【導讀】目前，國內(nèi)普遍采用的車身校正設(shè)備主要有框架式和平臺式，其。這種設(shè)備較為先進，國內(nèi)外制造的設(shè)備一般都采用這種形式，是國際間。平臺式車身校正設(shè)備主要包括有舉升支架，工作臺，加。力塔及其連接機構(gòu)。本設(shè)計的目的旨在對平臺式汽車大梁校正儀的二維設(shè)計及三維虛擬。設(shè)計進行探索和實踐，為校正儀的設(shè)計提供參考。本設(shè)計首先利用AutoCAD進行二維設(shè)計計算及校核，受力分析軟件ANSYS，對關(guān)鍵部件進行有限元分析。期，提高設(shè)計質(zhì)量和效率，降低研發(fā)成本。這也是未來產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)方法的發(fā)展方向。

　　

【正文】 圖 拉塔斜臂受力分析 兩個焊點受力 FP=，支撐力 o s ???? pFF 根據(jù)公式 彎矩 NmLFM 4 1 8 9 9 5 0 0 0 0 ????? 慣性矩 mmI z ? 得 M P aM P aIMyz 6 0 0][ 3 7 ???? ?? 21 夾具的主要結(jié)構(gòu)確定 夾具的主要結(jié)構(gòu)形式及基本組成 夾具主要起固定車輛的作用，對設(shè)計有夾具，每一個夾具不僅可以沿著自身滑道，還可以沿著臺架進行縱向移動橫向移動。定位是由加緊片和加緊襯片通過一個螺栓的擰緊來實現(xiàn)的。每一個夾具上，都有兩個加緊片，以保證能夠加緊車輛車身下部的擠壓焊件上，使車輛充 分固定，工作穩(wěn)定安全。 夾具是用于固定事故車輛，因此車輛的裙邊一定是不規(guī)則的，而且由于車型的不同，裙邊也不會完全一樣。這樣就要求夾具不但可以升降，還能夠根據(jù)事故車的變形情況調(diào)整一定的角度，所以在本設(shè)計中，設(shè)計用絲杠的形式實現(xiàn)夾具高度和角度的調(diào)整，用一個長一些的有內(nèi)螺紋的螺母作為升降調(diào)節(jié)塊，并且在端部設(shè)計有卡槽。當欲調(diào)整高度時，只要卡住升降調(diào)節(jié)塊上的卡槽之后再轉(zhuǎn)動就可以調(diào)整，而且不會干擾到夾具的角度。下圖是夾具的裝配圖。要保證夾具的夾鉗部分能夠移動，所以在固定夾鉗體的支撐板上開有滑槽，移動夾鉗體設(shè)計成底部有加 強筋，并且加強筋與滑槽要相配合。此配合既要滿足移動夾鉗體能輕松滑動，又要保證移動夾鉗體能保持直線移動，所以在滑道處設(shè)計成過度配合。夾具的基本結(jié)構(gòu)如圖 所示。 夾具主要通過上端一對卡鉗來承受載荷，汽車裙邊支撐在卡鉗上，每對卡鉗承受四分之一的拉拔力載荷，因此相當于每個卡鉗最大承受液壓缸提供拉力載荷的四分之一。分析可知卡鉗端面承受的是均布載荷，因卡鉗底部焊接在平板上，故不考慮其 X 軸向的彎曲變形。查表知 45 鋼彈性模量 M PaE ?? ， 其他尺寸 參數(shù)見二維結(jié)構(gòu)圖。 圖 夾具組裝 1－夾具基座 2－升降調(diào)節(jié)塊 3－絲杠 4－加緊螺母 5－夾緊螺栓 6－移動夾鉗體 22 7－固定夾鉗體 8－加強筋 9－基座立柱 10－基座立柱加強筋 11－基座固定螺釘 夾具基座的主要結(jié)構(gòu) 夾具基座是保證夾具能穩(wěn)定工作的關(guān)鍵零部件，它要保證夾具能夠根據(jù)事故車輛的不同輪距做出橫向調(diào)整，所以它要和滑道配合在一起使用。基座用固定螺釘牢靠地固定在滑塊上，滑塊可以在滑道內(nèi)滑動，這樣就同時實現(xiàn)了夾具的既能固定夾緊又能沿著滑道移動?；?具體形狀尺寸如圖 所示 。 圖 夾具基座二維結(jié)構(gòu)尺寸 夾具基座的選材 本次設(shè)計的夾具是連接車身受損部位與臺架的裝置，它的設(shè)計一定要保證在受到較大拉力的情況下仍具有較大的夾緊力和穩(wěn)定性，絕對不能發(fā)生或破裂等損壞。