Pro_MECHANICAL在摩托车车架设计中的应用体验
Pro／E在凸轮支架造型及模具设计中的应用
２０ ０ ８年 ｌ ０月
Ｐ ｏ Ｅ在 凸轮支架造型及模具设计 中的应用 ｒ／
王 永 强 ’陈晓 珊 ，
（． 冈山 大学 工 学院 ，江 西 １ 井 吉安 ３３０ ；２井 冈 山经 贸学 校 ，江 西 ４ ０９ ． 吉水 ３ １０ ） ３ ６０
［ 要】 ｒ Ｅ 目前 世 界 上最 为普 及 的Ｃ Ｄ Ｃ Ｍ软件 之 一 ， 摘 Ｐｏ 是 ／ Ａ ／Ａ 利用 该软 件 可 以大 幅提高 机械 设 计 和加 工 的质 量 与 效率 ； 文 以凸 轮支 架 为实 例 ， 述 了运 用ＰｏＥ 本 讲 ｒ 软件 进行 三 维建 模 及模 具设 计 的过 程 。 ／
测 量 、 构模 拟 、 力 分析 和 产 品数 据 管理 等 功 能 机 压
于 一 体【 ｌ 】 ｎ
３ 凸轮 支架 的开模 分 析
从 图１ 以看 出 ， 凸轮支 架造 型 比较复 杂 ， 可 该 零 件 上 方 的推 杆 导 向孔 １ 中部 的凸轮 轴 孔３ 互 垂 与 相 直， 底座 上 分 布有４ 固定 孔４ 而上 方 推杆 导 向孔 个 ，
４２ 工 件 的设 计 ．． ２
该零 件使 用立 方 体形 的工 件，
体积块 Ｐｃ 选 择分型 面一 定义各体 积块 。 ｉ ｋ
４７ 抽取模具体 积块 ． 利 用参 考 零 件模 型 与模 具 体积 块 作 布 尔减 运 算 获 取型腔 。进 入Ｍｏ ｏ ｐ－Ｅ ｔ ｃ可 完成模 具 ｌ Ｃ ｍ － ｘ ａｔ ｄ ￣ ｒ 体积块抽 取。
模 具组 件 设 计包 括 参 考零 件 的 设计 和 工 件 的
设计。
４２１ 参 考零件 的设计 由于凸轮支架 的三维模 型 ．． 已绘 制好 ，可 以直接将其 装配到模具模 型 中作 为参 考零件 。 入Ｍｏ ｏｅ － ｓ ｍ ｌ － ｅ ｄ ｌ 选 进 ｌ Ｍ ｄ ｌ＊ ｓ ｂ － Ｒ ｆ ｄ － Ａ ｅ ｅ ￣ Ｍｏｅ ＋ ＿
Pro_E软件在机械设计中的应用
科技信息1.前言Ｐｒｏ／Ｅｎｇｉｎｅｅｒ（简称Ｐｒｏ／Ｅ）是美国参数技术公司（ＰＴＣ）推出的一套ＣＡＤ／ＣＡＭ／ＣＡＥ集成软件，它具有先进的参数化设计、基于特征设计的实体造型、单一数据库和便于移植设计思想的特点，是目前进行产品研制开发最为有效的工具之一，最近几年Ｐｒｏ／Ｅ已成为三维机械设计领域里最富有魅力的软件。
它的参数化特征和相关性是区别于其它软件的最大特点。
在基于Ｐｒｏ／Ｅ的虚拟设计中，设计者可以在计算机上仿真产品的实际造型、装配和运动过程，进行生动直观的产品预装配、干涉检测以及产品运动协调性的验证。
在不需要实际制造样机的情况下，解决了大部分装配问题。
这就使得新产品开发的周期大为缩短，使新的产品能尽早占领市场，为企业赢得最佳效益。
2.Pro/E在机械设计中的应用Ｐｒｏ／Ｅ软件作为机械工程设计中最具活力的工具，它主要应用于机械设计的以下诸方面：三维实体造型、工程分析（如应力应变、动态特性、热传导特性分析等）、设计审查与评价（如公差分配审查、干涉检查、运动仿真等）、结构优化、工程图的制作、工程数据库的建立及其操作、工程设计信息的处理、检索和交换等。
在机械设计中使用Ｐｒｏ／Ｅ软件具有更高效率、更高质量、更低成本的优势。
具体表现在以下几方面：（１）可使机械设计更加直观、方便机械是三维实体，甚至是带有相当复杂的运动关系的三维实体。
传统的机械设计是用正投影法形式的二维视图来表达设计人员的三维设想。
经过实践表明，虽然这种方法能准确表达无限的信息，但却存在着一些弊端。
因为无论是设计人员还是加工人员都要经过专门训练才能在大脑中将二维视图转化成三维实体。
设计及绘图过程中稍有不慎，就容易出现错误。
使用Ｐｒｏ／Ｅ软件可以直接在计算机中呈现出设计者的设计概念最真实的三维模型，随时计算出产品的体积、面积、质心、重心、转动惯量等，其最大的好处是三维设计形象直观，设计结构的合理性让人一目了然。
也可以在装配环境中设计新零件，利用相邻零件的位置及形状来设计新零件，可保证新零件与相邻零件的精确配合，避免了单独设计零件出现错误而导致装配的失败。
Pro／e软件在机械设计与制造中的应用
Pro／e软件在机械设计与制造中的应用在机械设计中使用Pro/e软件具有直观、方便的优点，可实现全参数化、变量化设计，并且可以进行静态和动态干涉检测、有限元分析和优化设计，可大大缩短机械设计周期，提高设计效率和质量。
标签：Pro/e软件;机械设计;机械制造应用一、Pro/e软件的介绍Pro/e软件是上世纪美国参数技术公司研发的一种三维工程设计软件，由于三维软件的功能强大，参数化特征成型，使得Pro/e软件在产品零件设计、装配、模具开发产品加工及制造、工业设计、汽车设计制造、玩具等行业得到广泛应用。
Pro/e软件是集Pro/Desinger、Pro/M的造型设计和仿真设计于一体的全方位的3D 设计软件。
可以使设计人员用较短的时间设计开发产品。
