CATIA dmu模块分析双横臂独立前悬架基础知识

毛洪国

1 CATIA dmu模块分析双横臂独立前悬架基础知识
   使用dmu模块，对初学者而言，关键问题是熟悉dmu模块的各种操作；对于高级使用者而言，其关键在于分析机构是如何运动的。
   这里简介CATIA dmu模块中所需要的基本操作。
   表1-1
运动副类型        图标        操作        是否加驱动
旋转副
       
        1.先点击图标
2.先后点击两个零件选择的旋转轴线，如果是回转体零件，则catia可自动生成轴线；否则需要自己手动画一条直线
3.先后点击分属两个零件参考平面        可加
角度驱动
球铰
                 1.先点击图标
2.先后点击两个零件球铰铰接点       
万向节       
        1.先点击图标
2.先后点击两条轴线，如果是回转体零件，则catia可自动生成轴线；否则需要自己手动画一条直线
3.选择旋转形式，如绕第二根轴线转动       
移动副                 1.先点击图标
2.先后点击分属两个零件的两条直线，作为运动方向
3.先后点击分属两个零件的两个平面，作为运动平面        可加
直线驱动
点面副                 1.先点击图标
2.先后选择分属不同零件的面和点，要求点在面上，有的书中现在assemble design中装配，其实不必要，只要点的空间位置在面上即可。        可加
固定                 1.先点击图片
2.选择你要固定的零件       
    个人感觉，catia dmu建立运动副，易于理解的想法就是，用几何元素固定这个运动形式，使两个相互运动的零件具有固定的运动形式，例如创建简单的移动副，要确定两个零件之间有个平移运动，那么需要知道两个零件的运动方向，而分属两个零件的两条直线（其实就是向量）就可以确定两个零件的运动方向了；然后，还需要知道零件在哪个平面内运动，这就需要分属两个零件的不同的参考面，这个面决定了零件的运动平面。
2 双横臂独立前悬架参数化建模
   CATIA是著名的三维实体造型软件，其模块多是基于实体模型的。但是线框模型也可在CATIA的一些模块中进行分析仿真，比如运动分析模块dmu，显而易见的是，线框模块相对于实体模型所占的资源要小很多。本次仿真，采用线框模型+实体模型的造型方案，即除轮胎外全部使用线框模型，但因要分析轮胎实际占用空间，故轮胎采用实体模型。模型结构如图2.1所示。

图2.1 双横臂独立前悬架结构
   将图2.1左图的实物结构部分线框后如图2.1右图所示。模型由6个零件（对应于catia的part design模块）组成，主要2.1左图只是标出其中的5个，基座6（实际结构是副车架）并没有标出。零件1为下横臂，零件2为上横臂，零件3为转向节+轮胎，零件4为横向拉杆，零件5为测试平台，其作用为轮胎可在测试平台内自由运动，并且测试平台上下运动模拟路面颠簸情况。
   注意三点：
   1.在catia中，一个part design中所画出的零件，即使在空间结构上不相连，catia依然将其作为一个零件进行分析。
   2.线框模型中两个点可以创建一条直线，三个点或者两条直线决定一个平面，这是基本的几何知识。
   3.一般而言，catia采用的是由下到上的设计思路，即，在part design模块中设计零件，然后导入到assemble design中进行装配（如果你不知道part design和assemble design，那么好，那么请随便找一本catia入门的书，先看看....囧...）。其实，在本次仿真中，我们也可以使用这个思路，但是不同的part design中设计的零件，都有其各自的坐标原点，大家懂得，凡是跟装配有关的设计，要是导入初始空间位置不能和你最后装配的位置重合的话，肯定是要用刷新 按钮的，刷新之后，一个零件将会移动靠近另外一个零件，谁靠近谁跟你先后点击的次序有关，先点的零件靠近后点的零件，这很讨厌！换一个角度出发，若是首选在assemble design中创建一个product产品，然后在产品中添加零件，那么就可以通过选择使用同一坐标系创建零件，这样你的零件即使在没有约束的情况下，也可以看上去是一个整体！当然世界上没有样样都好的事情，这样做的坏处就是你添加各种约束、运动副的时候，可能要不断的隐藏/显示零件。如果，你看不懂这一段，没有关系，按照后面说的做，做完之后，你就明白这一段话的意思了，OK？
2.1 在product中创建part1：下横臂
    文件/新建，然后在新建对话框中选择product，常规操作。Catia的特点是什么？对，是特征树，大家都知道的...如果你不知道...那么请你随便找一本catia的入门教程看看。好了现在右击特征树/部件/新建零件，如图2.2所示。这里强调一下，新建第一个零件的时候，catia不会问你是不是不改变坐标系，但是，当你第二次右击特征树/部件/新建零件时，会出现图2.3所示的对话框，这时候记得选“否”。

