基于CATIA 的客車推拉窗玻璃參數(shù)化三維設(shè)計

張普暉， 張 娟， 楊紅華， 劉天洋， 鄭 能

(中國重汽集團(tuán)汽車研究總院， 濟(jì)南 250100)

根據(jù)行業(yè)經(jīng)驗，大部分客車側(cè)窗均采用將活動窗的推拉結(jié)構(gòu)粘接到開洞的固定玻璃上的內(nèi)置式推拉結(jié)構(gòu)。由于其外形尺寸多變，導(dǎo)致三維模型設(shè)計通用性差，重復(fù)性工作占比高。本文結(jié)合實際案例，介紹一種客車內(nèi)置式推拉側(cè)窗玻璃的參數(shù)化三維設(shè)計方法。該方法可減少重復(fù)性工作，提升工作效率[1-3]。

1 歸納內(nèi)置式推拉窗玻璃類型

內(nèi)置式推拉側(cè)窗由固定玻璃、活動玻璃、鋁合金邊框型材、把手、排水孔及外蓋、膠層、毛刷等構(gòu)成，對同一車型而言，如把手、排水孔及外蓋等均為標(biāo)準(zhǔn)化零件，而固定玻璃、活動玻璃僅外觀尺寸略有差別，具有較強(qiáng)的設(shè)計規(guī)律[4]。以我司常規(guī)的城市客車內(nèi)置式推拉窗玻璃為例，大致有兩種常見結(jié)構(gòu)形式，如圖1所示。

2 構(gòu)建參數(shù)化三維模型及應(yīng)用

CATIA參數(shù)化設(shè)計通過改變已建立圖形的幾何尺寸約束而驅(qū)動改變零部件的設(shè)計尺寸。圖紙幾何尺寸約束以零部件參數(shù)的形式體現(xiàn)，主要包括一般尺寸參數(shù)和差異化參數(shù)。在CATIA中設(shè)置影響玻璃結(jié)構(gòu)的控制變量參數(shù)，構(gòu)建玻璃的三維數(shù)模特征，在知識工程模塊中運用公式和規(guī)則命令建立變量與特征的關(guān)系[5-6]，實現(xiàn)通過輸入變量參數(shù)值，快速得到目標(biāo)模型的效果。

對內(nèi)嵌推拉窗玻璃設(shè)計而言，首先必須確定車型的龍門曲線，再根據(jù)車身結(jié)構(gòu)匹配推拉窗玻璃的整體尺寸，最后由側(cè)窗的特殊要求定義透明區(qū)和洞口。由于推拉窗裝配位置和功能的不同，洞口可能在左或在右，長條形透明區(qū)可能在上、在下或省去。此外，當(dāng)長條形透明區(qū)僅為滿足乘客視野和車內(nèi)采光的需要時，其高度可設(shè)為常量，左右邊界可與推拉部分對齊；當(dāng)長條形透明區(qū)作為安裝在此處的路牌等屏幕顯示裝置的顯示區(qū)時，其尺寸應(yīng)能根據(jù)所需區(qū)域大小手動調(diào)整。

2.1 龍門曲線輸入

龍門曲線是側(cè)窗玻璃外弧面造型的決定因素[7-8]。以我司第三代城市客車造型平臺為例，其龍門曲線以車長為細(xì)分要素，主要有8～10 m、11～12 m兩種。兩種龍門曲線的下部幾乎重合，而上部區(qū)別較大，其中較高的是11～12 m的，較低的是8～10 m的，如圖2所示。將兩種龍門曲線分別拷貝進(jìn)新建零件(cebo-20190320.Part)的草圖中，并以底部為基準(zhǔn)將兩者對齊。

(a)兩種龍門曲線

2.2 設(shè)置變量參數(shù)

圖3 建立的參數(shù)列

歸納出控制模型所需的全部變量參數(shù)，其中，一般尺寸參數(shù)有圖3中的①～⑧；差異化參數(shù)有圖3中的⑨～。圖3中①～④主要控制內(nèi)嵌推拉窗的安裝位置、側(cè)弧曲線和玻璃的整體尺寸，如“整車長度”參數(shù)用來控制龍門曲線的選擇，為多值字符串類型參數(shù)，共有兩個值“8～10 m”和“11～12 m”，分別對應(yīng)兩種龍門曲線，運用規(guī)則命令建立對應(yīng)選擇關(guān)系。