下面我们就Pro/e软件的特征和主要模块进行简单的介绍。
主要特性：1、全相关性：所谓全相关性是指Pro/e软件的全部模块是全相关的。
这也就是说，如果在开发某种产品时对某处进行更改，就可以扩展到整个产品的设计中，与此同时，诸如包装体、制造数据以及设计图纸等所有工程文档都会更新。
由于全相关性在开发周期的任一点进行修改却对设计来说没有一点损失，还可以使并行工程成为可能性，所以Pro/e软件可以实现开发后期的某些功能提前发挥。
2、基于特征的参数化造型Pro/e软件的产品的几何模型的构造要素是以设计人员较为熟悉的特征。
而且这些特征都是设计人员较为熟悉的通用机械对象，并且我们可以按照预先设置进行修改。
我们通过给在装配、加工、制造和其他学科领域都使用的特征设置参数，然后再通过参数修改，很容易的进行多次设计叠代，从而实现机械产品开发。
2、数据管理为了实现产品尽快投入市场，我们必须在较短的时间内开发最多的产品，为了达到这样的目标，我们需要更多学科的工程师在同一时间对一个产品进行研发。
基于此，数据管理模块的研发成功使之成为可能。
数据管理模块就是用于管理并行工程中的同一时间进行的所有工作。
Pro／E5.0骨架模型在装配设计中应用
Pro／E5．0骨架模型在装配设计中应用Pro/E5.0骨架模型是现代CAD软件中的一项重要功能，具有很广泛的适用性。
在装配设计中，骨架模型可以起到预测装配过程的效果，解决装配中遇到的困难。
下面将具体介绍Pro/E5.0骨架模型在装配设计中的应用。
首先，通过骨架模型可以减少产品设计中的错误率。
骨架模型是在设计中先建立起来的，它在分析、设计和制造过程中都会被使用到，这意味着设计人员可以在骨架模型上实时地检查和修改设计。
这种预测技术可以从根本上提高产品设计的精度和准确性，在一定程度上避免由错误造成的不必要成本。
其次，骨架模型在装配设计中能够提高效率和质量。
通常在装配过程中会有很多的零件需要进行配合和组合。
在传统的装配设计中，设计人员可能需要花费大量的时间在细节方面的考虑上。
而在这种情况下，骨架模型就可以派上用场了。
通过骨架模型，我们可以实现各个零件的精确配合，保证零件之间的完美匹配。
在以后的产品制造中，这种配合技术可以更快、更准确地实现产品的组装，提高生产效率，同时也使产品更具有高品质。
最后，骨架模型还可以帮助我们进行装配时的修复与更改。
在实际的装配设计中，常常会有许多问题出现，比如某些零部件的配合不紧密、装配顺序不当或者是设计原因造成的装配失败。
使用骨架模型可以快速分析问题，同时根据分析结果及时进行相应的更改和修复，保证产品的及时完成以及新的改进实施。
总之，在装配设计中，骨架模型是非常重要的一个环节。
骨架模型可以让设计师更加直观地看到装配过程，从而更好地进行产品设计。
同时，它也可以帮助我们提高生产效率并减少产品出错的概率。
这些优点使得骨架模型成为了产品设计中不可或缺的重要工具，它为我们提供了更加高效和准确的装配设计方案。
为了更好地了解Pro/E5.0骨架模型在装配设计中的应用，我们可以列出一些相关数据，并进行分析。
首先，根据调查数据显示，使用骨架模型进行装配设计可以有效提高生产效率和减少制造成本。
PRO在凸轮加工中的应用
PRO/ENGINEER在凸轮加工中的应用在印钞造币机械中，凸轮的使用很多，既有平面凸轮，又有空间凸轮，其中空间凸轮的加工一直是机械加工中的难点。
传统的加工方法是用分度头铣削或用靠模法加工，加工难度大，周期长，加工精度低，对操作工人的水平要求高。
自从我厂购置数控机床后，利用配有数控分度头的数控铣床加工空间凸轮替代了传统的加工方法，在很大程度上提高了凸轮的加工精度和加工效率，但是空间凸轮的数控加工程序一直是靠手工编程的，手工编程有很多不足，主要表现为：1．编程复杂，工作量大在空间凸轮的工作图中，凸轮的理论轮廓或工作轮廓尺寸是在其外圆柱的展开图上以直角坐标形式或列表形式给出。
假如按1°将凸轮的轮廓尺寸在360°上均分，则在程序中就要输入360个坐标点，工作量大，容易出错。
但有时图纸上凸轮轮廓坐标会以每5°或10°均分形式给出，由于间隔过大，数据不能直接使用，需要编程员对凸轮轮廓进行插值细化，这在手工编程中难度很大，甚至是不可能的。
２．程序修改不方便程序编好后，若在工作首件试切削时发现有错误或需要进行修改，如逆铣改为顺铣，则程序需要重新调整，调整过程是非常繁锁的。
３．凸轮轮廓加工精度低在手工编程中，程序中两个坐标点之间是用直线连接的，即直线插补，由于手工编程的局限性，无法得到足够多的坐标点，使得加工后的空间凸轮的工作轮廓与实际轮廓存在误差，表面有棱，不顺滑，精度低。
针对传统加工和手工编程的不足，现在我们充分利用现有的CAD/CAM软件PRO/ENGINEER野火版3.0，解决了空间凸轮的加工难题。
