1841_裝載機(jī)的工作機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

1841_裝載機(jī)的工作機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì),裝載,工作,機(jī)構(gòu),設(shè)計(jì) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)題報(bào)告題目 裝載機(jī)的工作機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)專 業(yè) 名 稱 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化班 級(jí) 學(xué) 號(hào) 078105210學(xué) 生 姓 名 胡勁男指 導(dǎo) 教 師 賀紅林填 表 日 期 2011 年 3 月 10 日一、選題的依據(jù)及意義：裝載機(jī)工作裝置是一個(gè)較為復(fù)雜的機(jī)械系統(tǒng)。借助 Pro／E 軟件進(jìn)行裝載機(jī)工作裝置的三維實(shí)體設(shè)計(jì)，不僅可以真實(shí)地反映裝載機(jī)的幾何形狀。還能反映出各部件空間位置，有效撿測(cè)工作裝置的各部件是否發(fā)生干涉，并及時(shí)解決問(wèn)題。 此外，它還能夠?qū)ρb載機(jī)連桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真及對(duì)關(guān)鍵部件進(jìn)行有限元分析，驗(yàn)證設(shè)計(jì)的合理性，省去了制造樣機(jī)進(jìn)行反復(fù)實(shí)驗(yàn)、修改等環(huán)節(jié)，大大縮短了產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)周期，降低產(chǎn)品成本。二、國(guó)內(nèi)外研究概況及發(fā)展趨勢(shì)（含文獻(xiàn)綜述）：國(guó)外：裝載機(jī)在國(guó)外從上個(gè)世紀(jì) 20 年代問(wèn)世以來(lái)，已經(jīng)經(jīng)歷了 80 多年的發(fā)展歷程：從 40 多年的四輪驅(qū)動(dòng)裝載機(jī)，50 年代的液力機(jī)械傳動(dòng)裝載機(jī)，60 年代的鉸接式裝載機(jī)，到 80 年代，裝載機(jī)進(jìn)入了人-機(jī)-電一體化的新發(fā)展階段。現(xiàn)在，裝載機(jī)不論在整體性能，還是作業(yè)效能、安全性、可靠性以及操作舒適性等方面都得到了較大的提高，其技術(shù)水平已達(dá)到了較高的程度。國(guó)內(nèi)：國(guó)產(chǎn)輪式裝載機(jī)正在從低水平、低質(zhì)量、低價(jià)位、滿足功能型向高水平、高質(zhì)量、中價(jià)位、經(jīng)濟(jì)實(shí)用型過(guò)渡。從仿制仿造向自主開(kāi)發(fā)過(guò)渡，各主要廠家不斷進(jìn)行技術(shù)投入，采用不同的技術(shù)路線，在關(guān)鍵部件及系統(tǒng)上技術(shù)創(chuàng)新，擺脫目前產(chǎn)品設(shè)計(jì)雷同，無(wú)自己特色和優(yōu)勢(shì)的現(xiàn)狀，從低水平的無(wú)序競(jìng)爭(zhēng)的怪圈中脫穎而出，成為裝載機(jī)行業(yè)的領(lǐng)先者三、研究?jī)?nèi)容及實(shí)驗(yàn)方案： 熟悉 AUTOCAD2006 及 pro/e 的使用，對(duì)裝載機(jī)進(jìn)行平面及三維設(shè)計(jì)四、目標(biāo)、主要特色及工作進(jìn)度利用 AUTOCAD2006 對(duì) TZ08D 裝載機(jī)進(jìn)行初步設(shè)計(jì)，然后利用 pro/e 對(duì) TZ08D 裝載機(jī)進(jìn)行三維設(shè)計(jì)，直觀形象地反映裝載機(jī)的幾何形狀。五、參考文獻(xiàn)[1] 何 挺 繼 等 .筑 路 機(jī) 械 手 冊(cè) .人 民 交 通 出 版 社[2] 邱 宣 懷 等 .機(jī) 械 設(shè) 計(jì) 手 冊(cè) （ 第 5 卷 ） .機(jī) 械 工 業(yè) 出 版 社[3] 陳 樹(shù) 勇 等 .Autocad2006 中 文 版 機(jī) 械 設(shè) 計(jì) 實(shí) 例 精 講 .人 民 郵 電 出 版 社[4] 喬 麗 英 .精 通 Pro /Engineer 中 文 野 火 版 基 礎(chǔ) 入 門 篇 .中 國(guó) 青 年 出 版 社[5] 祝 凌 云 李 斌 .Pro /Engineer 運(yùn) 動(dòng) 仿 真 和 有 限 元 分 析 .人 民 郵 電 出 版 社[6] 詹 友 剛 .Pro /Engineer 中 文 野 火 版 教 程 -專 用 模 塊 . 清 華 大 學(xué) 出 版 社[7] 詹 友 剛 .Pro /Engineer 中 文 野 火 版 教 程 -通 用 模 塊 .清 華 大 學(xué) 出 版 社[8] 緊 固 件 國(guó) 家 標(biāo) 準(zhǔn) 匯 編 .中 國(guó) 標(biāo) 準(zhǔn) 出 版 社[9] 周 林 松 .裝 載 機(jī) 工 作 裝 置 優(yōu) 化 設(shè) 計(jì) .工 程 機(jī) 械[10] 王 國(guó) 彪 楊 力 夫 . 裝 載 機(jī) 工 作 裝 置 作 業(yè) 過(guò) 程 的 運(yùn) 動(dòng) 仿 真 .筑 路 機(jī) 械[11] 崔 小 松 .裝 載 機(jī) 工 作 裝 置 的 運(yùn) 動(dòng) 仿 真 和 有 限 元 分 析 .機(jī) 電 工 程 技 術(shù)[12] 劉 鴻 文 .材 料 力 學(xué) 第 四 版 . 高 等 教 育 出 版 社南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文I摘 要學(xué)生姓名：胡勁男 班級(jí)：0781052指導(dǎo)老師：賀紅林 TZ08D 型前裝 載機(jī)是山東 省農(nóng)業(yè)機(jī)械科學(xué)研究所現(xiàn)代農(nóng)業(yè)裝備工程技術(shù)公司設(shè)計(jì)的第四代小型裝載機(jī)，是一種廣泛用于公路、鐵路、建筑、水電、港口、礦山等建設(shè)工程的土石方施式機(jī)械，它主要用于鏟裝土壤、砂石、石灰、煤炭等散狀物料，也可對(duì)礦石、硬土等作輕度鏟挖作 業(yè)。