飞机隔框CATIACAD课程设计

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2
2.1
机身隔框与机翼翼肋的作用相似,它是机身上的横向受力构件,从受力的观点来看,隔框分为加强隔框和普通隔框两类[5]。
2.1.1
普通隔框:它的作用是保持飞机外形,支持蒙皮,提高蒙皮的稳定性,以利于承受局部空气动力载荷,它所承受的载荷不大,一般采用板材分段弯制而成,其外缘形状以机身截面相似,内缘往往以机身内部布置相协调,这样內,外缘之间的距离是变化的,为了保证隔框的强度,内,外缘隔框都有翻边,另外,为了减轻重量,框的腹板上都有许多开孔。由于普通框的整体刚性较差,装配时通常将普通框的一部分与桁条和蒙皮先组成壁板,然后在部件装配和总装配时形成整体的隔框。根据14478站位点的机身结构,普通框复合要求,所以选用普通框。见图2.1和2..2
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]。
在数字化技术和制造技术融合的背景下,并在虚拟现实、计算机网络、快速原型、数据库和多媒体等支撑技术的支持下,根据用户的需求,迅速收集资源信息,对产品信息、工艺信息和资源信息进行分析、规划和重组,实现对产品设计和功能的仿真以及原型制造,进而快速生产出达到用户要求性能的产品整个制造全过程。
其内涵包括三个层面:以设计为中心的数字化制造技术、以控制为中心的数字化制造技术、以管理为中心的数字化制造技术。
数字化制造技术的未来发展方向,利用基于网络的CAD/CAE/CAPP/CAM/PDM集成技术,实现产品全数字化设计与制造在CAD/CAM应用过程中,利用产品数据管理PDM技术实现并行工程,可以极大地提高产品开发的效率和质量,企业通过PDM可以进行产品功能配置,利用系列件、标准件、借用件、外购件以减少重复设计,在PDM环境下进行产品设计和制造,通过CAD/CAE/CAPP/CAM等模块德集成,实现产品无图纸设计和全数字化制造;CAD/CAE/CAPP/CAM/PDM技术与企业资源计划、供应管理、客户关系管理相结合,形成制造企业信息化的体构架。虚拟设计、虚拟制造、虚拟企业、动态企业联盟、敏捷制造、网络制造以及制造全球化,将成为数字化设计与制造技术发展的重要方向。制造工艺、设备和工厂的柔性、可重构性将成为企业装备的显著特点[1]。
图3.1
通过用CATIA建立角平分线、草图,凹槽等命令先画减轻孔如图
图3.2
3.1.4
查取航标手册标准HB0-31-83[8],其材料选择为XC231,所以框板上的桁条缺口选用的是槽形型材的桁条缺口设计,对应的航标选择HB0-31-83,并且取倒圆角r=2mm,主要尺寸取a=20mm,H=45mm。依据航标尺寸,在以上图形的基础上画出桁条缺口。如图3.5和图3.6

指导教师签字2013年11月18日
摘 要
某机身14478站位面(站位点)框CAD课程设计,是在飞机数字化技术的基础上,运用飞机构造学、材料力学、互换性与技术测量等知识,查询飞机设计手册、机械设计手册,利用CATIA V520软件进行绘制以及装配设计机身14478站未眠隔框。本次的隔框设计是在环形铝合金框基础上设计的普通框,设计标准是既要满足装配工艺性的要求又要满足互换性的要求。在此次的建模设计中,通过先设计结构树,然后在零件模块和产品模块中,从草图绘制器开始,创建隔框外形、减轻孔等结构,同时可以结合一个实体多个特征完成零件的制作,将创建的不同零件按照配合关系装配在一起形成产品。这个课程设计整体体现了数字化制造的方便快捷性,同时显示出了CATIA软件在飞机制造行业的应用优势和光明的前景。
图2.1
2.2
飞机隔框的连接分为内部连接和外部连接,隔框在外部与机身蒙皮、桁条等结构相连接,在隔框内部,隔框的各个部分之间通过T型角材连接接头连接,并且在框的一面有角片连接,以便能和不同类型的桁条连接在一起。如图2.4
图2.1
1-蒙皮;2-桁条;3-框;4-弯边;5-角片
