机框catia设计

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1、 目录第1章简介11.1数字化技术发展及前景11.2简介1第2章框组成、受力分析32.1框的分类32.2框的受载32.3连接形式4第3章加强框的设计63.1载荷分析63.2 框的选择73.3框的结构83.4框开口设计93.5框设计方案确定10第4章框的建立114.1曲面基准建立114.2框的分段114.3减轻孔设计124.4框上桁条开口设计134.5角片设计134.6框的装配图144.7框的工程图14参考文献15摘 要通过对机身上的横向受力分析，确定了该民机机身2000站位面框的设计为加强框，承受来自机翼、发动机的集中力并把这些力传到蒙皮上。选用了较强的缘条和较厚的腹板的环式隔框。环式加强隔框

2、具有使机身内部空间可以充分利用，并能承受两侧机翼传来的集中力的优点。对于选取整体式、组合式、还是混合式加强框。由于整体式疲劳性能好，对于承受机翼传来的交变载荷十分有利；用锻造毛坯经数控加工而成，对于较大的整体框，毛坯锻制加工比较困难可以分段制造，比较方便。最后通过对框外载、内力、剖面的初步确定，利用实体、曲面、装配模块进行三维建模，并辅以工程图便于参考。关键词： 数字化设计；CATIA；环式加强框第1章简介1.1数字化技术发展及前景 随着全球经济一体化的发展，现代制造业环境发生重大变化，生命周期缩短；用户个性化；数字化技术得到推行。数字化设计制造技术是指利用计算机软、硬件及其网络环境，实现产品

3、设计制造管理的一种技术。具有精密化、柔性化、虚拟化、网络化、智能化、敏捷化、集成化及管理创新发展趋势。数字化产品与传统产品的区别改模拟量为数字量传递。国外飞机制造业应用三维数字化技术大致分为三个阶段：部件数字化样机阶段，全机数字化样机阶段，数字化生产方式阶段。未来数字化产品制造企业具有的三大特征：、全过程数字化：产品从市场需求开始，概念设计、初步设计、详细设计、实验仿真、生产制造、市场营销、售后服务、甚至产品报废的全生命周期各个环节均实现数字化；、全方位数字化：同一产品涉及的每一个基层企业、研究所、公司总部所在科研、生产、管理及经营中实现全面数字化；、全产品数字化：产品本身所包括的机械系统、发

4、动机、光学仪器等配套的产品全部采用数字化设计，形成全机数字化产品模型。 1 飞机数字化技术的发展和使用对现代航空制造业产生了深远影响，由CAD-CAE-NC-CAT 和PDM等先进技术代替了传统手工方法，省去了大量的模线、样板、样件和工装等模拟量传递，成为了优质、高效、低成本的先进技术，从整体上改变了传统的工程研制过程和及其技术体系。1.2简介CATIA是法国Dassault System公司的CAD/CAE/CAM一体化软件，居世界CAD/CAE/CAM领域的领导地位，广泛应用于航空航天、汽车制造、造船、机械制造、电子电器、消费品行业，它的集成解决方案覆盖所有的产品设计与制造领域。 2CAT

5、IA 提供方便的解决方案，迎合所有工业领域的大、中、小型企业需要。包括:从大型的波音747飞机、火箭发动机到化妆品的包装盒，几乎涵盖了所有的制造业产品。在世界上有超过13,000的用户选择了CATIA。波音飞机公司使用CATIA完成了整个波音777的电子装配，创造了业界的一个奇迹，从而也确定了CATIA 在CAD/CAE/CAM 行业内的领先地位。由于CATIA模块很多，我们不能每个都学会，在我们常用的基础模块包括：基础结构设计（Infrastructure）、机械设计（Mechanical Design）、外形设计（Shape）、工程分析 3。机械设计（Mechanical Design）是

