【文章內容簡介】 領域中 “平臺式大梁校正儀 ”等產(chǎn)品的設計、技術開發(fā)方面提供更多的理論參考，進一步提高汽車平臺式大梁校正儀的性能和可靠度，使之更符合市場需求。 ANSYS 軟件是美國 ANSYS 公司研制的大型通用有限元分析軟件，能夠進行包括結構、熱聲、流體以及電磁場等學科的研究，在核工業(yè)，鐵道、石油化工、航空航天、機械制造、能源、汽車交通、國防軍工、電子、土木工程、造船、生物醫(yī)學、輕工、地礦、水利、日用家電等領域有著廣泛的應用。而 CATIA 是法國達索公司的產(chǎn)品開發(fā)旗艦解決方案。作為 PLM 協(xié)同解決方案的一個重要組成部分，它可以幫助制造廠商設計他們未來的產(chǎn)品，并支持從項目前階段、具體的設計、分析、模擬、組裝到維護在內的全部工業(yè)設計流程。 本課題運用虛擬樣機技術對平臺式大梁校正儀進行虛擬設計，應用 CAD/CAE 領域比較領先的設計軟件 AutoCAD 進行二維草圖繪制，使用了當前先進的三維設計軟件CATIA 建立三維虛擬模型及整機裝配，將模型通過接口倒入 ANSYS，利用 ANSYS 對關鍵性零部件進行靜力學分析，驗證其可靠性，如果不合格可在 CATIA 中修改尺寸，在利用 ANSYS 進行靜力學分析，反復校核修改，直至合格。之后進行運動干涉仿真。利用三維建模和有限元分析軟件為設計平臺，在產(chǎn)品制造之前運用 CATIA、 ANSYS 軟 3 件進行仿真研究，可以及早發(fā)現(xiàn)并更正設計當中的缺陷，通過改變尺寸參數(shù)，完善設計方案，縮短開發(fā)周期，提高設計質量和效率，為此設備的實際生產(chǎn)提供理論支持。 課題研究現(xiàn)狀 目前大梁校正儀有兩種：框架式與平臺式，也稱歐式和美式，兩類中各分國產(chǎn)進口兩類。歐式平臺的主要特點是功能性強，可以通過拉塔的平面 180 度的彎曲和行架上的移動來實現(xiàn)各個部位的拉伸， 無死角。平臺式大梁校正儀在汽車維修養(yǎng)護中大梁校正儀發(fā)揮著至關重要的作用，隨著現(xiàn)代汽車行業(yè)的迅猛發(fā)展，其需求量將大幅提高。據(jù)業(yè)內人士分析，目前國內每年汽車大梁校正儀需求量在 1000 臺左右，而且目前仍以 5%10%以上的速度增長。大梁校正儀可以分為：簡單 L 型、地框型、框架型和平臺型；市場上占有比較好的是美式平臺，即通過平臺舉升功能來實現(xiàn)下盤維修拆卸，通過動力泵控制的 360176。環(huán)形工作拉塔來實現(xiàn)拉伸功能的矯正設備。中國市場占有率極高，而且環(huán)形大氣的外觀在客戶外形審美上有很大的優(yōu)勢，所以大多數(shù)國內 4S 店都采用該種設備 。 但就功能性而言，相比較歐式設備，劣勢很明顯：操作空間有限，操作復雜，費時費勁，且由于環(huán)形處的死角問題導致了修理的死角，但基本能滿足維修需要，而且由于設備價格有優(yōu)勢， 412 萬左右，但是隨著維修要求的不斷提高，環(huán)形設備的技術升級和歐式設備的走俏，貌似不可避免。但就目前市場上暢銷的幾種最強力品牌：奔騰，三重，卓越，杜卡，奔騰借助其強勢的營銷手段，市場占有極高，但就產(chǎn)品功能性而言，各產(chǎn)品差異不大，就穩(wěn)定性而言，奔騰和三重比較領先，但三重公司長期致力于行走質量路線，營銷劣勢使其在市場占有上于奔騰有了一定差距，但 價格較適宜，其他產(chǎn)品價格雖低，但質量很難保證。 