奇瑞a21轎車前風窗雨刮器的改進設(shè)計論文

1、<p>　　本 科 畢 業(yè) 論 文</p><p>　　奇瑞A21轎車前風窗雨刮器的改進設(shè)計</p><p>　　Redesign of front windshield wipers of Chery A21</p><p>　　學(xué)院名稱： 機械工程學(xué)院 </p><p>　　專業(yè)班級：機械制

2、造及自動化019班</p><p>　　學(xué)生姓名： </p><p>　　指導(dǎo)教師姓名： </p><p>　　指導(dǎo)教師職稱： </p><p><b>　　2005年6月</b></p><p>　　奇瑞A21轎車前風窗雨刮器的改進

3、設(shè)計</p><p>　　摘要 自1990年波音777全數(shù)字化樣機誕生以來，虛擬產(chǎn)品開發(fā)和虛擬樣機技術(shù)成為現(xiàn)代產(chǎn)品開發(fā)新技術(shù)領(lǐng)域的亮點。在全球經(jīng)濟一體化發(fā)展、市場競爭日趨激烈的形勢下，虛擬產(chǎn)品開發(fā)和虛擬樣機技術(shù)的出現(xiàn)為現(xiàn)代企業(yè)解決TQCSE的難題找到一條新的道路。</p><p>　　本文以改進奇瑞A21轎車前風窗雨刮器的原有設(shè)計為主要目的，采用大型三維設(shè)計軟件CATIA V5完成了對雨

4、刮器系統(tǒng)的改進設(shè)計，并利用CATIA V5強大的曲面設(shè)計功能完成了相關(guān)車身部件的重設(shè)計，實現(xiàn)了在計算機虛擬環(huán)境下產(chǎn)品設(shè)計的全過程，建立了雨刮器機械系統(tǒng)的虛擬樣機。</p><p>　　在設(shè)計過程中，一方面利用了CATIA軟件對雨刮系統(tǒng)及相關(guān)車身部件的靜態(tài)干涉分析,另一方面還通過數(shù)據(jù)接口將模型導(dǎo)入到機械動力學(xué)仿真軟件ADAMS中，完成了對雨刮系統(tǒng)及相關(guān)車身部件的動態(tài)實時干涉分析，實現(xiàn)了CAD軟件與CAE軟件的協(xié)同設(shè)

5、計過程，并為數(shù)字化模型的干涉檢測找到了一條新的途徑。</p><p>　　關(guān)鍵詞：虛擬樣機技術(shù)，協(xié)同設(shè)計，動態(tài)干涉分析，ADAMS</p><p>　　Redesign of front windshield wipers of Chery A21</p><p>　　Abstract Since 1990，the digital prototype of

6、Boeing 777 came up, virtual productdevelopment and virtual prototype techniques become the modern product development new trend. Turn the gradually vigorous situation of development, the market competition in the global

7、economic trend, the technical emergence of virtual product development and virtual prototype finds out a new road to deal with that the modern business enterprise solves the TQCSE.</p><p>　　The purpose of th

8、is paper is to improve the original design of the front windshield wipers of Chery A21 by adopting CATIA V5, building the virtual prototype of windshield wipers mechanical system.</p><p>　　In designing proce

9、ss, we have implented the static state interference analysis by CATIA V5 as well as dynamic state by ADAMS to achieve the goal of Collaborative Design.</p><p>　　Key Words：Virtual Prototype Technology Colla

10、borative Design dynamic interference analysis，ADAMS</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　第一章 緒論 ……………………………………………………………………… 1</p><p>　　1.1 虛擬樣機技術(shù)…………………………………………………………….. 1

11、</p><p>　　1.2 本論文的目的及意義……………………………………………………… 2</p><p>　　1.3 本論文的安排…………………………………………………………… 2</p><p>　　第二章 計算機輔助設(shè)計技術(shù)概述………………………………………………3</p><p>　　2.1 三維CAD建模技術(shù)理論概述………

12、…………………………………… 3</p><p>　　2.2 三維CAD軟件概述……………………………………………………… 3</p><p>　　2.2.1 CATIA V5軟件簡介………………………………………………3</p><p>　　2.2.2 Unigraphics軟件簡介……………………………………………… 4</p><p&g

13、t;　　2.3 三維CAD軟件之間的數(shù)據(jù)交換 ………………………………………… 4</p><p>　　第三章 虛擬樣機技術(shù)及相關(guān)軟件概述…………………………………………6</p><p>　　3.1 虛擬樣機技術(shù)概述………………………………………………………6</p><p>　　3.2 ADAMS軟件概述………………………………………………………7<

14、;/p><p>　　3.3 基于ADAMS的虛擬樣機開發(fā)流程……………………………………8</p><p>　　3.4 本章小結(jié)………………………………………………………………… 9</p><p>　　第四章 奇瑞A21轎車前風窗雨刮器改進設(shè)計………………………………10</p><p>　　4.1 引言………………………………………

15、……………………………10</p><p>　　4.2 汽車風窗雨刮器概述…………………………………………………10</p><p>　　4.3 相關(guān)車身部件概述………………………………………………………11</p><p>　　4.4 雨刮器原有設(shè)計的分析…………………………………………………13</p><p>　　4.5 雨刮器及

16、相關(guān)車身部件的改進設(shè)計……………………………………13</p><p>　　4.5.1 雨刮器改型設(shè)計及位置設(shè)計………………………………………13</p><p>　　4.5.2 相關(guān)車身部件的設(shè)計……………………………………………23</p><p>　　4.6 雨刮器的干涉分析………………………………………………………25</p><p

17、>　　4.7 本章小結(jié)………………………………………………………………31</p><p>　　第五章 總結(jié)……………………………………………………………………32</p><p>　　致謝……………………………………………………………………………33</p><p>　　參考文獻……………………………………………………………………………34</

18、p><p><b>　　第一章 緒論</b></p><p><b>　　虛擬樣機技術(shù)</b></p><p>　　虛擬樣機技術(shù)VP（Virtual Prototyping Technology）是指在產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)過程中，利用先進的CAD技術(shù)建立與物理樣機一致的數(shù)字化模型，并針對該產(chǎn)品在投入使用后的各種工況，在計算機上進行仿

19、真分析，預(yù)測產(chǎn)品的整體性能，進而改進產(chǎn)品設(shè)計、提高產(chǎn)品性能的一種新技術(shù)。</p><p>　　在傳統(tǒng)的設(shè)計與制造過程中，為了驗證產(chǎn)品設(shè)計通常要制造物理樣機進行試驗，往往有些試驗是破壞性的。當通過試驗發(fā)現(xiàn)缺陷時，又要重新修改設(shè)計并再用樣機驗證，這樣反反復(fù)復(fù)幾個循環(huán)下來，產(chǎn)品才能達到預(yù)期的性能要求，整個過程是漫長的，尤其對于像汽車這類復(fù)雜的機電產(chǎn)品，開發(fā)周期有時長達數(shù)十個月。很多產(chǎn)品為了應(yīng)對市場需求的變化，物理樣機的

20、試驗往往被忽略，導(dǎo)致產(chǎn)品在上市時就存在很多缺陷。在目前的市場競爭背景下，基于物理樣機的設(shè)計驗證過程嚴重制約了產(chǎn)品質(zhì)量的提高、成本的降低及對市場的占有。</p><p>　　在利用虛擬樣機技術(shù)的過程中，產(chǎn)品設(shè)計人員首先利用計算機輔助設(shè)計軟件建立零部件的數(shù)字模型，再利用數(shù)字模型提供的物理信息和幾何信息，在計算機上定義零部件間的連接關(guān)系并對其進行虛擬裝配，從而獲得產(chǎn)品的虛擬樣機。隨著計算機仿真技術(shù)的日益完善，對產(chǎn)品數(shù)字

