Skip to content

5.2.2 示例2：悬臂板的绘制

零件概要

  这是22赛季5号步兵身上的一个零件，来源于轮组悬挂模块，材质是一块碳纤维板，加工方法是CNC雕刻。在这个案例中，你将学习到：

  1. 绘制草图（直线、圆弧工具；圆周阵列；镜像操作；转化构造线）

  2. 特征操作（拉伸凸台/基体；圆角）

  3. 自顶向下，先明确总体尺寸布局的思维

  4. 适配板件加工的注意事项

  相信大家在专题1中已经学习到了悬挂的功用。在这块板子上，除了用于与电机安装件相连接的孔位、通过电机的中空、用于固定摇臂中心的孔位以及用固定避震器一端的孔位，还有许多形状不规则的镂空减重设计。这是为了在确保强度损失代价不大的情况下尽可能减轻轮组簧下质量，以提高悬挂系统的被动响应速度。

  如何进行合理的减重设计？用计算机辅助工程（CAE）软件如Ansys Workbench中导入模型，设置边界条件以及优化目标参数，可以进行拓扑优化设计。Solidworks也有内置的仿真优化设计功能。如果用Fusion进行建模，也有相似的衍生式设计功能进行云端计算，输出优化结果。

  但对于较为简单的二维情况，我们用简单的受力分析也可以大概进行判断，结构受飞坡落地或平地撞击时的冲击载荷时，哪一部分材料对强度影响较大，哪一部分材料对承受冲击贡献较小。当轮子收到冲击传递悬臂板上时，重力相比冲击载荷可以忽略不计，此时板件受到了三个支反力的作用，由三力汇交原则，我们需要使得力作用的方向上 有材料承受这个力。而在其他的部位，对承担载荷的贡献就较少了。

  在确定完部位后，就可以根据形状以及外观进行镂空了。虽然这种方法不能取得最优的结果，但是对减重来说已经足够划算，且大概率不会翻车（因为薄的板件更害怕弯矩，而非沿着板平面的力）。

推荐阅读（强烈推荐）：

  1. 《结构设计的思维逻辑》，哈工大，金子旭（摸鱼斯基）

  2. 《轻量化设计指南》，哈工大，金子旭（摸鱼斯基）

绘制过程

① 绘制悬臂板的基本形状用于拉伸操作(设计时在单独的草图中画了底盘侧视尺寸，用于调整位置、角度以及防止干涉)。


悬臂板基本尺寸（临摹用）


完整草图（设计用）

② 进行尺寸约束后，别忘了几何约束（圆弧与直线的相切等）


图中标红的代表相切约束、镜像以及垂直约束

③ 选择拉伸凸台操作，拉出5mm。之后单击板面再次进行草图绘制，打出用于固定电机套的孔位。这里要用到的草图工具是圆周阵列（需要选择阵列对象、圆心以及阵列布置的数量与间隔）。注意留下的一个构造线的圆，后面要在这个地方切掉一块，给电机出线保留空间。这里的特征工具是拉伸切除功能（因为是通孔，暂且用不到异形孔向导）。

④ 做镂空。形状可以自己调整，但是需要符合材料承力的原则。绘制完草图后选择拉伸切除，切掉这一部分面积。特征工具中找到圆角操作，让镂空的尖角变圆润。这可以有效降低应力集中。至此我们完成了镂空操作在评估工具选择测量，单击这个面，可以测得镂空后的面积。同样，拖动特征树下方的条回溯到镂空前的状态，可以测的镂空前的面积。计算一下我们减轻了百分之多少的质量。

Info

镂空时，记得给承力孔位避开一定的空间。

⑤ 切掉一小块，留出电机线的位置。之后再次使用圆角工具消除尖角。

Warning

在设计时务必预留出电机电调、裁判系统等配件的出线位置，留够距离避免安装困难或者接插连接线困难。

Info

圆角/倒角除了可以减少应力集中，在应力不大的外边缘处也可以降低人手被戳伤/划伤的风险。另外也会变得美观。


大功告成