逆向工程的汽車輪轂設(shè)計(jì)研究

摘要：本文主要闡述逆向工程的主要內(nèi)容，并以輪轂為例，論述逆向工程在現(xiàn)代汽車行業(yè)以及汽車生產(chǎn)行業(yè)中的應(yīng)用。逆向工程中的專業(yè)軟件能夠完成特征提取、曲面重構(gòu)和誤差檢驗(yàn)等工作，為輪轂曲面的二次設(shè)計(jì)提供便捷，加快設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)周期，防止成本消耗和浪費(fèi)。

關(guān)鍵詞：逆向工程;汽車;輪轂設(shè)計(jì)

逆向工程也被稱之為反求工程，在缺乏原始設(shè)計(jì)圖紙的情況下應(yīng)用，針對(duì)實(shí)物進(jìn)行測(cè)量，并獲取和分析三維坐標(biāo)點(diǎn)位置，使用逆向工程軟件配合其他的專業(yè)軟件處理數(shù)據(jù)信息，重構(gòu)實(shí)物的幾何模型，為最終開(kāi)發(fā)的成型產(chǎn)品奠定基礎(chǔ)。逆向工程強(qiáng)調(diào)的“逆”字，表現(xiàn)出它與普通的設(shè)計(jì)過(guò)程方面的“逆”，先產(chǎn)生實(shí)物，而后架構(gòu)模型。近些年來(lái)，逆向工程一點(diǎn)一點(diǎn)地實(shí)現(xiàn)了發(fā)展和進(jìn)步，從而單個(gè)的仿形構(gòu)造發(fā)展成為解剖和再創(chuàng)造的一項(xiàng)產(chǎn)品，具體由數(shù)據(jù)采集、處理和曲面重構(gòu)三方面組合而成。逆向工程如今主要應(yīng)用于汽車生產(chǎn)行業(yè)，我國(guó)汽車制造業(yè)與發(fā)達(dá)國(guó)家存在著一定的差距，應(yīng)用逆向工程，在吸納先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上創(chuàng)新和設(shè)計(jì)汽車產(chǎn)品，從而大幅度地提升我國(guó)汽車制造業(yè)的水平和能力。通過(guò)研究調(diào)查發(fā)現(xiàn)，我國(guó)汽車用戶越來(lái)越重視汽車行駛過(guò)程中的安全性與舒適性，因此新時(shí)代的汽車必須具備良好的外觀，還要具有過(guò)硬的質(zhì)量，汽車輪轂的輪輻設(shè)計(jì)部分曲面復(fù)雜，需要很長(zhǎng)的設(shè)計(jì)周期，目前我國(guó)輪轂生產(chǎn)行業(yè)廣泛使用快速原型制造技術(shù)，極大地提高了生產(chǎn)效率和制造水平。

一、汽車輪轂的工藝研究

（一）汽車后輪輪轂的作用

輪轂是汽車汽輪非常重要的一部分，同時(shí)也是連接制動(dòng)鼓與半軸凸緣的關(guān)鍵部位，一般情況下是用圓錐滾子軸承套在軸管和軸向節(jié)軸頸上方，依照輪輻的結(jié)構(gòu)可以將輪轂氛圍輻板式車輪輪轂以及輻條式車輪輪轂[1]。汽車的車輪和輪胎直接影響著汽車行駛的穩(wěn)定性與安全性，車輪和車胎是汽車行駛系統(tǒng)中的關(guān)鍵部件，汽車依靠車輪和車胎與地面進(jìn)行直接地接觸，從而實(shí)現(xiàn)汽車的順利運(yùn)行。車輪的主要功能有：首先承載汽車的重量，緩解汽車行駛過(guò)程中與地面產(chǎn)生的振動(dòng)與顛簸，通過(guò)與地面的摩擦，保證輪胎和路面的貼合性，促進(jìn)汽車的穩(wěn)定行駛，保障汽車的安全性能。其次，當(dāng)汽車在轉(zhuǎn)向時(shí)能夠維持汽車的平衡，輪胎與地面產(chǎn)生自動(dòng)回正力矩，從而保證汽車能夠保持直線運(yùn)行。車輪不僅僅是安裝輪胎的骨架，更是將輪胎與車身連接在一起的旋轉(zhuǎn)部件。

（二）汽車后輪輪轂的結(jié)構(gòu)特征與工藝性能

輪轂的結(jié)構(gòu)特征和套類零件的結(jié)構(gòu)特征一致，因此都被歸類為套類零件。輪轂是由有較高同軸要求的內(nèi)外圓表面組成，零件的比較輕薄，受到撞擊后容易形變，軸向的尺寸一般情況下小于外圓的直徑。多個(gè)直徑尺寸和軸向尺寸，要求尺寸比較具備高精度以及符合要求的粗糙程度。零件圖的尺寸需要完整地標(biāo)記，保證其符合加工尺寸的要求，且輪廓要保持完整性，零件材料即為鑄鐵。