未來 12 年大梁校正儀市場價格總體走勢將平穩(wěn)，專家的主要判斷依據(jù)是，未來我國汽車車身大梁校正設備整體質量水平和技術含量將不斷提升，行業(yè)標準和技術門檻也不斷提高，但國產(chǎn)化比例也將大幅提高，需求量也不斷上升，總體而言未來市場價格水平將呈平穩(wěn)走勢。不過由于近年來，汽保生產(chǎn)商與日俱增，一些新勢力大打價格戰(zhàn)必然導致在制造上的偷工減料，導致質量缺陷，為防止這種現(xiàn)象的發(fā)生，有實力的汽修設備企業(yè)應大力注重新產(chǎn)品的研究和開發(fā)，不斷提高產(chǎn)品的性能和附加值，并且在生產(chǎn)管理上多下功夫 ，大大降低生產(chǎn)成本，在使產(chǎn)品能夠不斷滿足市場日益增長的需求的同時，適當降低銷售價格，提高產(chǎn)品和企業(yè)的市場競爭能力，提高市場占有率。 我國大梁校正儀產(chǎn)品技術未來發(fā)展方向：大梁校正儀可以提供快速高效的維修，可以使車輛恢復到車輛出廠的原始數(shù)據(jù)。車身矯正是指通過一定的外力將因事故損壞或疲勞損壞的部位修復到車輛出廠時技術標準 “狀態(tài) ”的過程。對于 “狀態(tài) ”一詞，它包含兩層含義。 “狀 ”是指比較直觀的外觀和形狀，而 “態(tài) ”則是一種比較抽象的更深層次的概念， 4 如金屬內部分子結構是否能按照原來的位置重新順序排列、內部的應力是否完全釋 放等，它將直接關系到車輛修復后的功能和壽命。結構件是指在車身上起到主要支撐及承載作用的構件，是車身零部件的安裝基礎，常見于縱梁、橫梁、門柱及下邊梁等部位。這類構件通常具有非常高的強度，加之結構多為封閉式的箱形截面，所以在修理時應采取一定的手段和措施，利用合理的工藝進行修復。盡量采用就位修復工藝整體式車身校正時，應盡可能采取就位修理的方法。這樣在牽拉時，可有效地將周圍一些變形部位順便 “帶 ”出，同時也會由于少拆裝構件而節(jié)省大量的時間。通常情況下，很多鈑金維修技師會將骨架拆下后矯正，這樣其實是不科學的。前杠骨架在 受到撞擊后，撞擊力的傳遞將會造成縱梁前部發(fā)生變形。骨架拆下后沒有合適固定很難采取一個緩和的矯正力進行修復，另外修復完骨架后還需要對前縱梁進行修復。所以比較好的方法是進行就位修理。 但目前國內還有 60%的汽修廠沒有專業(yè)的事故汽車修理設備，這將嚴重制約我國汽修業(yè)的發(fā)展。因此每個汽修企業(yè)應該追蹤和關注大梁校正儀技術發(fā)展趨勢。 研究內容及研究方法 研究內容 (1)分析平臺式汽車大梁校正儀的結構形式及工作原理，根據(jù)以下主要技術指標、要求或生產(chǎn)綱領：要求平起升降 300mm1200mm多種高度，通用車體固定 夾鉗，可任意調整工作高度和角度。工作臺長度 5600mm，工作臺高度 3001200mm，工作臺寬度2100mm， 拉塔工作范圍 360度 ，液壓系統(tǒng)最大工作壓力 16Mpa，氣源壓力要求 ， 拉塔牽引最大拉力 30KN，完成方案設計及質量校核計算。利用 AutoCAD完成校正儀的二維總體結構設計，然后 CATIA建立三維模型，在將關鍵零部件模型通過專用模型數(shù)據(jù)轉換接口導入 ANSYS軟件進行有限元分析，獲得校正儀在載荷工況作用下的應力、應變及變形狀，然后用 CATIA整機虛擬裝配。 (2)擬解決的主要問題 1）平臺式汽車大梁校正儀總體方案設計； 2）利用 AutoCAD完成大梁校正儀二維結構設計； 3）利用 CATIA完成大梁校正儀的三維建模； 4）利用 ANSYS軟件對關鍵零部件進行有限元分析； 5）利用 CATIA完成整機虛擬裝配。 