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本科學生畢業(yè)設計
汽車改裝式升降臺設計
系部名稱： 汽車與交通工程學院
專業(yè)班級： 車輛工程 B07-2班
學生姓名： 張 磊
指導教師： 王 強
職 稱： 講 師
黑 龍 江 工 程 學 院
二○一一年六月
The Graduation Design for Bachelor's Degree
Design of Modified Car Lifting Platform
Candidate：Zhang Lei
Specialty：Vohicle Engineering
Class： B07-2
Supervisor：Lecturer. Wang Qiang
Heilongjiang Institute of Technology
2011·06·Harbin
黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計
摘 要
汽車改裝式升降臺是一種應用前景很廣的機械設備，它是以液壓元件為動力部件，以支撐桿為主要承載部件，通過在二類底盤上改裝的高空作業(yè)及運輸?shù)膶Ｓ迷O備。汽車改裝式升降臺可用于工廠、自動倉庫、停車場、市政、碼頭、建筑、裝修、物流、電力、交通，石油、化工、酒店、體育館、工礦、企業(yè)等的高空作業(yè)及維修。升降平臺升降系統(tǒng)，是靠液壓驅動，也被稱作液壓升降平臺所以發(fā)展前景很好。
本設計應用CATIA軟件對其進行三維建模，在將各零部件通過CATIA與ANSYS建立的接口導入ANSYS軟件中進行受力分析，最后再將整體裝配圖導入到ADMAS軟件中進行運動仿真及干涉校核。利用上述三種軟件進行汽車改裝式升降臺虛擬設計及仿真分析，可以發(fā)現(xiàn)并更正設計缺陷，完善設計方案，縮短開發(fā)周期，提高設計質量和效率，為生產實際提供理論支持。各種軟件的應用能夠大大縮短設計周期，也一定是以后機械行業(yè)發(fā)展的方向。
關鍵詞：升降臺；液壓；承載部件；二類底盤；專用設備；受力分析；干涉分析
ABSTRACT
Modified car lift station is a very broad application prospects of machinery and equipment, which is based on hydraulic components for the power unit to the main rod bearing parts, chassis modified by second-class high-altitude operations and transport of special equipment. Car modification can be used for factory-style lifts, automatic warehouses, car parks, municipal, port, construction, decoration, logistics, power, transportation, petroleum, chemical industry, hotels, stadiums, industrial and mining enterprises and other high-altitude operations and maintenance. Lifting platform lifting system is driven by hydraulic pressure, also known as hydraulic lift platform, so the development of good prospects.
The CATIA software application designed its three-dimensional modeling, in the various components through the establishment of CATIA and ANSYS interface into ANSYS software for mechanical analysis, the final and then the overall assembly drawing into ADMAS software simulation and the intervention school exercise nucleus. Using the three software modified car lift virtual design and simulation, you can find and correct design flaws and improve the design and shorten the development cycle, improve design quality and efficiency, provide theoretical support for the actual production. A variety of software applications can greatly shorten the design cycle, it must be the future direction of development of machinery industry.
Keywords: Lift; Hydraulic; Bearing parts; II Chassis; Special Equipment; Stress analysis; Interference analysis
II
黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計
第1章 緒論
1.1選擇的背景、研究目的及意義
