东风EQ3310BT的车厢设计.docx

1、东风EQ3310BT的车厢设计摘 要自卸车车厢是自卸车的重要组成部分，起着承重作用。本文将设计一款东风EQ3310BT的车厢三维模型。论文首先介绍了计算机辅助设计的基本概念和目前使用比较广泛的机械设计软件CATIA V5。然后利用CATIA V5平台和指导老师提供的部分东风EQ3310BT的车厢图纸，建立了一个东风EQ3310BT车厢的三维模型，并做出了简要工程图。车厢设计的理念是先分后总，即先设计各个部分的零件，然后分别装配出底板，左、右边板，前板和后板，最后再将其装配在一起。由于时间有限，设计没有对车厢进行有限元分析，而是对国内外自卸车车厢的发展趋势进行了讨论。通过阅读相关文献可以知道，自

2、卸车车厢的发展趋势主要有轻量化，多角度自卸，部件标准化等。关键词：自卸车；车厢；三维设计；CATIA V5AbstractThe dump truck carriage is an important part of the dump truck, playing a load-bearing role. This article will design a Dongfeng EQ3310BT carriage. The paper firstly introduces the basic concepts of computer-aided design and extensive mech

3、anical design software of CATIA V5. Then using the CATIA V5 platform and part of the carriage drawings of the Dongfeng EQ3310BT provided by the instructor, make a 3D-model of Dongfeng EQ3310BT carriage, and make a brief drawings. Carriage design philosophy is total after the first division, which is

4、 to design the various parts of the parts, and assembly, respectively, bottom, left, the right board, the front door and back door, then the final assembly together. Due to time constraints, the design did not finite element analysis, but the development trends of domestic and international dump tru

5、ck carriage are discussed. I got that the development trend of the dump truck carriage is lightweight, multi-angle dump and the standardization of components by reading the relevant literature.Keywords: dump truck; carriage; 3D design; CATIA V5目 录1 绪论 11.1计算机辅助设计(CAD)简介 11.2 CATIA V5 21.2.1 CATIA V5

6、软件简介 21.2.2 CATIA V5主要设计模块 31.3本文研究内容 41.4设计思路分析 52 东风EQ3310BT的车厢三维设计 62.1 底板总成 62.1.1 各零件设计 72.1.2 底板总装配 92.2 边板总成 112.2.1 各零件设计 112.2.2 边板总装配 132.3 前板总成 132.3.1 各零件设计 142.3.2 前板总装配 142.4 后板总成 142.4.1 各零件设计 152.4.2 后板总装配 162.5 总装配 162.6 生成工程图 172.7 零件设计与装配应注意的问题 202.7.1 零件设计注意事项 202.7.2 装配注意事项 203

7、车厢设计的未来趋势 213.1 车厢轻量化 213.2多角度自卸车车厢 213.3 车厢部件标准化 23结论 24致谢 25参考文献 261 绪论1.1计算机辅助设计(CAD)简介CAD技术是随着电子技术和计算机技术的发展而逐步发展起来的，它具有工程及产品的分析计算、几何建模、仿真与试验、绘制图形、工程数据库管理和生成设计文件等功能。进二十年来，由于计算机硬件性能的不断提高，CAD技术有了大规模的发展。目前CAD计算已经应用于许多行业，如机械、汽车、飞机、船舶、电子、轻工、建筑、化工、纺织及服装等。CAD技术应用于机械类产品设计的比例最大，机械CAD在整个工程CAD中占有比较重要的位置。CAD

8、是工程技术人员以计算机为工具，对产品和工程进行设计、绘图、分析和编写技术文档等设计活动的总称。根据模型的不同，CAD系统一般可分为二维CAD系统和三维CAD系统：1)二维CAD系统一般将产品和工程设计图纸看成是“点、线、圆、弧、文本”等几何元素的集合，所依赖的数学模型是几何模型。目前使用最多的是Autodesk 公司的AutoCAD软件；2)三维CAD系统的核心是产品的三维模型，这种三维模型包含了更多的实际结构特征，使用户在采用三维CAD造型工具进行产品结构设计时，更能反映时间产品的构造或加工制造过程。目前使用最多的有PTC公司的ProEngineer软件；Solidworks公司的Solid