（三）加工表面和工藝技術(shù)方面的具體要求

輪轂是由以下幾個(gè)零件組成的，分別是外圓表面、內(nèi)圓表面、型孔、兩端面、臺(tái)階面、退刀槽、內(nèi)外倒角[2]。最重要的加工表面是內(nèi)孔，加工內(nèi)孔的方法是多種多樣的。當(dāng)內(nèi)孔缺乏精細(xì)度和光度時(shí)，可以選擇擴(kuò)孔、車孔和鏜孔等等;對(duì)于精度沒(méi)有過(guò)高要求的可以選擇鉸孔方式;如果內(nèi)孔的尺寸比較大，可以選擇磨孔和滾壓孔的方式;如果需要開(kāi)發(fā)生產(chǎn)的數(shù)量很多，可以選擇拉孔的方式，前提是沒(méi)有臺(tái)階阻擋的情況下?？缀屯鈭A一般情況下需要具備較高同軸度的條件，端面和孔軸線需要滿足垂直的要求，內(nèi)孔表面的尺寸和精度，形狀精度和表面粗糙程度都需要符合標(biāo)準(zhǔn)，外圓表面的尺寸，形狀精度和表面粗糙度也要按照規(guī)定要求選擇合適的技術(shù)。

（四）根據(jù)生產(chǎn)類型選擇合適的零件毛坯

后輪輪轂屬于大批量的生產(chǎn)類型。在選擇零件毛坯時(shí)需要根據(jù)零件的材料、形狀、結(jié)構(gòu)、尺寸和批量等因素決定。當(dāng)孔徑比較小的時(shí)候，可以選擇棒料，也可以選擇使用實(shí)心的鑄件;當(dāng)孔徑比較大的時(shí)候，可以選擇帶有預(yù)孔的鑄件和鍛件;當(dāng)壁厚較薄但是均勻平整時(shí)，可以選擇使用管料;當(dāng)需要較多的生產(chǎn)批量時(shí)，可以選用冷擠壓或是粉末煉金等先進(jìn)的毛坯制造工藝，能夠加強(qiáng)毛坯的精度，從而提高生產(chǎn)效率，降低材料的消耗。汽車后輪輪轂的孔徑比較大，所以需要選擇鑄鐵作為主要材料。鑄造也是經(jīng)常使用到的制造方法，具有成本低、工藝靈活等特點(diǎn)，能夠獲得復(fù)雜的形狀和大型鑄件，在機(jī)械制造中具有絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)，鑄件的質(zhì)量關(guān)乎著產(chǎn)品的生產(chǎn)水平。

二、逆向工程中輪轂設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)采集與處理

首先點(diǎn)云數(shù)據(jù)的采集，指的是運(yùn)用三維掃描設(shè)備獲得物體表面的空間三維坐標(biāo)。根據(jù)掃描方法的差異，將其分為接觸式掃描儀和非接觸式掃描儀[3]。三維坐標(biāo)掃描儀就是接觸式掃描儀中的一種，它使用傳感器的測(cè)量頭在工件上下移動(dòng)，并記錄下來(lái)路徑點(diǎn)的坐標(biāo)值，具有較高的精準(zhǔn)度，適合測(cè)量一些外形比較簡(jiǎn)單，沒(méi)有復(fù)雜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的物體，但是這種方法需要很長(zhǎng)的測(cè)量時(shí)間，且測(cè)量頭能夠接觸到的面積有限，無(wú)法獲得全面完整的坐標(biāo)點(diǎn)。現(xiàn)階段廣泛使用的非接觸式測(cè)量方法有激光三角形法以及光柵投射法，和接觸式測(cè)量方法相比較，更能夠節(jié)省時(shí)間，且獲得的坐標(biāo)點(diǎn)更加精準(zhǔn)全面。

三、逆向工程中輪轂設(shè)計(jì)的曲面擬合工作

點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理完成后，可以將點(diǎn)云三角網(wǎng)絡(luò)化，以此方式得出詳細(xì)的三角圖。而后建立起基本的輪轂輪廓，選擇合適的模塊，進(jìn)行分塊操作，為提取特征做充足準(zhǔn)備[4]。此操作需要注意是充分保障分塊的精度，防止模塊過(guò)于分散。分塊操作以后需要提取基本的特征，從而完成曲面重構(gòu)工作。將輪圈作為中心軸線，創(chuàng)建截面，將截面作為母線，凸顯出類似的特征，同時(shí)還要利用三維建模命令實(shí)現(xiàn)輪轂的逆向設(shè)計(jì)。

結(jié)束語(yǔ)：

實(shí)踐證明，逆向工程在輪轂設(shè)計(jì)工作中發(fā)揮著重要的作用，能夠很大程度上提高生產(chǎn)效率，為部件的生產(chǎn)提供便捷。因此，在我國(guó)汽車生產(chǎn)行業(yè)當(dāng)中，可以大力推廣和應(yīng)用逆向工程，促進(jìn)我國(guó)汽車行業(yè)的持續(xù)發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]韓超.汽車輪轂造型設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)分析[J].內(nèi)燃機(jī)與配件，2021（4）：61-62.

[2]狄玉鵬，孫見(jiàn)君，馬晨波，鄭偉，馬琳博.一種汽車輪轂識(shí)別方法研究[J].電子測(cè)試，2021（3）：30-33+84.

[3]董海東.基于UG的輪轂盤(pán)逆向設(shè)計(jì)與制造[J].模具技術(shù)，2020（2）：40-43+57.

[4]孫耀恒，王科健，孫護(hù)義.基于增壓葉輪逆向設(shè)計(jì)與五軸加工后處理的開(kāi)發(fā)[J].機(jī)械工程師，2019（8）：77-79+82.

作者簡(jiǎn)介：閔承啟，（1991-），漢族，助教、本科學(xué)歷;主研領(lǐng)域：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化、工作單位：柳州鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院。