升降臺是一種多功能起重裝卸機械設備、是一種將人或者貨物升降到某一高度的升降設備。升降平臺可分為：固定式、移動式、導軌式和曲臂式。固定式有：剪叉式升降貨梯、鏈條式升降機、裝卸平臺等。移動式分為：四輪移動式升降平臺、二輪牽引式升降平臺、手推式升降平臺、手搖式升降平臺、交直流兩用升降平臺、電瓶車載式升降平臺、 自行式升降平臺、柴油機曲臂自行式升降平臺、折臂式升降平臺、套缸式升降平臺、鋁合金升降平臺和汽車改裝式升降平臺，起升高度從1米至20米不等。鋁合金升降平臺可分為單柱鋁合金，雙柱鋁合金，三柱和四柱鋁合金。汽車改裝式升降臺可用于工廠、自動倉庫、停車場、市政、碼頭、建筑、裝修、物流、電力、交通，石油、化工、酒店、體育館、工礦、企業(yè)等的高空作業(yè)及維修。升降平臺升降系統(tǒng)，是靠液壓驅動，也被稱作液壓升降平臺。
在工廠、自動倉庫等物流系統(tǒng)中進行垂直輸送時，升降平臺上往往還裝有各種平面輸送設備，作為不同高度輸送線的連接裝置。一般采用液壓驅動，故稱液壓升降臺。除作為不同高度的以下步驟中我們驅動將液貨物輸送外，廣泛應用于高空的安裝、維修等作業(yè)。是一種將人或者貨物升降到某一高度的升降設備。在工廠、自動倉庫等物流系統(tǒng)中進行垂直輸送時，升降平臺上往往還裝有各種平面輸送設備，作為不同高度輸送線的連接裝置。一般采用液壓驅動，故稱液壓升降臺。除作為不同高度的貨物輸送外，廣泛應用于高空的安裝、維修等作業(yè)。
目前，發(fā)達國家生產的汽車改裝式升降臺質量較好、性能較穩(wěn)定、設備操作簡單，在經(jīng)銷商中口碑良好。我國的汽車改裝式升降臺是20世紀90年代依據(jù)國外的產品技術生產的，到現(xiàn)在舉升機市場已經(jīng)擁有近百個中外品牌，產品系列成百上千。然而汽車改裝式升降臺雖然也相對定型，但很多產品性能還不夠穩(wěn)定，故障多，可靠性差，外觀不夠美觀，在產品設計、技術開發(fā)等方面都還有很多地方有待改進。因此，進一步提高產品性能與可靠性，是國內汽車改裝式升降臺任重道遠且亟需改進的地方。然而目前，在我國還沒有出現(xiàn)利用虛擬樣機技術對汽車改裝式升降臺進行研究，只有將汽車舉升機的工程實踐和虛擬樣機技術結合起來，才能真正加快汽車舉升機產品的發(fā)展歷程。為此，本課題基于計算機仿真平臺，應用當前CAD/CAE領域應用比較廣泛的三維軟件CATIA、有限元軟件ANSYS及動力學仿真軟件ADAMS，進行汽車改裝式升降臺的強度、剛度、穩(wěn)定性及動態(tài)特性等方面的計算機仿真研究與分析，為我國汽車舉升機產品的設計、技術開發(fā)方面提供更多的理論參考，進一步提高汽車舉升機的穩(wěn)定性和可靠性。目前國內的高空作業(yè)平臺產品主要集中在車載式、剪叉式、牽引式。但無論從結構上還是功能上都無法與國外同類產品相比。自行履帶式高空作業(yè)平臺目前在國內還是空白，自行輪載式平臺也只有少數(shù)廠家在生產，并且存在產品種類少，臂型結構單一，起升高度低，適應場地能力差等不足之處，因此在功能上與國外先進產品相比還有較大的差距。
隨著中國經(jīng)濟的蓬勃發(fā)展，舉升設備也迎來巨大的市場需求。在高空作業(yè)領域中，常以汽車改裝式升降臺作為重要工具。它的作用都是將需要升高的人或物水平提升到合適的高度，以便于維修工人對待修設備進行維修或將待運物品舉升到合適的高度，正因為人員要在舉升設備上工作，因此要求舉升設備一定要安全可靠，否則一旦發(fā)生危險，后果不堪設想。因此，對舉升設備的安全性進行研究將具有重大的意義。本課題研究運用虛擬樣機技術對汽車改裝式升降臺的虛擬設計，在產品制造之前運用ANSYS、ADAMS軟件進行仿真研究。
CATIA是法國達索公司的產品開發(fā)旗艦解決方案。作為PLM協(xié)同解決方案的一個重要組成部分，它可以幫助制造廠商設計他們未來的產品，并支持從項目前階段、具體的設計、分析、模擬、組裝到維護在內的全部工業(yè)設計流程。
設計對象的混合建模：在CATIA的設計環(huán)境中，無論是實體還是曲面，做到了真正的互操作；變量和參數(shù)化混合建模：在設計時，設計者不必考慮如何參數(shù)化設計目標，CATIA提供了變量驅動及后參數(shù)化能力。幾何和智能工程混合建模：對于一個企業(yè)，可以將企業(yè)多年的經(jīng)驗積累到CATIA的知識庫中，用于指導本企業(yè)新手，或指導新車型的開發(fā)，加速新型號推向市場的時間。CATIA具有在整個產品周期內的方便的修改能力，尤其是后期修改性，無論是實體建模還是曲面造型，由于CATIA提供了智能化的樹結構，用戶可方便快捷的對產品進行重復修改，即使是在設計的最后階段需要做重大的修改，或者是對原有方案的更新?lián)Q代，對于CATIA來說，都是非常容易的事。CATIA所有模塊具有全相關性，CATIA的各個模塊基于統(tǒng)一的數(shù)據(jù)平臺，因此CATIA的各個模塊存在著真正的全相關性，三維模型的修改，能完全體現(xiàn)在二維，以及有限元分析，模具和數(shù)控加工的程序中。并行工程的設計環(huán)境使得設計周期大大縮短，CATIA 提供的多模型鏈接的工作環(huán)境及混合建模方式，使得并行工程設計模式已不再是新鮮的概念，總體設計部門只要將基本的結構尺寸發(fā)放出去，各分系統(tǒng)的人員便可開始工作，既可協(xié)同工作，又不互相牽連；由于模型之間的互相聯(lián)結性，使得上游設計結果可做為下游的參考，同時，上游對設計的修改能直接影響到下游工作的刷新。實現(xiàn)真正的并行工程設計環(huán)境。
ANSYS軟件是融結構、流體、電場、磁場、聲場分析于一體的大型通用有限元分析軟件。由世界上最大的有限元分析軟件公司之一的美國ANSYS開發(fā)，它能與多數(shù)CAD軟件接口，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享和交換，如CATIA, NASTRAN, Alogor, I－DEAS, AutoCAD等， 是現(xiàn)代產品設計中的高級CAE工具之一。ANSYS有限元軟件包是一個多用途的有限元法計算機設計程序，可以用來求解結構、流體、電力、電磁場及碰撞等問題。因此它可應用于以下工業(yè)領域： 航空航天、汽車工業(yè)、生物醫(yī)學、橋梁、建筑、電子產品、重型機械、微機電系統(tǒng)、運動器械等。軟件主要包括三個部分：前處理模塊，分析計算模塊和后處理模塊。前處理模塊提供了一個強大的實體建模及網(wǎng)格劃分工具，用戶可以方便地構造有限元模型；分析計算模塊包括結構分析（可進行線性分析、非線性分析和高度非線性分析）、流體動力學分析、電磁場分析、聲場分析、壓電分析以及多物理場的耦合分析，可模擬多種物理介質的相互作用，具有靈敏度分析及優(yōu)化分析能力； 后處理模塊可將計算結果以彩色等值線顯示、梯度顯示、矢量顯示、粒子流跡顯示、立體切片顯示、透明及半透明顯示（可看到結構內部）等圖形方式顯示出來，也可將計算結果以圖表、曲線形式顯示或輸出。軟件提供了100種以上的單元類型，用來模擬工程中的各種結構和材料。該軟件有多種不同版本，可以運行在從個人機到大型機的多種計算機設備上，如PC，SGI，HP，SUN，DEC，IBM，CRAY等。