21、模型的仿真分析逐漸成為可能?，F(xiàn)在，利用系統(tǒng)級仿真軟件可以真實模擬系統(tǒng)的運動，并可以對樣機在多種實際工況下的運動和受力情況進行仿真分析，從而在設(shè)計早期發(fā)現(xiàn)并修改設(shè)計缺陷；同時通過仿真多種不同的方案，對整個系統(tǒng)進行不斷的改進，直至獲得最優(yōu)方案時才制造物理樣機[1]。</p><p>　　通過人機交互作用，虛擬樣機技術(shù)允許產(chǎn)品設(shè)計人員采用多種方式表達和實現(xiàn)自己的設(shè)計意圖，最大限度地發(fā)揮人的創(chuàng)造力和想象力，并在一個多維信

22、息環(huán)境下完成產(chǎn)品的概念設(shè)計、修改、定型、裝配、測試，從而從根本上保證了產(chǎn)品的質(zhì)量。虛擬樣機技術(shù)在不消耗現(xiàn)實資源和能量的前提下，實現(xiàn)了產(chǎn)品開發(fā)周期和成本的最小化、產(chǎn)品設(shè)計質(zhì)量的最優(yōu)化、生產(chǎn)效率的最大化。虛擬樣機技術(shù)的應(yīng)用無疑將會對產(chǎn)品設(shè)計與制造的未來發(fā)展產(chǎn)生重大的深遠影響。</p><p><b>　　本論文的目的及意義</b></p><p>　　本論文的目的，是根據(jù)

23、當前的先進設(shè)計理論，利用CAD技術(shù)的發(fā)展成果，通過虛擬樣機技術(shù)的運用對奇瑞A21轎車前風窗雨刮器的原有設(shè)計進行改進，完成新方案的結(jié)構(gòu)布置、運動分析，并對原有的車身做出必要的修改。</p><p>　　本課題難度一般，課題來源于實際，但卻采用了多種設(shè)計方法，希望借此課題推動虛擬樣機技術(shù)在中國制造業(yè)中的運用，同時也為提高汽車零部件的設(shè)計水平作一些有意義的探索。</p><p><b>

24、;　　本論文的安排</b></p><p>　　本論文主要進行以下工作：</p><p>　　對本次畢業(yè)設(shè)計中使用的CAD技術(shù)進行分析；</p><p>　　對虛擬樣機技術(shù)的特點及其工程實現(xiàn)方法進行研究；</p><p>　　對奇瑞A21轎車前風窗雨刮器的原有設(shè)計進行分析；</p><p>　　對原有設(shè)計進

25、行改進設(shè)計，綜合運用多種分析手段；</p><p>　　第二章 計算機輔助設(shè)計技術(shù)概述</p><p>　　2.1 三維CAD建模技術(shù)發(fā)展概述</p><p>　　三維建模技術(shù)自上世紀70年代以來，經(jīng)過三十多年的發(fā)展，已經(jīng)有了很大的進步。一般以建模方法不同分為幾何建模和特征建模兩種，幾何建模又可分為線框建模、曲面建模、實體建模。特征建模技術(shù)從一研制就是面向工程應(yīng)用

26、的，它將工程應(yīng)用中零部件的形狀信息（如凸臺、孔、槽、倒角、圓角、尺寸）、精度信息（如尺寸公差、粗糙度）、技術(shù)信息（如技術(shù)要求、零件性能）、材料信息（材料規(guī)格、熱處理方式、表面處理方式）和裝配信息（如裝配基準、裝配關(guān)系）等用幾何建模來表達，每一種信息都用專門的特征來實現(xiàn)。以往多數(shù)CAD軟件一般都采用單一的建模技術(shù)，這在一定程度上限制了軟件的應(yīng)用范圍。從目前大型CAD軟件的發(fā)展趨勢看，綜合了多種建模技術(shù)的混合建模技術(shù)正越來越多的被軟件開發(fā)商

27、青睞，也為工程界廣泛接受。目前市場上典型的混合建模軟件有CATIA、Unigraphics等。采用混合建模技術(shù)能夠很好地發(fā)揮各種建模技術(shù)的特長，大大提高了設(shè)計速度，減少了建模周期。</p><p>　　2.2 三維CAD設(shè)計軟件概述</p><p>　　2.2.1 CATIA V5軟件簡介</p><p>　　CATIA是由Dassault System公司開發(fā)的一

28、套CAD/CAE/CAM一體化軟件，廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車制造、造船、機械制造、電子電器、消費品行業(yè)，包括了從大型的波音747飛機、火箭發(fā)動機到化妝品的包裝盒，幾乎涵蓋了所有的制造業(yè)產(chǎn)品。CATIA 源于航空航天業(yè)，但其強大的功能已得到各行業(yè)的認可，特別是波音飛機公司使用CATIA完成了整個波音777的電子裝配，更是確立了CATIA 在CAD/CAE/CAM 行業(yè)內(nèi)的領(lǐng)導(dǎo)地位。</p><p>　　CATIA

29、V5是Dassault System公司協(xié)同IBM公司基于Windows核心重新開發(fā)的新一代高端CAD/CAE/CAM軟件系統(tǒng)。圍繞數(shù)字化產(chǎn)品和電子商務(wù)集成概念進行系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計的CATIA V5版本，可為數(shù)字化企業(yè)建立一個針對產(chǎn)品整個開發(fā)過程的工作環(huán)境。在這個環(huán)境中，可以對產(chǎn)品開發(fā)過程的各個方面進行仿真，并能夠?qū)崿F(xiàn)工程人員和非工程人員之間的電子通信。產(chǎn)品整個開發(fā)過程包括概念設(shè)計、詳細設(shè)計、工程分析、成品定義和制造乃至成品在整個生命周期中

30、的使用和維護。</p><p>　　CATIA V5主要功能模塊包括：基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)模塊，機械設(shè)計模塊，曲面造型模塊，有限元分析模塊，工廠設(shè)計模塊，NC加工模塊，電子樣機模塊，設(shè)備與系統(tǒng)工程模塊，人機工程設(shè)計和分析模塊等，各個模塊都具有強大的功能。在機械設(shè)計模塊中，有專門的航空鈑金件設(shè)計模塊；強大的曲面造型能力是CATIA V5尤為值得稱道的地方，該模塊中有專門針對汽車車身A級曲面(即曲面曲率三階可導(dǎo))設(shè)計的模塊，其采

31、用獨有的逼真造型、自由曲面相關(guān)性造型和設(shè)計意圖捕捉等曲面造型技術(shù)，可生成和構(gòu)造優(yōu)美、環(huán)保的轎車車身外形，大大提高了A級曲面設(shè)計流程的設(shè)計效率，將A級曲面整個開發(fā)過程提高到一個新的水平[2]。</p><p>　　本次畢業(yè)設(shè)計主要應(yīng)用了CATIA V5機械設(shè)計模塊中的零件設(shè)計(Part Design)、裝配件設(shè)計(Assembly Design)、線架構(gòu)與曲面設(shè)計(Wireframe and Surface Des