6、我们学习的重点，包括常见的部件设计、装配设计、草图、工程图等4。 第2章框组成、受力分析2.1框的分类普通框：用于维持飞机外形和固定蒙皮、桁条，以利于承受局部空气动力载荷，所承受载荷不大，一般采用板材弯制而成，其外缘形状与机身截面相似，内缘形状与机身内部装置相协调。加强框：环式加强框由内、外缘条、腹板、支柱等元件组成；组合式：由挤压型材弯制的缘条、腹板及支柱铆接而成；整体式：用整体锻造毛坯经机械加工而成；混合式以上两种形式组合5。剖面图如图2-1所示。图2-1框的剖面图2.2框的受载普通框受力：气动力为圆形：环向拉力；非圆：局部弯曲应力机身弯曲变形引起的压力；一般不存在强度问题；大型飞机变形可

7、能大，需检查弯曲刚度6。加强框受力：承受来自机翼、尾翼、起落架、发动机和货物的集中力并把这些力传到蒙皮上。较强的缘条和较厚的腹板组成。由于我们选取环形框，下面只分析环形框受力图（如图2-2所示）7。图2-2环形框受力图2.3连接形式环形框既与蒙皮相连又与桁条相连，如2-3图中，.蒙皮.桁条.框.弯边.角片；环形框与机翼一般采用集中接头形式8，各部分连接如图2-3,2-4所示9。图2-3环形框与桁条相连图2-4机身、蒙皮、环形框、桁条连接结构第3章加强框的设计3.1载荷分析加强框与结构型式和参数与机身外形、内部装载布置、集中力大小、性质以及支持它的机身结构的特点有密切关系。如图3-1所示。图3-

8、1 环形框在集中力作用下的内力分布（a） 图3-1 环形框在集中力作用下的内力分布（b） 图3-1 环形框在集中力作用下的内力分布（c）1）在法向集中力和集中力矩作用处，框缘截面的弯矩值最大2) 法向集中力和切向集中力相比，前者产生的弯矩较大，其最大值为RP/4，而切向集中力产生的最大弯矩值约为RT/16。因此，当T=P时，法向集中力产生的最大弯矩值为切向集中力产生的最大弯矩值的4倍。上述曲线不能作为强度计算的依据，工程梁假设不适宜机身的强度校核；实际上刚框的内力分布与刚框截面形状、框缘形状与尺寸、蒙皮对框的支持情况等因素有关；实际刚框真实的内力分布必须通过有限元数值分析或者试验才能获得10。

9、3.2 框的选择在框设计前，外缘轮廓线已经确定，传到刚框上集中力大小、方向也已给定，其他设计条件如工艺也确定。首先估算刚框内的内力M，计算相对载荷M/H，其中H为框缘高度，同时考虑制造能力。若截面高度较大而截面弯矩不是很大，组合式较合理。因为腹板较薄，缘条能充分发挥作用。反之，若框截面弯矩大截面高度小，采用锻压的整体构造。整体框由缘条、腹板、支柱用整体毛坯直接机械加工而成。见表1-111.表1-1框的选择3.3框的结构采用优化设计的方法，将框设计成等强度曲梁。布局优化，趋势：整体件（疲劳性能优越、重量轻，不符合损伤容限设计，要特别重视结构细节设计和总体应力水平的控制），如图3-2所示。 图3-

10、2 环形框的结构形式3.4框开口设计一般框腹板开口形状尽量设计成圆形，减小应力集中12。 3.5框设计方案确定 所以，我们从2000站位点截面处框外载、内力、剖面的初步分析可得，该处为加强框，承受来自机翼、空气动力载荷集中力并把这些力传到蒙皮上。从表1-1中我们可看出选择由整体式疲劳性能好，框缘高度较小，对于承受机翼传来的交变载荷十分有利；用锻造毛坯经数控加工而成，对于较大的整体框，毛坯锻制加工比较困难我们选择分段制造。10第4章框的建立4.1曲面基准建立在老师给定机身曲面的基准之上，我们使机身曲面向内法线偏移2mm（蒙皮厚度），在给定的站位点截取偏移后的曲面外形如图4-1所示。图4-1基准截