研究方法 研究技術路線如圖 所示。 5 6 圖 技術路線圖 第 2章 大梁校正儀二維 結構設計 及校核 平臺式汽車大梁校正儀工作原理 平臺式汽車大梁校正儀是基于承載平臺的基礎上 附加液壓舉升機構、定位夾具和拉塔等裝配成的。修理前先將平臺的前支架懸起來，用液壓舉升機構將平臺的一端高度緩慢降低，是平臺車有頂頂角度的斜坡，這樣汽車可被牽引機構通過斜坡拉到平臺上，然后舉升機構在將平臺恢復水平狀態(tài)，之后再通過可調位置的夾具夾緊不同的汽車裙邊后定位汽車。在進行拉塔牽引校正之前必須事先檢查汽車定位情況，夾具必須加緊牢固，保證汽車在受力拉伸校正時整個事故車體和未被拉伸的部分不會發(fā)生移動或變形。然后驅動液壓系統(tǒng)通過推動可上升的塔柱進行拉伸校正，此時因為大梁受損的部位不同，所以需要調整拉塔在平臺上的位 置。拉塔是通過拉塔固定叉和拉塔內側夾緊塊固定在平臺上的，拉塔通過四個滾輪掛在平臺外邊緣的半圓導軌上，因此可以實現(xiàn) 360176。范圍工作。拉塔定位后把拉鏈一端的鉤子鉤在受損部位，通過驅動液壓系統(tǒng)推動可上升的塔柱升高進而拉動鏈子進行拉伸校正汽車大梁。 目前本市多家汽車維修廠使用的車身校正設備主要包括平臺式和框架式，他們都擁有幾方面的相同的功能， (1)能進行精確、徹底的車身車架結構校正 (2)具有安全、高效的結構固定器和夾具 (3)能在需要的方向上施加得以控制的拉拔力 (4)能進行多點和全方 位的拉拔校正 但對設計中采用的平臺是矯正儀具有以下具體的特點。 (1)工作臺面的平整精加工，平面度高，臺面寬廣； (2)液壓牽引加力塔，可沿著工作臺軌道 360 度做作業(yè)，移動靈活，固定牢靠，并且可以 7 從臺架上拆卸下來； (3)加利塔長度采取不可調整的形式，增加了加力塔體本身的強度，拉力強勁，可以配合拉了直接修理車身塌陷部位。 (4)可調式通用鉗，他不僅可以沿著臺架縱向移動，本身還可以橫向移動，同時為了配合不同車型的高度，夾鉗自身也可以調整，其夾緊力大，可以牢固地對車體進行定位夾緊； (5)配備可移動式上車設備 ，與臺架分體，車輛上倒臺架上后可以移走，不干涉加力塔的工作，輕便靈活，節(jié)省空間； (6)設備總質量不大，可以隨維修企業(yè)的調整需要進行移動。 鑒于平臺式汽車大梁校正儀有如此諸多優(yōu)點，故在本設計中決定采取平臺形式。 一臺設備是否具有生命力，能否在激烈的市場競爭中立足，主要看其是否有市場。而目前車身結構的發(fā)展對設備的影響是很大的，因此，有必要簡單說說車身的結構。碰撞的形式及特點對車身校正設備有很大的影響，在設計之前應該對碰撞形勢及特點有一定的了解。 車身結構目前主要是傳統(tǒng)式和整體式， 又可稱為非承載式和承載式。傳統(tǒng)結構的汽車車架是一個獨立部分，通過螺栓與車身連接在一起。而整體式車身結構中，車架結構部件經(jīng)常是焊接在車身上，而目前轎車越來越多地采用整體式車身結構，因此，在設計校正設備時要考慮到對某一位置的拉拔校正是否會改變其他位置的參數(shù)，防止一邊校正好卻發(fā)現(xiàn)另一邊發(fā)生變形，造成反復校正，對人力及物力造成不必要的浪費的。 車架的損壞可分為五種不同的形式嗎：歪斜、下垂、彎皺、呈菱形和扭曲。 (1)歪斜：碰撞時車架一 的前部中部和后部邊梁會向左或和向右彎曲，發(fā)生的歪斜損壞。 (2)邊梁下垂：當左右 邊梁受到?jīng)_擊時，產(chǎn)生了彎曲變形，導致邊梁下垂。發(fā)動機和車身的重量也迫使邊梁下垂。