ADAMS，即機械系統(tǒng)動力學自動分析(Automatic Dynamic Analysis of Mechanical Systems)，該軟件是美國MDI公司(Mechanical Dynamics Inc.)開發(fā)的虛擬樣機分析軟件。目前，ADAMS已經(jīng)被全世界各行各業(yè)的數(shù)百家主要制造商采用。根據(jù)1999年機械系統(tǒng)動態(tài)仿真分析軟件國際市場份額的統(tǒng)計資料，ADAMS軟件銷售總額近八千萬美元、占據(jù)了51%的份額,現(xiàn)已經(jīng)并入美國MSC公司。
軟件應用：ADAMS軟件使用交互式圖形環(huán)境和零件庫、約束庫、力庫，創(chuàng)建完全參數(shù)化的機械系統(tǒng)幾何模型，其求解器采用多剛體系統(tǒng)動力學理論中的拉格郎日方程方法，建立系統(tǒng)動力學方程，對虛擬機械系統(tǒng)進行靜力學、運動學和動力學分析，輸出位移、速度、加速度和反作用力曲線。ADAMS軟件的仿真可用于預測機械系統(tǒng)的性能、運動范圍、碰撞檢測、峰值載荷以及計算有限元的輸入載荷等。ADAMS一方面是虛擬樣機分析的應用軟件，用戶可以運用該軟件非常方便地對虛擬機械系統(tǒng)進行靜力學、運動學和動力學分析。另一方面，又是虛擬樣機分析開發(fā)工具，其開放性的程序結構和多種接口，可以成為特殊行業(yè)用戶進行特殊類型虛擬樣機分析的二次開發(fā)工具平臺。
利用上述三種軟件進行汽車改裝式升降臺虛擬設計及仿真分析，可以發(fā)現(xiàn)并更正設計缺陷，完善設計方案，縮短開發(fā)周期，提高設計質量和效率，為生產實際提供理論支持。
1.2設計主要內容
選取某品牌汽車改裝后的升降臺設計，要求升降臺接取汽車引擎動力，實現(xiàn)升降臺的升降功能，平臺還需具有360°旋轉功能。最大舉升高度為6000mm，最低高度為950mm，外形尺寸根據(jù)選配汽車尺寸自定，上升時間50s，額定載荷300kg，整機重量1450kg，電壓24V，電機功率1.5KW。利用AutoCAD、CATIA軟件完成升降臺二維及三維設計、利用ANSYS軟件對關鍵零部件進行強度、剛度及穩(wěn)定性校核，利用ADMAS軟件對整機進行動態(tài)仿真研究。
1.2.1 設計的基本內容
（1）升降臺總體方案設計；
（2）利用AutoCAD軟件完成升降臺二維總體結構設計及零部件設計；
（3）校核計算；
（4）利用CATIA完成升降臺三維建模及虛擬裝配；
（5）利用ANSYS完成關鍵零件的有限元分析；
（6）利用ADAMS軟件完成整機動態(tài)仿真及分析。
N
Y
Y
Y
N
1.3 是否合理
轉換接口
ADAMS動力學析仿真
ANSYS有限元分析
N
撰寫設計說明書
仿真結論分析
是否合理
CATIA整機裝配及干涉檢查
是否合理
轉換接口
CATIA三維實體建模
汽車改裝式舉升機結構設計及校核
調研、收集資料及總體方案論證
研究采用的技術流程圖如圖1.1所示。
圖 1.1 技術流程圖
第2章 汽車改裝式升降臺舉升機構設計
2.1 汽車改裝式升降臺車體選擇
汽車改裝式升降臺車體底盤按總體性能可分為通用汽車底盤、專用汽車底盤二種。通用汽車底盤指通用汽車的二類底盤。由于原汽車車架的強度和剛度滿足不了作業(yè)時的要求，故需要在原汽車底盤上增設副車架以實現(xiàn)對上車的支撐，所以整個高空作業(yè)車的重心較高，重量也較大，從而導致整機性能下降。但由于通用底盤的價格較低，在中小型的高空作業(yè)車上比較常用。
專用的汽車底盤是按高空作業(yè)車要求專門設計制造的。專用底盤軸距較長，車架剛性好，其駕駛室的布置有三種形式，一是正置駕駛室 (與通用汽車一樣)，二是側置的偏頭式駕駛室，三是前懸下沉式駕駛室。
據(jù)設計要求——最大舉升高度為6000mm，最低高度為950mm，上升時間50s，額定載荷300kg，整機重量1450kg，電壓24V，電機功率1.5KW。外形尺寸根據(jù)選配汽車尺寸自定，由已知的參數(shù)可知，待改裝式汽車可在3.5到12t之間選擇，屬于類，即屬于中型的載貨機動車，即選用二類底盤（通用汽車底盤）。選用二類底盤不但可以縮短開發(fā)周期，而且也降低了制造的成本，再根據(jù)已知條件中給的整車整備質量、軸數(shù)、軸距、外型尺寸等，在查取的二類底盤中選用了金杯SY1036SAS3的貨車底盤。經(jīng)調研，該金杯牌卡車，發(fā)動機型號：CA498，最大設計總質量3600kg，發(fā)動機額定功率62.5kw整車整備質量1825kg，車廂廠3300mm,車廂寬1800mm，滿足使用要求。
2.2升降臺整體結構形式及基本組成
此次課題設計的內容為剪刀式舉升機，剪刀式舉升機的發(fā)展較迅速，種類也很齊全。按照剪刀的大小分為大剪式舉升機（又叫子母式），還有小剪（單剪）舉升機 ；按照驅動形式又可分為機械式、液壓式、氣液驅動式。整體結構形式如圖2.1所示。
圖 2.1
剪刀式液壓平板舉升機由機架、液壓系統(tǒng)、電氣三部分組成。設置限位裝置、升程自鎖保護裝置等以保證舉升機安全使用，保障維修工人的生命安全。剪刀式舉升機有兩組完全相同的舉升機構，分別放于左右兩側舉升臂之間，因兩側結構完全相同，可以左右互換。舉升機由電氣系統(tǒng)控制，由液壓系統(tǒng)輸出液壓油作為動力驅動活塞桿伸縮，帶動兩側舉升臂同時上升、下降、鎖止
舉升機一側上下端為固定鉸支座，舉升臂由銷連接固定在鉸支座上。另一側上下端為滑輪滑動，舉升臂通過軸與滑輪連接。舉升機在工作過程中，以固定鉸支座一側為支點，滑輪向內或向外滑動，使舉升機上升下降，當達到適當?shù)呐e升位置時，利用液壓缸上的機械鎖鎖止。
2.3舉升機各零部件之間的連接關系