11、取的曲面图4.2框的分段较大的整体框，毛坯锻制加工比较困难可以分段制造13，这样比较方便。我们利用图4-1的曲面可以进入零件设计模块进行曲面增厚，使曲面变为实体，由于分段制造我们要把选取基准面再去截取实体。在这个过程中我们要注意使基准与原有基准断开联系，这样切一段后才不至于把后面几段都丢失（可通过复制选择性粘贴实现断开联系，或者不怕麻烦我们也可以选择投影，拉深实体，当然是在四个零件集合体中了），如图4-2所示。至于分段的位置选择，由于数据有限，我们只是大致分了，再有大量数据基础上，我们应该避免载荷集中区，接头连接处等。图4-2 框分段图4.3减轻孔设计为了减小应力集中，我们应把减轻空设计为圆形

12、或椭圆形14如图4-3所示。由于机身框承受来自机翼集中接头载荷，蒙皮气动载荷。对飞机减重而言，不可避免要有开口或减轻孔，设计时应注意应力集中，减少疲劳磨损程度。图4-3 狂减轻孔设计从受力角度讲离中心处实体部分不能得到充分利用，材料利用率不高，开减轻孔并不损坏承受载荷能力，对结构强度影响较小；符合等强度设计思想。4.4框上桁条开口设计桁条一方面支持蒙皮，提高蒙皮平面内抗压、抗剪的临界应力；另一方面在机身空气动力作用时，既提高蒙皮法向抗弯刚度，又把蒙皮上的空气动力集中载荷传给隔框。从工艺和受力角度，选取挤压桁条。开口如图4-4所示。 图4-4 桁条开口及树状图4 4.5角片设计角片设计时， 1.

13、用装配设计，直接把角片零件与分段框装配，但遇到问题相合接触约束不好使2.用肋的命令沿曲线构造角片实体，但是我用曲面截取的时候，出现实体截后只能保留一段（多截面时方向一致），这样还使得是重复工作。图4-5 角片结构图最后还是通过拉伸，抽盒的命令完成角片（如图4-5所示），角片倒角时注意内角倒2mm，内角要倒4mm，包括料厚2mm，这样才能保证厚度一致。134.6框的装配图对于装配问题，处理时可以有两种方法 。其一通过对零件在装配约束关系的基础上实现的，对合作完成部件的设计比较方便；其二是直接在装配模块我们通过自上而下的建模方法，这对于由单人完成的零部件设计建模比较方便。装配图如图4-6所示。 图

14、4-6框装配图4.7框的工程图参考文献1 张汉茹.飞机数字化建模技术基础.沈阳航空工业学院出版社,2007年8月2 尤春风. CATIA V5 高级应用M. 北京:清华大学出版社,20053 李学志. CATIA V5实用教程.清华大学出版社,2004 4 曾洪江. CATIA V5 机械设计从入门到精通M, 北京:中国青年出版社,2004.7 5 程宝渠.飞机制造协调准确度与容差分配M.北京航空工业出版社,1985.56B.A.斯捷巴契卡 .飞机制造新工艺.国防工业出版社,1982年2月7 南京航空航天大学飞机设计研究所 机身结构分析8 邓忠林.飞机构造学.沈阳航空航天大学出版社,20019 陶梅贞.现代飞机结构设计.西北工业大学出版社,200110 冯元生.飞机结构设计.国防工业出版社，1985 11 曾志新.机械制造技术基础.高等教育出版社,2011年6月12 王云渤等. 飞机装配工艺学M. 国防工业出版社,1990年8月13 王宝忠.飞机设计手册第十册结构设计.航空工业出版社,2000 14 王志谨. 飞机结构设计 国防工业出版社,2002年8月 15