Министерство образования и науки, молодёжи и спорта Украины

Национальный Технический Университет

«Харьковский Политехнический Институт»

Кафедра ТММиСАПР

Курсовой проект

На тему: «Моделирование динамики транспортных средств при движении по

неровностям»

Выполнил:

Ст. Гр. - ТМ 88Б

Кияшко В.С.

_________ _________

Руководитель проекта доцент Грабовский А.В.

_________ _________

Консультант проекта Протасов Р.В.

_________ _________

Харьков 2012

СОДЕРЖАНИЕ

1 ВВЕДЕНИЕ

2 ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ

3 ОПИСАНИЕ ИСПОЛЬЗОВАЕМОЙ СИСТЕМЫ

4 МЕТОДИКА РЕШЕНИЯ

5 ПОСТРОЕНИЕ МОДЕЛИ

6 АНАЛИЗ ДВИЖЕНИЯ

7 ЗАКЛЮЧЕНИЕ

8 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ

Багги — легкая коляска, кабриолет. Изначально — спортивный экипаж.

Сейчас употребляется для названия лёгкого внедорожника для езды по песку. В

начале 1970-х годов первые багги появились и в СССР. В них тоже можно было

узнать обычные легковые автомобили — "ГАЗ-69", "Запорожец",

''Москвич'',''Жигули'' — разве что с упрощенными кузовами. В настоящее время

багги получили широкое распространение в качестве средства активного

отдыха и хобби. В отличие от спортивных багги, хоббийные багги как правило

более комфортабельны, имеют 2 и более мест и оснащены дополнительным

оборудованием, таким как лебедки, стекла, проигрыватели и прочее.

ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ

Задача курсового проекта состоит:

– построение геометрической модели багги

– построение подвески модели

–моделирование динамики транспортных средств при движении по

неровностям

– вывод результатов

ОПИСАНИЕ ИСПОЛЬЗУЕМОЙ СИСТЕМЫ

Моделирование динамики транспортного средства при движении по

неровностям производилось на основе имеющейся модели багги Piranha,

выполненной в SolidWorks 2012.

SolidWorks — программный комплекс САПР для автоматизации работ промыш-

ленного предприятия на этапах конструкторской и технологической подготовки

производства. Обеспечивает разработку изделий любой степени сложности и

назначения. Работает в средеMicrosoft Windows. Разработан компани-

ей SolidWorks Corporation, ныне являющейся независимым подразделением

компании Dassault Systemes (Франция). Программа появилась в 1993 году и со-

ставила конкуренцию таким продуктам, как AutoCAD и Autodesk Mechanical

Desktop, SDRC I-DEAS и Pro/ENGINEER.

Решаемые задачи:

Конструкторская подготовка производства (КПП):

3D проектирование изделий (деталей и сборок) любой степени

сложности с учётом специфики изготовления.

Создание конструкторской документации в строгом соответствии с

ГОСТ.

Промышленный дизайн.

Реверсивный инжиниринг.

Проектирование коммуникаций (электрожгуты, трубопроводы и

пр.).

Инженерный анализ (прочность, устойчивость, теплопередача,

частотный анализ, динамика механизмов, газо/гидродинамика, оптика и

светотехника, электромагнитные расчеты, анализ размерных цепей и пр.).

Экспресс-анализ технологичности на этапе проектирования.

Подготовка данных для ИЭТР.

Управление данными и процессами на этапе КПП.

Технологическая подготовка производства (ТПП):

Проектирование оснастки и прочих средств технологического

оснащения

Анализ технологичности конструкции изделия.

Анализ технологичности процессов изготовления (литье пластмасс,

анализ процессов штамповки, вытяжки, гибки и пр.).

Разработка технологических процессов по ЕСТД.

Материальное и трудовое нормирование.

Механообработка: разработка управляющих программ для станков

с ЧПУ, верификация УП, имитация работы станка. Фрезерная, токарная,

токарно-фрезерная и электроэрозионная обработка, лазерная, плазменная и

гидроабразивная резка, вырубные штампы, координатно-измерительные

машины.

Управление данными и процессами на этапе ТПП

Управление данными и процессами:

Работа с единой цифровой моделью изделия.

Электронный технический и распорядительный документооборот.

Технологии коллективной разработки.

Работа территориально-распределенных команд.

Ведение архива технической документации по ГОСТ

Проектное управление.

Защита данных. ЭЦП.

Подготовка данных для ERP, расчет себестоимости.

