基于ug的自行車的支架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)(編輯修改稿)
2025-01-06 22:18 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 改變了自行車的速度。 自行車由九大部分組成，如圖 1 所示。其中最主要 的部分是車體。車體由車架、前叉、車頭組件、中軸組件、鞍管組件和貼花等組成。 圖 1 自行車組件圖 車 架設(shè)計(jì)是自行車設(shè)計(jì)中最關(guān)鍵和核心的部分，其設(shè)計(jì)主要分為前三角的設(shè)計(jì)、后叉片的設(shè)計(jì)和后三角的設(shè)計(jì)。前三角的設(shè)計(jì)包括五通、立管、頭管、上管和下管的設(shè)計(jì)。后三角的設(shè)計(jì)包括平叉和立叉的設(shè)計(jì)。后叉片主要用來連接后軸、平叉和立叉。后叉片的設(shè)計(jì)應(yīng)在前三角完成以后，后三角設(shè)計(jì)之前完成。車架結(jié)構(gòu)如圖 2 所示。 圖 2 車架結(jié)構(gòu)示意圖 根據(jù)需要，還可增加一些附件，如支架、衣架、保險(xiǎn)叉、擋泥板、氣筒等。另外，裝有變速機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)車、競賽車、山地車等還裝有變速控制器和前后撥鏈器等。 、知識(shí)工程在車架設(shè)計(jì)時(shí)的應(yīng)用 車架 CAD 設(shè)計(jì)共分為選擇查詢、結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)和快速建模造型設(shè)計(jì)三部分。整體思路是先將車架各管的中心線畫出，制作 成各式模版，然后進(jìn)行結(jié)構(gòu)調(diào)整并對(duì)設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化修改，最后再進(jìn)行管件造型設(shè)計(jì)。三部分分別采用了不同的KBE 技術(shù)，取得了良好的應(yīng)用效果，下面將進(jìn)一步介紹各部分采用的不同 KBE技術(shù)，并分析其使用原因。 選擇查詢采用了基于實(shí)例的知識(shí)表示，在工程設(shè)計(jì)領(lǐng)域，它有著廣泛的應(yīng)用。實(shí)例蘊(yùn)涵著豐富的專家知識(shí)，可以為當(dāng)前的設(shè)計(jì)提供有價(jià)值的參考。 自行車車架的設(shè)計(jì)相對(duì)自由，樣式多種多樣，共分為 11 種款式。各款式中部分管件的搭接形式又不相同，因此衍生出各式不同的車架外形。從車架設(shè)計(jì)條件描述中抽取出共同的特 征及特殊特征并建立篩選條件，根據(jù)這些條件能從實(shí)例庫中搜索并選擇出與設(shè)計(jì)要求最接近的實(shí)例，進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)。實(shí)例包括骨架實(shí)例（既中心線模版）和成品實(shí)例兩部分，可根據(jù)不同的用戶需求選用不同的實(shí)例。 結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)包括參數(shù)化驅(qū)動(dòng)、參數(shù)的程序優(yōu)化求解和結(jié)構(gòu)優(yōu)化三部分。 (1)參數(shù)化驅(qū)動(dòng)。近似實(shí)例調(diào)出后，接下來將進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化修改。對(duì)結(jié)構(gòu)相似的實(shí)例，只需修改其參數(shù)具體數(shù)值。參數(shù)分為關(guān)鍵結(jié)構(gòu)參數(shù)和普通結(jié)構(gòu)參數(shù)，關(guān)鍵結(jié)構(gòu)參數(shù)用統(tǒng)一規(guī)劃的表達(dá)式記錄并保存于數(shù)據(jù)庫中，普通參數(shù)則采用自動(dòng)分配的表達(dá)式。參數(shù) 修改通過修改表達(dá)式的值來實(shí)現(xiàn)參數(shù)化驅(qū)動(dòng)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)則能夠讀出實(shí)例中的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)參數(shù)并提供了修改工具。常用的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)參數(shù)主要來源于自行車行業(yè)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、專家設(shè)計(jì)知識(shí)經(jīng)驗(yàn)和生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，并用數(shù)據(jù)庫進(jìn)行管理。