              图2.2                                      图2.3
Part1下横臂是一个三角架结构，两个点以转动副的形式铰接在车架上，另一个点是一个球铰，与part3转向节铰接，这就是part1的结构，那么好，单纯的建立这个零件，我们需要的是3个点和三条直线（为什么不直接话直线呢？大家懂得，cad软件中无一例外的都是先建立两个点然后再由这两个点组成一条直线，这里也是一样的，另外，按照第一节所述，球铰需要一个点的做转动中心以确定这个运动，这是为什么需要先建立点的原因）。
这就够了么？这是不够的，第一节已经说了，一个旋转副需要参与旋转的每一个零件提供一条转轴和一个平面，在我们的模型中，这条轴线与这个平得是垂直的，其实直线与平面不垂直的话，也能成功建立旋转副，但是这个不好控制了，还是垂直吧，易于理解.....那么又出来一个平面，一个平面如果这个平面不是特殊平面（平行于三个坐标平面）那么创建这个平面需要3个点，几何基础知识嘛，那么好，其实，我们这个Part1下横臂需要创建6个点，见表2.1。
表2.1
名称        重合点        作用        坐标
part1-1        part6-1        这两点连线是下横臂转动轴线，与基座组成旋转副        （307,1560,383）
part1-2        part6-2                （307,1285,388）
part1-3        part3-1        与转向节球铰接点        （686,1414,364）
part1-4        part1-1        决定创建旋转副需要的平面        （307,1560,383）
part1-5        part6-3                （307,1565,658）
part1-6        part6-4                （407,1560,383）
1-1（1-4）与1-5,1-6三点组成旋转副所需的平面，创建平面/三点/依次点选三点，基本操作，不解释
额，大家发现了，其实part-1和part-4点是同一个点，那么现在就不需要建立6个点了，5个就够了。另外，红色的点是需要自己计算的，怎么计算?....不会的话，去看解析几何..
那么第一个零件就建好了，见图2.4

图2.4
2.2 建立其余5个线框零件
按照上面说的方法，分别建立别的零件，见表，各种表，这里就不截图了，依然是红色的代表自己计算的坐标点。
表2.2 part2上横臂
名称        重合点        作用        坐标
part2-1        part6-5        这两点连线是上横臂转动轴线，与基座组成旋转副        （384,1564,650）
part2-2        part6-6                （384,1330,708）
part2-3        part3-2        与转向节球铰接点        （593,1448,686）
part2-4        part2-1        决定创建旋转副需要的平面        （384,1564,650）
part2-5        part6-7                （384,1622,884）
part2-6        part6-8                （484,1564,650）
2-1（2-4）与2-5,2-6三点组成旋转副所需的平面，创建平面/三点/依次点选三点，基本操作，不解释
依然是三点中每两点连线，组成三角形的零件代表上横臂。

