李小慶

(武漢交通職業(yè)學院,湖北 武漢 430065)

基于CATIA/DMU的刮水器參數(shù)化模型研究?

李小慶

(武漢交通職業(yè)學院,湖北 武漢 430065)

在汽車新車型設計刮水器的過程中,刮水器的尺寸各不相同。為了減少設計過程中的重復工作,提出了采用骨架來驅動模型,使其具有更新快、實時修改、提高設計效率的優(yōu)點。這種建模方法是一種基于CATIA/DMU的參數(shù)化模型的設計方法,還能利用CATIA/DMU模塊進行機構動態(tài)仿真,進行刮刷面積計算和其他分析。

刮水器;參數(shù)化;CATIA/DMU;運動仿真

汽車刮水器是汽車的一個重要部件,能夠清潔汽車前擋風玻璃灰塵和雨水。汽車在行駛過程中,前擋風玻璃上不可避免地會有雨水和灰塵。刮水器和洗滌器能協(xié)同工作,將污垢清除干凈,使駕駛員的視線不被污垢阻礙,保證行車安全。由于每款汽車的前擋風玻璃大小、曲率等尺寸不同,在設計新車時,各廠家設計人員都要重新設計刮水器,并利用軟件制作三維模型,工作重復度高,效率低下,缺少一個通用型的模型。

利用CATIA建立通用型三維模型能夠涵蓋大多數(shù)廠家的刮水器,并具有相關參數(shù)列表,通過修改參數(shù)列表上的參數(shù)可以生成新的三維模型,減少設計成本。廠家不但可以用CATIA建立參數(shù)化三維模型,而且還可以利用該軟件自帶的DMU模塊進行動態(tài)模擬和刮水器刮刷面積校核。

1 CATIA/DMU簡介

CATIAV5軟件是IBM公司和法國達索公司共同開發(fā)的新一代高端CAD/CAE/PDM應用系統(tǒng)[1],能夠在Windows/Unix等平臺上運行。該三維設計軟件覆蓋了從產(chǎn)品概念設計到產(chǎn)品維護的全過程,集設計、分析、制造于一體,應用極其廣泛[1]。它采用開放式模塊化的方案,模塊不斷增加至一百多個,功能也不斷得到完善和提升。軟件的應用范圍也從航空工業(yè)擴展至汽車、機械、船舶、電力等多種行業(yè)。

DMU(DigitalMockUp)中的機構運動分析是專門做DMU裝配運動仿真的模塊。可對大型產(chǎn)品如汽車、飛機、輪船等的機構運動狀態(tài)進行評價,也可以對小型結構如刮水器、電動車窗升降裝置等進行動態(tài)模擬和評價。本文利用該模塊對雙臂式刮水器進行運動分析和評價。

2 參數(shù)化設計原理

在機械產(chǎn)品設計領域中,系列化定型產(chǎn)品(如刮水器)占有相當比例,系列中的絕大多數(shù)零件和部件,都具有相似的外形輪廓特征。將一組給定的設計參數(shù),與零部件特征的幾何尺寸建立聯(lián)系,當設計新規(guī)格零部件時,修改其部分數(shù)據(jù)即可,這種方法就是參數(shù)化設計[2]。

在新一代CAD系統(tǒng)中,一般都具有一定的參數(shù)化設計功能,使得產(chǎn)品幾何圖形隨著其參數(shù)的調整、尺寸的修改而自動修改模型和圖紙。因而設計人員可以把時間、精力集中在重點環(huán)節(jié),提高設計效率。

CATIA三維軟件具有參數(shù)化設計功能,用該軟件設計的三維模型和圖紙會隨其參數(shù)的調整、尺寸的修改而自動修改。

2．1 參數(shù)化設計在刮水器設計中的實現(xiàn)

雙臂式刮水器的參數(shù)化設計是用尺寸參數(shù)控制刮水器機構各總成的位置、大小等,實現(xiàn)不同的布置方案。在刮水器設計中只需改變機構中某零件的長度尺寸或者定位尺寸,更新參數(shù)化模型將會得到新的模型,以滿足不同廠家的不同車型對刮水器的需求。雙臂式刮水器參數(shù)化設計的過程如圖1所示。

圖1 刮水器參數(shù)化設計的過程

2．2 參數(shù)化雨刮器裝配的實現(xiàn)

參數(shù)化模型不但可以便捷地修改零件的尺寸,而且零部件本身的裝配位置也方便調整。如果參數(shù)化模型設計不得當,當修改完尺寸更新時,很容易出現(xiàn)模型出錯、零件之間的定位關系不正確,無法自動生成正確的模型。利用CATIA軟件中的裝配模塊,在裝配的零件中另外增加骨架零件,用骨架控制其他零件尺寸和裝配關系,具體如下圖2所示。

圖2 刮水器裝配樹示意圖

為了保證修改參數(shù)后,參數(shù)化模型更新不出錯,骨架應通過如下步驟控制刮水各個零件尺寸及裝配關系:

(1)配置參數(shù)

在CATIA工具－選項中,確保如下幾項打鉤;

CATIA工具－選項－基礎結構－零件基礎結構－常規(guī)－外部參考－保持與選定對象的鏈接;

CATIA工具－選項－基礎結構－零件基礎結構－常規(guī)－外部參考－規(guī)定外部選擇與已發(fā)布元素相關聯(lián);