國(guó)外裝 載機(jī)發(fā)展迅速，而我國(guó)裝載機(jī)在設(shè)計(jì)上存在很多問(wèn)題，其中主要集中在可靠性、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)強(qiáng)度等方面。本文以 TZ08D 型裝載機(jī)為 例, 先介紹了 TZ08D 裝載機(jī)工作裝置結(jié)構(gòu)，利用AUTOCAD2007 對(duì)裝載機(jī)工作裝置進(jìn)行初步設(shè)計(jì)，然后利用 Pro／E 軟件進(jìn)行裝載機(jī)工作裝置的三維實(shí)體設(shè)計(jì)，以真實(shí)地反映裝載機(jī)的幾何形狀進(jìn)而反映出各部件空間位置，有效地反映裝載機(jī)真 實(shí)結(jié)構(gòu)，提供直 觀形象的 實(shí)體圖形， 為進(jìn)一步動(dòng)態(tài)仿真和有限元分析做準(zhǔn)備并及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決問(wèn)題 。最后利用材料力學(xué)中的梁模型 對(duì)工作裝置動(dòng)臂結(jié)構(gòu)進(jìn)行強(qiáng)度校核，以 驗(yàn)證設(shè)計(jì)的合理性。 滿 意關(guān)鍵詞: 裝載機(jī)，Pro/ENGINEER，強(qiáng)度校核指導(dǎo)老師簽名：南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文- 29 -參考文獻(xiàn)[1] 何 挺 繼 等 .筑 路 機(jī) 械 手 冊(cè) .人 民 交 通 出 版 社[2] 邱 宣 懷 等 .機(jī) 械 設(shè) 計(jì) 手 冊(cè) （ 第 5 卷 ） .機(jī) 械 工 業(yè) 出 版 社[3] 陳 樹(shù) 勇 等 .Autocad2006 中 文 版 機(jī) 械 設(shè) 計(jì) 實(shí) 例 精 講 .人 民 郵 電 出 版 社[4] 喬 麗 英 .精 通 Pro /Engineer 中 文 野 火 版 基 礎(chǔ) 入 門 篇 .中 國(guó) 青 年 出 版 社[5] 祝 凌 云 李 斌 .Pro /Engineer 運(yùn) 動(dòng) 仿 真 和 有 限 元 分 析 .人 民 郵 電 出 版 社[6] 詹 友 剛 .Pro /Engineer 中 文 野 火 版 教 程 -專 用 模 塊 . 清 華 大 學(xué) 出 版 社[7] 詹 友 剛 .Pro /Engineer 中 文 野 火 版 教 程 -通 用 模 塊 .清 華 大 學(xué) 出 版 社[8] 緊 固 件 國(guó) 家 標(biāo) 準(zhǔn) 匯 編 .中 國(guó) 標(biāo) 準(zhǔn) 出 版 社[9] 周 林 松 .裝 載 機(jī) 工 作 裝 置 優(yōu) 化 設(shè) 計(jì) .工 程 機(jī) 械[10] 王 國(guó) 彪 楊 力 夫 . 裝 載 機(jī) 工 作 裝 置 作 業(yè) 過(guò) 程 的 運(yùn) 動(dòng) 仿 真 .筑 路 機(jī) 械[11] 崔 小 松 .裝 載 機(jī) 工 作 裝 置 的 運(yùn) 動(dòng) 仿 真 和 有 限 元 分 析 .機(jī) 電 工 程 技 術(shù)[12] 劉 鴻 文 .材 料 力 學(xué) 第 四 版 . 高 等 教 育 出 版 社學(xué)士學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人聲明，所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立完成的研究成果。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含法律意義上已屬于他人的任何形式的研究成果,也不包含本人已用于其他學(xué)位申請(qǐng)的論文或成果。對(duì)本文的研究作出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式表明。本人完全意識(shí)到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。作者簽名： 日期：學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書(shū)本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國(guó)家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)南昌航空大學(xué)科技學(xué)院可以將本論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。作者簽名： 日期：導(dǎo)師簽名： 日期： 畢業(yè)設(shè)計(jì)題目： 裝載機(jī)的工作機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)系 別 航空工程系專業(yè)名稱 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化班級(jí)學(xué)號(hào) 078105210學(xué)生姓名 胡勁男指導(dǎo)教師 賀紅林二 O 一一 年 六月 南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文III 目 錄第一章 緒論 ..........................................................................................................11.1 課題背景 ..........................................................................................................11.2 課題學(xué)術(shù)意義及實(shí)用價(jià)值 ..............................................................................21.3 本文的主要任務(wù) ..............................................................................................31.4 本章小結(jié) ..........................................................................................................3第二章 