SolidWorks飛機(jī)起落架仿真分析

1、重慶理工大學(xué)機(jī)構(gòu)運(yùn)動與仿真課程論文 設(shè)計(jì)題目： 飛機(jī)起落架仿真分析 指導(dǎo)老師： 張 晉 西 姓 名： 王 飛 專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化 學(xué) 號： 11104020620 學(xué) 院： 機(jī)械工程學(xué)院 中 國 · 重 慶 2014年 05月目錄摘要.2飛機(jī)起落架的現(xiàn)狀分析.2飛機(jī)起落架的原理分.3飛機(jī)起落架實(shí)體建模.3飛機(jī)起落架的仿真與分析.13心得體會.16參考文獻(xiàn).16摘要：本文研究了在Solidworks2012軟件中利用Solidworks Motion及Solidworks Simulation等插件進(jìn)行飛機(jī)起落架的機(jī)構(gòu)運(yùn)動分析與仿真的方法，將飛機(jī)起落架的機(jī)構(gòu)仿真技術(shù)簡單、

2、完整的用軟件仿真運(yùn)行了一遍，本次機(jī)構(gòu)仿真的幾個主要過程包括，實(shí)體建模、零部件裝配、運(yùn)動仿真、Motion分析，及有限元分析計(jì)算。關(guān)鍵詞：Solidworks 飛機(jī)起落架 運(yùn)動分析與仿真1. 飛機(jī)起落架現(xiàn)狀分析飛機(jī)起落架是飛機(jī)四大關(guān)鍵部件（發(fā)動機(jī)、機(jī)翼、機(jī)身、起落架）之一。起落架是飛機(jī)起飛、著陸系統(tǒng)，是飛機(jī)上的關(guān)鍵受力部件，要承受很大的載荷強(qiáng)烈的沖擊，直接關(guān)系到飛機(jī)和乘員的安全，因此對飛機(jī)的性能和安全起著十分重要的作用，所以飛機(jī)起落架材料是具有很高強(qiáng)度、剛性和良好的韌性。飛機(jī)起落架的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)更是要各方面考慮全面到位。目前飛機(jī)的起落架按照飛機(jī)起降地起落架基本可以分為三種：輪式起落架、滑橇式起落架、

3、水上起落架。按起落架的布置常見的起落架形式是三點(diǎn)式機(jī)輪。如果一對主要承載起落架位于飛機(jī)重心之后另一個起落架位于機(jī)頭之下，那就是前三點(diǎn)式起落架。如一對主要起落架位于飛機(jī)重心之前，另一起落架在機(jī)尾之下，就是后三點(diǎn)式起落架。除了三點(diǎn)式起落架還有自行車式起落架，即主起落架設(shè)在飛機(jī)中腹在機(jī)身下構(gòu)成一前一后的自行車式排布，另外在翼尖還會有兩個小的輔助起落架，如美國的B-52轟炸機(jī)和英國的俄式戰(zhàn)斗機(jī)。輕型飛機(jī)的主起落架一般只有一到兩個機(jī)輪，而大型客機(jī)或運(yùn)輸機(jī)的主起落架一般是由一組機(jī)輪組成的小車式起落架平臺，如破音747客機(jī)的主起落架就是由四輪小車一個16個機(jī)輪構(gòu)成的平臺，而空中客車A380的主起落架更是有2