舉升機的工作是靠液壓缸活塞桿的運動實現(xiàn)舉升下降的。液壓缸固定在兩舉升臂內側，通過軸連接，活塞桿作用在上端軸上，軸直接連接兩舉升臂。活塞桿向外伸出時，帶動舉升臂向上運動。各舉升臂必須相互聯(lián)系，采用螺栓連接，圖中左側用軸連接，因各鉸接處均有摩擦，所以采用潤滑脂潤滑。舉升臂向上運動時，通過軸帶動滑輪滑動，舉升臂、軸與滑輪之間需使用鍵進行周向固定，力才能相互傳遞，滑輪軸上還放有套筒，并采用鎖止螺釘進行軸向固定，軸兩端用彈性擋圈固定，防止臂和滑輪外移；連接螺栓處用止動墊圈固定鎖止；固定鉸支座處用銷鏈接，銷通過鎖止螺釘鎖止；底座通過地腳螺栓固定于地面上；這樣舉升機才能正常工作。
2.4確定剪刀式舉升機的各結構尺寸
2.4.1剪刀式舉升機已知的主要技術參數(shù)如表2.2所示
表2.1 主要技術參數(shù)
技術數(shù)據(jù)
數(shù)值
單位
舉升重量
300
kg
舉升高度
6000
mm
提升時間
50
S
要求舉升機的提升速度是經(jīng)50mm時間內舉升機能升高到6m ,并且舉升機在各高度工作時，都能自鎖。
2.5 舉升機各部分尺寸
2.5.1支撐平臺尺寸
因升降臺是放于金杯汽車的車廂上，所以要保證升降臺的長和寬不能超過汽車車廂的長和寬。根據(jù)車廂長為3300mm、寬1800mm，升降臺平臺前后兩端與車廂前后邊緣要有一定距離，且滿足舉升到最高處時的高度是6000mm,實際高度是6840mm，則平臺外型長為2100mm。平臺寬一般為1740mm。根據(jù)要求，工作時上部平臺可以進行360度旋轉，重量作用在整個平臺上，力并不集中，所以平臺不宜過厚，設計為20mm，平臺下部設計環(huán)形滾槽，滾槽厚為20mm，平臺尺寸如圖2.2所示。
圖2.2 平臺尺寸
2.5.2 舉升臂尺寸
因平臺長2100mm，固定鉸支座和滑動滾輪分別放于平臺下，降低到最低點時舉升臂不能超出平臺邊緣，所以固定鉸支座和滑動滾輪要與平臺有一定的距離。固定鉸支座與滑動滾輪之間距離1950mm。
舉升機壓縮到最低位置時，舉升機高為880mm,(底座到平臺面的距離)。 如圖2.3所示底座厚為15mm，滾輪直徑D=50mm ，滾輪處軸徑Dz=24mm ，為了避免滾輪直接磨損底座，設計時，加工滾輪滑道，滑道厚為10mm，滑道寬35mm，滑道長為750mm。上下兩滾輪之間的距離為400mm，根據(jù)勾股定理求舉升臂長L, 求得L=2050mm，舉升臂寬100mm，厚為20mm。
圖 2.3 舉升機壓縮到最低點時的狀態(tài)
2.5.3 舉升機升高到6000mm時尺寸變化
舉升機向上舉升時，滑輪向內側滾動，液壓系統(tǒng)向上伸縮，固定鉸支座和滑動鉸支座之間距離縮短，平臺與底座之間距離越來越大。舉升機升高到6840mm時，舉升機上下兩滑輪之間的距離為6000mm，因舉升臂長L=2000mm，固定鉸接處與滑輪之間的距離為Lb,由勾股定理得 ，則Lb=1322.88mm，滑動輪滑動距離Lx=2000-1322.88=677.12mm。舉升機升高到6m時，結構狀態(tài)如圖2.4所示。
圖2.4 升高到 6m 時舉升機主視圖和左視圖
因我們的舉升臂寬為100mm，所以連接處螺栓軸徑適當取Ds=40mm，滑動滾輪處軸徑取Dz=40mm，滑輪總寬為40mm。
2.6 舉升機在車板上安裝尺寸
考慮到待改裝車型車板的情況，剪刀式升降臺平放于車板上就可以，采用M40的地腳螺栓固定。
根據(jù)待改裝車廂寬為1.75m，長為，舉升機上平板要有一定的空間供載人及貨物，為了滿足以上尺寸要求，升降臺兩側支撐桿之間的距離取900 mm ,平臺長1600mm ，舉升機左右結構完全相同，設備控制箱可以左右互換。
2.7 汽車改裝式升降臺各部件重量
查《工程材料手冊》所知，舉升、起重機械的板形材料多用Q275鋼。Q275鋼的材料性能：彈性模量（GPa）為200-220；泊松比為0.3；抗拉強度(MPa)為490—610；密度(g/cm3)為7.85。
質量基本計算公式
（2.1）
式中： W（kg）——表示鋼的理論質量；
F（mm2）——型鋼截面積；
L（m）——鋼材的長度；
ρ（g/cm3）——所用材料鋼的密度。
2.7.1平臺的質量
2.7.2滾道質量
因平臺加工有較薄的邊緣，所以計算時數(shù)據(jù)較多，后續(xù)計算中我們取平臺質量Wp=120kg
2.7.3舉升臂的質量
在實際運用中，左側和右側舉升機完全相同，每側共有八個舉升臂，則舉升臂重量和為
2.8 初定電機功率
汽車改裝式升降臺舉升重量0.3t，舉升機自身及其附件的重量再加上一部分的余量為0.7t，所以取 W=1t 。初定電機功率，不考慮工作過程損失。
舉升平臺上方放有待舉升物時，設計上升速度為 ：
Vw = （2.2）
將S=6000(mm)代入，由公式（2.2）得
Vw= =0.12m/s
g=10N/kg 由公式
Fw =3.710 =37 KN （2.3）
Vw取7.2 m/min
由公式（2.3）得
Pw= =4.44（KW）
取
整理前面計算的數(shù)據(jù)如表2.4。
表2.4 剪刀式舉升機主要技術參數(shù)
舉升重量
300kg
舉升高度
900-6000mm
實際上升高度
6100mm
總寬
2000mm
總長
2060mm
平臺長/寬
1600/550mm
舉升臂長
2000mm
平臺間寬
900mm
上升時間
60s
下降時間
60s
電機功率
1.1KW
電源
220V/380V/50Hz
額定油壓
18MPa
整機重量
800kg
滑輪移動距離
896.15mm
2.9 本章小結
本章主要將汽車改裝式升降臺的外型尺寸，各部分結構尺寸，各結構的安裝位置確定出來，為后續(xù)的設計工作做好準備。在設計過程中我們參考了廣力牌GL3.0/A小剪式舉升機，上海繁寶剪式舉升機， Jumbo Lift NT 剪式舉升平臺的設計，確定了我所設計的剪刀式舉升機的組成結構，包括控制機構、傳動機構、執(zhí)行機構，還有所需的零部件。本章還敘述了剪刀式舉升機是如何運動的，實現(xiàn)舉升，將車舉到我們希望的高度。
第3章 汽車改裝式升降臺機構建模
3.1汽車改裝式升降臺機構力學模型