裝載機(jī)工作裝置簡(jiǎn)介 .......................................................................42.1 裝載機(jī)工作裝置的結(jié)構(gòu)形式與特點(diǎn) ..............................................................42.1.1 工作裝置的總體結(jié)構(gòu)與布置 ..................................................................42.1.2 TZ08D 型前裝載機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)況及設(shè)計(jì)參數(shù) ..............................................42.2 液壓油缸設(shè)計(jì)計(jì)算 ..........................................................................................62.2.1 液壓缸主要尺寸的計(jì)算 ..........................................................................62.2.2 液壓缸性能參數(shù)的計(jì)算 .........................................................................82.3 工作裝置連桿機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式與特點(diǎn) ..........................................................92. 4 裝載機(jī)工作裝置的基本概念 .........................................................................92. 5 裝載機(jī)工作裝置的設(shè)計(jì)要求 .......................................................................102. 5. 1 裝載機(jī)典型作業(yè)工況及其描述 .......................................................102. 5. 2 工作裝置的設(shè)計(jì)要求 .......................................................................112.6 本章小結(jié) ........................................................................................................12第三章 裝載機(jī)工作裝置三維模型的建立 ............................................143.1 三維實(shí)體幾何模型的建立 ............................................................................143.1.1 Pro/e 軟件特點(diǎn) ....................................................................................153.1.2 Pro/e 建模方法 ....................................................................................173.2 裝載機(jī)工作裝置三維實(shí)體模型的創(chuàng)建 ........................................................193.2.1 零件三維模型的建立 ............................................................................193.2.2 標(biāo)準(zhǔn)件的建立 ........................................................................................193.2.3 工作裝置裝配模型的建立 ....................................................................193.3 本章小結(jié) ........................................................................................................20南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文IV 第四章 工作裝置動(dòng)臂的強(qiáng)度校核 ...........................................................214.1 計(jì)算載荷工況 ................................................................................................214.2 建立動(dòng)臂強(qiáng)度分析力學(xué)模型（模型的簡(jiǎn)化） ............................................224.2.1 支座的簡(jiǎn)化 ............................................................................................224.2.2 載荷的簡(jiǎn)化 ............................................................................................234.3 動(dòng)臂的校核 ....................................................................................................234.3.1 彎矩的計(jì)算 ............................................................................................234.3.2 彎矩圖的繪制 .......................................................................................254.3.3 彎曲應(yīng)力的計(jì)算 ...................................................................................254.4 結(jié)論 ................................................................................................................264.5 本章小結(jié) ........................................................................................................26結(jié)論 .........................................................................................................................27參考文獻(xiàn) ...............................................................................................................29南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文- 1 -第一章 緒論1.1課題背景TZ08D 型前裝載機(jī)是山東省農(nóng)業(yè)機(jī)械科學(xué)研究所現(xiàn)代農(nóng)業(yè)裝備工程技術(shù)公司設(shè)計(jì)的第四代小型裝載機(jī),是一種廣泛用于公路、鐵路、建筑、水電、港口、礦山等建設(shè)工程的土石方施式機(jī)械，它主要用于鏟裝土壤、砂石、石灰、煤炭等散狀物料，也可對(duì)礦石、硬土等作輕度鏟挖作業(yè)。換裝不同的輔助工作裝置還可進(jìn)行推土、起重和其他物料如木材的裝卸作業(yè)。在道路、特別是在高等級(jí)公路施工中，裝載機(jī)用于路基工程的填挖、瀝青混合料和水泥混凝土料場(chǎng)的集料與裝料等作業(yè)。此外還可進(jìn)行推運(yùn)土壤、刮平地面和牽引其他機(jī)械等作業(yè)。由于裝載機(jī)具有作業(yè)速度快、效率高、機(jī)動(dòng)性好、操作輕便等優(yōu)點(diǎn)，因此它成為工程建設(shè)中土石方施工的主要機(jī)種之一。過(guò)去，工作裝置基本上沿用類比法和作圖試湊法進(jìn)行設(shè)計(jì)，工作繁瑣、設(shè)計(jì)精度低、周期長(zhǎng)，且不易獲得各項(xiàng)性能指標(biāo)都比較滿意的設(shè)計(jì)方案。盡管在長(zhǎng)期實(shí)踐中積累有一定的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，但由于缺乏現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論與方法的指導(dǎo)，設(shè)計(jì)時(shí)仍存在較大的盲目性.為了尋求一組滿意的方案，常常需要完成大量的手工作圖工作。這樣，不僅設(shè)計(jì)效率很低，對(duì)物理樣機(jī)的依賴性也很大，難于創(chuàng)新。近幾年來(lái)，無(wú)論在國(guó)內(nèi)還是在國(guó)外，裝載機(jī)品種和產(chǎn)量都得到了迅猛發(fā)展，已成為工程機(jī)械的主導(dǎo)產(chǎn)品之一。70 年代中期以來(lái)，國(guó)外一些大型裝載機(jī)制造公司己將優(yōu)化設(shè)計(jì)、有限元分析及 CAD 等現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論與方法應(yīng)用于裝載機(jī)工作裝置的實(shí)際產(chǎn)品設(shè)計(jì)之中，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。國(guó)內(nèi)一些單位于 80 年代初開(kāi)始了這項(xiàng)研究工作，并初見(jiàn)成效。近 20 多年來(lái)出現(xiàn)并迅速發(fā)展起來(lái)的即優(yōu)化設(shè)計(jì)、可靠行設(shè)計(jì)、有限元分析、動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)及 CAD 等于一體的現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法學(xué)，已廣泛應(yīng)用于常規(guī)的機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)之中.早在 70 年代，裝載機(jī)工作裝置的優(yōu)化設(shè)計(jì)在國(guó)外便不再是獨(dú)立進(jìn)行，而是與有限元的結(jié)合使用，己使這種理論在實(shí)踐中日趨完善。美國(guó)學(xué)者D.L.Bartel 和 D.C.Swann 的前端式裝載機(jī)動(dòng)臂總成優(yōu)化便是巨大的成功范例。另外.卡特彼勒、日本小松制作所和意大利菲亞特一阿里斯等大型裝載機(jī)制造公司也于 70 年代中期將優(yōu)化設(shè)計(jì)、有限元分析及 CAD 現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論與方法應(yīng)用于裝載機(jī)及其工作南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文- 2 -裝置的實(shí)際產(chǎn)品設(shè)計(jì)之中，并取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。我國(guó)在“七五”和“八五”期間，我國(guó)一些工程機(jī)械廠從美國(guó)和日本等國(guó)家引進(jìn)其 70 年代中、后期的產(chǎn)品進(jìn)行批量生產(chǎn)，以提高我國(guó)裝載機(jī)的設(shè)計(jì)水平和產(chǎn)品質(zhì)量。