哈工大现代设计方法大作业

2014年春季学期

“机电产品现代设计方法”课程大作业一

作业题目：雷达转台设计

学生姓名：

评阅教师：

作业成绩：

1.设计任务

雷达底座转台设计：一个回转自由度

承载能力：500kg

被测件最大尺寸：Ф500×600mm

台面跳动：，台面平面度：

台面布置T型槽，便于负载安装

方位转角范围：±120°

具有机械限位和锁紧机构

角位置测量精度：±5′

角位置测量重复性：±3′

角速度范围：°/s～60°/s

2.设计流程

如上图所示，整个设计过程分为功能设计、总体方案设计、详细设计和设计总结四部分。功能设计部分

要结合所给出的性能要求以及我们设计的转台的目标客户可能存在的功能需求，对转台的功能进行定义。然后将转台的功能细化为小的功能单元，对应于一个个要实现功能的结构单元。然后利用QFD图对要实现的各种功能实现综合评估，评价出功能需求的相对重要性及解决方案的相对重要性。

总体方案设计部分

我们首先利用SysML语言来明确各部分功能的参数以及参数约束之间的关系，然后综合考虑各种参数，设计出整体的设计草图。

详细设计部分

首先要使得零件实现其所对应的功能，使其满足其精度及强度的要求。在此基础上，要综合考虑工件的可加工性，可装配性以及价格等因素，从而选出最符合我们需求的设计。然后根据确定的参数和方案，利用三维建模软件CATIA来进行三维建模，并将3D图进行投影，得出适合工业加工的2D图，完成整个设计。

设计总结部分

对整个过程中进行反思，考虑这个过程中存在的不足以及设计过程种学到的知识，以便应用于以后的设计当中。

设计

QFD(全称Qualification Function Deployment)是进行设计总体规划的工具。可以根据消费者的需求与需求的重要性来对工程设计做出相应的规划。

如图所示，其中第一纵行代表了安全性高，价格便宜，角度定位精度高及重复定位精度高等一系列的客户可能对所设计的转台所提出的要求。第三列(Importance of whats)用数字显示出各功能的重要性。数字越大，所对应的功能越重要，所有数字之和为100，以防止把每一项都标注得很重要，无法得出比较重要的功能。参数的分配，理论上应是根据对客户的进行调查问卷，然后根据客户的答复，给第一列中的功能按重要性赋值得到的相对重要性的饼状图如下。

定位精度、重复定位精度、可靠性、安全性为主要考察功能，重要性参数确定的比较合理。

其中第一行代表了重量、伺服电机等对第一列的为了实现功能的设计。这里将所有能想到的设计列出。

屋顶代表着各功能之间的关系。它表示了各种设计之间的关系，相互促进(+)或者相互限制(-). 以此可以对设计有个宏观的综合的考虑得到一个中性的方案。

而中间的主体矩阵部分起到衡量横行上的设计单元对客户需求的功能的满足程度，将各列里的数字加起来，即为该设计方案所对应的重要程度，重要程度越大，说明越应该重点设计。

如图所示，我们得到个设计方案的相对重要程度如下。从图中我们可以看出，为了实现客户所需求的功能，轴的设计以及电机的选择显得至关重要。这意味着在后续的设计中，应该着重设计这部分。

4.总体方案设计（Configuration design）

SysML语言是UML语言(Unified Modeling Language，统一建模语言，一种面向对象的标准建模语言，用于软件系统的可视化建模)在系统工程应用领域的延续和扩展，是近年提出的用于系统体系结构设计的多用途建模语言，用于对由软硬件、数据和人综合而成的复杂系统的集成体系结构进行可视化的说明、分析、设计及校验。

在这里我们绘制参数图如下。在下面的参数图中，我们确定了系统中各部件的相互约束

情况。

图４－３１产品初步结构与ＳｙｓＭＬ图

5.底座转台关键件有限元分析

轴的设计与有限元分析

由上边我们得出的轴的初步的尺寸.由国家标准，我们查到尺寸和轴颈大致配合的轴承的尺寸

与轴承配合处轴的直径d1=100mm，长度为34mm。轴肩直径109mm。且我们要在轴上装以用于限位的撞块，则轴还需要加粗，以使得轴上可以留有6mm的余量来供限位块安装之用。综上所述，结合后续过程中对尺寸的一些细微调整，我们的到如下轴的尺寸。切轴的两端分别用于和转台台面和谐波减速器的柔轮相连，因此，这两个表表面的精度要求较高，根据经验取。同样，由于轴颈处要与轴承过盈配合，对轴的表面精度同样要求较高。因此也需要在此处标注表面的加工精度。由以上分析，我们可以得到如下图所示的轴的尺寸。

由于阶梯轴尺寸变化处，在收扭矩时会产生较大的集中应力，因此，我们需要知道此时的轴的强度及强度是否能达到要求。因此我们仿真轴受的转矩时，其各部分的受力情况以及轴的转角。轴仿真受的力矩图及仿真结果如下：

1.在catia中画出等比例模型

所有上图中参数与模型的参数完全相同。在此过程中，使用的是catia软件，输出模型为igs，由于abaqus和catia同属达索公司旗下产品，具有更好的兼容性，幸运的是我最

常用的也是电脑中唯一安装的三维建模软件就是catia。省去了许多麻烦。

2.将igs文件导入到abaqus中

在此过程中，需要注意的是证书的正确打开否则不能打开abaqus软件。

3.设置各项参数后划分网格，划分结果如下

4.划分网格后进行有限元分析，分析的结果，应力云图如下;

应力云图所示，添加转矩的地方变粗，说明形变在这个地方比较大，集中于此。轴的两端颜色由深蓝色到浅蓝最后到绿色再到黄色，说明应力在逐渐的加大，由颜色对应的应力关系可以得知整个轴的应力应变。具有直观生动的优点。

而对于这个输出的动画结果，没有红色的部分，大部分轴上的颜色都比较浅，呈现蓝色，说明该轴的危险的地方是轴的两端，中间则比较安全，整体来看，整个轴符合安全要求。

输出应力云图的结果体现了现代设计工具的一个很大的优势，就是方便快捷而且精确直观，试想要是通过传统的验算方法查阅手册根据经验公式来计算，不仅对于计算着是一个很复杂枯燥的过程，而且极大可能出现错误，对于整体的应力应变情况也不能有清楚的体现，可见在设计复杂的、满足现代产品需求的零部件时候，现代化工具的重要性。

5.最上部外圆的应变曲线X-Y PLOT如下图所示：