SolidWorks在起重机虚拟产品设计中应用.docx

SolidWorks在起重机虚拟产品设计中的应用 起重机作为工业常用的起重运输机械，在安全性能方面要求很高。一旦出现事故，轻者影响生产，重者危及工作人员的生命。因此，这对起重机的强度校核与安全性提出很高要求。所以分析产品结构，优化产品设计，降低产品的制造成本，全面提升产品研发能力，以最快的速度和更好的质量满足客户的需要是起重机行业的目标，同时这也对应用的设计工具提出了更高的要求。SolidWorks作为一款技术成熟的3D设计软件，在重型机械行业有着非常广泛且成熟的用户，这里为大家介绍一些SolidWorks的特殊技术亮点在起重机行业的应用技巧。 一、桁架式起重机的三维建模 由于具有节约材料、结构简单、受力明确以及迎风面少的特点，桁架式起重机很受港口起重机制造企业的欢迎。但由于其大量使用型材焊接而成，在三维设计和出工程图方面工作量比较大。为了提高设计的效率及便于今后分析，可以在零件环境下，基于SolidWorks的焊接功能，利用多实体进行设计，其设计流程如下。 1、?实施产品模块化设计?建立焊接轮廓库 由于桁架起重机大量使用型材，所以型材的界面就显得尤为重要。运用SolidWorks设计库功能，可以把需要的焊接轮廓全部做成焊接轮廓库，放在设计库中，以后需要的时候就可以直接调用。 此焊接轮廓库可以包含经常用到的方钢、矩形管、槽钢、工字钢、圆钢和角钢等，还可以建立自己定义的轮廓，比如企业经常将两个工字钢焊接在一起来做主梁的主要结构，其形状如图1所示，建成的轮廓库如图2所示。 ? 图1?运用建立的轮廓快速生成结构件 ? 图2?设计库内容 2、?运用3D草图提高设计效率 传统的设计软件都是直接从二维草图开始，三维草图效果较差，实现也比较困难。而桁架起重机为便于结构件的生成，需要的恰恰就是3D结构。现在SolidWorks三维设计可以直接从3D草图开始绘制，例如桁架门式起重机的骨架就可以直接搭建，并能将3D草图与2D草图相互交替使用。搭建好的3D草图轮廓如图3所示。 ? 图3 3D草图轮廓 3、?使用焊接轮廓直接生成三维模型和工程图 借助于设计好的焊接轮廓库，设计好的3D草图可以直接快速生成三维模型，且所有的结构???都是在零件中自动以多实体的形式表现，不需要转化到装配体状态，如图4所示。另外，还可以定义每个实体的属性，包括材料、重量和长度等，所有的这些属性都能转到工程图中。由于有焊接实体结构，在工程图中可以直接生成切割清单，即企业中经常用到的材料明细表，如图5所示。 图4?起重三维模型 图5?起重机二维加工图样 二、产品的设计验证 对于桁架式起重机，传统的设计方法是对其进行强度、刚度和稳定性计算，以保证起重机的安全可靠。要达到安全设计，比较可靠的办法就是做试验，但是需要大量的试验经费，且研发周期不能满足高速发展的社会需求。这就有必要找到一种快捷的数值模拟计算方法，比较精确地模拟起重机的实际工况。 SolidWorks Simulation是一个与SolidWorks完全集成的设计分析系统，它提供了单一的屏幕解决方法来进行应力分析、频率分析及扭曲分析等。凭借着快速解算器的强有力支持，用户使用个人计算机就能快速解决复杂计算问题。 对于起重机，主要承受其本身自重、风载荷、运行冲击载荷及起吊重物的重量。通过理论分析可以确定采用结构线性静态分析，由于整机结构系统均由梁结构组成，故采用梁单元。梁单元是把框架分解成很小的直杆，并应用相似的变形到每个直杆。每个直杆有两个节点，每个节点有6个自由度。例如图6所示的框架结构，采用梁单元可以划分为网格结构，如图7所示。 ???????? 图6?框架三维模型???????????????图7?横梁单元网格结构 在计算刚度时，小车的自重和载荷以集中质量单元的方式加载在相应的节点上。基于这种方法，对模型进行了如下几种工况的分析。 1.工况一 小车位于门机跨中，固定刚性支腿和柔性支腿，即对两腿的支撑处进行了6个自由度的完全约束。 以理想状态计算，材料为Q235，其力学特性分别为：材料密度ρ=7.85x10-6kg/mm3，弹性模量E=2.1x105MPa，泊松比ν=0.3，剪切模量G=8.1x104N/mm2，许用应力177MPa。承受60t的载荷（方向垂直向下），其分析结果如图8和图9所示。结果显示，整机最大等效应力值为107MPa，小于材料许用应力177MPa，位于主梁跨中下方，满足强度和刚度要求。 ? 图8?小车位于门机跨中，承载60t的整机位移分布图 ? 图9?小车位于门机跨中，承载60t的整机应力分布图 2.工况二 小车位于门机跨中，刚性支腿固定，柔性支腿约束X方向和Z方向，Y方向自由（以小车走向为X方向，大车走向为Y方向，垂直地面的方向为Z方向）。承受60t的基本载荷（方向垂直向下）和2t的冲击载荷（方向