4、0個機(jī)輪。2. 飛機(jī)起落架原理分析 這里我設(shè)計(jì)的飛機(jī)起落架是液壓系統(tǒng)（液壓缸）與連桿機(jī)構(gòu)的結(jié)合，通過液壓缸里的液壓油的進(jìn)出使活塞桿進(jìn)行收縮且能繞著一個固定軸轉(zhuǎn)動。并通過銷釘鏈接帶動與活塞桿同時鏈接在銷釘上對稱布置的連桿，連桿機(jī)構(gòu)是一個鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)，連桿機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)動帶動飛機(jī)輪的放下與拿起。其簡要模型如下圖2-1（放下）2-2（拿起）所示 圖2-1 圖2-23. 飛機(jī)起落架實(shí)體建模3.1運(yùn)動副相對關(guān)系與尺寸的確立當(dāng)飛機(jī)起落架的輪胎放下時，我們將起落架投影到一個視圖上，可以大體的看出個運(yùn)動副之間的相對位置關(guān)系。此時的鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)大體呈一個直角三角形，我們以勾三股死的勾股定理先設(shè)定三個運(yùn)動副之間的關(guān)系及

5、位置，然后以斜邊的中點(diǎn)為鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的第四個轉(zhuǎn)動副位置。再把400mm的邊延長150mm后做垂直向上500mm的直線處，做為液壓缸的轉(zhuǎn)動副所在的位置，再以這一點(diǎn)轉(zhuǎn)動副鏈接三角形斜邊的中點(diǎn)，得到的直線則為液壓缸伸長到極限位置時液壓缸與活塞桿的總長度，再將此直線分為兩段作為液壓缸和連桿的長度，則我們的飛機(jī)起落架模型的運(yùn)動副相對位置基本確定，而連桿等的長度也基本確定，在SolidWorks中繪制出其運(yùn)動副的相對位置簡圖如圖3-1所示圓轉(zhuǎn)動副 長方形移動副 直線桿件及機(jī)架 圖3-13.2零件的繪制底座的繪制：點(diǎn)擊拉伸凸臺基體鼠標(biāo)選擇前視基準(zhǔn)作為繪圖平面，軟件界面將自動進(jìn)入草圖繪制的操作界面利用直線、圓

6、弧、園、智能尺寸及裁剪等操作指令（如下圖所示的操作條）繪制出如圖3-2-1的草圖點(diǎn)擊界面右上方的退出草圖按鈕，將彈出凸臺拉伸的對話框，輸入拉伸的距離為50mm則零件底座的大致外形就出來了如圖3-2-2，再利用圓角的命令對部分地方進(jìn)行倒角，點(diǎn)擊倒角命令，選擇要倒角的邊線，輸入倒角半徑為30mm點(diǎn)擊應(yīng)用，如圖3-2-3所示。這樣底座就畫好了如圖3-2-4所示，保存文件到指定的文件夾就可以了，另一邊的底座與這個底座一樣所以直接在文件夾里復(fù)制粘貼重命名之后即可在SolidWorks中打開。 圖3-2-1 圖3-2-2 圖3-2-3 圖3-2-4各連桿的繪制：和底座的繪制一樣首先點(diǎn)擊凸臺拉伸按鈕，選擇所

7、要繪圖的基準(zhǔn)面，在彈出的草圖繪制界面里繪制拉伸草圖，退出草圖后彈出的拉伸距離為30mm。連桿草圖的草圖分別如圖3-2-5和圖3-2-6所示。由于模型的對稱分布，及尺寸相同，所以模型的六個連桿只用畫兩個零件，在根據(jù)所需零件的個數(shù)復(fù)制粘貼即可連桿250mm的零件所需數(shù)量為4連桿380mm所需的數(shù)量為2。 圖3-2-5 圖3-2-6 繪制好的連桿250mm和連桿380mm分別如下圖3-2-7和3-2-8所示。 圖3-2-7 圖3-2-8各銷釘?shù)睦L制： 各運(yùn)動副的的連接是用銷釘連接而夠成的轉(zhuǎn)動副，這里簡化運(yùn)動結(jié)構(gòu)直接用圓柱表示銷釘銷釘?shù)膫€數(shù)與尺寸分別為4×110mm，1×190mm

