SolidWorks软件在备胎架设计中的应用

    根据传统设计的经验，运用三维设计软件备胎架进行了实体参数化建模、装配、干涉检查和运动仿真，对关键件进行了有限元分析，并将优化没计好的零件生成全相关的二维工程图。油田专用车备胎架通过，螺栓与车架纵梁上、翼板相连接，两侧各安装一个15.5-20备胎。

1 参数化建模 

    借助基于特征的实体建模功能，通过拉伸、旋转、扫描、放样、抽壳、筋、镜像以及打孔等操作来实现备胎架（图1）的三维实体参数化建模。工作窗口左侧的FeatureManager设计树提供了零件模型的大纲视图，完整记录了设计过程，从中能了解设计思路，方便查看零件模型的生成情况，并可通过对特征和草图的修改实现对零件模型进行动态修改。

    图1 备胎架

2 装及动态仿真 

    备胎架的各个零件模型设计好后，运用装配关系把各个零部件组合成备胎架总成（图2）。装配关系定制好之后，零件及装配总成之间的尺寸参数、几何形状将会自动完全相关。在装配的环境里，可以设计和修改零部件，进行零件之间进行的配合加工，如：零件的切除、打孔等；可以动态地查看装配体的所有运动，并能将装配体的运动过程生成动画文件；可以对运动的零部件进行动态的干涉检查，同时提供一个干涉零部件的名称列表，并在图形区域中干涉会高亮显示；还可以提供爆炸视图（图3）、质量属性、截面属性等。

    图2 备胎架总成

    图3 爆炸视图

3 限元分析 

    利用提供的有限元分析工具Cosmosxpress，在满足线性假设、弹性假设的条件下，使用线性静态分析来计算零件中的应力。采用四面体单元列备胎架模型进行网格划分，网格的大小可根据需要确定。网格划分越小，结果越精确，但所需的计算机资源和时间也更多。

    3.1 备胎架有限元分析

    根据备胎架的结构与工作特点，对其进行力学分析，确定边界约束条件和载荷状态，对其进行指定材料、约束设定、加载、网格划分，再进行解算和分析。

    备胎架主要结构都采用普通碳素结构钢Q235-A，材料的屈服极限σs在235MPa以上。安全系数取1.4，因此许用应力为：=235/1.4=168MPa。

    车辆处于紧急制动状态时，备胎架将出现最恶劣的工况。分析时，对备胎架下端的8个连接孔进行约束，对备胎架挡板处施加制动惯性力。该工况下的最大制动减速度参考试验数据为6m/s2，故制动惯性力应为：F=2×m×a=2×180×6=2160N，式中m为备胎质量；a为制动减速度。