CATIA V5在汽车零部件强度设计上的应用1

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CATIA V5在汽车零部件强度设计上的应用1 [复制链接]

CATIA是法国达索飞机公司开发的CAD/CAM软件。在中国由IBM公司代理销售。CATIA软件以其强大的功能在飞机、汽车、轮船等设计领域享有很高的声誉。全球知名的汽车公司已经100％的切换为CATIA设计，并且国内一汽集团也在CATIA上投入将近一个亿，可见大家对CATIA软件的认同，北汽福田汽车公司于2003年引进CATIAV5，并当年就在其旗下的欧曼重卡体现出明显的效益。CATIA软件在汽车设计上的应用越来越广泛，下文以转向助力器支架的设计改进过程为例，简介使用CATIA软件的经验和体会。 
 一、故障的提出及分析
  
 

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 转向助力器支架如（图1-1）所示是用于固定转向助力缸的零件，它的强度和质量直接关系到车辆的转向性能，试想高速行驶的载重量超过20吨的重型卡车失去方向控制能力，后果将不堪设想。当样车生产出来后调试人员发现在空载条件下助力器支架随助力缸运动而扭动，如果加上载荷则有被撕裂的趋势。 
 二、过去的传统做法 
 如果按传统的设计方法，一般会对问题件进行加强，比如加厚板厚、加重、提高材料的性能等。可是加在哪？加多少？则存在较大的盲目性。如果通过计算方法分析则需要对问题件进行受力分析，但对于这种外形复杂的零件传统力学的分析方法只能提供一个大致近似的结果，不能提供一个准确的答案。并且这种力学分析需要设计人员有较高的理论力学和材料力学的基础，充裕的分析时间和丰富的设计经验，而后者则是大多数刚接触工作的设计人员所不具备的。目前阶段国内也只有专门的研究机构能够采用计算的方法，工厂一般很难开展。 
 三、引入CATIA 
 现在引入CATIA来进行辅助设计，就可以模拟该件工作时的极限受力状态找到应力集中点及最大位移点，以便改善它的受力情况。 
 具体步骤见下流程图：
 

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 如图1-2我们分析得到的应力最大点如图（A点）和实物相符，位移最大点也与我们当初的预期相吻合。
 

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 图2 转向助力器支架极限受力时的应力分析图
 

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 表1 应力梯度表
 

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 图3 转向助力器支架极限受力变形图
 

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 表2 变形量梯度表
 如图1-2我们分析得到的应力最大点如图（A点）和实物相符，位移最大点也与我们当初的预期相吻合。材料为235 MPa而最大应力集中点达到559MPa，差值达324MPa。为此首先把壁厚增加到8mm（图4/B设计）最大应力从559MPa下降到393MPa下降了29%重量上升了5.6％，应力下降不太理想；然后在应力最大点处又添加了一条斜筋（图4/C设计），再次进行GPS分析，应力和变形量最大值下降了59%但自重提高了44％。然后又尝试在其他的地方填加加强筋，分析后发现收效甚微。最后将整个零部件填实，发现受力情况反而因为自重增加而更加恶劣。看来单纯的对零件加强是很难解决问题的，需要对零件的结构进行调整。最后借鉴并采用了另一种结构（图4/D设计），这种结构受力性更好具体见（图5及图6）。
 

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 对（D）设计方案进行的GPS分析，结果如下：
 

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 图5 新状态转向助力器支架极限受力应力分析图
 

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 表3 应力梯度表
 

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 图6 新状态转向助力器支架极限受力变形图
 

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 表4 变形量梯度表