Система включает программные модули собственной разработки, а также сер-

тифицированное ПО от специализированных разработчиков (SolidWorks Gold

Partners).

Для анализа движения модели, был использован один из модулей

SolidWorks, это SolidWorks Motion.

SolidWorks Motion (COSMOSMotion) - интегрированный кинематический

и динамический анализ.

SolidWorks Motion предназначен для расчета движения механизмов. Модуль ис-

пользует информацию, содержащуюся в сборках SolidWorks с возможностью

уточнения расчетной модели посредством его процедур. SolidWorks Motion яв-

ляется третьим, наиболее функциональным инструментом SolidWorks, для ими-

тации движения. Первые два уровня: Движение сборки и Физическое моделиро-

вание, присутствующие в базовой конфигурации SolidWorks Standard, могут

быть использованы для создания кинематической модели сборки, имитации

движения без получения численных характеристик. После этого информация

без каких-либо дополнительных действий воспринимается на уровне

SolidWorks Motion.

Подготовка расчетной модели в среде SolidWorks

Базовая часть модели формируется в базовом пакете SolidWorks Standard,

не требуя лицензии Motion. В SolidWorks доступны все соединения Motion, ко-

торые в среде SolidWorks формируются как сопряжения. Это, в частности со-

пряжения группы Механические, включающие: Кулачок; Шарнир; Редуктор;

Шестерня-рейка; Винт, Универсальный шарнир (шарнир Кардана)

Применительно к сопряжениям могут быть назначены коэффициенты тре-

ния, а также уточняющие параметры геометрии, характеризующие взаимодей-

ствие объектов с трением

Сопряжения (применительно к анализу) могут быть заменены податливы-

ми втулками, обладающими заданной жесткостью и демпфирующими свойства-

ми. Виртуальные втулки могут быть анизотропными. При связывании плоских

граней втулки вырождаются в своего рода прокладки

В интерфейсе сопряжений SolidWorks также определяются грани, воспри-

нимающие усилия, с целью последующего использования результатов динами-

ческого анализа в Simulation.

Модуль Motion допускает расчет на модели, в которой отсутствует твердо-

тельная информация. В этом случае используются компоновочные эскизы, со-

зданные в контексте сборки. Для выполнения динамического анализа соответ-

ствующим блокам должны быть присвоены массово-инерционные характери-

стики

Условия, определяющие движение

В SolidWorks Motion создаются виртуальные пружины и демпферы, кото-

рые могут быть, в общем случае, нелинейными. Пружины могут обладать свой-

ством вязкости.

Пространственные контакты с заданными характеристиками жесткости и

демпфирования и с неизвестными границами.

Применительно к объектам модели назначаются линейные и угловые ско-

рости, закон изменения которых определяется пользователем; линейные силы и

крутящие моменты, также действующие по заданным законам

Учитывается сила гравитации

Все соединения могут быть заменены податливыми втулками, обладаю-

щими идентичной жесткостью и вязкостью. Параметры жесткости и вязкости

могут быть переопределены пользователем

Пространственный контакт в вычислительной процедуре может быть ин-

терпретирован как контакт между реальными объектами модели или как взаи-

модействие их упрощенных моделей, полученных триангуляцией. Степень

точности триангуляции регулируется пользователем

Все вычисления выполняются в зависимости от реального времени

Управление вычислительным процессом

В модуле SolidWorks Motion имеются три вычислительных процедуры,

интегрирующие уравнения движения. Пользователь может выбрать процедуру в

зависимости от особенностей задачи

В процессе решения может осуществляться визуализация движения

модели

Алгоритм идентифицирует кинематически-переопределенные модели

и автоматически корректирует соединения

Результаты

Перемещения, скорости, ускорения, силы, моменты, другие кинематиче-

ские характеристики для соединений, пружин и демпферов, а также характер-

ных точек модели в численном, табличном и графическом виде

Анимация результатов, в том числе и совместно с процедурами

SolidWorks Animator

Генерация траекторий характерных точек моделей и сохранение их в каче-

стве кривых SolidWorks

Передача результатов динамического анализа - сил в сопряжениях и инер-

ционных нагрузок в модуль SolidWorks Simulation.

МЕТОДИКА РЕШЕНИЯ

Для моделирования динамики транспортных средств при движении по

неровностям была использована трехмерная модель баги, предварительно по-

строенная в Solidworks 2012.

