基于CATIA/DMU的刮水器参数化模型研究∗

李小庆

(武汉交通职业学院,湖北 武汉 430065)

基于CATIA/DMU的刮水器参数化模型研究∗

李小庆

(武汉交通职业学院,湖北 武汉 430065)

在汽车新车型设计刮水器的过程中,刮水器的尺寸各不相同。为了减少设计过程中的重复工作,提出了采用骨架来驱动模型,使其具有更新快、实时修改、提高设计效率的优点。这种建模方法是一种基于CATIA/DMU的参数化模型的设计方法,还能利用CATIA/DMU模块进行机构动态仿真,进行刮刷面积计算和其他分析。

刮水器;参数化;CATIA/DMU;运动仿真

汽车刮水器是汽车的一个重要部件,能够清洁汽车前挡风玻璃灰尘和雨水。汽车在行驶过程中,前挡风玻璃上不可避免地会有雨水和灰尘。刮水器和洗涤器能协同工作,将污垢清除干净,使驾驶员的视线不被污垢阻碍,保证行车安全。由于每款汽车的前挡风玻璃大小、曲率等尺寸不同,在设计新车时,各厂家设计人员都要重新设计刮水器,并利用软件制作三维模型,工作重复度高,效率低下,缺少一个通用型的模型。

利用CATIA建立通用型三维模型能够涵盖大多数厂家的刮水器,并具有相关参数列表,通过修改参数列表上的参数可以生成新的三维模型,减少设计成本。厂家不但可以用CATIA建立参数化三维模型,而且还可以利用该软件自带的DMU模块进行动态模拟和刮水器刮刷面积校核。

1 CATIA/DMU简介

CATIAV5软件是IBM公司和法国达索公司共同开发的新一代高端CAD/CAE/PDM应用系统[1],能够在Windows/Unix等平台上运行。该三维设计软件覆盖了从产品概念设计到产品维护的全过程,集设计、分析、制造于一体,应用极其广泛[1]。它采用开放式模块化的方案,模块不断增加至一百多个,功能也不断得到完善和提升。软件的应用范围也从航空工业扩展至汽车、机械、船舶、电力等多种行业。

DMU(DigitalMockUp)中的机构运动分析是专门做DMU装配运动仿真的模块。可对大型产品如汽车、飞机、轮船等的机构运动状态进行评价,也可以对小型结构如刮水器、电动车窗升降装置等进行动态模拟和评价。本文利用该模块对双臂式刮水器进行运动分析和评价。

2 参数化设计原理

在机械产品设计领域中,系列化定型产品(如刮水器)占有相当比例,系列中的绝大多数零件和部件,都具有相似的外形轮廓特征。将一组给定的设计参数,与零部件特征的几何尺寸建立联系,当设计新规格零部件时,修改其部分数据即可,这种方法就是参数化设计[2]。

在新一代CAD系统中,一般都具有一定的参数化设计功能,使得产品几何图形随着其参数的调整、尺寸的修改而自动修改模型和图纸。因而设计人员可以把时间、精力集中在重点环节,提高设计效率。

CATIA三维软件具有参数化设计功能,用该软件设计的三维模型和图纸会随其参数的调整、尺寸的修改而自动修改。

2．1 参数化设计在刮水器设计中的实现

双臂式刮水器的参数化设计是用尺寸参数控制刮水器机构各总成的位置、大小等,实现不同的布置方案。在刮水器设计中只需改变机构中某零件的长度尺寸或者定位尺寸,更新参数化模型将会得到新的模型,以满足不同厂家的不同车型对刮水器的需求。双臂式刮水器参数化设计的过程如图1所示。

图1 刮水器参数化设计的过程

2．2 参数化雨刮器装配的实现

参数化模型不但可以便捷地修改零件的尺寸,而且零部件本身的装配位置也方便调整。如果参数化模型设计不得当,当修改完尺寸更新时,很容易出现模型出错、零件之间的定位关系不正确,无法自动生成正确的模型。利用CATIA软件中的装配模块,在装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装配关系,具体如下图2所示。

图2 刮水器装配树示意图

为了保证修改参数后,参数化模型更新不出错,骨架应通过如下步骤控制刮水各个零件尺寸及装配关系:

(1)配置参数

在CATIA工具－选项中,确保如下几项打钩;

CATIA工具－选项－基础结构－零件基础结构－常规－外部参考－保持与选定对象的链接;

CATIA工具－选项－基础结构－零件基础结构－常规－外部参考－规定外部选择与已发布元素相关联;

