”“Assembly Design(装配)”命令，进入装配的工作界面。添加外圈零件。单击模型树中的“Product 1”节点，然后是“产品结构工具”工具栏中的“现有部件”按钮，弹出“文件选择”

14、对话框，选择之前完成的轴承外圈的零件，同样的放法单击后选择轴承内圈，绘图区出现两个共存的零件。但由于在实体建模是，内圈和外圈的草绘位置是一致的，因此装配后的两个零件之间的位置符合装配关系，但还是添加了同轴的约束。添加轴承滚球，单击模型树中“产品1”节点，然后是“产品结构工具”工具栏中的“现有部件”按钮，弹出“文件选择”对话框，选择轴承滚球零件，之后添加保持架，单击模型树中“产品1”节点，然后是“产品结构工具”工具栏中的“现有部件”按钮，弹出“文件选择”对话框，选择保持架零件。创建对称特征，单击对称按钮，弹出“装配对称向导”对话框。系统弹出第一个提示：选择对称平面，在绘图区或模型树中单击YZ平面

15、，即选择YZ平面为对称平面。之后，“装配对称向导”对话框显示第二个提示：选择要变换的产品，在绘图区或模型树中选择保持架即可。即得到了轴承的模型结构，其详细过程如图6所示：图6 轴承的装配过程3.2连接轴的建模过程图7连接轴的建模 连接轴的建模较为简单，在进入界面后绘制截面轮廓后一圈，得到最初的轴，之后再进行挖洞和倒角，以及得到键槽，基本连接轴的末端已经实现。之后，单击做孔，弹出对话框后输入孔径和孔深，以及通过草图绘制来确定孔心的位置。单击圆形阵列，输入实例和角度间距（分别为8和45deg），参考元素为X轴。即可得到连接轴的模型。如图7所示：图8双联皮带轮的建模3.3双联皮带轮的建模皮带轮的建模

16、没有什么特别难的地方，需要注意的就是，外圈带槽是通过画三角形状的刀沿着螺旋线切割出来的。4 传动总成的装配4.1 CATIA中装配截面的介绍一个产品通常是由多个零件组成的，简单的产品是由多个零件组成的单一装配件，复杂的产品一般是由多次装配形成的，其中的每一次装配又是由多个零件构成的。装配设计模块的主要作用就是将零件通过约束条件组合，形成完整的产品，并且可以对此产品进行标注等操作，装配的重点在于如何适当地利用约束。设计者要建立良好的自由度概念，才能正确地装配产品，并进一步在DMU模块进行样机分析。装配的基本过程如下：新建或打开一个装配进入装配设计模块增加、删除、替换部件对各个元件施加固定约束，建

17、立元件之间的约束关系。使用“Compass”指南针移动已加上了约束的元件，检查元件是否会根据加上的约束作出预计的反应，检查元件间可能存在的碰撞。显示材料清单BOM，设置与装配结构相关的信息。生成工程图。4.2传动总成的装配进入装配界面，选择“开始”“Mechanical Design（机械设计）”“Assembly Design(装配)”命令，进入装配的工作界面。添加外圈零件。单击模型树中的“Product 1”节点，然后是“产品结构工具”工具栏中的“现有部件”按钮，弹出“文件选择”对话框，选择之前完成的轴承的装配件。同样的放法单击后选择连接轴、双联皮带轮、连接盘、连接轴平键、连接轴轴端端盖等。图9 传动总成的装配过程 连接轴与轴承以及连接盘，轴承端盖间均有同轴的约束，在连接盘与轴承之间，轴承与轴颈之间，连接轴端盖与连接轴轴端之间均为面接触的约束。在装配位置基本设置完成后，点击结构树中的零件并点击右键，选择属性，进入界面后更改零件的颜色，以便零件的认知。最后，设置双联皮带轮的透明度，可以看到内部结构，详细的过程，如图9所示。5