32、ign)，曲面造型模塊中的自由風格曲面造型、優(yōu)化及截面線設(shè)計(FreeStyle Shaper, Optimizer & Profiler)、創(chuàng)成式曲面外形設(shè)計與優(yōu)化(Generative Shape Design & Optimizer)。</p><p>　　2.2.2 Unigraphics軟件簡介</p><p>　　Unigraphics(簡稱UG)是由世界著名的

33、Unigraphics Solutions(UGS)公司開發(fā)的CAD/CAE/CAM一體化軟件，其集成了世界一流的設(shè)計、工程制造系統(tǒng)，廣泛應(yīng)用于通用機械、模具。汽車及航空航天領(lǐng)域。</p><p>　　由于UG軟件進入國內(nèi)市場較早，國標化工作開展地比較好，故在本次畢業(yè)設(shè)計中，將利用UG進行出圖。</p><p>　　2.3 三維CAD軟件之間的數(shù)據(jù)交換</p><p&g

34、t;　　這里主要討論一下CATIA與其它軟件間的數(shù)據(jù)交換。CATIA支持Solidworks、SolidEdge、Parasolid、ACIS、DXF三維、Inventor和VDA-FS格式的文件以直接接口的方式導(dǎo)入，對于Pro/E、UG、Ideas只能由間接接口方式導(dǎo)入。間接接口方式也就是通過國際標準的中間格式來轉(zhuǎn)換文件。下面簡單介紹一下幾種常見的中間轉(zhuǎn)換格式。</p><p><b>　　IGES格

35、式</b></p><p>　　初始圖形交換規(guī)范（IGES：Initial Graphics Exchange Specification）是美國國家標準局和工業(yè)界于1975年共同制定并實施的。目前CATIA V5所提供的IGES接口可以幫助多個CAD/CAM系統(tǒng)并存的制造企業(yè)通過IGES中性數(shù)據(jù)格式進行數(shù)據(jù)交換。該實用程序支持IGES V5.3版本，并具有IGES元素名字和CATIA V5幾何元素標

36、識之間的名字匹配管理功能，能夠處理3D線架元素、曲面和剪載曲面元素、等距偏置曲線、表皮和表皮邊界、二次曲線和顏色。轉(zhuǎn)換完成后，同時產(chǎn)生一個HTML格式轉(zhuǎn)換報告。設(shè)計人員可以在兩個完全不同的系統(tǒng)之間直接進行可靠的雙向數(shù)據(jù)交換，也可以自動存取IGES文件。</p><p><b>　　STEP格式</b></p><p>　　產(chǎn)品模型數(shù)據(jù)交換標準(STEP：Standar

37、d for the Exchange of Product Model Data)是由國際標準化組織所屬技術(shù)委員會TC184（工業(yè)自動化系統(tǒng)技術(shù)委員會）下的“產(chǎn)品模型數(shù)據(jù)外部表示”(External Representation of Product Model Data)分委會SC4所制定的國際統(tǒng)一CAD數(shù)據(jù)交換標準。CATIA V5配備的STEP核心接口能自動識別STEP文件類型，支持幾何體和裝配結(jié)構(gòu)，并能夠輸入、輸出拓撲關(guān)系（如實

38、體、殼體類零件）。允許設(shè)計人員交互式地以STEP AP203和STEP AP214數(shù)據(jù)格式讀寫數(shù)據(jù)。</p><p>　　對于本次畢業(yè)設(shè)計，由于雨刮系統(tǒng)原始數(shù)模是UG格式，需要輸入到CATIA中進行處理。通過實際轉(zhuǎn)換發(fā)現(xiàn)，利用IGES格式導(dǎo)入CATIA軟件后原先一些大的曲面被分割為數(shù)以千計的曲面，原先的實體特征均被曲面特征代替，故處理起來比較繁瑣，工作量很大；同時通過IGES轉(zhuǎn)換后，文件變大，導(dǎo)致CATIA加載的

39、速度較慢。采用STEP格式可以保持原先實體的特征，一些曲面特征轉(zhuǎn)換后也能被很好的識別，文件大小也沒有發(fā)生顯著變化，但是STEP格式導(dǎo)入CATIA的模型一般都被識別為一個整體，這給模型的編輯帶來了不便。因此，對于一些車身部件，一般都采用IGES進行轉(zhuǎn)換，再利用CATIA軟件的曲面縫合功能，能獲得與原始表面幾乎相同的曲面。而對于一些實體特征較多的部件，一般都采用STEP格式轉(zhuǎn)換，這樣保證模型特征能很好地被識別。</p><

40、;p>　　由于各種輔助設(shè)計軟件都各有特點，建模方式多種多樣，通過采用各種軟件的長處能夠加快設(shè)計開發(fā)的速度，而不同的企業(yè)大多用的是不同的CAD/CAM系統(tǒng)，這些因素導(dǎo)致了模型數(shù)據(jù)交換頻繁進行，數(shù)據(jù)可能在轉(zhuǎn)換過程中丟失。如何處理好模型轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)丟失問題將是各制造企業(yè)實現(xiàn)數(shù)字化過程中所面臨的一個現(xiàn)實問題。</p><p>　　第三章 虛擬樣機技術(shù)及相關(guān)軟件概述</p><p>　　3.1

41、 虛擬樣機技術(shù)概述</p><p>　　傳統(tǒng)新產(chǎn)品的開發(fā)通常要經(jīng)過產(chǎn)品設(shè)計、樣機試制、試驗檢驗、改進定型和批量生產(chǎn)幾個階段。以往由于技術(shù)的限制，在設(shè)計階段獲得的產(chǎn)品信息極為有限，設(shè)計人員對詳細設(shè)計方案的評估很有限，很難保證設(shè)計中沒有差錯。為減少設(shè)計失誤所帶來的風險，對于像汽車之類的復(fù)雜產(chǎn)品， 一般需要建立一個等同于真實產(chǎn)品的物理樣機，以最大程度地獲得產(chǎn)品的信息，從而更好地避免或消除產(chǎn)品設(shè)計階段潛在的設(shè)計錯誤。但復(fù)

42、雜產(chǎn)品的物理樣機一般都造價高昂，而且耗時長久。在傳統(tǒng)的串行開發(fā)流程上，一旦位于開發(fā)流程前端的步驟稍有改動，將導(dǎo)致物理樣機的重建，隨即使得設(shè)計成本的增加和開發(fā)周期的延長。面對越來越激烈的市場競爭，現(xiàn)代企業(yè)要保持競爭優(yōu)勢，就必須在最短的時間里設(shè)計并生產(chǎn)出新產(chǎn)品，從最大程度上滿足顧客對產(chǎn)品的需求。因此，如何克服物理樣機上述的缺點，成了現(xiàn)代企業(yè)保持競爭優(yōu)勢的耽誤之急。在這種形式下，虛擬樣機技術(shù)應(yīng)運而生，其目的是取代物理樣機，降低開發(fā)成本，縮短開

43、發(fā)周期，提高設(shè)計質(zhì)量。</p><p>　　虛擬樣機是由分布的、不同工具開發(fā)的、甚至異構(gòu)的子模型組成的模型聯(lián)合體，其主要包括：產(chǎn)品的CAD模型、產(chǎn)品的外觀表示模型、產(chǎn)品的功能和性能仿真模型、產(chǎn)品的各種分析模型(可制造性、可裝配性等)、產(chǎn)品的使用和維護模型以及環(huán)境模型等。借助虛擬樣機，設(shè)計人員可以通過成熟的計算機圖形學(xué)技術(shù)，模擬真實環(huán)境下產(chǎn)品的各種運動和動力特性，并能根據(jù)仿真結(jié)果優(yōu)化產(chǎn)品的設(shè)計方案。目前虛擬樣機系統(tǒng)