設(shè)計中夾具在拉力較大的情況下夾緊力也很大，所以夾具基座的結(jié)構(gòu)和材料的設(shè)計和選擇是十分重要的?？紤]到基座受到較大的車重壓力，所以選擇強度較大的 45 號鋼作為基座的材料。 其內(nèi)部的階梯臺受力較大，每一個夾具基座承受 1/4 的車重，我們以兩噸重的車為樣本，則每一個夾具基座承受 49000N 的重力，根據(jù)公式 得 F=49000N，面積22222 4 4 3)4866()( mmrRA ????? ? 可得 M P aM P ammNAF 600][ 4 9 0 0 02 ????? ?? 所以完全能夠承受車輛施加的壓應(yīng)力。 夾具升降調(diào)節(jié)塊的主要結(jié)構(gòu) 23 升降調(diào)節(jié)塊顧名思義它是用于調(diào)節(jié)夾具高度的一個零件，本身并不升降，升降塊內(nèi)側(cè)有內(nèi)螺紋，只要轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)塊，利用絲杠的原理實現(xiàn)夾具體的升降而其本身由夾具底座支撐柱內(nèi)凸臺支撐，這樣實現(xiàn)了調(diào)節(jié)塊不變高度變角度，夾具體改變高度不變角度，從而保證了工作時的穩(wěn)定性 。升降調(diào)節(jié)塊是一個擁有內(nèi)螺紋的大螺母，內(nèi)螺紋是 M48 的標準粗牙螺紋，升降調(diào)節(jié)塊的 具體形狀尺寸如圖 所示。 圖 夾具升降塊二維結(jié)構(gòu)尺寸 夾具升降調(diào)節(jié)塊的選材 本次設(shè)計的夾具是連接車身受損部位與臺架的裝置，它的設(shè)計一定要保證在受到較大拉力的情況下仍具有較大的夾緊力和穩(wěn)定性，絕對不能發(fā)生或破裂等損壞。設(shè)計中夾具在拉力較大的情況下夾緊力也很大，所以夾具的升降塊的選材是十分重要的?？紤]到基座受到較大的車重壓力，所以選擇強度較大的 45 號鋼作為基座的材料。 夾具螺栓為 級 M16 的螺栓 ，其許用應(yīng) 力我為 400MPa，顯然大于 ，所以升降塊的強度足夠承受其載荷。 夾鉗體的主要結(jié)構(gòu) 本次設(shè)計的夾鉗體是參考網(wǎng)上資料和時下比較流行的夾具體的結(jié)構(gòu)形式而設(shè)計完成的。它的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，制造工藝也相對簡單，但是其強度較大，因為夾鉗體的夾緊零件只有兩個，所以工作時穩(wěn)定性好，夾緊力大，拆裝方便。綜合上述因素，我設(shè)計了本次設(shè)計的夾鉗體，其 具體結(jié)構(gòu)形狀尺寸如圖 所示。 24 圖 夾鉗體二維結(jié)構(gòu)尺寸 夾鉗體是由幾部分焊接而成，主要部件是一個 130mm 見方的基板?；逑虏亢附右粋€ M48 規(guī)格的絲杠 ，長 85mm，基板上部焊接一個帶有加強筋的夾鉗，高 75mm，寬度與基板一樣寬。加強筋是 45176。銳角的鋼板，直角邊 27mm,其主要用于防止夾鉗在施加拉拔力時發(fā)生彎曲?；迳系木匦尾凵?10mm,寬 10mm,長 68mm,作為滑道可使滑動夾鉗沿著滑道隨著螺母的旋緊橫向移動，加緊事故車的裙邊。 夾鉗體的選材 本次設(shè)計的夾鉗體是整個儀器與車身受銜接的重要部位，它的設(shè)計一定要保證在受到較大拉拔力的情況下仍具有較大的夾緊力和穩(wěn)定性，絕對不能發(fā)生或破裂等損壞。設(shè)計中夾鉗體在拉拔力較大的情況下夾緊力也要很大，所以夾鉗體 的選材是十分重要的?？紤]到其強度要求，所以選擇強度較大的 45 號鋼作為夾鉗體的材料。 夾鉗體的校核 夾鉗體的校核也可以將其看成懸臂梁，其受力彎矩圖、剪力圖如圖 所示。 25 圖 夾鉗體鉗口受力分析 垂直受力 KNFp ? ， 根據(jù)公式 彎矩 NmLFM ????? 及慣性矩 mmI z ? 得 M P aM P aIMy z 600][ ???? ?? 