為了提高我國(guó)裝載機(jī)的設(shè)計(jì)水平和產(chǎn)品市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，縮小與國(guó)外先進(jìn)水平的差距，從 80 年代開(kāi)始，國(guó)內(nèi)一些高等院校和研究單位廣泛開(kāi)展了裝載機(jī)工作裝置的理論研究，并作了大量的基礎(chǔ)工作。研究?jī)?nèi)容設(shè)計(jì)諸多方面，如“裝載機(jī)工作裝置的優(yōu)化方法及微機(jī)程序設(shè)計(jì)” 、 “裝載機(jī)工作裝置搖臂的有限元分析及優(yōu)化” “裝載機(jī)工作裝置運(yùn)動(dòng)特性動(dòng)態(tài)仿真” 、 “裝載機(jī)工作裝置優(yōu)化設(shè)計(jì)” “輪式裝載機(jī)轉(zhuǎn)斗六連桿機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)”等等。但國(guó)內(nèi)對(duì)裝載機(jī)工作裝置的研究目前還僅局限于單一設(shè)計(jì)理論方法的使用，過(guò)多偏重于理論上的分析與計(jì)算，即缺乏系統(tǒng)的現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論作為主導(dǎo)，理論研究有為真正應(yīng)用于實(shí)際產(chǎn)品的設(shè)計(jì)之中，絕大多數(shù)工程機(jī)械廠采用傳統(tǒng)的作圖試湊法設(shè)計(jì)工作裝置。因此，開(kāi)展裝載機(jī)工作裝置現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法的研究，對(duì)推廣現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論與方法，提高我國(guó)裝載機(jī)的設(shè)計(jì)水平與產(chǎn)品質(zhì)量，都具有十分重要的理論意義與現(xiàn)實(shí)意義。裝載機(jī)工作裝置的設(shè)計(jì)，應(yīng)保證鏟斗在裝載過(guò)程中平移或接近平移運(yùn)動(dòng)。以使物料在提升的過(guò)程中，不致由于鏟斗的傾斜而掉落。過(guò)去在解決這類問(wèn)題時(shí)，常采用作圖的方法加以解決。在當(dāng)前市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日益激烈，用戶要求在不斷變化的情況下。設(shè)計(jì)者能迅速設(shè)計(jì)出滿足用戶要求的新工作裝置。為了克服上述設(shè)計(jì)方法存在的不足，本文主要對(duì)裝載機(jī)工作裝置進(jìn)行實(shí)體建模，為設(shè)計(jì)出的工作裝置進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真、有限元分析做準(zhǔn)備，以檢驗(yàn)設(shè)計(jì)的合理性及正確性，這樣在很大程度上可縮短設(shè)計(jì)周期，提高設(shè)計(jì)水平。它不但可精確合理地使各零部件的設(shè)計(jì)選用成為可能，而且還可使產(chǎn)品的制造降低，性能提高。1.2課題學(xué)術(shù)意義及實(shí)用價(jià)值隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，利用先進(jìn)的 CAD／CAE 工具對(duì)機(jī)械系統(tǒng)開(kāi)展研究已成為一種趨勢(shì)。Pro/ENGINEER(Pro／E)是集 CAD／CAM/CAE 于一體的大型設(shè)計(jì)軟件計(jì)，其中 CAE 常用的模塊有 Mechanism Design eXtension(MDX)ProMECHANICA(Pro／M)。比起十分專業(yè)的分析軟件，Pro／E 無(wú)法匹敵，但 Pro／E 卻是今天使用率最高的三維 CAD 軟件。比起準(zhǔn)確率 99％的分析，順手就能完成的趨勢(shì)評(píng)估，更貼近絕大多數(shù)南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文- 3 -的使用者。裝載機(jī)工作裝置是一個(gè)較為復(fù)雜的機(jī)械系統(tǒng)。借助 Pro／E 軟件進(jìn)行裝載機(jī)工做裝置的三維實(shí)體設(shè)計(jì)，不僅可以真實(shí)地反映裝載機(jī)的幾何形狀．還可以反映出各部件空間位置，有效檢測(cè)工作裝置的各部件是否發(fā)生干涉，并及時(shí)解決問(wèn)題。 此外，它還能夠?qū)﹃P(guān)鍵部件（動(dòng)臂）進(jìn)行有限元分析，驗(yàn)證設(shè)計(jì)的合理性，省去了制造樣機(jī)進(jìn)行反復(fù)實(shí)驗(yàn)、修改等環(huán)節(jié)，大大縮短了產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)周期，降低產(chǎn)品成本 。本課題以 TZ08D 裝載機(jī)為實(shí)例，結(jié)合現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)，利用 PRO/E 軟件建立裝載機(jī)工作裝置力學(xué)模型。由于裝載機(jī)本身是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，外界載荷的作用復(fù)雜，加上人—車—環(huán)境的相互作用，給工作裝置的分析研究帶來(lái)了很大困難。所以本課題也是在建立一個(gè)合理的裝載機(jī)分析模型方面的一個(gè)探索。在此模型的基礎(chǔ)上利用PRO/MECHNICA 軟件的分析功能，以增強(qiáng)工作裝置的強(qiáng)度為目標(biāo)，對(duì)工作裝置的動(dòng)臂進(jìn)行分析優(yōu)化，最終得出一個(gè)合理的方案。1.3 本文的主要任務(wù)本論文希望通過(guò) Pro/ENGINEER 軟件對(duì) TZ08D 型裝載機(jī)進(jìn)行簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)和三維建模分析。具體任務(wù)如下：(1)TZ08D 型裝載機(jī)工作裝置的液壓油缸設(shè)計(jì)計(jì)算。(2)TZ08D 型裝載機(jī)工作裝置實(shí)體建模。1.4 本章小結(jié)本章首先提出了課題的來(lái)源，并就課題意義及實(shí)用價(jià)值做出了說(shuō)明。