汽車底盤設(shè)計(jì)中參數(shù)化技術(shù)的運(yùn)用研究

潘永增

摘 要：針對汽車底盤設(shè)計(jì)工作，在簡單介紹參數(shù)化技術(shù)及其軟件基礎(chǔ)的基礎(chǔ)上，從坐標(biāo)系的構(gòu)建、零部件參數(shù)化模型的構(gòu)建、底盤裝配參數(shù)化的設(shè)計(jì)、干涉檢查和運(yùn)動校核等方面深入分析了參數(shù)化技術(shù)在現(xiàn)代汽車底盤設(shè)計(jì)工作中的應(yīng)用方法，以期為提高汽車底盤的品質(zhì)提供可靠的技術(shù)支持。

關(guān)鍵詞：汽車底盤設(shè)計(jì)；參數(shù)化技術(shù)；零部件模型；繪圖參數(shù)

中圖分類號：U463.1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.05.119

汽車底盤設(shè)計(jì)是汽車生產(chǎn)中的重要環(huán)節(jié)，也是一個需要反復(fù)商討和整改的過程。在早期設(shè)計(jì)中，由于設(shè)計(jì)方法較為傳統(tǒng)，存在許多重復(fù)性工作，導(dǎo)致設(shè)計(jì)人員需要付出大量的精力和時間。參數(shù)化技術(shù)出現(xiàn)后，改變了上述狀況。作為新的設(shè)計(jì)方法，參數(shù)化技術(shù)與傳統(tǒng)方法完全不同，尤其是在零部件設(shè)計(jì)、總布置調(diào)整等方面。合理運(yùn)用該方法可簡化設(shè)計(jì)過程，提升設(shè)計(jì)工作的效率，并從根本上避免重復(fù)性工作的出現(xiàn)。隨著科技的不斷發(fā)展，參數(shù)化技術(shù)在現(xiàn)代汽車設(shè)計(jì)領(lǐng)域中已成為最實(shí)用、有效的方法之一。

1 參數(shù)化技術(shù)

在早期的設(shè)計(jì)工作中，汽車零部件模型的制造大多參考固定的尺寸，因此，想要修改零部件模型的結(jié)構(gòu)、形狀是十分困難的，即使是微小的修改，都需要重新編繪設(shè)計(jì)圖。而參數(shù)化技術(shù)是根據(jù)具體的參數(shù)、條件確定產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的，進(jìn)而制造出規(guī)格迥異的各類產(chǎn)品。參數(shù)化技術(shù)的主要任務(wù)為使用滿足設(shè)計(jì)要求的參數(shù)替代原始圖形，這些參數(shù)與產(chǎn)品本身存在一定的聯(lián)系。運(yùn)用參數(shù)化技術(shù)實(shí)施程序設(shè)計(jì)的流程為：建立原始圖形→選定繪圖參數(shù)→借助專業(yè)理論得出原始圖形的具體參數(shù)及其與結(jié)構(gòu)參數(shù)的聯(lián)系→形成圖紙和文檔。在設(shè)計(jì)工作中，合理運(yùn)用參數(shù)化技術(shù)可簡化圖形修改流程，還可傳承設(shè)計(jì)中的經(jīng)驗(yàn)和理論。在實(shí)際工作中，運(yùn)用該技術(shù)可使設(shè)計(jì)人員將更多的精力和時間放在創(chuàng)造性設(shè)計(jì)上，使其充分發(fā)揮自身的創(chuàng)造力和想象力，從而提升設(shè)計(jì)品質(zhì)。

2 應(yīng)用參數(shù)化技術(shù)的軟件基礎(chǔ)

2.1 AutoCAD

AutoCAD（Autodesk Computer Aided Design）由美國歐特克公司開發(fā)研制，是一款計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)通用軟件包，其在繪圖方面的能力極為出眾。該軟件于20世紀(jì)80年代誕生，憑借其極強(qiáng)的繪圖能力和較強(qiáng)的開發(fā)性，在許多領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。統(tǒng)計(jì)表明，約有90%的計(jì)算機(jī)制圖工作是基于該軟件進(jìn)行的。