汽車改裝式升降臺機構具有結構緊湊、通過性強和操控性好的特點,因此在現(xiàn)代物流、航空裝卸、大型設備的舉升與維護中得到廣泛應用。剪刀式舉升機構作為舉升平臺鋼結構的關鍵組成部分,其力學特性對平臺性能產生直接影響。對于汽車改裝式升降臺機構來說,影響其力學性能的關鍵因素是舉升油缸的安裝位置。計算、分析剪刀式起升機構的傳統(tǒng)方法通常為手工試算或整體有限元分析方法。但手工試算法精度不高,效率低;整體有限元分析法較適用于后期的驗算分析,但在設計分析初期,存在建模困難和較難快速調整模型參數(shù)的問題。在建立力學模型時，我們利用MATLAB 軟件所具有的強大矩陣計算功能,對影響剪刀式起升機構力學特性的關鍵參數(shù)展開研究,從而得到剪刀式舉升機構的力學模型。
3.1.1 汽車改裝式升降臺力學模型建立與分析
舉升機左側為固定鉸支座，右側為滑動鉸支座，平臺上放有荷載，受力情況如圖，圖中F4 與F2 作用點分別對應平臺和底座的固定鉸支座位置, F5 與F3 作用點分別對應平臺和底座的滑動鉸支座位置，W1為平臺所收載荷，F(xiàn)1為液壓缸推桿對剪差臂的推力。
圖3.1 力學方案示意圖
為分析方便,我們將平臺鋼結構和平臺有效載荷之和簡化為W1 ,剪刀式舉升機構自重載荷為W2 ,油缸自重載荷為Wz ,根據(jù)分析,假設舉升臂機構自重載荷為W2和 油缸自重載荷為Wz忽略不計。如圖所示,根據(jù)上一章所定舉升臂兩端銷孔中心連線長度為L ,L=2000mm，設剪差桿與水平夾角為，液壓缸與水平面夾角為，當升降臺處于最低位置時，由幾合運算知
==
==
液壓缸長度
L==644.39mm
當升降臺上升到最高位置處時
=
==
液壓缸長度
L==1145.37mm
液壓缸起升速度
V==10mm/s
活塞有效行程：500.98mm。
3.2汽車改裝式升降臺處于最低位置時的受力分析：
將對整個平臺的分析轉換為對最底部兩根舉升臂的分析，由于一共有四個支點共同承擔所有的重力，所以每個支點所承擔的重力為總重力的四分之一。
圖3.2 最低點時雙臂受力圖
再通過力學原理將對兩根桿的分析轉換為對一根桿的分析，如圖3.3所示。
圖3.3最低點時一桿的受力分析圖
3.2.1對舉升臂進行受力分析
圖3.4舉升臂受力分析圖
F1=52.1KN
（1）
（2）
3.2.2對舉升臂（II）進行校核
圖3.5舉升臂（II）校核圖
舉升臂的彎矩圖如圖3.11所示舉升臂最大彎矩
確定舉升臂2中性軸的位置
截面形心距底邊為：
因舉升臂2結構可近似一方鋼，所以通過截面中心的中心線即為中性軸。
截面對中性軸的慣鉅
舉升臂的最大彎曲應力
最大軸向正應力
兩種變形的總應力
經(jīng)查材料表可知45鋼的抗拉強度為600MPa，屈服強度為300Mpa。對于承受載荷較大，時間不長的情況下我們取安全系數(shù)為1.2，所以。由于承受的總應力310.27Mpa＜500Mpa，所以舉升臂強度合格。
舉升臂在最低位置時受力強度最大，經(jīng)校核舉升臂強度合格。
3.2.3對臂（I）進行校核
圖3.6舉升臂（I）校核圖
舉升臂的彎矩圖如圖3.11所示舉升臂最大彎矩
確定舉升臂1中性軸的位置截面形心距底邊為：
因舉升臂1結構可近似一方鋼，所以通過截面中心的中心線即為中性軸。
截面對中性軸的慣鉅
舉升臂的最大彎曲應力
最大軸向正應力
兩種變形的總應力
經(jīng)查材料表可知45鋼的抗拉強度為600MPa，屈服強度為300Mpa。對于承受載荷較大，時間不長的情況下我們取安全系數(shù)為1.2，所以。由于承受的總應力114.34Mpa＜500Mpa，所以舉升臂強度合格。
舉升臂在最低位置時受力強度最大，經(jīng)校核舉升臂強度合格。
3.2.4活塞桿頂端支承軸的強度校核
因為此橫軸作為液壓缸的支承軸，推力直接作用在軸線垂線上，兩端固定在舉升臂開孔中，所以其屬于純彎曲變形，其受力如下圖3.13所示。軸材料為40Cr，許用抗拉強度為1000MPa ，軸徑為40mm。為了避免因彎曲過大而導致對軸的破壞，本設計采用雙液壓缸，分別支撐在橫軸兩端。因在剛舉升的最低點軸受力最大，這里只校核此種情況的安全性。
圖3.7 支撐軸的剪力圖與彎矩圖
由圖3.7可得：
式中：M——為橫截面上的彎矩；
W——軸的抗彎截面系數(shù)。
經(jīng)校核可知：829.6MPa＜1000MPa，因這個最大應力僅在舉升瞬間存在，其余時間均小于此值，所以強度合格。
3.2.5連接舉升臂銷軸的強度校核
因銷軸是插進兩個交錯的舉升臂內部孔中，所以其主要承受剪應力，校核時只需要考慮其剪切變形即可。銷軸材料按規(guī)定為35鋼，軸徑40mm，許用剪切應力[]=98MPa。如圖3.14所示。
圖3.8 銷軸的受力圖
1、在剛要舉升最低點時銷軸的強度計算
舉升最低點時銷軸承受的應力為：
所以此軸滿足強度要求。
3.3 本章小結
通過分析剪刀式舉升機的結構特點,建立剪刀舉升機機構的力學模型,并通過該模型對決定起升油缸最大推力的關鍵參數(shù)進行研究,得到合理的結果。本章還通過對各舉升臂、主受力軸的受力分析與強度計算，來校核設計內容是否合理。并提出一些加強措施，使結構強度剛度充分滿足條件。以上的計算與分析對提高剪刀式舉升機系列化設計的效率和質量有明顯的效果。
第4章 液壓系統(tǒng)的選擇與計算
4.1明確設計要求
液壓系統(tǒng)是主機的配套部分，設計液壓系統(tǒng)是首先要明確主機對液壓系統(tǒng)提出的要求，具體包括
4.1.1主機的動作要求
這是指主機的哪些動作是要求用液壓傳動來實現(xiàn)，這些動作間有無聯(lián)系以及要不要求完成一定自動循環(huán)等。主機可能對液壓系統(tǒng)提出許多要求，設計者應在了解主機用途、工作過程和總體布局的基礎上對這些要求做出分析。
4.1.2主機的性能要求
指主機內采用液壓傳動的各執(zhí)行機構在力和運動方面的要求，各執(zhí)行機構在各工作幾段所需的力和速度的大小、調速范圍、速度的平徹性以及完成一個循環(huán)的時間等方面都必須有明確的數(shù)據(jù)?，F(xiàn)代化機械要求高精度、高生產力以及高度自動化，這不僅要求期液壓系統(tǒng)具有良好的靜態(tài)指標，還常對其動態(tài)指標提出要求。
4.1.3液壓系統(tǒng)的工作環(huán)境
工作環(huán)境的溫度和濕度，污染和振動沖擊情況以及是否有腐蝕和易燃性物質存在等問題均應有明確答案。這涉及液壓元件和介質的選用。必要時設計中還應附加防護措施。
4.1.4其他要求
如液壓裝置的在重量、外形尺寸方面的限制以及經(jīng)濟性、能耗方面的要求等。
4.1.5液壓系統(tǒng)的選型