一、凸轮的原始数据现有一凸轮是从印刷设备上拆卸下来的，凸轮曲面有一定的磨损，经三坐标测绘，得到凸轮曲面的实际轮廓数据，结果如图１：（图１：凸轮展开图）（图２：原始三维建模图）若根据三坐标给出的数据直接建模，由三维图２可看出，凸轮曲面不顺滑，凹凸不平，尤其是过渡段与圆弧相接处明显有棱边，若这样加工出的凸轮肯定是不能用的。
Pro／E软件在《机械设计基础》课程教学与课程设计中的应用
真， 能按 需造 型 及修 改模 型 ， 并直 观 地显 示 整个 机 构 的装 配结 构 、 各 构件 之 间 的连 接关 系 ， 使 教 学 中 的各 知识 点 更 加 清 晰 、 生动 、 形象 ， 大 大 提 高 了课 堂 教 学
记忆 ， 没有 真 正理 解 。学生 由于空 间想象 能力 不足 和
缺 乏 工 程实 践 ，面ｘ ／ ， － 维 的 图纸 很难 想 象 出各 种 机
构 的运行方式 ， 似懂非懂 ， 遇到具体 问题不会分析。
品质 。再如 ， 对于轴 的结构设计 ， 可预先绘制出各类
上课 时则 利用 Ｐ ｒ ｏ ／ Ｅ对 轴 系各 个 零 为此 ， 我们提出了利用 Ｐ ｒ ｏ ／ Ｅ软件建立各种机构与传 轴 上 零件 固定 件 ， 演 示 如何 进行 齿 轮 的周 向和轴 向 固定 ， 动零部件 的模型 、 机构运动仿 真视频 、 拆装动画 、 虚 件进 行装 配 ， 轴承如何装配如何调整 间隙 ， 各零 拟装配 、 虚拟加工等教学 资源 ， 运用于《 机械设计基 轴 的支承与固定 ， 件 之 间 的相互 位 置关 系 、零 件 的装 拆 顺 序及 零 件 的 础》 课 程教 学 。
质的要求 。而 Ｐ ｒ ｏ ／ Ｅ是现今使用率最高的三维设计 间想象力 ， 从而提高学生的学习兴趣 。 软件之一 ， 其突破了传统的 Ｃ Ａ Ｄ设计理念 ， 提出了实 其次 ， Ｐ ｒ ｏ ／ Ｅ软件的设计过程可 以实现真正 的相 体造型 、 特征建模 、 参数化设计及全相关单一数据库 关性 ， 任何修改都会 自动反映到所有 的相关对象 ， 从 的新理论 ， 具有三维实体建模 、 曲面特征设计 、 装配 、 而显 著提 高了设 计效 率 和教学效 果 。比如 ， 对 于 平 面 工程图及运动和动力仿真等功能。因此 ，基于 Ｐ ｒ ｏ ／ Ｅ 四杆 机 构 ，教 学 时可 以利 用模 型 仿 真验 证所 设 计 的 软件 开展 《 机械设 计 基础 》 课程 教学 改革 ， 提 高教学 品 机构 是 否满 足 要求 ， 同时 还可 以改变 相 应 的参 数 、 或
车架有限元分析
车架有限元分析摘要车架是车辆的重要组成部分之一，是整个汽车的基体，承受着车辆所传递的包括来自路面与发动机的振动激励等车辆总成部件的多种复杂载荷。
因此，车架的优劣直接会影响到整个汽车性能的好坏，对其进行必要的研究和数据分析也就显得分外重要了。
而随着科学技术的进步，数据时代的到来，为车架的分析也带来了新的技术变化。
本文主要以有限元分析为主体，运用ANSYS软件对某车型的车架进行数据分析，施加适当的约束和载荷，校核该车架的强度和刚度，查看该车架的强、刚度能否满足要求。
在建模与数据分析阶段，分别运用两种不同的软件进行。
首先运用PRO/E[1]软件进行三维几何实体建模，然后运用ANSYS软件进行数据分析。
主要内容有：（1）选用某车型的小型汽车的车架，寻找和测量其主要的车型参数。
（2）运用PRO/E软件绘制该车架的三维模型。
（3）将PRO/E软件中的三维模型数据导入到需要进行数据分析的ANSYS软件中。
（4）运用ANSYS软件的有限元分析对该车架进行几何清理、网格划分、静态分析。
（5）分析得出结论，查看是否满足要求。
准备工作：因为要运用PRO/E软件建模和ANSYS软件进行有限元数据分析，所以PRO/E的建模方法、有限元理论及分析方法、ANSYS使用方法、PRO/E与ANSYS软件的无缝连接等都需要进行必要的技术掌握。
关键词：车架；PRO/E；有限元分析；ANSYS；静态分析Frame finite element analysisAbstractFrame is one of the important part of vehicle, is the base of the car, under the vehicle passing by including vibration excitation from road and engine components such as vehicle assembly of a variety of complex load. As a result, the merits of the frame will directly affect the entire car performance is good or bad, the necessary research and data analysis also appears particularly important. But with the progress of science and technology, the