2.2 UG

UG（Universal Grammar）由Siemens PLM Software公司開發(fā)研制，其在實(shí)質(zhì)上屬于產(chǎn)品工程的解決方案。目前，該軟件將航空航天事業(yè)和汽車生產(chǎn)作為后盾，整合了各種專業(yè)的經(jīng)驗(yàn)，已逐漸演變?yōu)楦叨说募苫浖?。由于該軟件的開發(fā)商與汽車工業(yè)保持著較為密切的聯(lián)系，所以，UG軟件在汽車設(shè)計(jì)領(lǐng)域中的應(yīng)用較為成熟，與其他類型的軟件相比，它更適合于當(dāng)今的汽車工業(yè)。

3 在汽車底盤設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

3.1 建立坐標(biāo)系

在設(shè)計(jì)汽車底盤時，需要通過建立相應(yīng)坐標(biāo)系的方式來確定總成部件的裝配位置和尺寸，且需要一個可提供定位功能的基準(zhǔn)坐標(biāo)系，即總成坐標(biāo)系。因此，當(dāng)需要修改總成零部件的具體位置時，在相應(yīng)的坐標(biāo)系上修改參數(shù)即可。如果設(shè)計(jì)工作在三維環(huán)境中開展，則上述坐標(biāo)系屬于同種類型，從而為定位等操作提供便利。通常情況下，大多數(shù)設(shè)計(jì)者使用右手直角坐標(biāo)系。

3.2 建立零部件參數(shù)化模型

汽車底盤設(shè)計(jì)的首要工作為明確各個總成的結(jié)構(gòu)和位置，并在考慮零部件尺寸的基礎(chǔ)上，修改零部件與總成所處的位置關(guān)系和結(jié)構(gòu)狀態(tài)。因此，應(yīng)先忽略一部分細(xì)節(jié)參數(shù)，抽取與設(shè)計(jì)相關(guān)的結(jié)構(gòu)參數(shù)。這種結(jié)構(gòu)參數(shù)可分成兩大類，分別為形體參數(shù)和位置參數(shù)。其中，形體參數(shù)決定了部件的形狀和尺寸，位置參數(shù)決定了部件的具體方位。依靠這些參數(shù)，可簡化和變量化部件的設(shè)計(jì)模型，從而實(shí)現(xiàn)參數(shù)化設(shè)計(jì)。

3.3 底盤裝配參數(shù)化設(shè)計(jì)

3.3.1 參數(shù)化底盤裝配的關(guān)系結(jié)構(gòu)

在裝配汽車底盤的過程中，底盤是由多種多樣的部件組成的。如果組成底盤的某個部件又由多個子部件組成，則會形成樹狀關(guān)系，即底盤裝配的關(guān)系樹。在構(gòu)建裝配模型前，要先掌握與參數(shù)化裝配的樹狀關(guān)系。這種關(guān)系樹的實(shí)際根節(jié)點(diǎn)為裝配文件，各個總成是其中的節(jié)點(diǎn)之一。對于較為復(fù)雜的總成而言，其會包含二、三級等多個節(jié)點(diǎn)，且各節(jié)點(diǎn)之間的相互關(guān)系與每層的父、子節(jié)點(diǎn)存在一定參數(shù)關(guān)聯(lián)。其中，父、子節(jié)點(diǎn)間存在的參數(shù)性關(guān)聯(lián)可通過具體的尺寸和位置參數(shù)表達(dá)。

3.3.2 總成與零部件的參數(shù)裝配

在裝配過程中，常用的裝配方法主要有坐標(biāo)點(diǎn)裝配和約束裝配。其中，坐標(biāo)點(diǎn)裝配操作簡單，但約束裝配在面對復(fù)雜的裝配關(guān)系時具有優(yōu)勢。