油缸是液壓系統(tǒng)執(zhí)行元件，也是舉升機構的直接動力來源。通常油缸分為活塞式和浮拄式兩類?；钊骄鶠閱蜗蜃饔?，其缸體長度大而伸縮長度小、使用油壓低（一般不超過16MPa）。浮柱式為多級伸縮式油缸，一般有2～5個伸縮節(jié)，其結構緊湊，并具有短而粗、伸縮長度大、使用油壓高（可達35MPa），易于安裝布置等優(yōu)點。剪刀式舉升機多采用活塞式液壓缸，動力源直接輸送。其中拉塔處的液壓缸控制系統(tǒng)為氣動，人工腳踏施力，方便靈活且安全可靠。
本次設計兩個舉升處液壓缸及四個固定車體液壓缸者均采用HSG系列工程液壓缸，其形式為單活塞桿雙作用緩沖式液壓缸。它具有結構簡單、工作可靠、裝拆方便、易于維修，且連接方式多樣、緩沖部位任選等特點。適用于工程機械，礦山機械、起重運輸機械、冶金機械及其他機械行業(yè)。
4.2液壓系統(tǒng)方案的確定
圖 4.1 液壓系統(tǒng)原理圖
如圖4.1所示，汽車改轉式升降臺液壓系統(tǒng)方案的結構組成和工作原理如下：
結構組成：油箱、過濾器、液壓泵、電動機、先導型電磁溢流閥、調速閥、壓力表、壓力表開關、蓄能器、三位四通電液比例換向閥、單向閥、同步閥、液壓缸、三位四通電磁閥。
工作原理：液壓系統(tǒng)由一個三位四通電液比例換向閥和一個同步閥控制兩個支撐桿處的液壓缸運動；再有兩個三位四通電磁閥和六個換向閥共同控制八個支腿處液壓缸的運動，三組液壓回路可單獨控制。當電液比例換向閥位于左位時，液壓泵供油經(jīng)電液比例換向閥、分流閥向兩個液壓缸無桿腔輸入等量的油液，兩液壓缸的活塞桿同步向外伸出，有桿腔的油液經(jīng)單向閥及電液比例換向閥流回油箱；當電液比例換向閥右位工作時，液壓泵供油經(jīng)電液比例換向閥，分流閥向液壓缸有桿腔輸入等量的油液，兩液壓缸的活塞桿同步向內縮回，無桿腔的油液經(jīng)單向閥及電液比例換向閥流回油箱。兩個三位四通換向閥的工作原理與三位四通電業(yè)比例換向閥的工作原理類似。
4.3液壓系統(tǒng)的計算
由上一章節(jié)的相關計算可知，兩個舉升液壓缸的最大推力均為52.1KN，參照液壓缸制造廠家的相關技術規(guī)格可知，HSG系列工程液壓缸能滿足本次設計要求的推力且為了保證其安全可靠性，及因長時間使用的消耗而降低其最大推力值，我們這里選用HSG※01-80/dE型，它的最大推力為80.42KN；四個車體固定液壓缸的最大推力約為10KN，我們選用HSG※01-40/dE型，它的最大推力為20.10KN。
4.3.1舉升處液壓缸行程的計算
圖4.2 液壓缸行程圖
參照3.2.2計算可知：舉升至最高點時L2=1132mm。舉升機在最低點時L1=645mm，即液壓缸長度約為600mm，液壓缸行程約為1100-600=500mm：
參照液壓缸的技術規(guī)格我們可以查得HSG※01-80/dE型的速比選擇1.33即可，對應行程S≤8D=640mm。因為282mm＜640mm，所以所選規(guī)格符合設計要求。
4.3.2舉升處液壓系統(tǒng)工作壓力的計算
由前面的計算及選型可知，缸徑D=80mm，工作壓力計算如下
因為HSG系列工程液壓缸的最大工作壓力為16MPa，這里所選用的兩個舉升液壓缸均滿足在規(guī)定范圍內
4.3.3支腿處液壓缸行程的選擇
為保證汽車改裝式升降臺設計在升高的過程中能夠具有足夠的穩(wěn)定與平衡，由圖4.3可知，需要液壓支腿在橫向上具有700mm的伸長量，在豎直方向上具有500mm的伸長量。
圖4.3 支腿處液壓缸行程圖
4.3.4支腿處液壓系統(tǒng)工作壓力的計算
由整車整備質量為1825kg，升降臺部分總質量為588kg,最大舉升重量為300kg,每個支腿分擔的重力約為7000N，參照液壓缸的技術規(guī)格我們可以查得HSG※01-120/dE型的速比選擇1.33即可，對應行程S≤8D=960mm。因為700mm＜960mm，所以所選規(guī)格符合設計要求。
4.4液壓動力元件的選取
4.4.1液壓泵的選擇
計算液壓泵的最大工作壓力
（4.1）
式中 ——液壓缸的最大工作壓力，MPa；
——系統(tǒng)進油路上的總壓力損失，[可按經(jīng)驗進行估算，簡單的系統(tǒng)取
=（0.2～0.5）×Pa]；
已知：
==10.37MP
所以
=10.37 +0.5 =10.87 MPa （4.2）
4.4.2計算液壓泵的最大流量
由于所設計的液壓系統(tǒng)有多個液壓缸，所以液壓泵的最大流量為
（4.3）
式中 ——系統(tǒng)所需流量，；
K——系統(tǒng)的泄漏系數(shù)，一般取1.1～1.3；
——同時動作的液壓缸的最大流量，一般取2～3 ；
初取
K=1.2 =3 或0.05×
所以
=1.2×3=3.6 或0.06× （4.4）
4.4.3液壓泵規(guī)格的選擇
為保證液壓系統(tǒng)工作穩(wěn)定，所選液壓泵應有較大的最大功率、容積效率和總效率，根據(jù)液壓泵的最大工作壓力和最大流量，參考機械設計手冊（第五版）第四卷 表21-5-4，最終系統(tǒng)液壓泵選擇為內嚙合楔塊式齒輪泵。
4.4.4計算液壓泵的驅動功率并選擇電動機
由于工作循環(huán)中，液壓泵的壓力和流量比較恒定，所以液壓泵的驅動功率應按下式計算
（4.5）
式中 —— 液壓泵的最大流量，；
——液壓泵的最大工作壓力，MPa；
——液壓泵的總效率，齒輪泵一般取90%；
所以 41.48 W （4.6）所以電動機初選為型號為Y801-2的直流電動機。
4.5 液壓執(zhí)行元件的選擇
4.5.1液壓缸的選擇
根據(jù)對液壓缸的設計與計算，并結合以往經(jīng)驗對液壓缸結構及其各部件結構的選取如下：
1.液壓缸選為單活塞桿轉向液壓缸
2.缸筒與缸蓋的連接型式選用內螺紋連接
3.缸筒材料選用45鋼
4.活塞結構形式選擇整體式活塞
5.活塞與活塞桿連接形式選擇卡環(huán)連接
6.活塞密封結構選擇O型密封圈
7.活塞材料選用45優(yōu)質碳素鋼
8.活塞桿桿體選用實心桿
9.活塞桿材料選用45優(yōu)質碳素鋼
10.活塞桿導向套結構形式選用端蓋式導向套
11.活塞桿導向套材料選用灰鑄鐵
12.活塞與活塞桿的密封件選用O型密封圈加擋圈
13.活塞桿的防塵圈選用ASW型防塵圈
4.5.2液壓馬達的選擇
根據(jù)液壓系統(tǒng)的設計要求，并結合以往經(jīng)驗，液壓馬達選?。?