arrival of the age of the data, the analysis for the frame also brings new technology changes.In this paper, finite element analysis for the main, using ANSYS software for a certain kechuang frame for data analysis in project, applying the appropriate constraints and load, check the strength and stiffness of the frame, see the strong, the stiffness of the frame can meet the requirements.In modeling and data analysis phase, respectively using two different types of software. First using PRO/E software for 3 d geometry entity model, and then using ANSYS software for data analysis. The main contents are:(1) choose a kechuang small car frame of the project, to find and measuring of the models of its main parameters.(2) using PRO/E software rendering 3 d model of the frame.(3) the PRO/E software in the 3 d model data is imported into the need for data analysis in the ANSYS software.(4) using ANSYS software of finite element analysis of the frame geometry cleanup, meshing, static analysis.(5) the analysis conclusion, see whether meet the requirements.Preparation: because of using PRO/E software modeling and ANSYS software for finite element analysis of data, so the modeling method, the finite element theory and analysis method of PRO/E, ANSYS using method, using PRO/E seamless connection with ANSYS software and so on all need to master the necessary technology.Key words: frame; PRO/E; The finite element analysis; ANSYS; Static analysis目录第一章引言...............................................................................................................................................- 1 -1.1车架介绍......................................................................................................................................- 1 -1.2有限元分析法在车架中的研究应用以及研究现状 ..................................................................- 3 -1.3课题研究的意义和目的..............................................................................................................- 3 -1.4主要研究内容..............................................................................................................................