8、，1×250mm，1×350mm。具體操作過程也相對簡單，由于底座和連桿的圓孔均為30mm的圓所以這里的銷釘，直接點(diǎn)擊凸臺拉伸命令，然后選擇草圖基準(zhǔn)面，再利用草圖里的繪制圓的命令繪制一個直徑為30mm的圓，畫好后退出草圖，在彈出的凸臺拉伸對話框里輸入銷釘?shù)拈L度即可，長度分別為110mm，190mm，250mm，350mm。繪制出的銷釘如圖3-2-9所示 銷釘110mm 銷釘190mm 銷釘250mm 銷釘350mm 圖3-2-9 液壓缸缸體的繪制： 先利用凸臺拉伸在前視圖中繪制一個拉伸長度為520mm的圓柱體，拉伸草圖的圓的直徑為50mm如圖3-2-10所示，再利用圓頂將圓

9、柱的一端頂部圓整為半球形，點(diǎn)擊工具欄的圓頂選項(xiàng)，彈出圓頂對話框后選擇需要圓頂?shù)亩嗣?，再輸入圓頂?shù)拇笮?0mm點(diǎn)擊回車后圓頂結(jié)果如圖3-2-11所示，下一步就是繪制轉(zhuǎn)動副處的圓孔，點(diǎn)擊凸臺拉伸，選擇繪圖平面為上視圖，在距離未圓頂?shù)囊欢藶?20mm處畫一個直徑為60mm的圓如圖3-2-12所示退出草圖后拉伸的對話框里選擇從基準(zhǔn)面拉伸方向?yàn)閮蓚?cè)對稱長度為120mm如圖3-2-13所示，再選擇拉伸切除選項(xiàng)仍然用上視圖為基準(zhǔn)面繪制剛才60的同心圓直徑為30mm點(diǎn)擊右上方的退出草圖在彈出的拉伸切除的對話框里依舊選擇兩側(cè)對稱切除深度為120mm如圖3-2-14所示，再利用抽殼將液壓缸的缸體抽出來，點(diǎn)擊抽殼

10、后，選擇未圓頂?shù)囊欢藶槌榭彰妫斎氤闅さ暮穸葹?0mm單擊回車，但運(yùn)動副處的圓柱并未被抽殼抽掉因此還需要用一個拉伸切除的命令將缸體內(nèi)部的圓柱切除掉，切換到草圖視圖，點(diǎn)擊轉(zhuǎn)換實(shí)體引用選項(xiàng)選擇切除后產(chǎn)生的圓再切換回特征操作界面選擇拉伸切除輸入切除深度為480mm點(diǎn)擊回車得到缸體的零件圖如圖3-2-15所示 圖3-2-10 圖3-2-11 圖3-2-12 圖3-2-13 圖3-2-14 圖3-2-15活塞桿的繪制：先繪制活塞桿的活塞外輪廓，選擇凸臺拉伸后，選擇前視基準(zhǔn)面，在草圖中繪制一個直徑為80mm的圓，退出草圖后拉伸距離為50mm，再在拉伸后圓柱的端面上，在利用凸臺拉伸繪制一個直徑為40mm拉伸

11、長度為300mm的圓柱體，在拉伸之后的40mm的圓柱的端面上利用凸臺拉伸拉一個直徑為50mm，拉伸長度為10mm的圓柱。這里為了方便就在50的端面上利用圓頂選項(xiàng)，輸入距離為40mm。在圓頂之后的球形上利用拉伸切除繪制一個直徑為30mm的圓孔。繪制好后如圖3-2-16所示 圖3-2-16再對活塞桿的活塞部分切一些環(huán)形槽，切環(huán)形槽需要用到旋轉(zhuǎn)切除，因此首先我們要插入一個基準(zhǔn)軸作為旋轉(zhuǎn)的軸心線，把鼠標(biāo)放到左上角的SolidWorks處，待出現(xiàn)工具條時，選擇“插入?yún)⒖紟缀位鶞?zhǔn)軸”在彈出的對話框里選擇活塞桿活塞部分的圓柱面點(diǎn)擊確定。然后選擇旋轉(zhuǎn)切除選項(xiàng)選擇右視基準(zhǔn)作為繪圖的基準(zhǔn)面，在活塞的頭部繪制一個長