表2.3 part3 转向节+轮胎
名称        重合点        作用        坐标
part3-1        part1-3        与下横臂球铰铰接        （686,1414,364）
part3-2        part2-3        与上横臂球铰铰接        （593,1448,686）
part3-3                与轮胎中心固联点        （743,1442,507）
part3-4        part5-1        与测试台接触点，为创建点-面副的点        （743,1442,207）
part3-5        part4-1        与横向拉杆球铰铰接        （703,1305,459）
part3-6                转向节中心点，分别与3-1,3-2,3-3，3-5四点相连成四条直线        （686,1442,507）
创建实体零件轮胎：选择yoz面，进入草绘器，做圆，圆心（1442,507），半径300；拉伸选择双面拉伸，两个量分别为673和-813；给轮胎倒角，选择45°长度30。基本操作，不解释
    转向节中心点3-5，分别与3-1,3-2,3-3，3-5四点相连成四条直线加上代表轮胎的拉伸实体，代表零件4，其实这里用组件4这个名称更合适。
表2.4 part4 横向拉杆
名称        重合点        作用        坐标
part4-1        part3-5        与转向节球铰铰接        （703,1305,459）
part4-2        part6-9        与基座的万向节铰接点        （377,1311,471）
    两点连线，代表横向拉杆，同时这也是万向节的一条选择轴线。
表2.5 part5 测试平台
名称        重合点        作用        坐标
part5-1        part3-4，part6-,11        组成测试平台与基座的移动副        （743,1442,207）
part5-2        part6-12                （743,1442,157）
这里创建移动副需要的平面，但是由5-1,5-2组成的直线垂直于xoy平面，所以可以直接使用yoz（或者xoz）平面做创建移动副需要的平面
创建测试平台实体零件，选择xoy平面，进入草绘器，创建圆（743,1442），拉伸，双向拉伸，拉伸量分别为187和-207，基本操作，不解释
5-1和5-2点连线代表移动副的移动反向，加上拉伸的圆柱实体（代表测试平台），组成零件5。
表2.6 part 6基座
名称        重合点        作用        坐标
part6-1        part1-1        这两点连线是下横臂转动轴线        （307,1560,383）
part6-2        part1-2                （307,1285,388）
part6-3        part1-5        与6-1点组成下横臂与基座转动副需要的平面        （307,1565,658）
part6-4        part1-6                （407,1560,383）
part6-5        part2-1        这两点连线是上横臂转动轴线        （384,1564,650）
part6-6        part2-2                （384,1330,708）
part6-7        part2-5        与6-5点组成上横臂与基座转动副需要的平面        （384,1622,884）
part6-8        part2-6                （484,1564,650）
part6-9        part4-2        与横向拉杆的万向节铰接点        （377,1311,471）
part6-10                与6-9组成万向节旋转轴线        （390,1311,471）
part6-10        part5-1        组成测试平台与基座的移动副        （743,1442,207）
part6-10        part2-2                （743,1442,157）
6-1与6-2,6-3三点组成下横臂旋转副所需的平面，创建平面/三点/依次点选三点，基本操作，不解释
6-4与6-5,6-6三点组成上横臂旋转副所需的平面，创建平面/三点/依次点选三点，基本操作，不解释
直接使用yoz（或者xoz）平面做创建基座与测试平台移动副需要的平面
3 创建双横臂独立悬架的运动副
   本次仿真创建的双横臂独立悬架的运动副见表3-1。
表3-1
运动副类型        图标        零件1        零件2        是否加驱动
旋转副                 基座        下横臂        否
旋转副                基座        上横臂        否
球铰                 转向节        下横臂        否
球铰                转向节        上横臂        否
球铰                转向节        横向拉杆        否
万向节                 基座        横向拉杆        否
移动副                 测试平台        基座        是
点面副                 转向节（轮胎）        测试平台        否
固定                 基座       
这里说明几点
    1.所有的创建运动副的命令都在一个叫“DMU运动机构”工具栏，不知道怎么找工具栏的果断查找catiia入门书籍！
2.创建运动副的时候，catia会提示对话框如图3.1，对此进行简单说明。

图3.1
3.坦白说，其实catia中运动副的建立相当的简单，这是就不详细说明了，你完全根据提示来就是了，其具体操作无非就是不停的选择点、线和面，具体操作见表1-1，实在不行的话，就创建一个连杆，自己试试就知道怎么建立了，这里只举例说明怎么建立旋转副，见图3.2。

图3.2
4.catia在创建运动副的同时，自动给零件之间添加了约束，见图3.3。

图3.3
5.这些东西都做好以后，固定基座，操作很简单，点击 图标，然后点击零件6就可以了，这时候出现图3.4，说明你的机构可以运动了，然后点击 这个图标，在“DMU一般图画”工具栏上，出现图3.5，选择“机械装置1”点击“确定”，出现图3.6，就可以运动了。

图3.4

图3.5

图3.6
4 获得轮胎包络
我们这次仿真的目的是活动轮胎包络，操作与结果见图5。

图5

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无图，无真相。
可以做成ppt，更形象

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有控制臂的catia图吗？