然后簡(jiǎn)單介紹了裝載機(jī)工作裝置實(shí)體建模的一般方法，提出了本文研究的內(nèi)容以及需要研究和解決的關(guān)鍵問(wèn)題。南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文- 14 -第三章 裝載機(jī)工作裝置三維模型的建立目前應(yīng)用較為普遍的 Pro /Engineer 軟件，是集 CAD／CAE 于一體的大型設(shè)計(jì)軟件，其中用于仿真和分析的模塊是 Mechanism Design extension(MDE)。Pro /Engineer 可以用來(lái)建立實(shí)體幾何模型，對(duì)所建模型進(jìn)行仿真和分析，通過(guò)模擬真實(shí)環(huán)境的工作狀況對(duì)其進(jìn)行分析判斷和干涉檢查，以盡早發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)缺陷和潛在的失敗可能，提前進(jìn)行改善和修正。從而減少后期修改而付出的昂貴代價(jià)，縮短設(shè)計(jì)周期。裝載機(jī)工作裝置的設(shè)計(jì)是一個(gè)比較復(fù)雜的設(shè)計(jì)過(guò)程，其設(shè)計(jì)好壞直接影響整機(jī)的工作性能。本章以 TZ08D 型裝載機(jī)為例，在 Pro／Engineer 軟件環(huán)境下，對(duì)裝載機(jī)工作裝置進(jìn)行三維實(shí)體建模為進(jìn)一步的干涉檢查、運(yùn)動(dòng)仿真與分析做準(zhǔn)備， 以期實(shí)現(xiàn)在 Pro /Engineer 軟件環(huán)境下的裝載機(jī)工作裝置的優(yōu)化設(shè)計(jì)。3.1 三維實(shí)體幾何模型的建立傳統(tǒng)的 2D 繪圖給整個(gè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造帶來(lái)很大麻煩，而 3D 繪圖給人直觀、形象的感覺(jué)。美國(guó) 90 年代初致力于使用權(quán)新的設(shè)計(jì)及生產(chǎn)技術(shù)如實(shí)體模型 Solid Modeling、快速成型機(jī)，以及工程分析系統(tǒng)等，其成效是有目共睹的，但這些生產(chǎn)技術(shù)都離不開(kāi)以造型技術(shù)為基礎(chǔ)。過(guò)去，我們國(guó)家各個(gè)地區(qū)都以平面、線框、曲面造型為手段，但為了要適應(yīng)國(guó)際市場(chǎng)的大趨勢(shì)，實(shí)體模型技術(shù)必會(huì)逐漸為用戶所認(rèn)識(shí)和使用。以輸入方式分類，目前三維建模的方法有兩種:三維數(shù)字化儀輸入和手工輸入。單位數(shù)字化儀價(jià)格昂貴，客觀條件也不允許。三維實(shí)體建模，與二維圖形相比，其優(yōu)勢(shì)主要在于：(1)三維 CAD 可視化程度高、形象直觀、設(shè)計(jì)效率高，能為企業(yè)數(shù)字化提供完整的設(shè)計(jì)、工藝和制造信息；(2)三維 CAD 可以更加準(zhǔn)確地表達(dá)技術(shù)人員的設(shè)計(jì)意圖，使設(shè)計(jì)過(guò)程更加符合設(shè)計(jì)習(xí)慣和思維方式，從而使技術(shù)人員更加專注于產(chǎn)品設(shè)計(jì)本身，而不是產(chǎn)品的圖形表示；南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文- 15 -(3)三維 CAD 系統(tǒng)具有高級(jí)曲面造型工具，能夠構(gòu)造各種復(fù)雜的產(chǎn)品形狀；(4)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的裝配設(shè)計(jì)，進(jìn)行千涉檢查、運(yùn)動(dòng)仿真；(5)進(jìn)行產(chǎn)品結(jié)構(gòu)分析和各種物理特性計(jì)算；(6)產(chǎn)品的三維模型可以通過(guò)投影自動(dòng)生成二維工程圖，各視圖之間完全相關(guān)，當(dāng)三維模型修改時(shí)，二維工程圖可以自動(dòng)完成更新；同時(shí)，設(shè)計(jì)結(jié)果也可以為后續(xù)設(shè)計(jì)模塊，如工程分析、數(shù)控加工等應(yīng)用，實(shí)現(xiàn) CAD/CAE/CAPP/CAM 的集成。3.1.1 Pro/Engineer軟件特點(diǎn)Pro /Engineer 是美國(guó)參數(shù)技術(shù)公司 1988 首家推出的使用參數(shù)化特征造型技術(shù)的大型 CAD/CAM/CAE 集成軟件，具有造型設(shè)計(jì)、零件設(shè)計(jì)、裝配設(shè)計(jì)、二維工程圖制作、結(jié)構(gòu)分析、運(yùn)動(dòng)仿真、模具設(shè)計(jì)、鈑金設(shè)計(jì)、管路設(shè)計(jì)、數(shù)控加工、數(shù)據(jù)庫(kù)管理等功能。近年來(lái)，在我國(guó)大型工廠、科研單位和部分大學(xué)得到了較為普遍的應(yīng)用，深受三維產(chǎn)品設(shè)計(jì)和研究人員的喜愛(ài)。Pro /Engineer 是一個(gè)全方位的三維產(chǎn)品設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)軟件，它集零件設(shè)計(jì)、產(chǎn)品裝配、模具開(kāi)發(fā)、數(shù)控加工、鈑金設(shè)計(jì)、鑄造件設(shè)計(jì)、造型設(shè)計(jì)、逆向工程、自動(dòng)測(cè)量、機(jī)構(gòu)仿真、應(yīng)力分析、電路布線、裝配管路設(shè)計(jì)等功能模塊和專有模塊于一體，可以實(shí)現(xiàn)面向制造的設(shè)計(jì)(Design For Manufacturing，DFM)、面向裝配的設(shè)計(jì)(Design For Assembly，DFA)、逆向設(shè)計(jì)(Inverse Design，ID)、并行工程(Concurrent Engineering，CE)等先進(jìn)的設(shè)計(jì)方法和模式。Pro /Engineer 參數(shù)化設(shè)計(jì)的特性包括：(1)三維實(shí)體模型 三維實(shí)體模型除了可以將用戶的設(shè)計(jì)理念以最真實(shí)的模型在計(jì)算機(jī)上表現(xiàn)以外，還可以隨時(shí)計(jì)算出產(chǎn)品的體積、面積、質(zhì)心、質(zhì)量和慣性矩等，以便了解產(chǎn)品的真實(shí)情況，可以減少對(duì)以上參數(shù)的人為計(jì)算時(shí)間。