CATIA工具－選項－基礎結構－零件基礎結構－常規(guī)－更新－更新時同步所有外部參考。

(2)建立骨架

在裝配體中建立第一個PART為骨架,且必須為FIX約束。

(3)建立零件

(4)發(fā)布特征

在骨架中選定需要的特征,通過CATIA的工具－發(fā)布,發(fā)布特征?？梢灾孛卣?特征名稱必須唯一。

(5)應用特征

首先設置骨架工作對象,右鍵復制已發(fā)布特征。然后設置參照PART為工作對象,右鍵－選擇性粘貼－與原文件相關聯(lián)結果。

通過以上五個步驟建立的CATIA模型就可以用骨架控制其余各零件。

3 雙臂式刮水器參數(shù)化模型及動態(tài)模擬

刮水器有多種結構形式,本文著重研究目前使用最多的一種類型:雙臂式刮水器。雙臂式刮水器刮刷方向如圖3所示。兩片刮水片共同移動,清掃擋風玻璃。一個刮水片從靠近汽車駕駛員側的點開始旋轉,另一個刮水片從靠近擋風玻璃中間的位置開始旋轉。用雙臂式刮水器可以清掃駕駛員視野內的大部分擋風玻璃。

圖3 雙臂式刮水器

3．1 模型建立

利用前文中提到的骨架及其建模方法,建立某車型雙臂式刮水器三維模型。其主要機構包括:電機、主齒輪、旋轉連桿、主連桿、上下左右連桿等,如圖4所示。

綜上所述，高齡剖宮產(chǎn)術后孕產(chǎn)婦產(chǎn)后出血發(fā)生率較高，而影響其產(chǎn)后出血的危險因素眾多，臨床工作中可依據(jù)其危險因素為高齡剖宮產(chǎn)術后孕產(chǎn)婦實施合理防治措施。

圖4 刮水器三維模型

3．2 動態(tài)仿真

動態(tài)仿真主要是通過設定三維模型中零件的運動方式,分析各個零件的運動規(guī)律,跟蹤零件的運動軌跡,對機構中零件的速度、加速度、作用力、反作用力和力矩進行分析。其分析結果可作為修改零件的尺寸或調整零件定位尺寸的依據(jù)。本文采用DMU模塊對雙臂式刮水器機構進行動態(tài)仿真,利用DMU—機構運動分析模塊建立動態(tài)模擬,必須先建立刮水器模型的運動副關系,表1列舉了刮水器模型中主要的運動副關系。

表1 刮水器模型中主要的運動副關系

3．3 刮拭面積校核

對于刮水器的刮刷面積,我國有兩個法規(guī)對刮刷面積做了詳細的要求:GB11555—汽車風窗玻璃除霜和除霧系統(tǒng)[3]和GB15085—汽車風窗刮水器、洗滌器的性能要求及試驗方法[4]。具體要求如下:

刮水器的刮刷面積應覆蓋A區(qū)域(見圖5)的98%以上,B區(qū)域的80%以上[4](A、B區(qū)域按GB 11555中第4章有關規(guī)定進行確定)。

按照CATIA提供的測量工具,可以直接測得雨刮的刮刷面積(見表2),并與國標相對照,看是否滿足國家標準。將表2數(shù)據(jù)與國標對比,發(fā)現(xiàn)測得的數(shù)據(jù)不符合國家標準。

圖5 前風窗玻璃刮水器刮刷面積

表2 刮刷面積校核

3．4 結構優(yōu)化

利用建立的CATIA參數(shù)化模型,修改刮水器三維模型和刮水器刮水片,重新計算修改后的刮刷面積,具體數(shù)據(jù)如下表3。修改后的參數(shù)符合國家標準。

表3 修改后的刮刷面積校核

4 總結

用傳統(tǒng)的設計方法來設計刮水器存在諸多不足之處,利用CATIA軟件,采用骨架的方法建立參數(shù)化三維模型,能方便快捷地對模型進行修改和更新,縮短設計周期,節(jié)省設計成本。設計完成的刮水器模型可以利用CATIA的DMU模塊進行運動仿真,校核刮刷面積。本文利用DMU模塊的仿真,校核刮刷面積后發(fā)現(xiàn)不符合國家標準GB11555,經(jīng)過修改參數(shù)化模型參數(shù),得到新模型,重新校核發(fā)現(xiàn)符合國家標準。該方法已在某些汽車生產(chǎn)廠家中得到應用,取得了較好的經(jīng)濟效果。

[1]黃曉云．基于參數(shù)化和專家系統(tǒng)技術的汽車總體設計CAD[J]．東北大學學報,2003,(8):806－809．

[2]孟祥旭．參數(shù)化設計模型的研究與實現(xiàn)[D]．中國科學院計算技術研究所,1998．

[3]中華人民共和國國家標準．GB11555－2009,汽車風窗玻璃除霜和除霧系統(tǒng)[S]．北京:中國標準出版社,2011．

[4]中華人民共和國國家標準．GB15085－2013,汽車風窗刮水器、洗滌器的性能要求及試驗方法[S]．北京:中國標準出版社,2015．

10．3969/j．issn．1672－9846．2015．04．023

U463．85＋5

:A

:1672－9846(2015)04－0087－03

2015－08－12

武漢交通職業(yè)學院項目“雙臂式通用性汽車刮水器模型研究”(編號:Y2014005)。

李小慶(1980－),女,湖北公安縣人,武漢交通職業(yè)學院汽車工程學院教師,主要從事汽車運用工程教學與研究。