額定壓力為16～25MPa、排量為5～25mL·、轉速為500～4000r·、輸出轉矩為17～64N·m、型號為CM5，由天津液壓機械集團公司生產的齒輪式液壓馬達。
4.6液壓控制閥的選擇
由圖4.1可知，液壓系統(tǒng)選擇的液壓控制閥有：
一個三位四通電液比例換向閥、兩個三位四通電磁閥、一個調速閥、兩個溢流閥、四個二位四通換向閥。
所選的液壓控制閥均選擇液壓標準件控制閥。
4.7液壓輔助元件的選擇
4.7.1油箱的選擇
整體式油箱、兩用油箱和獨立郵箱是三種常見的類型，而獨立油箱應用最為廣泛，所以本液壓系統(tǒng)選擇獨立油箱。
油箱容量的經(jīng)驗公式為
（4.7）
式中 V——油箱的有效容積，L；
——液壓泵的總額定流量，；
——經(jīng)驗系數(shù)，對低壓系統(tǒng)，=2～4，對中壓系統(tǒng)，=5～7，對中、高壓或大功率系統(tǒng)，=6～12；
初取
=4
所以
＝10×3.6=36L （4.8）
表4.1 液壓泵站油箱公稱容量系列（JB/T 7938-1999）
液壓泵站油箱公稱量系列（JB/T 7938-1999）/L
2.5 4.0 6.3 10 16
25 40 63 100 160
油箱的有效容積的最終確定值按上表就近圓整為標準值，所以由表5.1可知：
液壓系統(tǒng)可選擇公稱容量為40L的油箱。
4.7.2油管和油管接頭的選擇
常用的油管有硬管和軟管兩類，一般盡量選用硬管，所以本液壓系統(tǒng)選用鋼管。
管道內徑及壁厚是管道的兩個主要參數(shù)，計算公式如下
（4.9）
（4.10）
式中 q——通過油管的最大流量，；
ｖ——油管中允許流量，；（由于系統(tǒng)所用的是高壓管，所以v取2.5）
ｄ——油管內徑，ｍ；
——油管壁厚，ｍ；
ｐ——管內最高工作壓力，MPa；
——管材抗壓強度，MPa；（由于管材是45鋼，所以=600 MPa）
ｎ——安全系數(shù)；（由于系統(tǒng)最高的工作壓力為20 MPa，大于17.5 MPa，所以n 取4）
所以 （4.11）
（4.12）
表4.2 液壓系統(tǒng)用硬管外徑系列（GB/T 2351-1993）
液壓系統(tǒng)用硬管外徑系列（GB/T 2351-1993）/mm
4、5、6、8、10、12、(14)、16、（18）、20、（22）、25、（28）、32、（34）、38、40、（42）、50
液壓系統(tǒng)用硬管外徑的最終確定值按上表就近圓整為標準值，所以由表5.2可知：液壓系統(tǒng)可選擇外徑為6mm 的鋼制油管。
油管接頭選擇卡套式接頭。
4.7.3蓄能器的選擇
蓄能器的充氣壓力是蓄能器的重要參數(shù)，用于蓄能的充氣壓力在等溫工作過程時按下式計算
（4.13）
式中 ——充氣壓力，MPa；
——液壓系統(tǒng)最高工作壓力，MPa；
所以
=0.5×10.37=5.2 MPa （4.14）
蓄能器有彈簧加載、重力加載和氣體加載三種類型，本系統(tǒng)選擇氣體加載式的隔離型皮囊式蓄能器。蓄能器的皮囊材質選擇標準丁清橡膠。蓄能器的液壓工作介質選擇石油基液壓液和水。
4.7.4液壓工作介質、過濾器和壓力表的選擇
由于本液壓系統(tǒng)中包含伺服系統(tǒng)，對液壓工作介質要求較高，所以本系統(tǒng)選擇高粘度指數(shù)液壓油。
由于本液壓系統(tǒng)用到電液比例閥，所以本系統(tǒng)中過濾器選擇精過濾器，壓力表選擇電接點式壓力表。
4.8本章小結
本章主要是針對液壓系統(tǒng)的選擇與計算做了詳細的說明，液壓系統(tǒng)并非本設計的內容范圍內，主要是對其進行選擇來滿足使用要求即可。在舉升裝置中所用的電控液壓系統(tǒng)是主要的選擇設備之一，我們做了結構原理圖的分析，并且通過計算來選擇了HSG系列的具體型號。
第5章 CATIA三維建模與整機裝配
5.1 CATIA軟件簡介
CATIA是法國達索公司的產品開發(fā)旗艦解決方案。作為PLM協(xié)同解決方案的一個重要組成部分，它可以幫助制造廠商設計他們未來的產品，并支持從項目前階段、具體的設計、分析、模擬、組裝到維護在內的全部工業(yè)設計流程。
模塊化的CATIA系列產品旨在滿足客戶在產品開發(fā)活動中的需要，包括風格和外型設計、機械設計、設備與系統(tǒng)工程、管理數(shù)字樣機、機械加工、分析和模擬。CATIA產品基于開放式可擴展的V5架構。通過使企業(yè)能夠重用產品設計知識，縮短開發(fā)周期，CATIA解決方案加快企業(yè)對市場的需求的反應。自1999年以來，市場上廣泛采用它的數(shù)字樣機流程，從而使之成為世界上最常用的產品開發(fā)系統(tǒng)。
CATIA系列產品已經(jīng)在七大領域里成為首要的3D設計和模擬解決方案：汽車、航空航天、船舶制造、廠房設計、電力與電子、消費品和通用機械制造。
CATIA具有在整個產品周期內的方便的修改能力，尤其是后期修改性，無論是實體建模還是曲面造型，由于CATIA提供了智能化的樹結構，用戶可方便快捷的對產品進行重復修改，即使是在設計的最后階段需要做重大的修改，或者是對原有方案的更新?lián)Q代，對于CATIA來說，都是非常容易的事。一個產品僅有設計是不夠的，還必須制造出來。CATIA 擅長為棱柱和工具零件作2D/3D關聯(lián)，分析和NC ；CATIA 規(guī)程驅動的混合建模方案保證高速生產和組裝精密產品，如機床，醫(yī)療器械、膠印機鐘表及工廠設備等均能作到一次成功。CATIA的各個模塊基于統(tǒng)一的數(shù)據(jù)平臺，因此CATIA的各個模塊存在著真正的全相關性，三維模型的修改，能完全體現(xiàn)在二維，以及有限元分析，模具和數(shù)控加工的程序中。CATIA 提供的多模型鏈接的工作環(huán)境及混合建模方式，使得并行工程設計模式已不再是新鮮的概念，總體設計部門只要將基本的結構尺寸發(fā)放出去，各分系統(tǒng)的人員便可開始工作，既可協(xié)同工作，又不互相牽連；由于模型之間的互相聯(lián)結性，使得上游設計結果可做為下游的參考，同時，上游對設計的修改能直接影響到下游工作的刷新。實現(xiàn)真正的并行工程設計環(huán)境。CATIA 提供了完備的設計能力：從產品的概念設計到最終產品的形成，以其精確可靠的解決方案提供了完整的2D、3D、參數(shù)化混合建模及數(shù)據(jù)管理手段，從單個零件的設計到最終電子樣機的建立；同時，作為一個完全集成化的軟件系統(tǒng)，CATIA將機械設計，工程分析及仿真，數(shù)控加工和CATweb網(wǎng)絡應用解決方案有機的結合在一起，為用戶提供嚴密的無紙工作環(huán)境，特別是CATIA中的針對汽車、摩托車業(yè)的專用模塊,使CATIA擁有了最寬廣的專業(yè)覆蓋面，從而幫助客戶達到縮短產品設計生產周期、不斷地提高產品質量及降低費用的目的。
5.2 利用CATIA進行三維建模
CAITA是基于草圖特征的三維建模軟件，CATIA通過對三維實體的精確建模及裝配來生成最終的產品。CAITA中裝配的模型的構造是由各種特征來組合生成的，零件的設計過程就是特征的累積過程。下面對主要零部件做詳細的過程分析。