12、方形，退出草圖后，在彈出的選擇切除對話框中選擇插入的基準(zhǔn)軸為軸線，選擇繪制的長方形為切除圖形，點(diǎn)擊對話框上的小勾確定，然后利用線性陣列進(jìn)行陣列。點(diǎn)擊線性陣列在彈出的對話框中選擇方向?yàn)榛鶞?zhǔn)軸1，距離為15mm，陣列個數(shù)為3個，要陣列的特征為旋轉(zhuǎn)切除并勾選對話框選項(xiàng)里的幾何陣列。如果要預(yù)覽一下，可以勾選預(yù)覽。看了效果還可以就點(diǎn)擊綠色的小勾確定。最后繪制好的活塞桿如圖3-2-17所示 圖3-2-17 飛機(jī)輪胎的繪制： 前面很多零件的繪制當(dāng)中很多方法都已經(jīng)詳細(xì)的說過了，這里一些具體的方法我就不說了。輪胎的繪制是先凸臺拉伸一個直徑為200mm高為60的圓柱如圖3-2-18，再利用拉伸切除在圓心出打一個3

13、0的孔，在對圓柱體端面的兩天線到圓角，圓角半徑為30mm再畫一個如圖3-2-19的草圖拉伸切除5mm，再利用圓周陣列將拉伸切除的特征陣列為10個，陣列的途徑為30的圓孔的圓，角度為360度，并勾選對話框里選項(xiàng)下的幾何體陣列，如圖3-2-20所示，再以圓柱的兩端面的中間插入基準(zhǔn)面，為鏡像實(shí)體做準(zhǔn)備。點(diǎn)擊鏡像鏡像面為剛才插入的基準(zhǔn)面，鏡像的特征為圓周陣列，勾選幾何體陣列。點(diǎn)擊小勾確定后得到輪胎的零件圖如圖3-2-21 圖3-2-18 圖3-2-19 圖3-2-20 圖3-2-213.3零件的裝配 先新建一個裝配圖，再插入繪制的底座零件作為固定的基準(zhǔn)。再插入底座的另一半用面與面之間的平行關(guān)系將底座的

14、左右兩個部分對稱布置并且兩個對稱的特征相距為銷釘250mm的長度，再在底座的頂部的運(yùn)動副中插入銷釘350以圓柱面和孔面同心，圓柱端面和底座一側(cè)面重合進(jìn)行配合。再插入活塞缸與銷釘350mm進(jìn)行配合，配合的方式為孔面和圓柱面同心與底座測面與活塞缸運(yùn)動副處的凸臺圓面的距離，且距離為110mm，再按照圖紙的關(guān)系，將連桿相互配合好后，在分別插入各自的銷釘，是所用的配合方式依舊是圓柱面與孔面同心，和面與面之間的重合，嘴和裝配活塞桿和輪胎，活塞桿插入后直接用空面與圓柱面沖和的裝配方式，分別于液壓缸和銷釘250mm進(jìn)行配合。而輪胎插入后與銷釘190mm之間利用圓柱面與孔面的同心使輪胎的軸心與銷釘?shù)妮S心共線后，

15、在使用面與面之間的距離陪和方式，時輪胎居于銷釘?shù)恼虚g，由設(shè)計(jì)時的計(jì)算可知，輪胎端面與底座內(nèi)部側(cè)面的距離為35mm。因此這里面與面之間的距離配合輸入為35mm。裝配好后就可得如圖5-3-1所示的飛機(jī)起落架裝配圖4. 飛機(jī)起落架仿真與分析4.1運(yùn)動圖解的分析： 裝配好的飛機(jī)起落架若想運(yùn)動起來就得給系統(tǒng)添加動力元件。而飛機(jī)起落架的實(shí)際是一個液壓系統(tǒng)控制液壓缸油液的進(jìn)出而帶動活塞桿再帶動連桿運(yùn)動，但仿真不能作出液壓的效果，所以簡化后直接在活塞桿上加上一個線性馬達(dá)模擬其液壓缸的運(yùn)動效果。具體操作過程為在裝配圖的圖紙里選擇右下方的運(yùn)動算例再將右下方的長方形里的對畫框選項(xiàng)選為motion分析，在確保各種插

