李柱生

(廣州汽車集團(tuán)股份有限公司汽車工程研究院，廣東廣州 510640)

基于CATIA的某輕型商用車側(cè)滑門三維運動校核

李柱生

(廣州汽車集團(tuán)股份有限公司汽車工程研究院，廣東廣州 510640)

分析了某輕型商用車側(cè)滑門的機(jī)構(gòu)硬點及其運動軌跡，應(yīng)用CATIA軟件進(jìn)行了側(cè)滑門的三維運動校核，為商用車側(cè)滑門設(shè)計和改進(jìn)提供參考。

輕型商用車；側(cè)滑門；機(jī)構(gòu)硬點；三維運動校核

0　引言

側(cè)滑門在商用車上的應(yīng)用非常廣泛。與普通鉸鏈?zhǔn)杰囬T比較，側(cè)滑門具有開度大的特點，乘客及貨物通過性好。側(cè)滑門開啟時主要沿軌道向車身后方滑動，向外平移距離較少，因此占用車外空間少，使用安全性好。

為實現(xiàn)門體滑移運動，側(cè)滑門比普通鉸鏈門增加了滾輪、導(dǎo)軌等運動附件，門體運動軌跡比較復(fù)雜，運動過程中很容易與車身側(cè)圍發(fā)生干涉，因此側(cè)滑門的設(shè)計布置難度比較大。隨著國內(nèi)車身技術(shù)的發(fā)展、CATIA和UG等三維設(shè)計軟件的普及應(yīng)用，運用這些軟件可進(jìn)行側(cè)滑門、滾輪組件及上中下導(dǎo)軌的三維布置設(shè)計，并利用軟件的運動機(jī)構(gòu)分析模塊進(jìn)行側(cè)滑門運動仿真校核，可以在設(shè)計階段及時發(fā)現(xiàn)側(cè)滑門與車身的干涉問題并加以解決，從而避免樣車及量產(chǎn)車側(cè)滑門發(fā)生干涉，有效提高側(cè)滑門的設(shè)計質(zhì)量。

文中對某輕型商車側(cè)滑門進(jìn)行了運動機(jī)構(gòu)分析，確定了機(jī)構(gòu)硬點及其運動軌跡，應(yīng)用CATIA軟件的“DMU運動機(jī)構(gòu)”工作臺建立了側(cè)滑門的運動仿真模型，進(jìn)行了側(cè)滑門機(jī)構(gòu)的三維運動校核分析。

1　側(cè)滑門運動校核的內(nèi)容

側(cè)滑門運動校核的主要內(nèi)容包括：

(1)側(cè)滑門開關(guān)運動的平順性校核。主要檢查側(cè)滑門在開啟、關(guān)閉過程中有無運動突變現(xiàn)象。

(2)側(cè)滑門與側(cè)圍外板最小運動間隙校核。在側(cè)滑門開啟初段，檢查門內(nèi)板與側(cè)圍外板最小運動間隙是否符合設(shè)計目標(biāo)值要求。

(3)側(cè)滑門關(guān)門限位器干涉校核：在側(cè)滑門開啟初段，檢查門體前部關(guān)門限位器是否發(fā)生運動干涉。

(4)側(cè)滑門上下滾輪臂與側(cè)圍外板最小間隙校核。在側(cè)滑門最大開度位置，檢查上下滾輪臂與側(cè)圍外板最小間隙是否符合設(shè)計目標(biāo)值要求。