在CATIA的創(chuàng)成設(shè)計或零件設(shè)計中打開公式編輯器，新建變量參數(shù)，建立好的參數(shù)在結(jié)構(gòu)樹中以參數(shù)列的形式顯示，如圖3所示[9]。

2.3 創(chuàng)建三維特征

創(chuàng)建推拉窗玻璃三維模型的流程如圖4所示。

圖4 創(chuàng)建推拉窗玻璃三維模型的流程

為了便于觀察和后期生成工程圖，將玻璃黑區(qū)、透明區(qū)、網(wǎng)點區(qū)、洞口區(qū)作為相互獨立的幾何體分別加厚成型，以形成清晰邊界。而在實際的設(shè)計和生產(chǎn)中，除了洞口之外，其他各區(qū)域僅是在同一片玻璃上用印刷工藝制作不同顏色或圖形的涂層，即玻璃黑區(qū)是將相應(yīng)區(qū)域印刷成黑色，透明區(qū)是將相應(yīng)區(qū)域留白，網(wǎng)點區(qū)是在黑區(qū)和透明區(qū)之間印刷的點狀陣列圖形帶，起視覺過渡和緩和溫度不均引起的應(yīng)力集中的作用。洞口區(qū)則是在相應(yīng)區(qū)域開洞。

此外，內(nèi)置式推拉窗一般選用鋁型材，大致分為上邊型材、下邊型材、洞口處型材，型材截面、型材與洞口及透明區(qū)的相對位置關(guān)系均恒定。流水槽位于下邊型材兩端處，它和鋁框型材兩端的相對距離也為定值[10]。諸如毛刷、膠層等細(xì)小部件，由于對玻璃整體模型的影響較小，故忽略不計。

2.4 編寫關(guān)系

創(chuàng)建完成的關(guān)系列表如圖5所示，其中用””符號區(qū)分參數(shù)的層級。圖5中的公式用來控制參數(shù)間恒定的代數(shù)關(guān)系；規(guī)則表示用編程語句處理較復(fù)雜的情況，包括有條件判斷的參數(shù)關(guān)系[12]，例如“規(guī)則1”用來控制“整車長度”參數(shù)的不同值對龍門曲線的影響，如圖6所示。

圖5 關(guān)系列表

圖6 “規(guī)則1”的語句及邏輯關(guān)系

“規(guī)則2”用來控制“長條形透明區(qū)”的值對長條形透明區(qū)的有無及尺寸的影響，其邏輯關(guān)系如圖7所示。其他規(guī)則的使用與此類似。

圖7 “規(guī)則2”的邏輯關(guān)系

至此，基本完成側(cè)窗三維參數(shù)化模型的創(chuàng)建。

2.5 參數(shù)化三維設(shè)計的應(yīng)用

以創(chuàng)建一個新的左前部側(cè)窗(駕駛員窗)三維模型為例，介紹該參數(shù)化三維設(shè)計的用法：首先用前文參數(shù)創(chuàng)建一個側(cè)窗參數(shù)化三維基本模型，如圖8(a)所示。然后在圖3所示的參數(shù)列有關(guān)欄中修改為新模型的有關(guān)參數(shù)值：下緣距地板骨架700 mm；采用8～10 m龍門曲線；玻璃高度1 500 mm；玻璃寬度1 200 mm；上黑區(qū)寬度300 mm；下黑區(qū)寬度150 mm；左黑區(qū)寬度200 mm；右黑區(qū)寬度100 mm；長條形透明區(qū)在下，尺寸按默認(rèn)值；洞口在右；玻璃厚度5 mm。如下緣距地板骨架700 mm，雙擊參數(shù)①“玻璃下邊線距地板骨架高度”由688 mm修改為700 mm即可。

要修改的全部參數(shù)值輸入完畢后，模型特征自動調(diào)整便得到所需的新模型，如圖8(b)所示。

(a)默認(rèn)參數(shù)下的基本模型

3 結(jié)束語

本文所述的三維模型可以作為模板獨立使用，通過改變參數(shù)列中的參數(shù)值即可快速調(diào)整模型特征，也可通過搭建零部件庫的方式更方便地調(diào)用批量模型，實現(xiàn)側(cè)窗玻璃三維模型設(shè)計的參數(shù)化、模塊化，提升設(shè)計效率和準(zhǔn)確度。