9、works软件；UG公司的SolidEdge软件；Dassau1t公司的CATIA V5软件。根据产品结构，生产方式和组织管理形式不同，企业对CAD软件的功能又有四方面不同需求：1)计算机二维绘图功能：“甩掉图板”把科技人员从繁琐的手工绘图中解放出来，其是CAD应用的主要目标，也是CAD技术的最主要功能；2)计算机辅助工艺设计(CAPP)功能：进行工艺设计，工艺设计任务管理，材料定额管量等功能，实现工艺过程标化，保证获得高质量的工艺规程，提高企业工艺编制的效率和标准化；3)三维设计，装配设计，曲面设计，钣金设计，有限元设计，机构运动仿真，注塑分析，数控加工等三维CAD，CAM功能，可以解决企业

10、的三维设计，虚拟设计与装配，机构运动分析，应力应变分析，钣金件的展开和排样等困难，使企业走向真正的CAD设计；4)产品数据管理PDM。复杂产品的设计和开发，不仅要考虑产品设计开发结果。而且必须考虑产品设计开发过程的管量与控制。管量产品生命周期的所有数据(包括图纸技术文档)以及产品开发的工艺过程，使CAD、CAPP、CAM等系统实现的数据共享，使产品设计工作规范化保持一致性，保证图纸，工艺卡，加工代码，技术资料等的安全性。当前工业企业正面临着市场全球化、制造国际化和品种需求多样化的新挑战，各企业间围绕着时间、质量和成本的竞争越来越激烈。由此出现了一系列先进制造技术、系统和新的生产管理方法。如并行

11、工程、及时生产、精良生产、敏捷制造和虚拟现实技术等，所有这些先进制造技术和系统都与CAD系统的发展与应用密切相关。在未来的几十年里，CAD技术将在建模技术、软件组件技集成智能化等方面进一步发展，因而也必将在机械工程设计的各个领域发挥越来越重要的作用。1.2 CATIA V5 1.2.1 CATIA V5软件简介CATIA V5是由法国著名飞机制造公司Dassault开发并由IBM公司负责销售的CAD/CAM/CAE/PDM应用系统，CATIA V5起源于航空工业，其最大的标志客户即美国波音公司，波音公司通过CATIA V5建立起了一整套无纸飞机生产系统，取得了重大的成功。CATIA V5源于航

12、空工业,是业界无可争辩的领袖。以其精确安全,可靠性满足商业、防御和航空领域各种应用的需要，CATIA V5引以自豪的几个主要项目（例如波音777，737）均成功地用100数字模型无纸加工完成。这在航空工业中从来没有过。CATIA V5与STEP完全兼容，为航空提供的解决方案，包括管道系统（Piping and Tabling），组装、结构、内部负荷分析（业界第一）、电路布线和综合利用。围绕数字化产品和电子商务集成概念进行系统结构设计的CATIA V5版本，可为数字化企业建立一个针对产品整个开发过程的工作环境。在这个环境中，可以对产品开发过程的各个方面进行仿真，并能够实现工程人员和非工程人员之间

13、的电子通信。产品整个开发过程包括概念设计、详细设计、工程分析、成品定义和制造乃至成品在整个生命周期中的使用和维护。作为世界领先的CAD/CAM软件，CATIA V5可以帮助用户完成大到飞机小到螺丝刀的设计及制造，它提供了完备的设计能力：从2D到3D到技术指标化建模，同时，作为一个完全集成化的软件系统，CATIA V5将机械设计、工程分析及仿真和加工等功能有机地结合，为用户提供严密的无纸工作环境从而达到缩短设计生产时间、提高加工质量及降低费用的效果。为确保CATIA V5产品系列的发展，CATIA V5新的体系结构突破传统的设计技术，采用了新一代的技术和标准，可快速地适应企业的业务发展需求，使客

14、户具有更大的竞争优势。CATIA V5对于开发过程、功能和硬件平台可以进行灵活的搭配组合，可为产品开发链中的每个专业成员配置最合理的解决方案。允许任意配置的解决方案可满足从最小的供货商到最大的跨国公司的需要。1.2.2 CATIA V5主要设计模块1) 草图器草图器是用来快速建立二维几何体的工具，完成的草图可以用来生成实体或曲面，利用草图元素间的约束，可以快速修改草图，因此草图器是建立实体或曲面的基础。2) 草图基础特征在草图的基础上可以生成的实体有：拉伸体，除料拉伸，旋转体，建立环槽，打孔，建立扫掠肋和沟槽，建立组合体，建立加强筋，建立放样体。但是在建立元件的第一个实体时，只能在草图的基础上