(2)單一數(shù)據(jù)庫(kù) Pro /Engineer 是建立在單一數(shù)據(jù)庫(kù)上的，即工程的資料全部來(lái)自一個(gè)庫(kù)，使多個(gè)獨(dú)立用戶可以同時(shí)處理同一個(gè)產(chǎn)品的造型。并可隨時(shí)由三維實(shí)體模型產(chǎn)生二維南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文- 16 -工程圖，而且自動(dòng)標(biāo)注工程圖的尺寸。在三維實(shí)體模型或二維圖形上作尺寸修正時(shí)，其相關(guān)的二維圖形或三維實(shí)體模型均自動(dòng)修改，同時(shí)裝配、制造等相關(guān)設(shè)計(jì)也會(huì)自動(dòng)修改，這樣可確保數(shù)據(jù)的正確性，避免了耗時(shí)的反復(fù)修改。(3)以特征作為設(shè)計(jì)的單元 Pro /Engineer 以最自然的思考方式從事設(shè)計(jì)工作，如凸起(Protrusion)、切削(Cut)、鉆孔(Hole)、開(kāi)槽(Slot)、圓角(Round)、斜角(Chamfer)、圓軸(Shaft)、軸頸(Neck)、凸緣(Flange)、薄殼(Shell)、加強(qiáng)肋(Rib)及管件(Pipe)等均視為基本特征。也正因?yàn)橐蕴卣髯鳛樵O(shè)計(jì)的單元，因此可隨時(shí)對(duì)特征做出合理、不違反幾何關(guān)系的修改操作，如重新定義(Redefine)、重新排序(Reorder)、重新參考(Reroute)、插入模式(Insert Mode)、替換模式(Change Mode)和刪除(Delete)等。(4)參數(shù)式設(shè)計(jì) 配合單一數(shù)據(jù)庫(kù)，所有的設(shè)計(jì)過(guò)程中使用的尺寸(參數(shù))都存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中，設(shè)計(jì)者只要更改三維零件(Part)的尺寸，則二維工程圖(Drawing)、三維裝配圖(Assembly)、模具(Mold)等立即依照尺寸的更改做幾何形狀的變化，這樣可以保證設(shè)計(jì)修改工作的一致性。正因?yàn)橛脜?shù)式的設(shè)計(jì)，用戶可以運(yùn)用強(qiáng)大的數(shù)學(xué)運(yùn)算方式，創(chuàng)建各尺寸參數(shù)間的關(guān)系式，自動(dòng)計(jì)算出模型應(yīng)有的外形，減少了逐一修改尺寸的時(shí)間，并可避免錯(cuò)誤的發(fā)生。Pro /Engineer 野火版具有多項(xiàng)新特征和附加功能，使用起來(lái)更加直觀。它增加了自由形式曲面處理等新技術(shù)，強(qiáng)化了建模和模型檢測(cè)等原有的模塊。PTC 公司同時(shí)提供了新的裝配功能、數(shù)據(jù)管理功能、仿真功能，并擴(kuò)展了 Pro/ENGINEER 的使用范圍。（1） 直接建模：讓用戶在最小限度的界面交互和較少使用鼠標(biāo)的情況下，交互地建立和修改特征。（2）靈活的草繪和骨架：柔性特征可以很容易地對(duì)復(fù)雜的幾何體進(jìn)行有效更改。（3） 過(guò)程變形：能夠?qū)ψ冃芜M(jìn)行詳盡的更改，而不需要修改原設(shè)計(jì)。南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文- 17 -（4）自由形式曲面處理：使用方便的工具欄和鼠標(biāo)，自由設(shè)計(jì)美學(xué)曲面和曲線。（5） 行為建模：行為建模(BMX)已經(jīng)成為設(shè)計(jì)過(guò)程自動(dòng)化的流行工具。（6）小組數(shù)據(jù)管理：具有安全多點(diǎn)協(xié)作功能，便于本地?cái)?shù)據(jù)管理。（7）系統(tǒng)互連設(shè)計(jì)：用于制作電路圖，以及過(guò)程和測(cè)量示意圖。（8）全相關(guān)二維制圖：新的智能化約束捕捉功能加快了制圖實(shí)體的創(chuàng)建。（9） 制造：高速加工的改進(jìn)功能。（10） 仿真：Pro/MECHANICA 是一個(gè)分析工具，可單獨(dú)使用。（11） 模型檢查：Model CHECK 使 CAD 檢查過(guò)程自動(dòng)化。（12） 造船：具有船體整體布局和細(xì)分的船體概念設(shè)計(jì)功能，具有建立詳盡的船舶結(jié)構(gòu)化框架的鋼結(jié)構(gòu)生成功能。Pro /Engineer (Pro/E)是集 CAD/CAM/CAE 于一體的大型設(shè)計(jì)軟件，其中 CAE 常用的模塊有 Mechanism Design extension(MDX)和 Pro/MECHANICA(Pro/M)。Pro/MECHNICA 的三種工作模式：（1）FEM(Finite Element Modeling)模式FEM 模式?jīng)]有求解器，能夠完成對(duì)模型的網(wǎng)格劃分、邊界約束、理想化等前置處理，隨后需要使用第三方軟件進(jìn)行求解，如 NASTRAN、ANSYS 等（2）集成模式集成模式運(yùn)行于 Pro /Engineer 平臺(tái)之上，操作及界面與 Pro /Engineer 相同，能夠直接使用 Pro /Engineer 的參數(shù)進(jìn)行分析及優(yōu)化。（3）獨(dú)立模式獨(dú)立模式不需要 Pro /Engineer 平臺(tái)的支持，能夠獨(dú)立運(yùn)行，可導(dǎo)入第三方軟件的模型，功能要比集成模式稍強(qiáng)，但與 Pro /Engineer 的集成性不佳，其操作及界面更接近 UNIX 環(huán)境，較不容易掌握。南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文- 18 -3.1.2 Pro /Engineer建模方法一般來(lái)說(shuō)，裝載機(jī)工作裝置的建模方法要根據(jù)圖形的形狀來(lái)選定，選擇原則是繪制圖形盡量簡(jiǎn)化，最好不要繪制過(guò)渡圓角、倒角等非關(guān)鍵性信息。建模工作主要是利用 Pro／Engineer 中的拉伸、旋轉(zhuǎn)、掃描等基本操作，建立工作裝置三維實(shí)體模型。其中建模難點(diǎn)在于輔助平面和輔助點(diǎn)的建立，只有建立好輔助平面和輔助點(diǎn)，才能保證零件模型的精確性。由于裝載機(jī)工作裝置一般是對(duì)稱分布的，所以建模過(guò)程中要利用好鏡像的建模方法。