所以夾鉗體的材料完全符合要求。 夾鉗體的質(zhì)量計算如圖 所示。其質(zhì)量 約為 公斤。 圖 利用 Pro/E 計算質(zhì)量 螺栓與螺母的選側(cè) 夾具的加緊方式是通過螺栓與螺母的旋進旋出來實現(xiàn)的，為了提高修復時的工作效率，設(shè)計成單螺栓配合加緊的形式，由此對螺栓的強度有一定的要求，每個夾具最大承受拉力 F=31400N，本設(shè)計選擇 級 M16 的螺栓，橫截面積 2RA ?? ， 根據(jù)公式 得 26 此螺栓最大承受拉應(yīng)力 400MPa， 所以選用的螺栓完全合格。 舉升臂的主要結(jié)構(gòu)確定 舉升臂的主要結(jié)構(gòu) 舉升臂是在事故車輛拉上平臺上后由液壓缸提供動力將平臺有傾斜舉升到水平位置的部件，它要承載平臺、拉塔、以及事故車輛重量總和的一半，另一半重量由后支架承載。對舉升臂的強度的要求較高，要求在舉升時不能有變形和斷裂，而且其結(jié)構(gòu)簡單，易于安裝，工作穩(wěn)定。工作時液壓缸速度較緩慢，因此不會受到?jīng)_擊載荷。舉升臂 使用冷軋鋼板和起到加強穩(wěn)定性的鋼管、 鋼塊焊接而成，其機構(gòu)和尺寸如圖 所示。 圖 舉升臂二維結(jié)構(gòu)尺寸 舉升臂的選材 舉升臂 受力較大，而且需要提供較大的強度，應(yīng)選擇綜合性能良好，而且由幾個零件焊接而成，要求焊接性能良好，中低溫性能良好，成本低的材料，所以選擇優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼 45（ GB/T699—1999），抗拉強度 MPab 600][ ?? ， 屈服強度 MPas 255][ ?? 。 舉升臂的校核 當平臺 傾斜，事故車輛被拉到平臺上，欲將平臺舉升到水平位置時是 舉升臂受力最大 的時候。此時 舉升臂幾乎處于水平狀態(tài)，其中間孔受力豎直向下，兩端孔瞬時處于固定狀態(tài)，受力如圖 所示。 27 圖 舉升臂受力分析 兩端支點受力 FA=FB=5880N，支撐力 F=11760N，根據(jù)公式 彎矩 M=F x L=11760 x 200=2352x10179。 Nmm， 慣性矩 4410216 mmIz ?? 得 M P aM P aIMyz 6 0 0][ ???? ?? 所以臺架支撐完全符合彎曲應(yīng)力。 夾鉗體的質(zhì)量計算如圖 所示。其質(zhì)量是 。 圖 利用 Pro/E 計算質(zhì)量 28 第 3章 大梁校正儀的 三維結(jié)構(gòu)設(shè)計 CATIA 軟件簡介 CATIA 是英文 Computer Aided TriDimensional Interface Application 的縮寫。是世界上一種主流的 CAD/CAE/CAM 一體化軟件。在 70 年代 Dassault Aviation 成為了第一個用戶， CATIA 也應(yīng)運而生。從 1982 年到 1988 年， CATIA 相繼發(fā)布了 1 版本、 2 版本、3 版本，并于 1993 年發(fā)布了功能強大的 4 版本，現(xiàn)在的 CATIA 軟件分為 V4 版本和 V5版本兩個系列。 V4 版本應(yīng)用于 UNIX 平臺， V5 版本應(yīng)用于 UNIX 和 Windows 兩種平臺。 V5 版本的開發(fā)開始于 1994 年。為了使軟件能夠易學易用， Dassault System 于 94年開始重新開發(fā)全新的 CATIA V5 版本，新的 V5 版本界面更加友好，功能也日趨強大，并且開創(chuàng)了 CAD/CAE/CAM 軟件的一種全新風格。 法國 Dassault Aviation 是世界 著名的航空航天企業(yè)。其產(chǎn)品以幻影 2020 和陣風戰(zhàn)斗機最為著名。 CATIA 的產(chǎn)品開發(fā)商 Dassault System 成立于 1981 年。