15、生成拉伸体。3) 修饰特征在实体上，可以做的修饰有：圆角，倒角，拔模，凸块/凹槽的带圆角拔模，抽壳，螺纹和螺纹孔，阵列特征，镜像特征。4) 线架与曲面设计虽然论文中没有用到曲面设计，但CATIA V5的曲面设计功能非常强大。建立线架：在3D建立点，建立3D线，建立平面，在3D建立曲线。曲面设计：建立拉伸曲面，建立旋转曲面，建立球面，建立圆柱面，建立扫掠曲面，建立放样曲面，建立混成曲面，建立填充曲面，建立偏移曲面。在CATIA V5中还可以对曲面进行连接，修补，分割，修剪，延伸等操作。1.3本文研究内容东风牌EQ3310BT自卸汽车由东风特种汽车有限公司生产制造，该产品底盘选用东风汽车有限公司生

16、产的东风牌DFL3310B自卸汽车底盘，发动机选用广西玉柴机器股份有限公司、广西玉柴机器股份有限公司生产的YC6A260-33YC6L290-3柴油发动机，发动机排量为7255、8424CC，发动机功率为191、213千瓦，整车总质量31000千克，上户吨位16035千克，整备质量14770千克，最高车速可达86公里/小时，该产品公布于工业和信息化部汽车公告第m4(224)批次。东风EQ3310BT设计主要用于在山西、陕西拉煤、沙石，总质量40吨。设计时需按总质量45吨进行设计。路况为部分颠簸石子路，大部分水泥公路（部分路段被压坏严重，颠簸路面）。其整车布局如图1-1所示。图1-1 整车布局图

17、东风EQ3310BT的优点主要有：1) 自重轻。底盘自重8.9吨，整车自重12.7吨，比行业平均水平轻1吨。车架采用新型700MPa高强度大梁钢，自重大大降低。采用350L超大全铝油箱，外形美观，自重轻。采用东风德纳12吨冲压焊接单级减速桥，承载能力强，自重轻。采用高强板标准化改装，自重大幅降低。2) 高可靠。东风40年卡车制造经验，设计先进，工艺精湛。前后车轮螺栓加强，可靠性大幅提高。消声器、油箱、贮气筒上移，抬高离地间隙，满足爬煤堆的需求。增加水箱防护，防止水箱损坏影响发动机运行。3) 驾乘舒适。采用国内先进的D530天锦驾驶室，外形美观大气，安全可靠，车身内饰人性化的设计让您驾乘更舒适。

18、底盘自重仅9.5吨左右，整车自重仅13.2吨左右，载货量最大，车辆盈利率最高。700MPa的车架材料保证了自重轻，同时提升了承载性，拓展了使用空间。东风EQ3310BT的优点使得其应用广泛，成为东风公司的重点车型。本文将利用CATIA V5软件进行车厢的三维建模并做出工程图。车厢的尺寸如表格1-1所示。另外在第三章将讨论车厢设计的发展趋势。表格1-1尺寸参数公告 货厢栏板内部尺寸:长宽高(mm)6800230012301.4设计思路分析车厢由底板，边板，前板，后板组成，因此可以先做出各个部分的零件进行装配，然后再进行总装配。车厢的各个部分最重要的是其梁结构，应该先做出其边梁结构或纵梁结构(底板

19、)，然后做出中间梁或横梁结构(底板)。各个梁做出来以后进行装配，之后再与钢板进行装配。2 东风EQ3310BT的车厢三维设计2.1 底板总成图2-1 底板总成示意图底板(如图2-1所示)技术要求：1) 内横梁数量：箱长为6800时为9根，厚度为4mm。图2-2为示意图。图2-2 内横梁2)底板纵梁采用170806材料为T52的矩形管制作，厚度为6mm。如图2-3。图2-3 纵梁3) 边横梁截面厚度为4mm。如图2-4。图2-4 边横梁4)翻转梁每边两根，厚度为6mm。5)尾板的料厚为10mm。 6) 拉煤时，底板为4mm厚屈服强度为235Mpa的普板；拉沙石料时，底板为5mm厚屈服强度为235

20、Mpa的普板。如采用屈服强度600Mpa的高强度钢板，底板厚度3mm。7)底板几何尺寸：符合图纸要求，长 0-5mm，宽3mm；平面度6mm；底板对角线：对角线差8mm。8)底板拼接处不允许有“十”字形的拼接焊缝，底板块数不超过 3块。图2-5 内横梁2.1.1 各零件设计CATIA V5的零件设计以草图为基础，做出草图后即可生成实体，再在实体上选择参考面进行草图绘制来对草坯实体进行修饰。实体操作主要用到了“拉伸”，“凹槽”，“抽壳”，“倒圆角”等。以图2-6为例，先做出一块长方形的填充体，然后再使用“凹槽”工具，在前后挖出所需的形状，最后再做草图将其内部挖空。图2-5到图2-8均为最简单的零