本文所使用的 Pro /Engineer（3.0）野火版，其零件的三維建模方法主要是基于實(shí)體特征的建模方法。從技術(shù)基礎(chǔ)上看，有參數(shù)化技術(shù)和變量化技術(shù)兩種。產(chǎn)品的建模方法基于裝配建模。（1） 實(shí)體建模方法（Solid Modeling）實(shí)體造型技術(shù)能夠精確地表達(dá)零件的全部屬性，可以表達(dá)和處理模型的質(zhì)量、重心、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量等物理特性，在理論上有助于統(tǒng)一 CAD、CAE、CAM 各應(yīng)用模塊的模型表達(dá)，使 CAD/CAE/CAM 的一體化成為可能。實(shí)體造型技術(shù)是用點(diǎn)、曲線和曲面來(lái)創(chuàng)建模型，不同的實(shí)體之間沒(méi)有相關(guān)性。（2）參數(shù)化建模方法（Parametric Modeling）參數(shù)化建模方法是基于特性的實(shí)體建模方法，下面列出其主要優(yōu)點(diǎn):基于特性：零件模型是由具有一定幾何形狀的特性所組成，通過(guò)不同特征在一定位置約束下的不同組合而得到模型。特征可以是添加材料（如塊、凸臺(tái)） ，也可以是切除材料的( 如孔、槽) 。全尺寸約束：用尺寸參數(shù)來(lái)約束特征及其他幾何對(duì)象的形狀，通過(guò)尺寸約束來(lái)控制和修改幾何形狀，所有這些尺寸參數(shù)都可調(diào)的變量參數(shù)。尺寸驅(qū)動(dòng)：當(dāng)需要修改幾何對(duì)象的形狀時(shí)，只要編輯與該形狀相關(guān)的尺寸參數(shù)即可。這種技術(shù)是現(xiàn) CAD 系統(tǒng)的基本功能之一。（3）Pro /Engineer 的復(fù)合建模方法（Hybrid Modeling）南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文- 19 -Pro /Engineer 的復(fù)合建模方法也是基于特征的實(shí)體建模方法，是在參數(shù)化建模方法的基礎(chǔ)上采用了一種所謂“變量化技術(shù)”的實(shí)體建模方法。全數(shù)據(jù)相關(guān)：模型的形狀與其約束各幾何對(duì)象的尺寸完全相關(guān)。幾何實(shí)體之間也是相關(guān)的，幾何對(duì)象相應(yīng)的尺寸參數(shù)的修改將使同一模型在不同應(yīng)用模塊中的相關(guān)尺寸自動(dòng)更新，不需要人工干預(yù)，對(duì)參數(shù)化建模技術(shù)進(jìn)行了改進(jìn)。他保留了參數(shù)化技術(shù)的主要優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)增加了一些新的功能，是設(shè)計(jì)建模過(guò)程更加靈活，可提高設(shè)計(jì)效率。在變量化技術(shù)中，將參數(shù)化技術(shù)中的單一的尺寸參數(shù)分為“形狀約束”和“尺寸約束” ，形狀約束通過(guò)幾何對(duì)象之間的幾何位置關(guān)系來(lái)確定。3.2裝載機(jī)工作裝置三維實(shí)體模型的創(chuàng)建3.2.1零件三維模型的建立裝 載 機(jī) 工 作 裝 置 沒(méi) 有 涉 及 到 特 別 復(fù) 雜 的 曲 面 、 曲 線 ， 基 本 上 零 件 的 建 模 方 法 ：先 建 立 二 維 草 圖 ， 然 后 進(jìn) 行 拉 伸 、 旋 轉(zhuǎn) 等 操 作 得 到 零 件 實(shí) 體 特 征3.2.2標(biāo)準(zhǔn)件的建立下 載 標(biāo) 準(zhǔn) 件 的 零 件 庫(kù) ， 然 后 導(dǎo) 入 Pro /Engineer 中 ， 具 體 使 用 方 法 是 先 打 開(kāi)零 件 庫(kù) ， 找 到 所 需 要 的 零 件 然 后 保 存 到 其 他 零 件 所 在 的 文 件 即 可 。3.2.3工作裝置裝配模型的建立在 Pro /Engineer 軟件中首先以動(dòng)臂處于最低位置、鏟斗斗底與地面成 5 度傾角的計(jì)算位置對(duì)工作裝置進(jìn)行裝配。裝配的時(shí)候不僅要保證零件的位置，還要定義運(yùn)動(dòng)副，即各構(gòu)件之間組成的可動(dòng)聯(lián)接。如動(dòng)臂與后座、動(dòng)臂油缸與動(dòng)臂、動(dòng)臂與鏟斗、翻斗油缸與叉子掛接框的銷釘(Pin)聯(lián)接，油缸內(nèi)桿與缸筒的滑塊(Slider)聯(lián)接等。裝配零件時(shí)，可能發(fā)生位置偏差、不準(zhǔn)確或是無(wú)法裝配的情況，搭配使用平移(Translate)、旋轉(zhuǎn)(Rotate)、調(diào)整(Adjust)等功能，會(huì)得到較佳的效果。以此創(chuàng)建的裝載機(jī)的裝配模型。組裝時(shí)第一個(gè)零件的選擇是相當(dāng)重要的，必須參考零件的特征。在組裝工作裝置的時(shí)候應(yīng)先選擇動(dòng)臂，然后其余所有的零件或者組件最后都將被組裝在主要構(gòu)件南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文- 20 -上。因此，第一個(gè)主結(jié)構(gòu)件成為第一個(gè)零件是理所當(dāng)然的。具體裝配過(guò)程如下：（1）調(diào)入元件步驟 1：在組件模型文件的工作環(huán)境中，單擊插入元件按鈕，彈出“打開(kāi)”對(duì)話框。步驟 2：在打開(kāi)對(duì)話框的查找范圍下拉列表中，選擇需要組裝到當(dāng)前組模型的動(dòng)臂前梁，系統(tǒng)顯示該零件和放置選項(xiàng)對(duì)話框。（2）設(shè)置裝配約束在放置對(duì)話框中，選中默認(rèn)放置。接著調(diào)入動(dòng)臂后梁，利用匹配對(duì)齊約束方式對(duì)其進(jìn)行剛性連接，最后分別調(diào)入叉子掛接框、動(dòng)臂后座、鏟斗等組件完成工作裝置的裝配。最后裝配結(jié)果見(jiàn)圖 3-1圖 3-1 TZ08D 裝載機(jī)工作裝置裝配結(jié)構(gòu)圖3.3本章小結(jié)本章首先介紹了文中采用的軟件 Pro/E(Pro /Engineer),然后建立了三南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文- 20 -維幾何實(shí)體模型，最后介紹了裝載機(jī)工作裝置三維裝配模型的創(chuàng)建。