- 4 - 第二章有限元分析软件介绍...................................................................................................................- 4 -2.1PRO/E简介....................................................................................................................................- 4 -2.1.1PRO/E主要特性................................................................................................................- 4 -2.2ANSYS简介....................................................................................................................................- 5 -2.2.1ANSYS技术种类................................................................................................................- 6 -2.2.2软件优势..........................................................................................................................- 6 -2.2.3ANSYS功能........................................................................................................................- 7 - 第三章车架有限元建模...........................................................................................................................- 8 -3.1 车架简化形式的建模................................................................................................................- 8 -3.2建立有限元车架模型..................................................................................................................- 9 - 第四章有限元分析.................................................................................................................................- 10 -4.1静力分析....................................................................................................................................- 10 -4.1.1静力分析基础................................................................................................................ - 11 -4.1.2建立车架静力学分析模型............................................................................................- 12 -4.1.3对导入到ANSYS后的车架模型进行网格划分 ............................................................- 12 -4.2载荷的处理................................................................................................................................- 15 -4.3悬架与部件连接的模拟............................................................................................................- 16 -4.3.1悬架的处理....................................................................................................................- 16 -4.3.2部件连接及相互作用的模拟 ........................................................................................- 17 -4.4静力分析工况及约束处理........................................................................................................- 17 -4.4.1满载弯曲工况加载........................................................................................................- 17 -4.4.2满载制动工况分析........................................................................................................- 23 -4.4.3满载转弯工况分析........................................................................................................- 25 - 第五章结束语.........................................................................................................................................- 27 - 附录.........................................................................................................................................................- 29 - 参考文献...................................................................................................................................................- 46 - 致谢.........................................................................................................................................................- 47 -引言- 1 -第一章 引言1.1车架介绍车架也称大梁，是汽车的基体，一般由两根纵梁和几根横梁组成，经由悬挂装置﹑前桥﹑后桥支承在车轮上。
基于Pro／E的数控车削加工仿真
基于Pro／E的数控车削加工仿真随着工业技术的飞速发展，计算机辅助设计软件已经成为现代制造业的核心。
PRO/ENGINEER(Pro/E)是一款强大的三维设计软件，它能够帮助工业制造飞机和整个机械系统的设计和制造。
Pro/E也被广泛应用于数控车削加工仿真，以保证生产效率和质量一致性。
数控车削加工仿真提供了许多优势，最显著的就是它可以大大减少生产期间的错误和停机时间，提高生产效率。
在Pro/E中，数控车削加工仿真可以被用来设计和测试机械组件，以便更好地满足生产需求并降低生产成本。
Pro/E的数控车削加工仿真越来越流行，因为它能够模拟机械零件的运动轨迹和操作过程，从而优化机械部件的设计和性能。
在Pro/E的仿真中，用户可以在实际车床和刀具之前试运行程序，确保零件的准确性和一致性。
Pro/E的仿真还可以检测错误和冲突，提出更好的解决方案，以确保生产系统的顺畅运行。
此外，Pro/E的数控车削加工仿真还可以通过多种方式进行优化，例如优化进给速率、切削速度、切削深度和切削工具半径等。
通过这种仿真和优化方法，生产系统可以在更短的时间内生产更多的部件，同时可能还将节省材料和减少机床折旧。