CATIA工具－选项－基础结构－零件基础结构－常规－更新－更新时同步所有外部参考。

(2)建立骨架

在装配体中建立第一个PART为骨架,且必须为FIX约束。

(3)建立零件

(4)发布特征

在骨架中选定需要的特征,通过CATIA的工具－发布,发布特征。可以重命名特征,特征名称必须唯一。

(5)应用特征

首先设置骨架工作对象,右键复制已发布特征。然后设置参照PART为工作对象,右键－选择性粘贴－与原文件相关联结果。

通过以上五个步骤建立的CATIA模型就可以用骨架控制其余各零件。

3 双臂式刮水器参数化模型及动态模拟

刮水器有多种结构形式,本文着重研究目前使用最多的一种类型:双臂式刮水器。双臂式刮水器刮刷方向如图3所示。两片刮水片共同移动,清扫挡风玻璃。一个刮水片从靠近汽车驾驶员侧的点开始旋转,另一个刮水片从靠近挡风玻璃中间的位置开始旋转。用双臂式刮水器可以清扫驾驶员视野内的大部分挡风玻璃。

图3 双臂式刮水器

3．1 模型建立

利用前文中提到的骨架及其建模方法,建立某车型双臂式刮水器三维模型。其主要机构包括:电机、主齿轮、旋转连杆、主连杆、上下左右连杆等,如图4所示。

综上所述，高龄剖宫产术后孕产妇产后出血发生率较高，而影响其产后出血的危险因素众多，临床工作中可依据其危险因素为高龄剖宫产术后孕产妇实施合理防治措施。

图4 刮水器三维模型

3．2 动态仿真

动态仿真主要是通过设定三维模型中零件的运动方式,分析各个零件的运动规律,跟踪零件的运动轨迹,对机构中零件的速度、加速度、作用力、反作用力和力矩进行分析。其分析结果可作为修改零件的尺寸或调整零件定位尺寸的依据。本文采用DMU模块对双臂式刮水器机构进行动态仿真,利用DMU—机构运动分析模块建立动态模拟,必须先建立刮水器模型的运动副关系,表1列举了刮水器模型中主要的运动副关系。

表1 刮水器模型中主要的运动副关系

3．3 刮拭面积校核

对于刮水器的刮刷面积,我国有两个法规对刮刷面积做了详细的要求:GB11555—汽车风窗玻璃除霜和除雾系统[3]和GB15085—汽车风窗刮水器、洗涤器的性能要求及试验方法[4]。具体要求如下:

刮水器的刮刷面积应覆盖A区域(见图5)的98%以上,B区域的80%以上[4](A、B区域按GB 11555中第4章有关规定进行确定)。

按照CATIA提供的测量工具,可以直接测得雨刮的刮刷面积(见表2),并与国标相对照,看是否满足国家标准。将表2数据与国标对比,发现测得的数据不符合国家标准。

图5 前风窗玻璃刮水器刮刷面积

表2 刮刷面积校核

3．4 结构优化

利用建立的CATIA参数化模型,修改刮水器三维模型和刮水器刮水片,重新计算修改后的刮刷面积,具体数据如下表3。修改后的参数符合国家标准。

表3 修改后的刮刷面积校核

4 总结

用传统的设计方法来设计刮水器存在诸多不足之处,利用CATIA软件,采用骨架的方法建立参数化三维模型,能方便快捷地对模型进行修改和更新,缩短设计周期,节省设计成本。设计完成的刮水器模型可以利用CATIA的DMU模块进行运动仿真,校核刮刷面积。本文利用DMU模块的仿真,校核刮刷面积后发现不符合国家标准GB11555,经过修改参数化模型参数,得到新模型,重新校核发现符合国家标准。该方法已在某些汽车生产厂家中得到应用,取得了较好的经济效果。

[1]黄晓云．基于参数化和专家系统技术的汽车总体设计CAD[J]．东北大学学报,2003,(8):806－809．

[2]孟祥旭．参数化设计模型的研究与实现[D]．中国科学院计算技术研究所,1998．

[3]中华人民共和国国家标准．GB11555－2009,汽车风窗玻璃除霜和除雾系统[S]．北京:中国标准出版社,2011．

[4]中华人民共和国国家标准．GB15085－2013,汽车风窗刮水器、洗涤器的性能要求及试验方法[S]．北京:中国标准出版社,2015．

10．3969/j．issn．1672－9846．2015．04．023

U463．85＋5

:A

:1672－9846(2015)04－0087－03

2015－08－12

武汉交通职业学院项目“双臂式通用性汽车刮水器模型研究”(编号:Y2014005)。

李小庆(1980－),女,湖北公安县人,武汉交通职业学院汽车工程学院教师,主要从事汽车运用工程教学与研究。