21、件设计，它们的生成步骤也在图片左边显示出来，作为例子。后面将省略这些最简单的操作。图2-6 纵梁图2-7 边横梁图2-8 翻转梁2.1.2 底板总装配 CATIA V5的装配设计可以模拟实际装配过程，将一个个的零件组装成一个成品或部件。装配设计主要用到“固定”，“相合”，“接触”，“多实例化”等。Part 的多实例化可以被用来自动复制组件，在本设计的装配中十分有用。如图2-9所示，先在装配组件中加入一个内横梁，然后使用”多实例化”工具就可以复制出8个内横梁。图2-10是将底板、尾板、前板和底板梁装配在一起以后所得到的底板的总装配图。图2-9 内横梁多实例化图2-10 底板总成图2-11 “再使

22、用模式”对话框值得注意的是，在装配约束中有一个“再使用模式”工具，是通过使用零件设计生成的阵列，创建约束阵列的工具。该工具的对话框如图2-11所示，该工具的操作步骤如下所示：（1）在利用阵列生成的零部件上安装一个零件，并设置它们之间的约束关系；（2）单击“约束”工具栏上的“再使用模式”工具按钮，系统弹出在图样上实例化对话框。（3）选择零件设计生成的阵列特征，这样它会添加到图样区域的文本框中；（4）单击要实例化的部件，选择预先约束好的零部件，这样他会添加到文本框中；（5）单击“确定”按钮，完成阵列约束。如果装配的某个零件中有“阵列”元素，则在加入阵列的约束时，可以使用这个工具，可以节省很多的时间

23、和工作量。但是在本装配中，由于零件中并没有阵列所以无法使用本工具，造成装配过程比较繁琐。这就告诉我们，在零件设计时，如果能够使用“阵列”工具就尽可能使用，这样就能简化装配过程。2.2 边板总成边板技术要求：1)竖筋为通长，竖筋的数量为7根；竖筋截面尺寸为160703mm。 2)主边板上边梁基本型截面尺寸为160804mm；加高板截面尺寸为360804mm；直线度10mm。 3)下边梁截面尺寸为：160804mm带135斜面。 4)前、后立柱截面尺寸为：5008010mm。 5)由于钢板板幅的原因导致边板的宽度或高度不够，可采用钢板对接，对接接缝必需在竖筋所能覆盖到的位置。 6)拉煤时，边板为3

24、mm厚屈服强度为235Mpa的普板；拉沙石料时，边板为4mm厚屈服强度为235Mpa的普板。如采用屈服强度600Mpa的高强度钢板，边板厚度2mm。7)边板小门需向上开启，采用铰链与边板连接。8)边板小门：侧门两立边与边框间隙3mm，侧门上下两边与边框间隙3mm。9)边板拼接处不允许有“十”字形的拼接焊缝，边板拼接块数不超过 3块，拼接位置必须在加强筋内。2.2.1 各零件设计图2-12 增高板图2-13 边板门图2-14 前立柱 图2-15 后立柱图2-16 边板梁图2-16到图2-16为边板零件模型。2.2.2 边板总装配总装配的时候发现左右边板的装配孔的位置其实是不一样的，因此要重新做前

25、后立柱。装配时不要装错。图2-17 边板总成2.3 前板总成前板技术要求：1)竖筋截面尺寸为：140504mm，2根。 2)横筋截面尺寸为：140454mm，2根。 3)前板对角线误差不得大于5mm。4)前板几何尺寸：宽度方向允差mm ，高度方向允差3mm。5)前板拼接处不允许有“十”字形的拼接焊缝，前板拼接块数不超过 2块，只能在前板的宽度方向上拼接，且拼接位置必须在加强筋内。2.3.1 各零件设计图2-18为前板边框。图2-18 前板边框2.3.2 前板总装配 所用钢板厚度为4mm。图2-19是前板总成。图2-19 前板总成2.4 后板总成后板技术要求：1)普通自卸车3根中竖筋。 2)后板

26、的料厚及材料与边板相同。 3)外框横、竖筋截面尺寸为：160804（不小于）mm。 4)中竖筋截面尺寸为：160703（不少于）mm。 5)后板铰链采用双挂架结构，后板锁钩采用：手动+链条+自动的方式。6)后板几何尺寸：宽度方向允差为4mm。7)后板拼接处不允许有“十”字形的拼接焊缝，后板拼接块数不超过 2块，拼接位置必须在加强筋内。2.4.1 各零件设计图2-20和图2-21为后板零件。图2-20 后板边梁图2-21 后板增高板 2.4.2 后板总装配所用钢板厚度为4mm。图2-22是后板总成。 图2-22 后板总成2.5 总装配最后，将上面的边板，底板，前板，后板以及边板门装配在一起即可。