44、的建立主要通過建立系統(tǒng)整體架構(gòu)，以網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，將當前的工程CAD軟件、仿真軟件、虛擬現(xiàn)實技術(shù)和工具集成起來。多家工程軟件供應(yīng)商開發(fā)了支持虛擬樣機的專業(yè)軟件，如有限元分析領(lǐng)域的NASTRAN、MARC、ADINA、ABAQUS及ANSYS等；多體動力學(xué)領(lǐng)域的ADAMS、DADS、EULER及RecurDyn等；控制分析領(lǐng)域的MATLAB、Matrix X、EASY5等；電子電路領(lǐng)域的PROTEL、ORCAD、PSPICE、EWB等

45、，以及其他領(lǐng)域的大量商品化仿真軟件。本次畢業(yè)設(shè)計主要是對機械系統(tǒng)的虛擬樣機系統(tǒng)進行建模仿真，主要應(yīng)用了機械系統(tǒng)動力學(xué)軟件ADAMS[10]。</p><p>　　3.2 ADAMS軟件概述</p><p>　　ADAMS(Automatic Dynamic Analysis of Mechanical System)軟件是由美國MDI公司(現(xiàn)以被MSC.Software公司收購)開發(fā)的機械

46、系統(tǒng)動力學(xué)仿真分析軟件，它使用交互式圖形環(huán)境和零件庫、約束庫、力庫，創(chuàng)建完全參數(shù)化的機械系統(tǒng)幾何模型，其求解器采用多剛體系統(tǒng)動力學(xué)理論中的拉格朗日方程方法，建立系統(tǒng)動力學(xué)方程，對虛擬機械系統(tǒng)進行進行靜力學(xué)、運動學(xué)和動力學(xué)分析，輸出位移、速度、加速度和反作用力曲線。ADAMS軟件的仿真還可用于預(yù)測機械系統(tǒng)的性能、運動范圍、碰撞檢測、峰值載荷以及計算有限元的輸入載荷等[7]。</p><p>　　ADAMS軟件由核心

47、模塊、功能擴展模塊、接口模塊、專業(yè)模塊及工具箱模塊組成。核心模塊主要包括ADAMS/View(界面模塊)、ADAMS/Solver(求解器模塊)、ADAMS/PostProcessor(后處理模塊)。功能擴展模塊包括ADAMS/Insight(實驗設(shè)計與分析模塊)、ADAMS/Vibration(振動分析模塊)、ADAMS/Durability(耐用性分析模塊)、ADAMS/Hydraulics(液壓系統(tǒng)模塊)、ADAMS/Animat

48、ion(高速動畫模塊)、ADAMS/Linear(系統(tǒng)模態(tài)分析模塊)、ADAMS/AutoFlex(自動化彈性體模塊)等。接口模塊包括ADAMS/Exchange(圖形接口模塊)、ADAMS/Controls(控制模塊)、ADAMS/Flex(彈性分析模塊)、SimDesigner(CATIA V5專業(yè)接口)等，專業(yè)模塊包括ADAMS/Car(汽車模塊)、ADAMS/Rail(鐵道模塊)等。工具箱模塊主要供用戶二次開發(fā)用，用戶可以根據(jù)需

49、要自行開發(fā)，增加更強的運動仿真功能[10]。</p><p>　　本次畢業(yè)設(shè)計主要應(yīng)用了ADAMS/View和ADAMS/PostProcessor兩個模塊，下面簡要介紹一下這兩個模塊。</p><p>　　ADAMS/View是以用戶為中心的交互式圖形環(huán)境，它提供了豐富的零件幾何圖形庫、約束庫和力/力矩庫，并且支持布爾運算，采用Parasolid作為實體建模的內(nèi)核，支持FORTRAN 7

50、7和FORTRAN 90中的所有函數(shù)。在ADAMS/View中，用戶利用Table Editor，可像用EXCEL軟件一樣方便地編輯模型數(shù)據(jù)；同時提供了Plot Browser和Function Builder工具包，用于曲線圖的顯示和方程式的建立；還具有設(shè)計研究、實驗設(shè)計和優(yōu)化功能，可使用戶方便地進行優(yōu)化設(shè)計。</p><p>　　ADAMS/PostProcessor模塊用于輸出高性能的動畫和各種數(shù)據(jù)曲線，還

51、可以進行曲線編輯和數(shù)字信號處理，使用戶可以方便快捷地觀察和研究ADAMS的仿真結(jié)果。</p><p>　　3.3 基于ADAMS的虛擬樣機開發(fā)流程</p><p>　　采用ADAMS軟件進行虛擬樣機開發(fā)的流程如圖1所示[7]。</p><p><b>　　圖1</b></p><p><b>　　3.4 本章小

52、結(jié)</b></p><p>　　本章簡要介紹了虛擬樣機技術(shù)的產(chǎn)生及其內(nèi)涵及各學(xué)科領(lǐng)域的仿真軟件，并主要介紹了機械系統(tǒng)動力學(xué)仿真軟件ADAMS，詳細列舉了基于ADAMS軟件的虛擬樣機開發(fā)流程。</p><p>　　第四章 奇瑞A21轎車前風窗雨刮器改進設(shè)計</p><p><b>　　4.1 引言</b></p>&l

53、t;p>　　汽車風窗玻璃上時常會附著雨雪和塵土，如果不及時擦拭干凈的話，將會影響駕駛員的視線，對行車安全帶來很大不利。為了確保擋風玻璃清潔明亮，汽車上都裝有風窗雨刮器。本次畢業(yè)設(shè)計是對原有雨刮系統(tǒng)的改進，通過運用虛擬樣機技術(shù)對原有雨刮系統(tǒng)的設(shè)計方法作一次改進。</p><p>　　4.2 汽車風窗雨刮器概述</p><p>　　汽車風窗雨刮器主要由三部分組成：驅(qū)動裝置、聯(lián)動機構(gòu)、雨刮

54、裝置。整個系統(tǒng)由電機、傳動機構(gòu)、刮桿、刮片等所構(gòu)成。</p><p><b>　　驅(qū)動裝置</b></p><p>　　風窗雨刮器的驅(qū)動方式有氣動式、液動式和電動式三種形式。其中，電動風窗雨刮器適合各種環(huán)境條件，因此應(yīng)用廣泛。轎車風窗雨刮器多為雙速刮刷的雨刮器，刮刷有低速和高速兩個運動方式。同時，雨刮器帶有自動復(fù)位裝置。當在任意位置切斷雨刮器電動機電路使之停止工作時，

55、刮臂和刮片均能自動停在擋風玻璃的下面，保障駕駛員最佳視線。</p><p><b>　　聯(lián)動機構(gòu)</b></p><p>　　根據(jù)雨刮器聯(lián)動機構(gòu)的不同，刮片在風窗</p><p>　　玻璃上的刮刷方式可分為同向刮刷式(圖1中c、d)和反向刮刷式(圖1中a、b)，同向刮刷式是刮片刮臂工作時同時向同一方向擺動，反向刮刷式是刮片刮臂工作時同時做反方向

56、的擺動。從視野、風向阻力和結(jié)構(gòu)等方面來說，同向刮刷式較好，因而采用較多。</p><p>　　雨刮器聯(lián)動機構(gòu)有鋼索式(圖1中d)和連桿式(圖1中a、b、c)兩種型式。連桿機構(gòu)具有效率高、結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、成本低等優(yōu)點。聯(lián)動機構(gòu)各連桿之間的連接多采用球形接頭。</p><p><b>　　雨刮裝置</b></p><p>　　刮臂和刮片為雨刮器