當出現(xiàn)下垂現(xiàn)象時車架邊梁上的折痕一般處于邊梁上部。當車架受到一個很大的沖擊時，邊梁會在其他區(qū)或控制點發(fā)生彎曲變形。 (3)彎皺損壞：一般發(fā)生在前橫梁之后或和后軸上部的車架區(qū)域。在發(fā)生彎皺損壞時，海邊梁下部產(chǎn)生折痕，而下垂折痕在上部產(chǎn)生。 (4)菱形損壞：當汽車邊梁的角部受到猛烈撞擊時，邊梁后移。結果造成邊梁和橫梁之間的角度發(fā)生變化，引起車架和車身歪斜，使其形成一個近似平行四邊形的形狀，這種破壞常被稱為菱形破壞。 (5)扭曲損壞 ：還一個發(fā)生在承受很大載荷的車架受到撞擊的情況下，這種碰撞使得汽車車發(fā)生翻轉，邊梁扭曲，超出了水平面。 當一輛電車發(fā)生事故時，一般對應其進行車身、車架檢查，確定受到損壞的程度， 8 當汽車前部受到撞擊時 ，不管它是傳統(tǒng)結構的車架還是整體結構的車架，車架受損的是順序大致如下 :首先是歪斜損壞，然后是下垂、變皺、菱形和扭曲損壞，這些是根據(jù)撞擊的程度決定的。 傳統(tǒng)結構車架的車輛在后部發(fā)生碰撞時可能出現(xiàn)以下的情況：彎皺、歪斜、和下垂，也可能出現(xiàn)扭曲的現(xiàn)象，但是彎皺、歪斜和下垂的速損壞被修理之后，扭曲現(xiàn)象也會得到改正，由于車 架的后面部分有較好的彈性，所以它能吸收車架受到的嚴重的沖擊，而不會使車架的中心部分受到菱形損壞。 具有整體式結構的車輛當其時后部受到?jīng)_擊時，破壞發(fā)生的順序和前部受到撞擊時發(fā)生的順序一樣：歪斜、下垂和彎皺。 只有在了解了車架損壞的類型之后，針對不同形式和不同程度的損壞采取合理的校正方法才能對車身進行校正。 平臺主要結構確定 平臺整體結構形式及基本組成 平臺是校正設備的支承裝置，所以它的強度十分重要，必須滿足設備的工作需求。文章設計采用強度較高的軌道式臺架。另外，根據(jù)現(xiàn)在常見的車輛的基本尺寸為 依據(jù)設計臺架，以便更好地適應各種車輛的車身尺寸。本章設計中的臺架尺寸大小可以滿足中、小型轎車的需要。 本次設計的主要針對的對象為中小型轎車，因此，設計尺寸主要依據(jù)以下各類型車輛的常見尺寸，經(jīng)調查各種車型尺寸為及整車重量之后，確定了抬臺架的尺寸、選材、形狀以及加工工藝。 常見汽車車身尺寸見表 所示。 表 常見汽車車身尺寸表 成產(chǎn)廠商 品牌 型號 車長 車寬 軸距 現(xiàn)代汽車 北京現(xiàn)代 YF 4820mm 1835mm 2795mm 本田汽車 本田 奧德賽 4686mm 1905mm 3302mm 豐田汽車 豐田 卡羅拉 4540mm 1760mm 2600mm 東風汽車 東風 東風悅達起亞 K5 4845mm 1835mm 2795mm 一汽轎車 一汽奔騰 B70 4705mm 1782mm 2675mm 上海通用 通用五菱 五菱榮光 4035mm 1620mm 2700mm 上海大眾 Polo Polo GTI 3970mm 1680mm 2470mm 奇瑞汽車 3550mm 1580mm 2400mm 根據(jù)表 所列車型尺寸，參考平臺式大梁校正儀生產(chǎn)廠 家產(chǎn)品的尺寸，最終確定平臺的設計尺寸。 9 外邊緣：長 =5600mm。 寬 =2100mm。 倒圓角半徑為 R=700mm。 內邊緣：長 =4600mm。 寬 =1100mm。 倒圓角半徑為 R=200mm。 平臺上下鋼板厚度 :h=10mm。 因為此次設計所要舉升的重量為