出于结构上和工艺上的考虑,选用如下图所示的桁条形式来连接。选取HB0-31-83如图2.5中A类
图2.1
图2.2
2.1.2
加强隔框:它除了具有普通隔框保持气动外形的作用之外,更主要的作用是承受框平面内的集中载荷,并传给机身蒙皮,所以它是一个在集中力和分布剪流作用下平衡的平面结构,与普通框相比,它的尺寸和重量都比较大。加强框的结构形式与机身外形、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。若加强框兼做增压座舱的气密端框,则增压载荷也会影响框的结构形式。由此可见,影响加强框结构的因素是多种多样的,为了适应不同的需要,加强框有多种结构形式。但是从受力形式上看,加强框基本分为整体式、环式两大类。(如图2.3)
图3.1
3.1.3
由于装配和成形工艺的需要,框板上需要制出装配定位孔和系统通孔等各类工艺孔。各框板上设计有坐标定位孔,用于在框板装配型架上确定零件的正确的位置以便于定位装配。
在满足框板结构工艺性的前提下,为了减轻不必要的重量,因此各框板上应开有减轻孔,减轻孔根据直角减轻孔HB0-16-2003[9]计而成,因为其材料选择为LY12-M材料厚度为t=2mm故取大孔D1=100mm小孔D2=58mm,大孔与小孔之间的距离是80mm,在每段隔框中,大孔平均分布在隔框中,每180一个大孔,根据具体的框板工艺性确定具体数目为大孔4个/板,小孔10个/板。
[2]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
[3]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,1985.5
[4]王云渤等. 飞机装配工艺学[M]. 国防工业出版社,1990年8月
[5]唐荣锡. 计算机辅助飞机制造[M]. 北京:国防工业出版社,1993
5.采用飞机数字化设计路线,对某机机身14478站位面(站位点)框结构进行设计;
6.绘制二维装配图1份(不要求打印);
7.完成论文1篇,要求不少于5000字。
毕业设计步骤:
1.调研,即查找相关书籍、期刊资料;
2.建立CAD数模;
3.撰写课程设计论文;
4.申请答辩。
参考文献:
[1]尤春风. CATIA V5 高级应用[M]. 北京:清华大学出版社,2005
图3.1
3.1.2
以飞机气动外形为设计基础设计出结构外形如图3-2所示的框板结构。该框是普通框,通过飞机设计手册第十册中表13-2得知,该框框高159mm。用封闭曲面将偏移面实体化,然后用曲线平行命令把偏移面向内部偏移159mm,在此基础上,建立十字相交的基准,且向两侧拉伸各20mm成曲面,把实体用曲面分成四部分;在零件设计模块中用 将其切割成四分之一,而后把偏移曲线投影,作凹槽 ,剩余四分之一,在此基础上来进行下一步操作。如图3.2
图2.2
加强框承受水平载荷时,作用于加强框的水平载荷通常是不对称的。如图2.8
图2.3
3
3.1
3.1.1
查询飞机设计手册第十版表13-2[7]知,此类型的民用飞机的厚度最小为1.8mm,现取其厚度为2mm,以给出的飞机气动外形为设计基准,通过CATIA中的偏移命令,向里偏移2mm,留出蒙皮的厚度,然后在坐标系位置通过偏移平面命令 找到14478站位点,再在反方向偏移20mm,通过创成式外形设计分割命令 ,将偏移面截取出来,并令其他的剩余部分隐藏。如图3.1
关键词:数字化制造技术;CATIA;隔框;结构工艺性
1
隔框不仅将乘客、货物等有效载荷以及机载设备等飞机本身质量力通过shear tie传递给机身蒙皮,还通过隔框自身平面刚度使部分机身增压载荷得以自平衡。此外,隔框还为机身蒙皮、长桁以及纵梁提供了横向支撑,提高了蒙皮、长桁以及纵梁结构的抗失稳能力。数字化设计的引进,从根本上提高了产品设计制造的效率,同时对产品的优化也有了很大的帮助,CATIA作为产品数字化的一种途径,其精确安全,可靠性满足商业防御和航空领域应用的需要,同时其具有实时渲染模式、强大的曲面功能、简便的实体功能、强大直观的目录树管理等特点;目前CATIA在航空、航天领域的装机量已经达到本行业所有装机量的60%,CATIA软件的广泛使用召唤我们对其熟练应用,并且去发展它。