在Pro/E中，数控车削加工仿真可以通过图形用户界面(GUI)进行互动式操作和分析。
这种直观的用户界面使得仿真过程变得简单和容易理解，且能够帮助用户更好地了解削削加工的原理和机理，有助于精确模拟车削、铣削、钻削等工艺过程，以确保生产过程中产品加工质量的稳定另外，利用仿真技术还可以进行模拟分析，以查明生产系统的弱点和瓶颈，然后采取行动来改善这些问题。
这些改进可以固定甚至提高质量，短时间内实现成本削减。
总之，Pro/E的数控车削加工仿真是现代制造业中的一个重要工具，它可以大大提高生产效率和部件质量，并促进生产流程的优化。
利用仿真技术在工业设计中的广泛应用，如今已成为保证产品质量和生产效率的不可或缺的一部分。
在全球竞争日益激烈的市场中，Pro/E的数控车削加工仿真已成为行业领先者的必要工具。
焊接应力对构件的危害
焊接应力对构件的危害及消除在前期的文章中我们对车架焊接变形产生的原因及其解决措施的问题进行过分析探讨，其实在车架焊接变形过程中同时还伴随着焊接应力的产生，焊接应力的存在直接影响到车架结构的承载能力、降低焊接接头及整个车架构件的疲劳强度，在遇到外力作用时会产生疲劳断裂或者脆性断裂而引发事故。
这里我们将针对焊接应力对焊接构件的影响及其消除措施进行阐述。
大家都知道没有外力作用的情况下平衡于物体内部的应力称为内应力，引起内应力的原因很多，由焊接加工方法产生的内应力称为焊接应力，按照应力存在的时间可分为焊接瞬时应力和焊接残余应力。
焊接残余应力就是构件焊接及冷却后残留在焊件内部的应力，它对焊接构件的强度、腐蚀性能、尺寸稳定性等使用性能有着很大的影响。
在世界焊接史上有很多因焊接应力引起大型构件发生断裂的事故，如1938年—1940年期间，比利时Albert运河上先后有十多座威廉德式桥梁在载荷不大的情况下突然发生脆断事故，造成重大的经济损失。
最后专家调查分析确认是由于严重应力集中、残余应力高、钢材性能差，加上气温骤冷造成焊接裂纹扩展而脆断[1]。
在摩托车焊接构件上同样存在因焊接应力引起构件破坏的事例。
一．焊接残余应力的形成机理焊接应力的形成原因非常复杂，因为被焊接金属材料的力学性能和物理性能随温度变化，焊接过程又是一个不均匀的温度场在不断运动的过程，同时焊接温度场又因焊接接头的形状、尺寸、焊接工艺参数等不同而变化，因此分析起来千差万别。
我们举一个最简单的例子来说明焊接残余应力的产生。
图一是一根等截面的低碳钢杆件在三种不同固定状态下进行均匀加热时变化示意图。
a)自由变形将杆件一端固定，另一端不受任何约束，从T0进行均匀加热到T1，长度也由原来的L0伸长到L T，自由变形量为ΔL T，自由变形率为E T：ΔL T=αL0（T1- T0）E T=ΔL T/ L0=α（T1- T0）α——金属的线膨胀系数（1/K）相反，杆件从温度T1均匀冷却到T0时，长度也由恢复到原来的L0。
基于Pro-E机械运动仿真设计 论文
基于Pro/E的机械运动仿真设计摘要:仿真技术在机械产品的设计中起着非常重要的作用。
本文主要通过汽缸运动机构的运动仿真设计过程介绍了pro/e中的仿真模块以及机构仿真的设计方法和过程,并总结了该设计途径的优越性。
关键词:曲柄滑块机构运动仿真 pro/e 仿真模块0 引言目前,许多国内外的大型辅助设计软件,都包含了机械装配和运动学仿真的功能模块,例如ptc的pro/engineer,sdrc的1一deas,matra的euci id软件及des的ug等。
机械产品的运动分析和仿真已经成为计算机辅助工程(cae)中不可缺少的重要环节,同时也成为机械设计的必经过程。
进行机械产品设计时,通常要进行机构的运动分析,以此来验证机构设计的合理性和可行性。
机构运动仿真技术就是通过对机构添加运动副、驱动器,使其运动起来,以实现机构的运动模拟。
此外,运用机构中的后处理功能可以查看当前机构的运动,并且可以对机构进行运动速度、轨迹、位移、运动干涉情况的分析,为研究机构模型提供方便。
1 机构运动仿真的设计过程机构运动仿真是在pro/e系统的装配模式中进行的,其mechanism功能专门用来处理装配件的运动仿真。
机构运动仿真的设计过程如图1所示,主要可分为以下几个总体方案设计主要是利用已知条件,以及希望达到的目的或机械应实现的功能,进行机械的全局设计,在头脑中构思形成比较完善的设计方案。
建立运动模型是指进行机械各部分的具体设计,首先确定各零件的形状、结构、尺寸和公差等,并在计算机上进行二维绘图和三维实体造型,然后通过装配模块完成各零件的组装,形成整机。
装配是运动仿真的前提保障,装配关系的正确与否直接影响着运动仿真的结果,装配前首先要确定运动的各构件以及各构件之间的运动副。
确定好各构件及各构件之间的运动副之后,即可通过选择构件和运动副组成机构,最后由各机构组成整机。
并为仿真作准备。
设置运动环境是定义机械系统运动所必需的各种条件,比如:运动的动力源,初始位置和状态等。
