李小慶

(武漢交通職業(yè)學(xué)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(xué)院,湖北 武漢 430065)

在汽車新車型設(shè)計(jì)刮水器的過程中,刮水器的尺寸各不相同。為了減少設(shè)計(jì)過程中的重復(fù)工作,提出了采用骨架來(lái)驅(qū)動(dòng)模型,使其具有更新快、實(shí)時(shí)修改、提高設(shè)計(jì)效率的優(yōu)點(diǎn)。這種建模方法是一種基于CATIA/DMU的參數(shù)化模型的設(shè)計(jì)方法,還能利用CATIA/DMU模塊進(jìn)行機(jī)構(gòu)動(dòng)態(tài)仿真,進(jìn)行刮刷面積計(jì)算和其他分析。

刮水器;參數(shù)化;CATIA/DMU;運(yùn)動(dòng)仿真

汽車刮水器是汽車的一個(gè)重要部件,能夠清潔汽車前擋風(fēng)玻璃灰塵和雨水。汽車在行駛過程中,前擋風(fēng)玻璃上不可避免地會(huì)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(fēng)玻璃大小、曲率等尺寸不同,在設(shè)計(jì)新車時(shí),各廠家設(shè)計(jì)人員都要重新設(shè)計(jì)刮水器,并利用軟件制作三維模型,工作重復(fù)度高,效率低下,缺少一個(gè)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(guān)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(shè)計(jì)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(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬和刮水器刮刷面積校核。

1 CATIA/DMU簡(jiǎn)介

CATIAV5軟件是IBM公司和法國(guó)達(dá)索公司共同開發(fā)的新一代高端CAD/CAE/PDM應(yīng)用系統(tǒng)[1],能夠在Windows/Unix等平臺(tái)上運(yùn)行。該三維設(shè)計(jì)軟件覆蓋了從產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)到產(chǎn)品維護(hù)的全過程,集設(shè)計(jì)、分析、制造于一體,應(yīng)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(gè),功能也不斷得到完善和提升。軟件的應(yīng)用范圍也從航空工業(yè)擴(kuò)展至汽車、機(jī)械、船舶、電力等多種行業(yè)。

DMU(DigitalMockUp)中的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析是專門做DMU裝配運(yùn)動(dòng)仿真的模塊。可對(duì)大型產(chǎn)品如汽車、飛機(jī)、輪船等的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行評(píng)價(jià),也可以對(duì)小型結(jié)構(gòu)如刮水器、電動(dòng)車窗升降裝置等進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬和評(píng)價(jià)。本文利用該模塊對(duì)雙臂式刮水器進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析和評(píng)價(jià)。

2 參數(shù)化設(shè)計(jì)原理

在機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)領(lǐng)域中,系列化定型產(chǎn)品(如刮水器)占有相當(dāng)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(shè)計(jì)參數(shù),與零部件特征的幾何尺寸建立聯(lián)系,當(dāng)設(shè)計(jì)新規(guī)格零部件時(shí),修改其部分?jǐn)?shù)據(jù)即可,這種方法就是參數(shù)化設(shè)計(jì)[2]。

在新一代CAD系統(tǒng)中,一般都具有一定的參數(shù)化設(shè)計(jì)功能,使得產(chǎn)品幾何圖形隨著其參數(shù)的調(diào)整、尺寸的修改而自動(dòng)修改模型和圖紙。因而設(shè)計(jì)人員可以把時(shí)間、精力集中在重點(diǎn)環(huán)節(jié),提高設(shè)計(jì)效率。

CATIA三維軟件具有參數(shù)化設(shè)計(jì)功能,用該軟件設(shè)計(jì)的三維模型和圖紙會(huì)隨其參數(shù)的調(diào)整、尺寸的修改而自動(dòng)修改。

2．1 參數(shù)化設(shè)計(jì)在刮水器設(shè)計(jì)中的實(shí)現(xiàn)

雙臂式刮水器的參數(shù)化設(shè)計(jì)是用尺寸參數(shù)控制刮水器機(jī)構(gòu)各總成的位置、大小等,實(shí)現(xiàn)不同的布置方案。在刮水器設(shè)計(jì)中只需改變機(jī)構(gòu)中某零件的長(zhǎng)度尺寸或者定位尺寸,更新參數(shù)化模型將會(huì)得到新的模型,以滿足不同廠家的不同車型對(duì)刮水器的需求。雙臂式刮水器參數(shù)化設(shè)計(jì)的過程如圖1所示。

圖1 刮水器參數(shù)化設(shè)計(jì)的過程

2．2 參數(shù)化雨刮器裝配的實(shí)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(diào)整。如果參數(shù)化模型設(shè)計(jì)不得當(dāng),當(dāng)修改完尺寸更新時(shí),很容易出現(xiàn)模型出錯(cuò)、零件之間的定位關(guān)系不正確,無(wú)法自動(dòng)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(guān)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(cuò),骨架應(yīng)通過如下步驟控制刮水各個(gè)零件尺寸及裝配關(guān)系:

(1)配置參數(shù)

在CATIA工具－選項(xiàng)中,確保如下幾項(xiàng)打鉤;

CATIA工具－選項(xiàng)－基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)－零件基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)－常規(guī)－外部參考－保持與選定對(duì)象的鏈接;

CATIA工具－選項(xiàng)－基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)－零件基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)－常規(guī)－外部參考－規(guī)定外部選擇與已發(fā)布元素相關(guān)聯(lián);

CATIA工具－選項(xiàng)－基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)－零件基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)－常規(guī)－更新－更新時(shí)同步所有外部參考。

(2)建立骨架

在裝配體中建立第一個(gè)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(yīng)用特征

首先設(shè)置骨架工作對(duì)象,右鍵復(fù)制已發(fā)布特征。然后設(shè)置參照PART為工作對(duì)象,右鍵－選擇性粘貼－與原文件相關(guān)聯(lián)結(jié)果。

通過以上五個(gè)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(dòng)態(tài)模擬

刮水器有多種結(jié)構(gòu)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(dòng),清掃擋風(fēng)玻璃。一個(gè)刮水片從靠近汽車駕駛員側(cè)的點(diǎn)開始旋轉(zhuǎn),另一個(gè)刮水片從靠近擋風(fēng)玻璃中間的位置開始旋轉(zhuǎn)。用雙臂式刮水器可以清掃駕駛員視野內(nèi)的大部分擋風(fēng)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(jī)構(gòu)包括:電機(jī)、主齒輪、旋轉(zhuǎn)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(shù)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(xiǎn)因素眾多，臨床工作中可依據(jù)其危險(xiǎn)因素為高齡剖宮產(chǎn)術(shù)后孕產(chǎn)婦實(shí)施合理防治措施。

圖4 刮水器三維模型

3．2 動(dòng)態(tài)仿真

動(dòng)態(tài)仿真主要是通過設(shè)定三維模型中零件的運(yùn)動(dòng)方式,分析各個(gè)零件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律,跟蹤零件的運(yùn)動(dòng)軌跡,對(duì)機(jī)構(gòu)中零件的速度、加速度、作用力、反作用力和力矩進(jìn)行分析。其分析結(jié)果可作為修改零件的尺寸或調(diào)整零件定位尺寸的依據(jù)。本文采用DMU模塊對(duì)雙臂式刮水器機(jī)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真,利用DMU—機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析模塊建立動(dòng)態(tài)模擬,必須先建立刮水器模型的運(yùn)動(dòng)副關(guān)系,表1列舉了刮水器模型中主要的運(yùn)動(dòng)副關(guān)系。

表1 刮水器模型中主要的運(yùn)動(dòng)副關(guān)系

3．3 刮拭面積校核

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

刮水器的刮刷面積應(yīng)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(guān)規(guī)定進(jìn)行確定)。

按照CATIA提供的測(cè)量工具,可以直接測(cè)得雨刮的刮刷面積(見表2),并與國(guó)標(biāo)相對(duì)照,看是否滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。將表2數(shù)據(jù)與國(guó)標(biāo)對(duì)比,發(fā)現(xiàn)測(cè)得的數(shù)據(jù)不符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

圖5 前風(fēng)窗玻璃刮水器刮刷面積

表2 刮刷面積校核

3．4 結(jié)構(gòu)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(jì)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(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

表3 修改后的刮刷面積校核

4 總結(jié)

用傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法來(lái)設(shè)計(jì)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(duì)模型進(jìn)行修改和更新,縮短設(shè)計(jì)周期,節(jié)省設(shè)計(jì)成本。設(shè)計(jì)完成的刮水器模型可以利用CATIA的DMU模塊進(jìn)行運(yùn)動(dòng)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(guó)家標(biāo)準(zhǔn)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(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。該方法已在某些汽車生產(chǎn)廠家中得到應(yīng)用,取得了較好的經(jīng)濟(jì)效果。

[1]黃曉云．基于參數(shù)化和專家系統(tǒng)技術(shù)的汽車總體設(shè)計(jì)CAD[J]．東北大學(xué)學(xué)報(bào),2003,(8):806－809．

[2]孟祥旭．參數(shù)化設(shè)計(jì)模型的研究與實(shí)現(xiàn)[D]．中國(guó)科學(xué)院計(jì)算技術(shù)研究所,1998．

[3]中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)．GB11555－2009,汽車風(fēng)窗玻璃除霜和除霧系統(tǒng)[S]．北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,2011．

[4]中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)．GB15085－2013,汽車風(fēng)窗刮水器、洗滌器的性能要求及試驗(yàn)方法[S]．北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)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(xué)院項(xiàng)目“雙臂式通用性汽車刮水器模型研究”(編號(hào):Y2014005)。

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