图2.2
2.3
普通框用来维持机身的截面形状。一般沿机身周边空气压力为对称分布,此时空气动力在框上自身平衡,不再传到机身的其他结构上去。普通框都设计成环形框,当机身为圆截面时,普通框的内力为环向拉应力;当机身截面有局部接近平直段时,则普通框内就会产生弯曲内力。此外,普通框还受到因机身弯曲变形引起的分布压力p1, p1是自身平衡的。如图2.6
图2.1
(a)空气压力载荷(b)机身弯曲变形引起的压力p1(c) 压力p1的分布
加强框除上述作用外,主要功用是将装载的质量力和其他部件(机翼、尾翼等)上的载荷,经连接接头传递到机身结构上,将集中力加以分散,然后以剪流的形式传给机身蒙皮。
加强框受垂直集中力的作用时,曲梁的最大弯矩在集中力作用点附近,其弯矩如图2.7所示
班级04030501学号2010040305015学生姓名刘华星
课程设计题目某机机身14478站位面框CAD设计
课程设计时间2013年11月18日至12月6日 地点校内
课程设计内容及要பைடு நூலகம்:
内容:
1.了解飞机CAD建模规则,了解飞机数字化设计制造方法;
2.了解飞机结构;
3.熟悉CATIA软件;
4.确定某机机身14478站位面(站位点)框相关参数;
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[2]。
CATIA包括了机械设计,曲面造型,工程分析,电子设计,人机工程等一百多个模块。在世界CAD/CAB/CAM领域中处于领先地位。CATIA被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,满足了工业领域各类大、中、小型企业的需要。尤其在航天业,有八成以上的厂商使用CATIA软件。波音飞机公司使用了CATIA完成了整个波音777的零件设计和电子装配,创造了业界的奇迹,从而确定了CATIA在CAB/CAM/CAD行业中的领先地位。
1.1
随着信息技术的迅速发展及其与制造的融合,航空制造日益走向数字化。数字化已经渗透到产品研制的设计、制造、试验和管理的全过程中,出现了飞机产品数字化定义、虚拟制造、仿真等单元技术。
采用数字化设计制造是保证飞机快速研制的必要手段。美国联合攻击战斗机(JSF)是体现数字化设计制造技术应用水平的典型实例,说明了数字化设计制造技术在提高飞机产品质量、缩短研制周期方面至关重要的作用和地位。中国航空工业第一集团公司为了完成信息化建设,迎接国际航空市场激烈的竞争和挑战,提出了基于信息技术、实现跨越式发展的战略构想。数字化产品定义技术面向从设计、分析、制造、装配到维护、销售、服务等全生命周期的各个环节,用于描述和定义产品全生命周期的数字化过程中所应包含的信息,及信息间的关联关系,使其成为计算机中可实现、可管理和可使用的信息。
沈阳航空航天大学
课 程 设 计
某机机身14478站位面框CAD设计
学院
航空航天工程学部
专 业
飞行器制造工程(航空维修)
班 级
04030501
学 号
2010040305015
姓 名
刘华星
指导教师
秦政琪
沈阳航空航天大学
2013年12月
课 程 设 计 任 务 书
院(系)航空航天学部专业飞行器制造工程专业(航空维修)
数字化制造将成为21世纪企业装备的显著特点。将数字化技术用于制造过程,可大大提高制造过程的柔性和加工过程的集成性,从而提高产品生产过程的质量和效率,增强工业产品的市场竞争力。
1.2
CAD/CAM即计算机辅助设计与制造,其含义是指产品设计和制造人员根据产品设计和制造流程,在计算机系统的支持下,进行设计和制造的一项技术。一般讲,一个完整的CAD/CAM系统是由计算机、外围设备及附加生产设备等硬件和控制这些硬件运行的指令、程序即软件组成。
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