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图1 车架结构
77 CAD/CAM与制造业信息化・2009年第1～2期
图4 适应性P-method技术网格划分
图3 非适应性H-method技术网格划分
图2 车架载荷图
78CAD/CAM与制造业信息化・
Digital Design
D
数字化设计
79
CAD/CAM与制造业信息化・2009年第1～2期
约束。
2.车架静力学分析
(1)车架模型的建立
该模型中存在一些非承载件，例
如外塑件安装耳等。
在本次分析的加
载过程中，对于车架的强度、刚度等
都几乎没有影响，但由于其结构比较
复杂，在网格划分以及后求解过程中
都浪费大量的计算机资源，于是需要
对这些非承载件进行简化，简化好的
模型如图5所示。
图5 分析模型
在MECHANICAL模式下，按照如图
2所示空间位置建立相应的弹簧单元和
梁单元。
(2)分配材质
在MECHANICAL模式下对模型进行
仿真分析，需要为模型指定一系列的
物理属性，例如密度、刚度等。
本次
分析中车架结构的大部分由薄壁管件
和薄壳板件构成，其材料为Q235A，
屈服极限为235M P a，泊松比0.3，弹性
模量200GPa。
编辑steel的材质属性，
给车架分配材质。
对于用来模拟发动
机、后平叉的B e a m单元，新建一种材
质编辑其材质属性，使其弹性模量为
steel的1000倍，密度为其1‰，以近似
于刚性无质量单元。
(3)约束条件及加载
在减震器的简化中曾提到，在车
架的前后轮轴心（即前减震下端点、
后平叉后端点）处建立全约束，在前
立管上下端面建立约束，仅保留沿前
立管轴线方向的平移自由度以模拟车
架的实际工况。
通过以上的约束处
理，整个车架没有刚体位移，刚度矩
阵没有奇异。
做好相应的等效约束及
加载等处理后，车架模型如图6所示。
图6 车架模型
(4)结果分析
建立新的静力分析，并运行分
析，完成计算以后，可以通过结果查
看器来查看计算得到的结果。
经常用
到的结果查看有显示变形图、显示等
效应力（Von Mises）等。
此次分析的
应力强度分布云图，如图7所示。
图7 应力强度分布云图（Von Mises）
由上面的计算结果可以得到，在
载有两个乘员的静力载荷工况下，车
架坐垫导轨和座垫支撑管相联接的地
方应力最大，最大值为70MPa。
由材料力学可知，对于塑性材料
而言，其许用应力为[σ]，其中
，为材料的屈服极限。
对
于本文而言，取235M P a，n为材料
的安全系数，在静载荷的情况下，
n=1.2～2.5。
由此得出在静载荷作用
下，当安全系数取得较小时，优质碳
素结构钢热轧钢板的静许用应力为
[]=195.8M P a；当安全系数取较大
时，优质碳素钢热轧薄钢板的静许用
应力为[]=94MPa。
由此得出该车架
在静载荷作用下是比较安全的，安全
系数取得较大，显得很富余，因而车
架的破坏可能性比较小。
四、结论
本文采用有限元技术，利用三维
建模工具Pro/ENGINEE R及其分析模块
Pro/MECHANICAL对某型号摩托车车架
结构进行静力学分析，并对其在静力
载荷作用下的安全性进行了讨论。
此
前，笔者曾经使用ANSYS对本车架进行
分析，A N S Y S拥有相对独立的前、后
处理模块，能够完成多领域的分析任
务，但ANSYS的前处理能力不足，无法
完成对复杂零件的建模，需要与其他
CAD软件结合使用。
由于本模型结构过
于复杂，使用中间格式将模型输入到
ANSYS后易产生模型断裂、实体丢失等
情况，直接影响了模型的后续分析。
笔者通过本次对Pro/MECHANICAL静力学
分析的体验，得到以下几点结论。
◎P r o/M E C H A N I C A L作为P r o/
ENGINEER的主要分析模块，集运动、结
构、热力学于一体，能够进行静态、动
态、疲劳和冲击等多种分析，在操作
风格上与其他常用模块相近，对于Pro/
ENGINEER使用者来说上手十分容易，较
好地秉承了Pro/ENGINEER易学易用、功
能强大的特点。
与传统的分析软件（如
ANSYS等）高度依赖于受过培训的专家
相比，Pro/MECHANICAL让普通设计工程
师在自己熟悉的设计环境中，就可以方
便地研究设计产品的机械性能。
◎通过直接在Pro/ENGINEER模型
上进行操作，Pro/MECHANICAL消除了数
据传递的问题，让工程师能随时更方
便地在设计过程中评估、理解和优化
他们的设计，使设计变更更容易，而
且成本更低。
◎在Pro/MECHANICAL中使用相关
仿真特征，在设计更改后，不需要重
新定义分析，即可对设计更改进行评
价，大大减少了工作量。
由于篇幅的限制，本文仅从静力
学分析方面对Pro/MECHANICAL进行了体
验，其动态、疲劳、冲击等多种分析
功能，及其参数化等诸多优势在设计
过程中的应用，必将迅速提高设计效
率，缩短产品的设计周期，提高产品
的市场竞争力。