2　側(cè)滑門機(jī)構(gòu)分析及機(jī)構(gòu)硬點運動軌跡確定

2.1側(cè)滑門機(jī)構(gòu)分析及機(jī)構(gòu)硬點確定

某輕型商用車側(cè)滑門機(jī)構(gòu)簡化示意圖如圖1所示。

該輕型商用車側(cè)滑門布置在車身右側(cè)中部，其主要運動附件有：安裝在車身側(cè)圍的上、中、下3根導(dǎo)軌，與整車坐標(biāo)系XY平面平行布置；安裝在側(cè)滑門門體的上、中、下滾輪組件，其導(dǎo)向輪轉(zhuǎn)軸中心線與Z軸平行。側(cè)滑門運動機(jī)構(gòu)可簡化如下：(1)上滾輪組件與上導(dǎo)軌配合限制了上滾輪支架轉(zhuǎn)軸中心點的運動軌跡，此中心點即為側(cè)滑門機(jī)構(gòu)硬點A；(2)中滾輪組件與中導(dǎo)軌配合限制了中滾輪支架轉(zhuǎn)軸中心點的運動軌跡，此中心點即為側(cè)滑門機(jī)構(gòu)硬點B；(3)下導(dǎo)向輪與下導(dǎo)軌配合限制了下導(dǎo)向輪轉(zhuǎn)軸中心點的運動軌跡，此中心點即為側(cè)滑門機(jī)構(gòu)硬點C。由以上分析可知：此輕型商用車側(cè)滑門是一個空間運動機(jī)構(gòu)，門體為一空間構(gòu)件，機(jī)構(gòu)硬點A、B、C通過上、中、下滾輪臂與門體作剛性連接。由三點定面原理可知，A、B、C三個機(jī)構(gòu)硬點的運動軌跡確定了門體的運動軌跡，當(dāng)設(shè)定硬點A或B為驅(qū)動點，側(cè)滑門即可在硬點驅(qū)動下進(jìn)行開啟、關(guān)閉的運動仿真。

2.2側(cè)滑門機(jī)構(gòu)硬點運動軌跡確定

(1)機(jī)構(gòu)硬點A運動軌跡確定。此車型上滾輪組件由2個導(dǎo)向輪、1個承重輪及上滾輪支架組成，上滾輪組件通過上滾輪支架與上滾輪臂作鉸鏈連接，上滾輪支架鉸鏈軸中心點即為機(jī)構(gòu)硬點A。側(cè)滑門運動時，2個導(dǎo)向輪在上導(dǎo)軌側(cè)面間滾動，其轉(zhuǎn)軸中心點分別沿上導(dǎo)軌中心線運動。承重輪在門體自重作用下緊貼在導(dǎo)軌下平面上滾動，通過滾輪支架限制了機(jī)構(gòu)硬點A在Z軸方向的跳動，因此硬點A可簡化為在與Z軸垂直的平面內(nèi)運動。在機(jī)構(gòu)硬點A的運動平面內(nèi)，2個導(dǎo)向輪轉(zhuǎn)軸中心點與硬點A組成1個平面三角形，根據(jù)上導(dǎo)軌中心線，由作圖法可得出機(jī)構(gòu)硬點A的運動軌跡,如圖2所示。

(2)機(jī)構(gòu)硬點B運動軌跡確定。此車型中滾輪組件與上滾輪組件結(jié)構(gòu)類似，也是由2個導(dǎo)向輪、1個承重輪及滾輪支架組成，中滾輪支架鉸鏈軸中心點即為機(jī)構(gòu)硬點B。同上所述，在機(jī)構(gòu)硬點B的運動平面內(nèi)，兩個導(dǎo)向輪轉(zhuǎn)軸中心點和硬點B組成平面三角形，根據(jù)中導(dǎo)軌中心線，由作圖法可得出機(jī)構(gòu)硬點B的平面運動軌跡，如圖3所示。

(3)機(jī)構(gòu)硬點C運動軌跡確定。此車型下滾輪組件由1個導(dǎo)向輪及其支架組成，下導(dǎo)向輪支架與下滾輪臂作剛性連接，下導(dǎo)向輪轉(zhuǎn)軸中心點即為機(jī)構(gòu)硬點C。側(cè)滑門運動時，下導(dǎo)向輪在下導(dǎo)軌兩側(cè)面間滾動，機(jī)構(gòu)硬點C沿下導(dǎo)軌中心線運動。由于下滾輪組件無承重輪，機(jī)構(gòu)硬點C的Z軸平移自由度無約束，因此側(cè)滑門機(jī)構(gòu)硬點C實際沿下導(dǎo)軌中心線的Z軸方向作拉伸曲面運動，如圖4所示。

