基于Creo的铝合金车体参数化设计系统

宫洪磊，郭玉亮，李 颖，张恒智，张绍东

（中车唐山机车车辆有限公司 产品研发中心，唐山 063035）

基于Creo的铝合金车体参数化设计系统

宫洪磊，郭玉亮，李 颖，张恒智，张绍东

（中车唐山机车车辆有限公司 产品研发中心，唐山 063035）

针对铝合金车体结构复杂、设计周期长和建模效率低等特点，提出了一种参数化设计铝合金车体方法。利用Creo参数化技术定义车体轮廓、分段型材，单段型材特征中轮廓、C槽、接头、筋板等，定义车体详细设计，并利用Vs.Net2005编程实现人机交互界面开发，最终建立铝合金车体参数化设计系统。

铝合金车体；参数化；型材；Creo

0 引言

近年来中国轨道交通事业快速发展，铝合金车体具有车体重量轻、耐腐蚀、制造工艺简单以及制造成本不高等特点，在轨道车辆中被广泛应用[1]。通常铝合金车体设计是在AutoCAD中完成车体型材断面的二维图，再导入到三维软件中进行三维建模，最后利用CAE软件中来实现车体性能仿真分析[2]。这样的设计方法虽然能够得到设计结果，但是相当于进行重复设计，并且AutoCAD中生成的DWG格式无法在三维软件中再修改车体模型，整个设计过程是单向不可逆的[3]。

Creo是PTC的新一代三维参数化建模软件，它使用了已在Pro/ENGINEER、CoCreate和ProductView中经过验证的技术，能全面释放设计潜力。使用Creo中的3D CAD、CAM和CAE集成工具来提高设计效率[4,5]。为了满足市场及设计需求，本文介绍了一种基于Creo的铝合金车体参数化设计系统。此系统采用参数化技术定义车体轮廓、分段型材，定义单段型材C型槽、轮廓、焊接接头、筋板等特征，定义车体详细设计。此系统使车体设计流程更加合理，设计效率及质量有了很大提升，CAE仿真结果更为准确可靠。

1 铝合金车体参数化设计系统

铝合金车体按设计流程分为车体轮廓设计、分段型材控制、单段型材设计、车体详细设计，并且建立基于此方法的参数化数据模型库。每段型材创建不同骨架，同一段型材不同结构创建骨架，且每个骨架对应一个型材零件模型，通过发布几何、复制几何方式将骨架中发布的面模型复制到到零件并创建实体模型；将每段型材分为轮廓、接头、C槽、筋板、过线孔等5部分结构单独创建草绘及实体，通过Pro/PROGRAM功能控制特征的显示状态达到设计变形调整。其原理如图1所示。

1.1 车体轮廓及分段型材设计

车体轮廓设计技术利用参数化技术定义车体轮廓设计中的关键尺寸，实现了车体宽度、车体高度、车体角度、车体弧度的参数化变形并自动满足其几何关系。这样的定义方式避免了设计人员利用逼近等方法去画车体轮廓并计算是否满足几何关系，减少设计时间。

分段型材控制利用参数化定义每段型材到车体中心或轨面的距离实现单段型材长度调整，利用参数传递技术实现了每段型材的实时调整不用对单段型材单独进行调整。分段型材控制避免了设计人员对一段型材长度进行调整时要分别调整相邻两段或多段型材长度，调整质量更为直观准确。

1.2 单段型材设计

单段型材设计利用参数化技术定义型材轮廓、C型槽、焊接接头、筋板等特征。型材轮廓定义内壁厚度、型材宽度、插头类型及尺寸、过线孔尺寸以及其他不属于C型槽、焊接接头、筋板的特征参数，如图3所示。C型槽特征设计定义C型槽的数量、类型、位置，如图4所示。焊接接头特征利用参数化技术定义焊接接头类型、位置、尺寸，如图5所示。筋板特征利用参数化技术定义筋板的厚度、数量、位置。因筋板特征作用主要是保证车体强度、降低车体型材的重量、保证C型槽位置承载强度，所以筋板数量、排布类型多，目前常用的排布方式有三角形、矩形、梯形等排布方式[5]。为了方便设计使用，按照梯形结构均匀排布在型腔中，每两段型材做为1个周期，为每段型材预设计8个周期筋板，参数化定义筋板特征周期数量、排布方式。将这样参数化定义的三角形形排布的型材形式内嵌到型材特征自由排布方式中，通过自由排布参数化调整实现三角形、矩形等其他排布方式。

图1 铝合金参数化设计系统原理图

图2 车体轮廓

图3 定义型材轮廓

图4 定义C形槽

图5 定义焊接接头

图6 定义筋板

1.3 车体详细设计

车体详细参数化设计是在车体轮廓及车体型材断面设计完成后，利用断面创建出对应的实体模型。采用参数化技术搭建出侧墙部位、车顶部位、底架部位。通过零件加载将各个模型加载到各个部位中，定义各个部位的长度，实现参数化调整。利用Creo的参数化加工技术，定义出窗口、座椅孔、门口、套筒安装孔水管安装座开孔、底架方孔、废排孔、双层圆孔、蹲便卫生间孔、多边形孔加工等以及它们的加工位置，实现参数化加工。图7为某轨道车辆车体通过参数化设计系统建立的三维模型。

图7 车体三维模型

2 人机交互界面

人机交互界面的开发是在Vs.Net2005编程环境中进行的，基于MFC对话框类库和调用Pro/Toolkit中底层函数来实现界面开发功能。它是实现用户与应用程序、应用程序与Pro/E系统之间传递交换信息的重要媒介，并作为应用程序功能模块的重要载体，后期所有功能程序代码，需依附于对话框进行编写。该系统采用了以用户定制的Creo菜单栏菜单为向导、弹出式对话框为主体的界面向导式设计，辅助工程师能够方便快捷完成设计任务。界面如图8所示。

图8 人机交互界面

3 结束语

本文所论述的基于Creo的铝合金车体参数化设计系统，使车体设计更加规范。可以同时开展车体轮廓、车体型材断面及车体详细设计，避免只能单方向设计不能进行协同设计的缺陷，降低了车体轮廓、车体型材断面、车体实体的设计难度，提高设计质量，提升仿真准确性。

[1] 海邦君.铝合金车体设计研究[J].铁道车辆,2004,41(10):26-28.

[2] 杨建华,桑鸿鹏,等.高速动车组车体侧墙装配变形仿真分析[J].铁路机车车辆,2014,34(3):14-17.

[3] 王文涛.高速列车头部外形参数化CAD系统研究[D].西安:西安交通大学,2008.

[4] Nahrn Y E, Ishikawa H.A new 3D-CAD system for setbased parametric design[J].International Journal of Advanced Manufacturing Technology,2006,29(1/2):137-150.

[5] 程相文,邢树雪.基于Pro/Toolkit的Creo 2.0二次开发过程研究[J].机械工程与自动化,2015,192(5):70-71.

[6] 何晓蕾,张锦华.高速动车组车体铝合金型材设计方法研究[J].中国铁路装备.2013,2:39-42.

The parametric design system of the aluminum alloy car body based on Creo

GONG Hong-lei, GUO Yu-liang, LI Ying, ZHANG Heng-zhi, ZHANG Shao-dong

TP39

：A

1009-0134(2017)01-0116-03

2016-09-04

宫洪磊（1985 -），男，工程师，硕士，研究方向为轨道车辆参数化设计。