Анализ проводился в модуле SolidWorks Motion

Так как производительность машины на которой производился анализ

ограничена, то расчетная модель была упрощена. Некоторые узлы конструкции

были исключены, а некоторые заменены более простыми. Все упрощения моде-

ли были компенсированы соответствующими сопряжениями в сборках. Некото-

рые физические величины, такие как масса, были заданы вручную для соответ-

ствия реальной конструкции.

Параметры пружин и демпферов были взяты из аналогичных анализов

найденных в интернете

Для имитации неровностей была построена модель пересеченной местно-

сти с кочками ямами и подъемом

ПОСТРОЕНИЕ МОДЕЛИ

Изначально анализ проводился на уже имеющейся модели багги(Рисунок 1).

Сборка которой сотояла из свыше ста твердых тел. Для такого анализа было

недостаточно производительности машины на которой проводился расчет.

Поэтому было принято решение упростить существующую модель, исключив

из нее некоторые элементы, заменив их соответствующими сопряжениями. Что

значительно ускорило время необходимое на получение результатов.

Рисунок 1 — Модель багги.

Обод колеса имеет сложный профиль. В начальной модели он был построен им-

портом изображения в эскиз, с дальнейшим его обрисовыванием сплайном и

масштабированием эскиза.(Рисунок 2) Так как геометрия была построена с ис-

пользованием сплайна, то машина была неспособна произвести расчет кон-

тактов. В следствии чего возникла необходимость упростить модель колес, за-

менив ее элементарной аналитической геометрией(Рисунок 3).

Рисунок 2 — Модель обода колеса.

Рисунок 3 — Упрощенная модель колеса.

Так же изменениям подвергся задний привод(Рисунок 4). В котором остались

лишь самые необходимые элементы, крепящие задние колеса к раме(Рисунок

5).

исунок 4 - Модель заднего привода.

Рисунок 5 — Упрощенная модель заднего привода.

Для имитации движения по неровностям была построена модель дороги имею-

щая кочки,ямы и подъем.(Рисунок 6) по которой и происходило движение багги.

Рисунок 6 — Модель дороги с неровностями.

Анализ так же включает в себя расчет действия на подвеску лишь гравитации и

имитацию падения с высоты в 3 метра. Для того чтобы посмотреть поведение

подвески в критических ситуациях.

АНАЛИЗ ДВИЖЕНИЯ

Для имитации движения багги по неровностям использовался модуль

SolidWorks Motion.

Стандартные средства SolidWorks Motion позволяют заменить амортизаторы

подвески линейными пружинами и значением демпфера(Рисунок 7). Задавае-

мые значения были взяты из аналогичных анализов.[1]

Рисунок 7 — Параметры пружин.

Так же для корректного отображения реальных условий необходимо задать на-

чальные условия анализа. Был задан контакт между колесами и дорогой. Так же

был задан контакт между рамой и дорогой на случай чрезмерного прогиба под-

вески. Для предания движения ,колесам было задано два мотора, с постоянной

частотой вращения равной 40 об/с.

Выводы основываются на следующих результатах расчетов : силы противодей-

ствий в пружинах (Рисунок8,9), сила контакта рамы с дорогой(Рисунок 10) и

перемещение(Рисунок 11).

Рисунок 8 - Сила противодействия передней пружины.

Рисунок 9 — Сила противодействия задней пружины.

Рисунок 10 — Сила контакта рамы с дорогой.

Рисунок 11 — Скорость перемещения.

ВЫВОД

В ходе выполнения данной курсовой работы было выполнено :

- Построена упрощенная модель багги.

- Смоделирована подвеска багги.

- Выполнен анализ динамики багги при движении по неровностям.

- Получены результаты перемещения и реакций подвески.

- Записан видеоролик анимации движения багги по неровностям.

SolidWorks Motion является мощным оружием в арсенале любого инженера тат

как позволяет быстро и достаточно точно смоделировать поведение узлов

конструкций и наглядно его показать. Что позволяет сэкономить средства и вре-

мя на экспериментальных моделях, значительно снизив затраты и ускорив

производственный процесс.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. http://www.youtube.com/watch?v=CllPYymnzac

2. http://www.youtube.com/watch?v=4MWgKTNTGx8

3. О.П. Красюк, С.В. Пахнатюк, С. І. Власюк «Збірник матеріалів підсумкової

науково-практичної конференції всеукраїнського конкурсу студентських науко-

вих робіт з галузі «Військові науки»» - Львів: АСВ, 2012. – 383 с.