3　側(cè)滑門運動機(jī)構(gòu)數(shù)模裝配及模擬

3.1側(cè)滑門運動機(jī)構(gòu)數(shù)模準(zhǔn)備

首先運用CATIA軟件在整車坐標(biāo)系下分別建立側(cè)滑門門體、上中下滾輪、上中下導(dǎo)軌、關(guān)門限位器、右側(cè)圍總成等三維數(shù)模。其中門體、上中下滾輪、上下關(guān)門限位塊裝配成1個門體總成的Product文件，上中下導(dǎo)軌裝配成1個導(dǎo)軌組件的Product文件。為建立與導(dǎo)軌的運動約束關(guān)系，上中下滾輪Part數(shù)模需對應(yīng)側(cè)滑門機(jī)構(gòu)硬點A、B、C分別建立空間點。對于上導(dǎo)軌Part數(shù)模，需在機(jī)構(gòu)硬點A的運動平面上用草圖命令創(chuàng)建其運動軌跡曲線1。同樣對于中導(dǎo)軌Part數(shù)模，需在機(jī)構(gòu)硬點B的運動平面上用草圖命令創(chuàng)建其運動軌跡曲線2。對于下導(dǎo)軌Part數(shù)模，對應(yīng)機(jī)構(gòu)硬點C，先創(chuàng)建下導(dǎo)軌中心線草圖，再拉伸成硬點C的運動軌跡曲面3。

3.2側(cè)滑門運動機(jī)構(gòu)數(shù)模裝配及約束

3.3側(cè)滑門運動機(jī)構(gòu)接頭模擬

建立的側(cè)滑門機(jī)構(gòu)運動仿真模型見圖5。

4　側(cè)滑門運動校核

4.1側(cè)滑門開關(guān)運動的平順性校核

4.2側(cè)滑門與側(cè)圍外板最小運動間隙校核

在側(cè)滑門開啟初段，門體后部門鎖附近門內(nèi)板容易與側(cè)圍外板發(fā)生干涉，因此需校核兩者之間最小運動間隙是否符合設(shè)計目標(biāo)值要求。在“DMU運動機(jī)構(gòu)”工作臺中，點擊“Distance and Band Analysis”命令，打開“編輯距離和區(qū)域分析”對話框，在類型選項分別選擇“最小值”和“在兩選擇之間”?！癎roup 1”選擇門內(nèi)板數(shù)模；“Group 2”選右側(cè)圍外板數(shù)模，最后點擊“確定”按鈕，對話框關(guān)閉，門內(nèi)板與右側(cè)圍后外板最小間隙尺寸出現(xiàn)在兩數(shù)模之間。

4.3側(cè)滑門關(guān)門限位器干涉校核

4.4側(cè)滑門滾輪臂與側(cè)圍外板最小間隙校核

5　結(jié)論

根據(jù)此輕型商用車側(cè)滑門運動校核結(jié)果，可得出以下結(jié)論：

(1)側(cè)滑門在開啟關(guān)閉過程中運動平順，無運動突變現(xiàn)象。

(2)側(cè)滑門開啟初段，側(cè)滑門門體與側(cè)圍外板最小運動間隙符合設(shè)計值目標(biāo)要求。

(3)側(cè)滑門開啟初段，門體前部關(guān)門限位器組件無運動干涉現(xiàn)象。

(4)側(cè)滑門最大開度位置，滾輪臂與側(cè)圍外板最小間隙符合設(shè)計目標(biāo)值要求。

【1】曹德樂.汽車側(cè)滑門的相關(guān)運動零件設(shè)計簡介[C]//第五屆中國汽車車身開發(fā)與模具制造論文集，北京，2008.

【2】申永勝.機(jī)械原理教程[M].北京：清華大學(xué)出版社，2005.

【3】林程，王文偉，陳瀟凱.汽車車身結(jié)構(gòu)與設(shè)計[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2013.

【4】成偉業(yè).CATIA V5R20運動仿真快速入門、進(jìn)階與精通[M].北京：電子工業(yè)出版社，2015.

3D Motion Check of a Commercial Vehicle Sliding Door Based on CATIA

LI Zhusheng

(GAC Automobiles Engineering Institute,Guangzhou Guangdong 510640,China)

The mechanical hard points and their trajectories of a light commercial vehicle sliding door were analyzed.CATIA was used to do the 3D motion check of slide door which provided reference for design and improvement of commercial vehicles slide door.

Light commercial vehicle; Sliding door; Mechanical hard point;3D motion check

2015-05-24

李柱生，男，學(xué)士，機(jī)械工程師，從事商用車白車身及開閉件設(shè)計研發(fā)工作。E-mail：lizhusheng@gaei.cn。