57、外露部分，刮臂帶動刮片除去風窗玻璃上的雨雪灰塵。</p><p>　　刮片可分為平面刮片(圖2)和曲面刮片。轎車擋風玻璃基本上都為曲面，所以普遍采用曲面刮片。</p><p>　　刮臂的結(jié)構(gòu)如圖3所示，雨刮臂頂端與雨刮軸固定，止動桿通過銷軸與頂端鉸接，擺桿彈簧將擺桿拉緊，由此產(chǎn)生雨刮壓力。雨刮臂頂端與雨刮軸的連接方式有兩種，一種是用細齒花鍵連接，此種方法裝配簡便，但不能微調(diào)；另一種是用錐形

58、頭連接，使用較廣泛[3]。</p><p>　　4.3 相關(guān)車身部件概述</p><p>　　整個雨刮系統(tǒng)是安裝在水槽總成(如圖4所示)中，水槽總成位于前圍板(圖中未顯示)的上方，是一個呈凹槽形的半封閉空間，其主要功能是收集前擋風玻璃下瀉的雨水，通過兩側(cè)的排水孔排出車外；作為轎車空調(diào)系統(tǒng)的進風口；用于放置各種電氣線束；凹槽形結(jié)構(gòu)增強車身橫向剛度，有助于避免或減少車輛在遭到側(cè)面撞擊時的碰撞損

59、傷，提高轎車的安全性。</p><p>　　整個水槽總成由五部分組成：前風擋下橫梁、內(nèi)加強板本體、水槽本體、發(fā)蓋鉸鏈安裝板本體及各種支架。各部分通過焊接固定在一起。水槽總成上方裝有帶有方形格柵的塑料裝飾板(圖中未顯示)。</p><p>　　下面簡要介紹一下各部分的功能：</p><p>　　1. 前風擋下橫梁 主要作為前風擋玻璃的下安裝面。</p>

60、;<p>　　2. 內(nèi)加強板本體 對前風擋下橫梁和前風擋玻璃起支撐作用。同時，其上焊有儀表板、制動踏板、離合器踏板等部件的安裝和支撐支架；如圖4所示在其右側(cè)有空調(diào)系統(tǒng)的進風口，為避免水流進入空調(diào)系統(tǒng)，進風口位置要高出內(nèi)加強板本體底部15～20mm。整個內(nèi)加強板底部一般被設(shè)計成中間高兩邊低的結(jié)構(gòu)，這樣有利于排水。</p><p>　　3. 水槽本體 與內(nèi)加強板焊接在一起，組成凹形水槽。同時

61、，其又與前圍板以及前地板焊接在一起形成一道隔板,將發(fā)動機艙與駕駛室隔開，防止氣味進入駕駛室，起隔音、隔熱、隔振動的作用。</p><p>　　4. 發(fā)蓋鉸鏈安裝板本體 作為發(fā)動機蓋鉸鏈的安裝板。</p><p>　　5. 各種支架 內(nèi)加強板本體中間的一些支架用于加強其強度；內(nèi)加強板本體與水槽本體之間還有一些支撐支架用于提高兩者的連接強度。還包括其它焊接固定在內(nèi)加強板本體、前風擋

62、下橫梁上的安裝支架。</p><p>　　在整個水槽總成的設(shè)計中應(yīng)注意以下幾點：</p><p>　　a. 水槽本體與內(nèi)加強板本體之間的配合關(guān)系，應(yīng)保證對發(fā)動機艙的密封；</p><p>　　b．注意雨刮器的安裝位置，減少噪音傳入車內(nèi)；</p><p>　　c．結(jié)構(gòu)強度設(shè)計應(yīng)采取對撞車有安全保護作用的強化措施；</p><

63、p>　　d．合理設(shè)計流水槽，使得流入或吸入的雨水能沿流水槽排出；</p><p>　　e. 設(shè)計內(nèi)加強板本體時，應(yīng)考慮左置方向盤與右置方向盤的通用性；</p><p>　　f．各部件之間的焊點應(yīng)合理布置，便于焊接；</p><p>　　g．各沖壓件應(yīng)注意保持一定的沖壓方向。</p><p>　　4.4 雨刮器原有設(shè)計的分析</p&

64、gt;<p>　　奇瑞A21轎車前風窗雨刮器原有設(shè)計(如圖5所示)，雨刮電機處于整個機構(gòu)的右側(cè)，其所處的位置正好位于空調(diào)進風口附近，這對轎車的通風是不利的。雨刮電機通過中間一根很長的連桿來傳遞運動，整個結(jié)構(gòu)顯得很不緊湊，占用空間也較多，同時這也帶來了拆裝上的不便。從圖中可以發(fā)現(xiàn)，整個雨刮系統(tǒng)是通過很多安裝點與車身相連，這不僅增加了車身焊裝的工作量，對整個車身的降噪也是不利的。</p><p><

65、;b>　　圖 6</b></p><p>　　故根據(jù)現(xiàn)有的空間，可將雨刮電機改為中置式的，這樣能使整個機構(gòu)更為緊湊。</p><p>　　4.5 雨刮器及相關(guān)車身部件的改進設(shè)計</p><p>　　4.5.1 雨刮器的改型設(shè)計及位置布置</p><p>　　整個設(shè)計流程圖如圖6所示。</p><p>

66、<b>　　圖 7</b></p><p><b>　　視野校核</b></p><p>　　雨刮器設(shè)計的第一步是確定雨刮器轉(zhuǎn)軸的位置，雨刮轉(zhuǎn)軸位置的布置決定了雨刮器刮刷面積的大小。雨刮器的刮刷面積直接影響行車安全。刮刷面積的確定一般有兩種方法：SAE眼橢圓法和EEC視點法。根據(jù)改型設(shè)計的要求，可選用原有設(shè)計的雨刮轉(zhuǎn)軸位置，但必須校核其刮刷面積是

67、否符合相關(guān)國家標準(即根據(jù)EEC視點法)。</p><p>　　1、根據(jù)GB/T11563-1995(汽車H點確定程序)確定汽車的R點。R點(即乘坐基準點),是指制造廠規(guī)定的設(shè)計H點。H點是指三維H點裝置(圖7)的軀干和大腿的鉸接中心，它位于此裝置的兩側(cè)H點標記鈕(圖7中13所指)間的裝置的中心線上。根據(jù)原有設(shè)計數(shù)據(jù)，奇瑞A21轎車的R點三維直角坐標為(1365,-357.5,305.3)(單位：mm，下同)。&

68、lt;/p><p>　　2、根據(jù)GB11562-1994(汽車駕駛員前方視野要求及測量方法)確定V點。V點是表征駕駛員眼睛位置的點，它與通過駕駛員乘坐位置中心線的縱向平面、R點及設(shè)計座椅靠背角有關(guān)。此點用于檢查汽車視野是否符合要求。通常用V1、V2兩點來表示V點的不同位置(如圖8所示座椅靠背角為25°時V點的確定)。根據(jù)V點確定方法，分別計算出當設(shè)計座椅靠背角為25°時V1點坐標為(68,-5,6

69、65)，V2點坐標為(68,-5,589)。</p><p>　　3、根據(jù)GB11556-1994(汽車風窗玻璃除霜系統(tǒng)的性能要求及試驗方法)確定A、B和A/區(qū)域。A區(qū)域(圖9)是指從V點(即V1和V2點)按一定方向和角度向前延伸的四個平面與風窗玻璃外表面相交的交線所封閉的面積。A/區(qū)域是以汽車縱向中間平面為基準面，與A區(qū)域相對稱的區(qū)域。B區(qū)域(圖10)類同上述確定方法[6]。</p><p&