3.3.3 建立裝配尺寸鏈

在裝配過程中，由于總成部件之間存在一定的相對位置關(guān)系，所以，如果其中一個部件的參數(shù)發(fā)生變化，則可能對其他坐標(biāo)系中的位置參數(shù)造成影響。如果某個總成部件的參數(shù)發(fā)生改變，則其他部件的參數(shù)會自行調(diào)整。此時，應(yīng)創(chuàng)建一套對應(yīng)的裝配尺寸鏈。充分利用尺寸鏈可表達(dá)各個部件的位置關(guān)系，從而從根本上實(shí)現(xiàn)裝汽車底盤配、修改的可視化和自動化。汽車底盤設(shè)計(jì)圖一般只有側(cè)視圖和俯視圖兩類。側(cè)視圖對應(yīng)的尺寸鏈包含上、下位置的尺寸鏈與前、后位置的尺寸鏈，俯視圖對應(yīng)的尺寸鏈包含左、右位置的尺寸鏈和前、后位置的尺寸鏈。由于側(cè)視圖和俯視圖的尺寸鏈同為底盤的縱向依存聯(lián)系，因此，可使其完全保持一致。

在所有的尺寸鏈中，“發(fā)動機(jī)—離合器—變速箱—傳動軸—后車橋”尺寸鏈的復(fù)雜程度最高。如果其中一個部件的參數(shù)發(fā)生變化，則剩余部件的參數(shù)也會變化，進(jìn)而產(chǎn)生一種變化量。無論是在哪一種類型的尺寸鏈中，這種變化量都需要根據(jù)傳動軸長度、角度的改變量抵消，從而確保某一部件的參數(shù)發(fā)生變化時，其余部件可進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，避免互相干涉等問題的發(fā)生。

3.4 干涉檢查和運(yùn)動校核

3.4.1 發(fā)動機(jī)與前車橋間的運(yùn)動間隙校核

對于前置后驅(qū)設(shè)計(jì)方案而言，發(fā)動機(jī)需布置于前車橋的上端。汽車在正常行駛的過程中，前車橋上發(fā)生的跳動現(xiàn)象會對發(fā)動機(jī)底油殼造成一定運(yùn)動干涉。因此，在布置發(fā)動機(jī)的過程中，要在前車橋與油底殼之間留有足夠的間隙。如果二者的相對位置不匹配，則可采取調(diào)整車架和前車橋的實(shí)際位置參數(shù)的方法修正。

3.4.2 前輪轉(zhuǎn)向運(yùn)動間隙校核

對于汽車底盤的設(shè)計(jì)而言，對前輪轉(zhuǎn)向?qū)嵤┻\(yùn)動間隙校核是一項(xiàng)基礎(chǔ)性工作。該校核的目的在于檢查轉(zhuǎn)向輪、縱拉桿等，從而判斷其是否合理。如果轉(zhuǎn)向輪與車架存在一定的運(yùn)動干涉，則可采取縮小車架的實(shí)際寬度或加大前輪輪距等方式調(diào)整。

4 結(jié)束語

在汽車底盤設(shè)計(jì)工作中，合理運(yùn)用參數(shù)化技術(shù)可大幅提升設(shè)計(jì)工作的效率，并確保設(shè)計(jì)質(zhì)量。因此，該技術(shù)具有很高的應(yīng)用和推廣價值。然而，在實(shí)際應(yīng)用中，設(shè)計(jì)人員必須認(rèn)識到該技術(shù)具有的復(fù)雜性。此外，相關(guān)設(shè)計(jì)人員應(yīng)清晰地認(rèn)識到自動化將是今后設(shè)計(jì)領(lǐng)域發(fā)展的主要方向。因此，相關(guān)單位及其設(shè)計(jì)人員應(yīng)加大對參數(shù)化技術(shù)的推廣力度，并加快自動化設(shè)計(jì)的發(fā)展進(jìn)程。

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〔編輯：張思楠〕