第十一章_基于快速成型技术的产品快速设计与制造系统.ppt

气轮机定子三维造型 定子叶片表面曲率分析 定子叶片表面反光分析 气轮机转子三维造型 转子叶片表面曲率分析 图 11-9 汽轮机叶轮反求与定子和转子设计 第四节 产品快速设计与制造系统的应用 　　叉架是滚筒式洗衣机中连接和支撑内筒和外筒的关键零件。在工作过程中洗衣机内筒要高速旋转，但内筒上由于衣物分布不均匀，不可避免的使内筒承受严重的偏心载荷，并传递给叉架。特别是在带有烘干功能的洗衣机上，总是想尽量提高洗衣机对衣物的甩干效果，以提高烘干效果，这样又势必产生更为严重的偏心载荷，对叉架的强度和刚度提出更高的要求。同时叉架又是一个支撑部件，其与包括洗衣机的核心部件在内的多个零部件，都存在着装配关系，这对叉架的设计提出了严格的要求，既要满足强度刚度的要求，又要满足装配关系。 第四节 产品快速设计与制造系统的应用 4.2 产品结构优化实例 　　某洗衣机厂以前的设计思路是：参照国外的产品进行类比设计，考虑各装配关系，确定其结构与尺寸参数，然后进行试制校验，如不能满足要求，则须重新进行上述的设计过程。这样大大增加了产品的开发周期，增加了开发成本，属于一种完全被动的开发模式。针对上述问题，我们确定了叉架三维结构设计、有限元结构优化分析、快速原型评估检验的新思路，实现了设计的一次成功，从而大大缩短了产品的开发周期，降低了开发成本。 1. 叉架的结构分析 　　根据洗衣机对叉架的功能要求和装配要求等，利用CAD/CAE/CAM一体化软件UGⅡ对叉架进行了初步三维概念设计，得到了叉架的三维CAD模型，通过数据接口将三维模型传到有限元分析软件MSC/MARC中，利用MACR软件对整个结构进行离散化处理。 　 叉架基本上为一带有三个支臂的薄壳结构，中心有一厚度较大的圆台。 第四节 产品快速设计与制造系统的应用 根据叉形架的结构受力情况，对其边界条件进行相应处理，从而建立了与实际情况吻合的叉架三维有限元模型。按照分析要求建立了两种分析模型，如图11-10所示。其中右图为针对该电器元件安装要求，在叉架上开有一个缺口。 图 11-10 有限元分析模型 第四节 产品快速设计与制造系统的应用 　　将产生的离心力以面力的形式，按等效原则加到相应的面上。图11-11为两种形式的叉架在承受5kg偏心载荷、以速度1100rad/min旋转情况下的变形情况。 　　分析表明：所设计叉架的强度刚度满足要求，但支臂靠近中心圆台处的应力较大，特别是中心圆台与薄壳的连接处，以及各支臂的下底面和侧壁处，由于结构及尺寸参数变化剧烈，产生了明显的应力集中现象，最大等效应力可达89.5MPa。就变形而言，支架在工作过程中，与各支臂相对的薄壳外圆周上的变形最大，最大变形为0.8mm。 第四节 产品快速设计与制造系统的应用 图 11-11 叉架在旋转情况下的变形分析 第四节 产品快速设计与制造系统的应用 　　为方便电气元件的安装，拟在叉架上留出一缺口，缺口的周向宽度为40mm，位置如图11-11所示。为校验此方案是否合理，采用模型二进行了分析。分析结果表明，开有缺口后，叉架的应力分布和应力的大小基本没有变化，但与整体叉架相比，缺口处的变形显著增加，最大变形为1.21mm，增加了51%，不能满足叉架的刚度要求，因此建议慎重采用此方案。 2. 叉架的改进设计及快速原型制作 　　通过对叉架设计草案的结构有限元分析与评估，可以发现在叉架的初步设计中，存在诸多不足，主要表现在： ① 中心圆台与壳体的过渡圆角太小，致使该部位的应力集中严重； ② 与各支臂的底面相比，支臂两侧面的应力及变形很小，但是在原设计中，支臂侧面的厚度尺寸却比底面大； ③ 中心圆台的外侧设计了四条加强筋，但筋的高度不够。 第四节 产品快速设计与制造系统的应用 　　针对上述问题，对叉架进行了改进设计，如图11-12所示，从而保证了叉架结构的合理性。尽管改进后的叉架结构更趋合理，而且其强度与刚度满足工作要求，但由于叉架与洗衣机的多个部件存在复杂的装配关系，必须进行装配检验。为此采用快速成型制造技术制作了叉架的木制原型，如图11-13所示，并在洗衣机上完成了装配校验，大大节省了校验成本和时间。 第四节 产品快速设计与制造系统的应用 图11-12 改进后叉架的三维CAD模型 图11-13 叉架的木质原型 第四节 产品快速设计与制造系统的应用 1、简述基于RP和RT的产品快速设计与制造集成系统的基本结构 2、简述基于RP和RT的产品快速设计与制造集成系统的软硬件资源 第十一章 基于快速成型技术的产品快速设计与制造系统 思考题 * 第十一章 基于快速成型技术的产品快速设计 与制造系统 快速成型与快速模具制造技术及其应用 机械工业出版社（第三版）