70、gt;<b>　　圖 10</b></p><p>　　注：(1) 汽車縱向?qū)ΨQ平面的跡線</p><p>　　(2) 經(jīng)過R點的縱向鉛錘平面跡線</p><p>　　(3) 經(jīng)過V1、V2點的縱向鉛錘平面跡線</p><p><b>　　圖 11</b></p><p>　

71、　按照GB11556-1994和GB/T11565-1989(轎車風窗玻璃刮水器刮刷面積)規(guī)定的技術(shù)要求，雨刮器的刮刷面積不得小于A區(qū)域的98%，B區(qū)域的80%。圖11所示是在CATIA軟件中將以上各點及各區(qū)域建模出的情況。應(yīng)用CATIA中測量工具，可以準</p><p><b>　　圖 12</b></p><p>　　確地測出A、B區(qū)域的面積分別為0.117m2、

72、0.602 m2。</p><p>　　4、根據(jù)原有設(shè)計雨刮轉(zhuǎn)軸的位置，確定刮刷區(qū)域的大小。應(yīng)用CATIA軟件線架構(gòu)與曲面模塊構(gòu)建出左右兩個扇形刮刷區(qū)域(如圖12所示)。</p><p><b>　　圖 13</b></p><p>　　通過CATIA軟件內(nèi)的測量工具可以獲得A區(qū)和B區(qū)實際刮到的面積分別為0.117mm2、0.532 mm2，分

73、別占A、B區(qū)域面積的100%和88%，已經(jīng)符合國標要求。</p><p>　　故可以采用原有設(shè)計的雨刮轉(zhuǎn)軸位置。</p><p><b>　　雨刮器刮刷頻率選擇</b></p><p>　　雨刮刮刷頻率過高或者過低，都會影響刮水效果。根據(jù)JB3033-81選擇高速刮刷</p><p>　　頻率為65次/分，低速刮刷頻率為

74、45次/分。</p><p><b>　　雨刮電機選擇</b></p><p>　　轎車風窗刮水器電機基本上都采用雙速直流鐵氧體永磁電機[4]。</p><p>　　根據(jù)已有數(shù)據(jù)，刮臂對風窗玻璃的每米壓力為15N，而刮臂長度為0.5m,</p><p>　　故雨刮對玻璃的壓力F為7.5N[5]。</p>&

75、lt;p>　　電動機負荷按如下公式計算：</p><p>　　式中：n——刮片數(shù)；</p><p>　　μ——刮片膠條與玻璃的摩擦系數(shù)(取1.0～1.2)；</p><p>　　F——雨刮對玻璃的壓力；</p><p><b>　　L——雨刮臂長度。</b></p><p><b>

76、;　　故電動機負荷為</b></p><p><b>　　電動機制動轉(zhuǎn)矩為</b></p><p>　　電動機的公稱力矩的經(jīng)驗公式為：</p><p>　　式中：K1——連桿的傳遞系數(shù)(取0.8～1.0)；</p><p>　　K2——電壓下降時轉(zhuǎn)矩減小比(取0.7)；</p><p>

77、;　　——傳動機構(gòu)內(nèi)摩擦等因素造成的力矩損失(雙刮片時為1，三刮片時為1.5)。</p><p>　　故電動機的公稱力矩為</p><p>　　以計算所得的公稱力矩和制動轉(zhuǎn)矩作為電動機的設(shè)計依據(jù)，選擇合適的電動機。根據(jù)已有雨刮電機的參數(shù)，選擇型號為ZD1530的雨刮電機，其基本參數(shù)為：</p><p>　　空載電流：低速≤2.0A，高速≤2.5A；</p>

78、;<p>　　負載電流：低速≤6.5A，高速≤7.5A；</p><p>　　額定轉(zhuǎn)矩：5.780 N · m</p><p>　　制動轉(zhuǎn)矩：28.42 N · m</p><p>　　四、連桿機構(gòu)設(shè)計及電機位置的布置</p><p>　　整個連桿機構(gòu)(如圖13所示)，是由曲柄、左連桿、右連桿、左搖臂、右搖臂

79、等</p><p><b>　　圖 14</b></p><p>　　桿件組成。曲柄一端與蝸輪蝸桿減速器的輸出軸固連，曲柄另一端有兩個直徑相同的球頭，球頭與連桿的端部的球窩組成球鉸。由于雨刮左右轉(zhuǎn)軸存在一定的角度，采用球鉸運動副可以使機構(gòu)被過約束。設(shè)計連桿機構(gòu)時，已知的參數(shù)有左右轉(zhuǎn)軸的位置，左右搖臂也可以采用原有設(shè)計，左右搖臂的兩個極限狀態(tài)亦可知，曲柄也采用原有設(shè)計，

80、主要需要確定電機的位置，連桿的參數(shù)、形狀及固定桿的參數(shù)、形狀。</p><p>　　1、布置電機的位置。電機的位置由原有設(shè)計的偏置式改為中置式，電機位置的移動必須考慮對現(xiàn)有水槽空間的利用；同時在切入深度較小的情況下，可以考慮向內(nèi)加強板本體后面(或水槽本體前面)切入一定的深度。經(jīng)試移動發(fā)現(xiàn)，水槽本體前面所剩空間不多(如圖14所示),圖中電機前方有一鼓包，鼓包所圍出的空間是為真空助力器所留，因真空助力器占空間較大，移

81、動一下會導(dǎo)致整個發(fā)動機艙內(nèi)的部件重新布置，故電機偏向內(nèi)加強板本體一側(cè)布置。根據(jù)移動電機的情況發(fā)現(xiàn)，電機不可避免地切入內(nèi)加強板本體。考慮沖壓件的設(shè)計要求，在改進內(nèi)加強板本體時，盡可能減少電機的切入深度；同時，設(shè)計鼓包結(jié)構(gòu)時須注意與內(nèi)加強板本體原有的沖模方向保持一致。電機的位置布置還必須考慮連桿的連接。</p><p>　　2、連桿的確定。左右連桿的長度一般近似相等，連桿兩端的連接均采用球鉸。根據(jù)電機的大致位置及單側(cè)

82、搖臂的一個極限位置先大致確定一根連桿的狀態(tài)。在使用CATIA軟件設(shè)計時，可以采用自上而下關(guān)聯(lián)設(shè)計的方式(在設(shè)計一個部件的時候，其某些特征是引用所在裝配體內(nèi)的其他部件的某個特征為參照，兩者發(fā)生幾何關(guān)聯(lián)，當被引用部件的相關(guān)特征發(fā)生改變時，引用部件的關(guān)聯(lián)特征也發(fā)生改變)。連桿的球窩與搖臂上固結(jié)的球頭發(fā)生關(guān)聯(lián)，而連桿的桿體部分又根據(jù)球頭而設(shè)計。當連桿任意一端的球頭位置發(fā)生改變時，連桿的長度也發(fā)生相應(yīng)變化。兩根連桿與曲柄接觸的地方為關(guān)聯(lián)點，當拖動