CATIA常用命令圖標
5.2.1 車體建模
第一步是根據(jù)所選車型的外廓尺寸通過拉伸得到一個長方體，接下來再通過去除材料命令修整出具體的車型,再通過去除材料修整車板;通過去除材料修整汽車駕駛室：
圖5.1 拉伸得到的長方體
圖5.2 去除箱板后
圖5.3 簡單加工后的駕駛室
通過去除材料和各種倒角及打孔命令修整出整車車體，如圖5.4所示。
圖5.4 加工后的整車車體
5.2.2與車板固定的大工字鋼設計
在草圖設計界面根據(jù)計算好的尺寸會出工字鋼截面，如圖5.5所示。
圖5.5 草圖界面的工字鋼截面
通過拉伸命令拉伸出工字鋼體，再根據(jù)與車體配合的尺寸通過打孔命令繪出螺栓連接孔。
圖5.6 制作完螺栓連接孔的工字鋼
5.2.3 支腳鋼建模
按圖示進入草圖編輯器
在草圖工作界面繪制出兩個矩形，退出草圖編輯器，通過拉伸命令拉伸出支腳鋼實體
圖5.7 草圖編輯器中的草圖 圖5.8 待拉伸矩形
再通過打孔命令繪制出與大工字鋼相配合的螺栓連接孔，如圖5.9所示。
圖5.9 支腳鋼實體
5.2.4其他零部件的建模
圖5.10 槽型鋼 圖5.11 螺母
圖5.13 滾道 圖5.12 螺栓
5.3整車裝配
將各零部件通過各種約束命令裝配到一起，如下圖所示：用到的約束命令有固定、相合、面接觸等。
圖5.14 CATIA整車裝配圖
5.4本章小結
本章首先通過CATIA對汽車改裝式升降臺的各個零部件進行三維建模，有些重復零件不需要再次建模。在建模中用到了拉伸、旋轉、創(chuàng)建面、凹槽、肋、曲面螺紋等命令。最后為了美感及易分辨對各個零件進行渲染。在將各個零件建完模型之后再將其進行整機裝配，在裝配中應用了相合約束、只能移動、偏移距離約束、角度約束、固聯(lián)等命令。通過將汽車改裝式升降臺進行CATIA建模，能讓設計者更好的表達相關圖形。
第 6 章 舉升機有限元分析
6.1 ANSYS有限元分析軟件介紹
ANSYS是一種應用廣泛的通用有限元工程分析軟件[13]。開發(fā)初期時為了應用于電力工業(yè)，現(xiàn)在其功能已經(jīng)廣泛應用于航空、電子、汽車、土木工程等各個領域，能夠滿足各行業(yè)有限元分析的需要。ANSYS有限元分析軟件包括三個模塊：前處理模塊、分析計算模塊、和后處理模塊。功能完備的預處理器和后處理器（又稱與處理模塊和后處理模塊）使ANSYS具有多種多樣的分析能力，包括從簡單的線性靜態(tài)分析到復雜的非線性動態(tài)分析?？捎脕砬蠼Y構、流體、電力、電磁場及碰撞等問題的解答。它還包括優(yōu)化、估計分析等模塊將有限元分析、計算機圖形學和優(yōu)化技術相結合，已成為解決現(xiàn)代工程學問題必不可少的工具。
6.2 Pro/E與ANSYS接口的創(chuàng)建
利用ANSYS對結構進行有限元分析時，通常需要將Pro/E建立的三維模型，導入ANSYS中進行分析。所以需要將Pro/E三維實體模型通過專用的模型數(shù)據(jù)轉換接口導入到ANSYS中， Pro/E與ANSYS之間的接口技術常用的有以下兩種：
6.2.1 CATIA、Pro/E與ANSYS集成接口
CATIA中輸出的文件不能被ANSYS識別，所以得經(jīng)過Pro /E進行中間轉換，ANSYS在默認的情況下也不能直接對Pro /E中的prt(或asm)文件進行直接轉換的,必須通過以下對ANSYS設置連接過程進行激活模塊:鼠標點擊“開始→程序→ANSYS10.0→Utilities→ANS_ADM IN”,出現(xiàn)如下圖5.1的對話框,選擇configuration options→OK,接下來的對話框順序選取。Configuration Connection for Pro/E→OK，ANSYSMultiphysics & WIN 32→OK。
圖6.1 設置ANSYS連接過程
完成后ANSYS提示已在自己的安裝目錄中成功生成config.anscon文件,如下圖5.2所示,記完下config.anscon的路徑。在接下來出現(xiàn)的對話框中“Pro/Engireer Installation path”選項后輸入Pro/E的起始安裝路徑如“C: \ Program Files \ proeWildfire3.0 ”:“Language used with Pro /Enginee提示在Pro /E目錄下建立了一個protk.dat文件。
圖6.2 Pro/E的起始安裝路徑
點擊確定完成配置,運行Pro /E,工具菜單后面出現(xiàn)了ANSYS10.0,說明連接成功了。啟動CATIA軟件，打開已經(jīng)建立好的三維零部件，之后另存為（.igs）格式，再運行Pro/E打開某已存好的（.igs）格式零件三維模型圖，點擊ANSYS10.0下的ANSYSGeom按鈕(如下圖5.3所示)，則模型自動導入到ANSYS中，此時ANSYS10.0軟件自動打開，點擊Plot下的Volume，則模型導入成功。
圖6.3 導入界面
6.2.2通過IGES( *.igs)格式文件導入
首先, 在CATIA 環(huán)境下建立好零件模型或者完成零部件的裝配, 然后, 選擇主菜單【文件】下的【保存副本】子菜單, 彈出保存副本對話框后, 文件類型選擇IGES( *.igs) ,在【新名稱】框內為模型輸入新名稱,點擊【確定】按鈕會彈出輸出IGES對話框, 在輸出IGES 對話框中可以設置輸出圖元的類型、參考坐標系以及IGES 文件結構。輸出的圖元類型有: 線框邊、曲面、實體、殼、基準曲線和點, 缺省輸出圖元是曲面, 缺省是輸出所有面組, 點擊【面組...】選擇特定面組輸出?？梢赃x擇多種圖元類型進行輸出, 但是不能同時輸出曲面和實體或者曲面和殼。單擊【定制層...】按鈕設置各層的輸出特性。文件結構類型有: 平整、一級、所有級別、所有零件, 默認輸出為平整。平整: 將組件的所有幾何輸出到一個IGES 文件。導入到另一個系統(tǒng)時, 該組件就擔當一個零件的角色。應將每一個零件分別放到一個層上, 以便在接受系統(tǒng)中能加以區(qū)別。一級: 輸出一個組件的IGES 文件, 該文件只包含頂級幾何( 如組件特征) 。所有級別: 輸出一個組件的IGES 文件。用它可創(chuàng)建帶有各自的幾何和外部參照的元件零件和子組件。該選項支持所有層次。所有零件: 將一個組件作為多個文件輸出到IGES, 這些文件中包含所有元件和組件特征的幾何信息。零件使用相同的參照坐標系, 使接受系統(tǒng)中的重新裝配更加容易。本次技能訓練選擇實體特征，然后點擊【確定】完成。ANSYS 導入IGES( *.igs) 文件的方法有兩種: 一種是通過ANSYS軟件的用戶界面操作導入; 一種是通過輸入命令導入。本次技能訓練可采用第一種方法。通過用戶界面操作導入IGES 的步驟是:選擇主菜單【File】下的子菜單【Import】的次級子菜單【IGES...】, 彈出導入IGES 屬性設置對話框, 在導入IGES 屬性設置對話框中可以設置: 是否導入所有數(shù)據(jù)，是否合并圖元, 是否創(chuàng)建實體，是否刪除小面。點擊【OK】按鈕彈出文件路徑選擇對話框,在文件路徑選擇對話框中選擇好所需精度, 輸入IGES 文件路徑后, 點擊【