而如今其在CAD/CAE/CAM 以及 PDM 領(lǐng)域內(nèi)的領(lǐng)導地位，已得到世界范圍內(nèi)的承認。其銷售利潤從最開始的一百萬美圓增長到現(xiàn)在的近二十億美圓。雇員人數(shù)由 20 人發(fā)展到 2， 000多人。 CATIA 是法國 Dassault System 公司的 CAD/CAE/CAM 一體化軟件，居世界CAD/CAE/CAM 領(lǐng)域的領(lǐng)導地位，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)，它的集成解決方案覆蓋所有的產(chǎn)品設(shè)計與制造領(lǐng)域，其特有的DMU 電子樣機模塊功能及混合建模技術(shù)更是推動著企業(yè)競爭力和生產(chǎn)力的提高。CATIA 提供方便的解決方案，迎合所有工業(yè)領(lǐng)域的大、中、小型企業(yè)需要。包括 :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。在世界上有超過 13,000 的用戶選擇了 CATIA。 CATIA 源于航空航天業(yè)，但其強大的功能以得到各行業(yè)的認可，在歐洲汽車業(yè)，已成為事實上的標準。 CATIA 的著名用戶包括波音、克萊斯勒、寶馬、奔馳等一大批知名企業(yè)。其用 戶群體在世界制造業(yè)中具有舉足輕重的地位。波音飛機公司使用 CATIA 完成了整個波音 777 的電子裝配，創(chuàng)造了業(yè)界的一個奇跡，從而也確定了 CATIA 在 CAD/CAE/CAM 行業(yè)內(nèi)的領(lǐng)先地位。 CATIA V5 版本是 IBM 和達索系統(tǒng)公司長期以來在為數(shù)字化企業(yè)服務(wù)過程中不斷探索的結(jié)晶。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 29 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的使用和維護。 利用 CATIA 進行三維建模 CAITA 是基于草圖特征的三維建模軟件， CATIA 通過對三維實體的精確建模及裝配來生成最終的產(chǎn)品。 CAITA 中裝配的模型的構(gòu)造是由各種特征來組合生成的，零件的設(shè)計過程就是特征的累積過程。下面對主要零部件做詳細的建模過程分析，因其尺寸較多在步驟中不作詳細說明。 平臺的三維建模 平臺式大梁校正儀的主要部件就是平臺，它承載兩個拉塔、四套夾具和整個事故車輛的重量。平臺的三維 建模要用到很多特征，如拉伸、摳槽、旋轉(zhuǎn)、旋轉(zhuǎn)摳槽、鉆孔、掃掠、倒角、鏡像、陣列等。 平臺的臺面是基礎(chǔ)件，先在 XY 平面用草繪畫出臺面的尺寸輪廓，輪廓尺寸與 CAD而二維尺寸相同，然后用凸臺命令進行拉伸即可。平臺的內(nèi)槽和外槽是用掃略特征加工的，但是必須建立掃略的軌跡，此軌跡可以沿著平臺的內(nèi)輪廓畫出。具體步驟如下： 第一步：新建 零件 輸入文件名 進入零件模式，然后選擇 XY 面為草繪面 繪制草圖 退出工作臺 選擇凸臺命令，拉伸厚度取 100mm（系統(tǒng)默認單位 mm）。 第二步：選擇 XY 面為草繪面 繪制掃略草圖 (與平臺外 圈重合的輪廓線 ) 第三步：選擇掃略草圖輪廓線上的一個節(jié)點 新建平面 (平面屬性：通過輪廓線節(jié)點與輪廓線垂直的平面 ) 第四步：選擇創(chuàng)建的平面進入草繪 繪制草圖 (繪制出外槽的形狀 )退出工作臺 選擇掃略命令 選擇輪廓線，選擇掃略軌跡 單擊確定。 第五步：選擇 XY 面為草繪面 繪制掃略草圖 (與平臺內(nèi)圈重合的輪廓線 ) 第六步：選擇掃略草圖輪廓線上的一個節(jié)點 新建平面 (平面屬性：通過輪廓線節(jié)點與輪廓線垂直的平面 ) 第七步：選擇創(chuàng)建的平面進入草繪 繪制草圖 (繪制出內(nèi)槽的形狀 )退出工作臺 選擇掃略