83、電機或曲柄的位置時，兩根連桿可始終保持與曲柄的球鉸結(jié)構(gòu)，而相應(yīng)的桿長發(fā)生變化。在設(shè)計連桿的同時，可隨時進行運動分析以確認連桿結(jié)構(gòu)滿足刮刷要求(本文將下一節(jié)論述運動分析的具體做法)，同時還需注意連桿結(jié)構(gòu)不與車身部件發(fā)生干涉。下面對連桿機構(gòu)所得數(shù)據(jù)進行校核，整個連桿機構(gòu)可以作為兩個曲柄連桿機構(gòu)分別校核。主要需要校核的參數(shù)有：</p><p>　　(1)、各桿長度是否符合曲柄最短，且曲柄與最長桿長度之和小于另二桿長度之

84、和</p><p><b>　　的原則；</b></p><p>　　(2)、保證機構(gòu)無急回現(xiàn)象，即搖臂行程速度變化系數(shù)K≤1.05；</p><p>　　(3)、最小傳動角＞35°。</p><p>　　對右曲柄連桿機構(gòu)，根據(jù)CATIA軟件的測量，各設(shè)計參數(shù)分別是曲柄工作長度L1=40mm，右連桿工作長度L2

85、=256mm，右搖臂工作長度L3=53mm，減速器輸出軸中心到雨刮右轉(zhuǎn)軸的距離在右曲柄連桿機構(gòu)工作平面投影長度L4=255mm。由此可知，曲柄為最短桿，曲柄與最長桿長度之和(296mm)小于另二桿長度之和(308mm)。</p><p><b>　　極位角</b></p><p>　　則搖臂行程速度變化系數(shù)</p><p>　　故右曲柄連桿機構(gòu)

86、無急回現(xiàn)象。</p><p><b>　　最小傳動角</b></p><p><b>　　滿足要求。</b></p><p>　　對左曲柄連桿機構(gòu)，根據(jù)CATIA軟件的測量，各設(shè)計參數(shù)分別是左連桿工作長度</p><p>　　L5=274mm，左搖臂工作長度L6=61mm，減速器輸出軸中心到雨刮左轉(zhuǎn)

87、軸的距離在左曲柄連桿機構(gòu)工作平面投影長度L7=281mm。由此可知，曲柄為最短桿，曲柄與最長桿長度之和(321mm)小于另二桿長度之和(335mm)。</p><p><b>　　極位角</b></p><p>　　則搖臂行程速度變化系數(shù)</p><p>　　故左曲柄連桿機構(gòu)無急回現(xiàn)象。</p><p><b>

88、;　　最小傳動角 </b></p><p><b>　　滿足要求。</b></p><p>　　此處左右兩根連桿桿長并不完全相等，如圖16所示電機最終所處的位置接近整個水槽總成的最窄處，電機現(xiàn)在偏離兩雨刮轉(zhuǎn)軸正中間大約10mm，但這樣布置的好處是：電機所在位置盡量減少了其切入內(nèi)加強板本體的深度，鼓包結(jié)構(gòu)也注意避讓了制動踏板的安裝點；電機沒有切入水槽本

89、體，僅影響內(nèi)加強板本體，盡量縮小影響面。根據(jù)以上各項校核，按此設(shè)計的連桿機構(gòu)符合使用要求。</p><p><b>　　圖 16</b></p><p>　　3、固定桿的確定。固定桿兩端各有一個與雨刮轉(zhuǎn)軸相配合的長圓柱孔，這樣根據(jù)雨刮轉(zhuǎn)軸就可以首先確定固定桿兩端的結(jié)構(gòu)。固定桿一般是由管料根據(jù)雨刮系統(tǒng)的布置彎制成的。在CATIA軟件里，通過線架構(gòu)與曲面設(shè)計模塊可以先確定

90、固定桿的脊線，再用掃掠(一定形狀的截面按照一定的軌跡運動獲得的特征)的方法獲得桿的形狀。如圖16所示，固定桿中間折了兩下，主要是為了避讓水槽本體的鼓包結(jié)構(gòu)。在設(shè)計過程中，通過采用CATIA軟件，可以將固定桿設(shè)計成只在一個平面內(nèi)發(fā)生彎折，這樣既簡化了結(jié)構(gòu)又減少了生產(chǎn)中的工作量。固定桿左右各有一個安裝點，固定板上左右各有一個耳板結(jié)構(gòu)與之配合。為簡化設(shè)計直接采用原有安裝點，耳板結(jié)構(gòu)也根據(jù)安裝點設(shè)計。</p><p>　

91、　至此，雨刮器的連桿機構(gòu)設(shè)計基本完成。</p><p>　　4.5.2 相關(guān)車身部件的設(shè)計</p><p>　　此次雨刮器改進設(shè)計主要涉及下面幾個車身零件的設(shè)計：前風擋下橫梁、內(nèi)加強</p><p>　　板本體、水槽本體的改進設(shè)計，電機安裝板的重新設(shè)計。</p><p><b>　　車身部件的特點</b></p&g

92、t;<p>　　轎車車身一般由大約400件沖壓件焊接而成，其中大型沖壓件有20余種，包括</p><p>　　前圍后圍骨架等結(jié)構(gòu)件以及發(fā)動機罩、翼子板、頂蓋等大型覆蓋件。轎車車身的沖壓件，特別是車身的大型覆蓋件，基本上都是空間曲面，而且形狀復(fù)雜，結(jié)構(gòu)尺寸大，故在用CATIA設(shè)計車身時，所有車身部件均處于同一直角坐標系下，所有部件建模均在空間中進行，這與一般機械產(chǎn)品建模有很大區(qū)別，建模難度較大。在設(shè)計

93、車身沖壓件時，必須確定一個沖模方向，所有結(jié)構(gòu)設(shè)計都必須考慮是否符合沖模方向。</p><p>　　前風擋下橫梁、內(nèi)加強板本體、水槽本體的改進設(shè)計</p><p>　　下圖所示為前風擋下橫梁、內(nèi)加強板本體、水槽本體的原有設(shè)計。</p><p><b>　　圖 17</b></p><p>　　根據(jù)電機的布置和連桿機構(gòu)的設(shè)計

94、，對上述各件作了改進。主要有以下幾點：</p><p>　　(1)、考慮左搖臂的旋轉(zhuǎn)空間，去掉圖17中6處前風擋下橫梁的耳板，又基于對稱性原則，將與6處關(guān)于汽車縱向中間平面對稱的另一處耳板(1處)也去掉；</p><p>　　(2)、考慮右搖臂的旋轉(zhuǎn)空間，去掉圖17中3處前風擋下橫梁的耳板；</p><p>　　(3)、考慮曲柄的旋轉(zhuǎn)空間，去掉圖17中4處前風擋下橫

95、梁的耳板，又基于對稱性原則，將與4處關(guān)于汽車縱向中間平面對稱的另一處耳板(2處)也去掉；</p><p>　　(4)、由于雨刮電機中置，原先電機控制線路從圖17中8處的孔進，現(xiàn)改為從圖17中7處的孔進。故水槽本體在沖壓時，8處不再沖孔，改在7處沖孔；</p><p>　　(5)、圖17中5處由于電機切入內(nèi)加強板本體，需設(shè)計一鼓包結(jié)構(gòu)。</p><p>　　如圖18所

96、示為改進后的設(shè)計，以上改進設(shè)計主要應(yīng)用CATIA軟件的自由風格曲面造型、優(yōu)化及截面線設(shè)計模塊及創(chuàng)成式曲面外形設(shè)計與優(yōu)化模塊。</p><p><b>　　圖 18</b></p><p>　　3、電機安裝板的重新設(shè)計</p><p>　　電機安裝板是本次設(shè)計中比較難建模的一個件，總計195個特征。下面就建模時比較關(guān)鍵的幾點作一說明。</p