27、图 2-23到图 2-25为不同角度的总装配视图。图2-23 总装配图2-24 总装配图2-25 总装配2.6 生成工程图生成的工程图使用国标，A3纸。CATIA V5本身绘制工程图没有国标，在网上下载“GB.xml”文件，放在“XProgramFilesDassaultSystemesB20intel_aresources standarddrafting”目录下，X为软件安装所在的磁盘。进入CATIA V5 工程图，点击“工具”，“标准”，“drafting”，选中此文件，单击确定。还有边板、底板、前板、后板各自横梁跟纵梁所使用的C形梁的宽度是一样的，为简化起见在图中只标出一个。在选择正视

28、图时，应打开所要制图的零件或装配件，然后新建“CATdrawing”文件。点击“”，然后选择希望产生正视图的面即可。图2-26到图2-31为生成的工程图。图2-26 正视图图2-27 顶视图图2-28 底视图图2-29 详图A图2-30 右视图图2-31 左视图2.7 零件设计与装配应注意的问题2.7.1 零件设计注意事项尽管几何体放置于给定的位置，但是若没有约束完全，任何元件的移动都会影响装配的配合和功能。因此在草图设计的过程中，一定要完全约束。线条为白色为欠约束，绿色为完全约束，红色为过约束。CATIA V5草图绘制的理念是“从粗略到精确”，即首先在大致位置绘制粗略草图，然后再精确地约束它

29、们的几何尺寸和几何位置。在生成实体的过程中，应尽可能使用“镜像”，“阵列”等工具，这样不仅可以大大减少工作量，在装配中也可以利用这些特征来使工作简化。2.7.2 装配注意事项在装配中插入零件的方法有两种：一是直接插入现有组件，二是在装配中新建零件。在保存装配文件时，“Save”保存当前文件的活动部件文件及其子文件；“Save as”与“Save”类似，允许指定当前文件的文件名和文件夹；“Save all”保存修改过的全部打开的文件；“Save Management”保存全部文件及其子文件，但可以修改它们的文件名和位置。在装配中要想知道一个零件是否约束好了，可以分析零件的自由度。如在本文车厢装配

30、中，要求所有部件固定，因此分析自由度时自由度应为“0”。3 车厢设计的未来趋势3.1 车厢轻量化“低碳”经济如今成为全球最热话题，随着上海世博会出行普遍采用纯电动、混合动力、燃料电池等新能源汽车以及新能源汽车补贴政策的实施，汽车行业也燃起了一股“低碳”经济热潮。不过大家关注汽车行业低碳经济的时候，往往首先想到的就是新能源汽车，事实上，只要有利于减少排放和污染的技术都可以称之为低碳技术。据统计汽车总质量每减轻10%，燃油消耗量可降低6%-8%，而自卸车车厢重量占总重量的很大一部分，因此车厢钣金件的轻量化对整车轻量化具有重要意义。在使用相同的材料的情况下，将钣金件的设计与轻量化技术结合起来可开发出

31、刚度性能良好、受力分布均匀合理、材料利用率高的车厢结构。除了结构设计方面的优化，材料的选用至关重要。德国Paderborn大学O.Habn等人提到“多材料轻量化结构”及“合适的材料用在合适的部位”两概念。通过对多材料结构进行优化，既能改进性能，又能显著减小质量。目前在自卸车上使用最多的轻量化材料是高强度钢。使用高强度钢时，企业应根据钢材实际应用情况和计算分析所得到的应力分布及各构件强度情况，综合目前市场高强度钢板品牌价格和性能指标，在进行高强度钢板替换应用之前，需要研究确定哪些构件用高强度钢板替换，用什么高强度钢板更换，更换的板厚是多少才能保证不低于原结构强度3。目前，国外已开始用铝合金制造自卸车车厢。铝合金的特点是：比重小、强度高、防腐性能好、抗风化性能好、容易成形和加工。此外，由于铝比纲的弹性模数和冲撞时的受力面积都较小，而吸收能量的能力较大，所以冲撞时只产生局部变形，所需维修费用较少。同时使用铝合金时由于刚性要求，往往采用较厚的铝板，因此可以弥补较大的磨损。3.2多角度自卸车车厢自卸车的