數(shù)據(jù)庫中主要記錄了部分車架關(guān)鍵結(jié)構(gòu)參數(shù)的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)及實(shí)例數(shù)據(jù)。 普通結(jié)構(gòu)參數(shù)的修改則提供了專用的修改拾取工具，能夠拾取實(shí)體對(duì)象并讀取相應(yīng)的表達(dá)式，關(guān)鍵結(jié)構(gòu)參數(shù)的修改亦可用其實(shí)現(xiàn)。普通結(jié)構(gòu)參數(shù)通常根據(jù)客戶的實(shí)際訂單需要來確定。 (2)參數(shù)的程序優(yōu)化求解。優(yōu)化計(jì)算時(shí)，由于未知參數(shù)很多，部分設(shè)計(jì)參數(shù)采用逆運(yùn)算的方法，即 將未知量按設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)假定為已知量，然后以微量增量的方式進(jìn)行迭代試算，直至算出符合要求的參數(shù)為止。例如，在計(jì)算五通下垂量及已知毛坯圓管直徑計(jì)算變截面管的相關(guān)參數(shù)時(shí)就采用了這種方法。 圖 4 圓形管變形為水滴管 以變形后截面是水滴型為例，如圖 4 所示，在假設(shè)變形后截面周長和原截面周長保持不變的條件下，其求解方程如下所示： 其中 ， D 為毛坯管直徑， R1 為水滴管大半圓半徑， R2為水滴管小半圓半徑， β 為大半圓半徑與豎直中心線交角。將此方程的解看作是正切曲線和一條直線的交點(diǎn)，循環(huán)給出 β 的一個(gè)初值，直至使等式兩邊滿足一定的條件為止。代入公式： 即可求得水滴管的軸向高度 B。此方法并未直接以水滴管的軸向高度 B 為未知參數(shù)求解，而采用了過渡未知參數(shù) β 進(jìn)行方程求解。第二種方法是采用試算法，即一些參數(shù)必須給出，但是又不能確定，用另外一些已知的參數(shù)試算出這些參數(shù)，但這個(gè)參數(shù)以后可能還是會(huì)修改的，并且要能和其相關(guān)的對(duì)象實(shí)現(xiàn)關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)。 (3)結(jié)構(gòu)優(yōu)化。車架設(shè)計(jì)中，后叉片是一個(gè)關(guān)鍵部件，如圖 5 所示。 由于本身設(shè)計(jì)較為復(fù)雜，為了 使后叉片的設(shè)計(jì)不影響后面工序的設(shè)計(jì)，將后叉片的造型設(shè)計(jì)與選用和定位設(shè)計(jì)分開進(jìn)行，舉例采用了自頂向下設(shè)計(jì)、自動(dòng)裝配和關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)相結(jié)合的方法。首先將設(shè)計(jì)好的后叉片放入指定目錄下，并采用數(shù)據(jù)庫進(jìn)行分類數(shù)據(jù)管理。然后將后叉片與主模版的對(duì)應(yīng)裝配關(guān)系抽取為一個(gè)矢量平面和兩個(gè)矢量軸，這樣在進(jìn)行車架設(shè)計(jì)時(shí)只需按要求選用適合的后叉片即可裝配到位，而位置的調(diào)整也可通過界面調(diào)整參數(shù)達(dá)到設(shè)計(jì)要求。最后的關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)主要采用了 Smart point（智能點(diǎn)）和 UDO（用戶自定義）兩項(xiàng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)。智能點(diǎn)用來連接后叉片和平、立叉的關(guān)鍵接觸點(diǎn)，能 夠在后叉片位置改變或所選用后叉片改變時(shí)，實(shí)現(xiàn)關(guān)聯(lián)對(duì)象的自動(dòng)變化，并能夠在一些參數(shù)不滿足基本要求時(shí)自動(dòng)給出提示。 造型設(shè)計(jì)主要指管件的造型設(shè)計(jì)。其具體實(shí)現(xiàn)方式如下。 (1)在管件導(dǎo)引線（中心線）的不同位置按要求給出截面的輪廓形狀（截面形狀導(dǎo)引線）。車架截面形狀有圓形、橢圓形、水滴型（又分正水滴、反水滴）、方形、菱形和 8 字形等，可以先基于 KF 規(guī)則創(chuàng)建幾何建模特征和知識(shí)表達(dá)式的特性，然后采用 UDF（ User Defined Feature）用戶定義特征建立裝配件，即將截面形狀畫好 作為一個(gè)裝配件，做截面時(shí)只需將相應(yīng)的截面調(diào)出即可，截面的形狀參數(shù)則通過讀取相應(yīng)的知識(shí)表達(dá)式達(dá)到快速修改的目的。 (2)通過掃描將管件外形做出。掃描中心法矢的運(yùn)動(dòng)軌跡是管截面形狀引導(dǎo)線，此引導(dǎo)線不做成整個(gè)的封閉曲線，而是將各位置上的引導(dǎo)線分割為同段數(shù)的曲線且使對(duì)應(yīng)曲線的切線方向一致，否則掃
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