97、><p>　　(1)、確定沖模方向。如圖19所示，由于電機依靠三個安裝點固定在電機安裝板上，且電機輸出軸垂直于安裝平面，故選擇電機輸出軸軸線方向為沖模方向；</p><p>　　(2)、電機安裝板一般都固定在連桿機構(gòu)的固定桿上。固定方法有兩種：徑向凸點焊和邊緣燒焊。對于這種跨越固定桿的沖壓件，一般采用凸點焊，故設(shè)計時應(yīng)盡可能增大接觸面積，同時接觸部分的形狀應(yīng)盡可能與桿的外表面保持一致，這樣便于

98、施焊。</p><p>　　(3)、電機安裝板應(yīng)當有一定的截面形狀變化，以提高其抗彎和抗扭剛度；</p><p>　　(4)、為減少雨刮電機的噪聲傳入車內(nèi)，在電機固定板與車身件連接的地方都應(yīng)使用橡膠墊；</p><p>　　(5)、電機安裝板設(shè)計中應(yīng)保證工件彎曲半徑大于板材料的最小彎曲半徑，若工件彎曲半徑小于板材料的最小彎曲半徑，則應(yīng)進行兩次彎曲；</p>

99、;<p>　　(6)、適當?shù)卦陔姍C安裝板彎曲的地方布置加強筋以增加彎曲變形區(qū)的剛度和塑性變形程度；</p><p>　　(7)、電機安裝板不應(yīng)與其它件存在干涉。</p><p><b>　　圖 19</b></p><p>　　4.6 雨刮器的干涉分析</p><p>　　干涉分析主要是檢驗組成裝配體的零部

100、件幾何體之間是否發(fā)生重疊現(xiàn)象。雨刮器的干涉分析主要包括兩部分，一是在CATIA軟件中的靜態(tài)干涉分析，主要是雨刮機構(gòu)本身的干涉分析；二是在ADAMS軟件中的動態(tài)干涉分析，主要是雨刮系統(tǒng)與車身其它件的干涉分析。</p><p>　　CATIA軟件裝配體設(shè)計模塊中的靜態(tài)干涉檢查功能可以完成重合情況分析、干涉情況分析、間隙分析及自定義干涉分析等四種類型的干涉分析，并可以針對兩個部件之間、單件與多個部件之間、所有部件之間等

101、三種不同接觸情況。此處主要是針對雨刮機構(gòu)處于靜止狀態(tài)時，各部件間的干涉情況做出分析。由圖20可以看到在CATIA軟件中對雨刮系統(tǒng)所有部件的重合和干涉分析情況。通過建模過程中隨時進行的靜態(tài)干涉分析，可以使模型更接近實際情況。以上靜態(tài)干涉分析最終必須檢查出沒有干涉，才能保證下面的動態(tài)干涉分析的有效性。</p><p>　　下面重點論述一下在ADAMS軟件對雨刮系統(tǒng)與車身部件間的動態(tài)干涉分析。主要由以下幾個步驟：建立運

102、動學(xué)模型；模型數(shù)據(jù)傳遞；施加約束副和驅(qū)動；運動仿真及動態(tài)干涉分析。</p><p>　　建立雨刮系統(tǒng)與前風擋下橫梁的運動學(xué)模型</p><p>　　在CATIA中完成雨刮系統(tǒng)與前風擋下橫梁建模(如圖21)，并檢查所有部件沒有靜態(tài)干涉。</p><p><b>　　圖 21</b></p><p><b>　　二

103、、模型數(shù)據(jù)傳遞</b></p><p>　　通過CATIA與ADAMS的接口軟件MSC.SimDesigner for CATIA V5中的Gateway模塊，可以將CATIA的模型導(dǎo)入ADAMS中。</p><p>　　三、施加約束副和驅(qū)動</p><p>　　模型導(dǎo)入ADAMS后，先設(shè)置大地坐標系Z軸的負向(-Global Z)為重力方向(與CATI

104、A中的重力方向一致)，重力大小為9806.65mm/s2。然后給各部件加上相應(yīng)的約束副(表1)。</p><p><b>　　表 1</b></p><p>　　考慮零件相同，上表并未區(qū)分連桿、刮臂、轉(zhuǎn)軸、搖臂等的左右件。根據(jù)ADAMS</p><p>　　的假設(shè)，所有在仿真過程中相對靜止的部件均設(shè)置為與大地固定連結(jié)。刮片設(shè)置為與刮臂固定連結(jié)，

105、刮臂和搖臂均設(shè)置為與轉(zhuǎn)軸固定連結(jié)，以保證符合原有的刮刷區(qū)域。這次動態(tài)干涉分析主要是對雨刮系統(tǒng)與前風擋下橫梁的動態(tài)干涉情況進行分析，若沒有干涉則檢查間隙情況。前風擋下橫梁主要作為分析參考部件，故也被設(shè)置為與大地固定連結(jié)。</p><p>　　約束副施加完以后，對曲柄與電機之間的圓柱副添加驅(qū)動，設(shè)置其轉(zhuǎn)速為每秒轉(zhuǎn)動360度，相當于雨刮器處于高頻工作狀態(tài)(刮刷頻率為60次/分)。</p><p&g

106、t;<b>　　圖 22</b></p><p>　　四、模型的運動仿真及動態(tài)干涉分析</p><p>　　完成雨刮系統(tǒng)的運動學(xué)模型建立后，執(zhí)行仿真。設(shè)置仿真中止時間(End Time)為</p><p>　　2秒，仿真工作步(Step)為240步。圖22、23分別為起始位置和Time=0.5s時雨刮器的狀態(tài)。</p><p

107、><b>　　圖 22</b></p><p>　　下面進入ADAMS軟件的分析后處理模塊(ADAMS/PostProcessor),利用其中的間隙計算功能對需要進行干涉分析的零件進行定義。由運動仿真的情況看，主要有以下幾處地方需要進行干涉分析：左搖臂與前風擋下橫梁；曲柄連桿鉸接點與前風擋下橫梁；右搖臂與前風擋下橫梁。</p><p>　　ADAMS/PostP

108、rocessor的間隙計算功能有兩種計算法：多邊形計算法(圖25)和頂點計算法(圖26)。一般從其它軟件導(dǎo)入ADAMS的幾何體，其原有表面都被用有限數(shù)量個三角形平面所代替。多邊形計算法是計算兩個屬于不同幾何體的三角形平面之間的最小距離來獲得間隙值，這種計算法比較精確但耗時較多。頂點計算法是計算兩個屬于不同幾何體的三角形平面的頂點來獲得間隙值，這種計算法不如多邊形計算法精確但計算時間較短。本次分析采用多邊形計算法，以獲得一個較為精確的結(jié)果

109、[11]。</p><p>　　圖 23 圖 24</p><p>　　表2所示為動態(tài)分析的名稱及相應(yīng)零件。</p><p><b>　　表 2</b></p><p>　　圖26所示為雨刮系統(tǒng)與前風擋下橫梁動態(tài)干涉分析示意圖。圖中三根黃線分別代表Clearance 1、Clearance 2、C

110、learance 3。</p><p><b>　　圖 25</b></p><p>　　分析結(jié)果曲線如圖27、28、29所示。圖27為右搖臂與前風擋下橫梁的分析結(jié)果，圖28為左搖臂與前風擋下橫梁的分析結(jié)果，圖29為曲柄與前風擋下橫梁的分析結(jié)果。</p><p><b>　　圖 26</b></p><