16、件安裝完畢之后，點(diǎn)擊馬達(dá)選項(xiàng)添加馬達(dá)，在彈出的對話框里選擇要添加馬達(dá)的部位、方向，及馬達(dá)的性質(zhì)，這里加的是線性馬達(dá)。并設(shè)置馬達(dá)的參數(shù)如等速還是變速，我們這里簡化為等速馬達(dá)，為了方便觀察我們把速度設(shè)為默認(rèn)的10，當(dāng)然飛機(jī)起落架的真實(shí)收放速度是很快的。設(shè)置好速度后模型中將出現(xiàn)馬達(dá)的符號，如圖4-1所示 圖4-1添加馬達(dá)當(dāng)模型能夠正常運(yùn)動之后，拖動時間條，并轉(zhuǎn)動裝配體到初始運(yùn)動位置。我們這模擬的是飛機(jī)起落架的拿起，故其初始位置為輪胎垂直放下時，由于計(jì)算機(jī)功能不夠強(qiáng)大，我們只模擬8s的時間。如圖4-2所示 圖4-2 僅有運(yùn)動還不夠，還應(yīng)該用Motion分析功能，對運(yùn)動過程中的位移、速度、加速度等計(jì)算分

17、析產(chǎn)生圖表出來，便于我們直觀地進(jìn)行分析和判斷。這里活塞桿的線速度我們已經(jīng)固定了，因此我們對活塞桿的角位移圖像進(jìn)行求解，以及拿起時輪胎的運(yùn)動路徑和輪胎的求解以及活塞缸與活塞桿之間的力的結(jié)果如下列圖表所示 圖4-3活塞桿的角位移圖4-5飛機(jī)輪胎的運(yùn)動路徑圖4-6活塞缸與活塞桿的作用力因?yàn)檫@里的線性馬達(dá)速度是恒定的，所以桿件的角速度也是恒定的值，角加速度為0，所以這里我們不對速度與叫加速度進(jìn)行分析。4.2有限元分析：飛機(jī)起落架是飛機(jī)落地時的主要承載部件。因此對材料的要求非常高一般的材料都不能滿足，我們這里有限元分析用的材料為合金鋼，并只對受力比較大的活塞桿做了有限元分析。其分析結(jié)果圖如圖4-7、4-8、4-9所示 圖4-7活塞桿安全系數(shù)圖解 圖4-8活塞桿變形圖解 圖4-9活塞桿應(yīng)力圖解 由圖解可以看出活塞桿圓柱面受彎曲的部分應(yīng)力最大，材料的強(qiáng)度還達(dá)不到要求，安全系數(shù)也相對較低，因此應(yīng)換更好的能抗彎的合金材料，設(shè)計(jì)的尺寸也存在不合理，應(yīng)進(jìn)一步優(yōu)化。心得體會：在SolidWorks這門軟件的學(xué)習(xí)當(dāng)中，我了解到了更多的三維實(shí)體建模方法。同時還學(xué)會了怎樣利用這門軟件進(jìn)行運(yùn)動仿真。給自己做出的模型給以一定的實(shí)用性評價(jià)。在這個過程中查閱的資料也增加了自己的見聞，了解了飛機(jī)起落架在國內(nèi)的一些行情。知道了一個小小的起落架卻關(guān)系著飛機(jī)的使用性能和乘客的安全，以及它對材料的高要求，甚至