萬 昶

（重慶恒通客車有限公司，重慶 401120）

CATIA V5在客車底盤設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

萬 昶

（重慶恒通客車有限公司，重慶 401120）

隨著三維設(shè)計(jì)軟件的普及，客車底盤的設(shè)計(jì)正在逐漸采用三維設(shè)計(jì)。本文簡要介紹CATIA V5在客車底盤設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。

客車底盤設(shè)計(jì)；三維設(shè)計(jì)；CATIA V5

CATIA是法國達(dá)索飛機(jī)公司開發(fā)的CAD/CAM軟件，在中國由IBM公司代理銷售。CATIA軟件以其強(qiáng)大的功能在飛機(jī)、汽車、輪船等設(shè)計(jì)領(lǐng)域享有很高的聲譽(yù)。全球知名的汽車公司已經(jīng)100%地切換為CATIA設(shè)計(jì)。其內(nèi)容涵蓋了從產(chǎn)品的概念設(shè)計(jì)、工業(yè)造型設(shè)計(jì)、三維模型設(shè)計(jì)、分析計(jì)算、動態(tài)模擬仿真、工程圖輸出，到生產(chǎn)加工的全過程[1]?？蛙嚨妆P是客車的基礎(chǔ)、傳遞發(fā)動機(jī)產(chǎn)生的動力，使汽車得以正常行駛，由傳動系、行駛系、轉(zhuǎn)向系和制動系四大部分組成。本文以我公司CKZ6116HNA3型城市客車底盤為例，介紹CATIA V5在客車底盤設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[2]。

1 零部件建模

CATIA V5零部件設(shè)計(jì)模塊為3D機(jī)械零部件設(shè)計(jì)提供了強(qiáng)大的設(shè)計(jì)工具。應(yīng)用“智能實(shí)體”的設(shè)計(jì)思想，廣泛使用混合建模、關(guān)聯(lián)特征和靈活的布爾運(yùn)算相結(jié)合的方法，允許設(shè)計(jì)者靈活使用多種設(shè)計(jì)手法建模[3]。

1.1 基于二維CAD圖紙的零部件建模

由于我公司CKZ6116HNA3型城市客車為成熟車型，有完整的底盤零部件二維CAD圖紙。為了避免重復(fù)工作，提高工作效率，在保證零部件二維CAD圖紙尺寸準(zhǔn)確的情況下，可以將二維CAD圖紙導(dǎo)入CATIA V5，并粘貼在草圖設(shè)計(jì)中，利用CATIA V5中零部件設(shè)計(jì)模塊進(jìn)行建模（見圖1）。如二維CAD圖紙比例不是1：1，可將建好的三維模型按照圖紙比例進(jìn)行縮放。

具體步驟如下：將零部件二維CAD圖紙導(dǎo)入CATIA V5；將零部件三視圖粘貼至草圖固定并約束；利用零部件三視圖關(guān)鍵曲線進(jìn)行建模。

1.2 基于相似零部件的建模

雖然客車底盤零部件較多，但有許多零部件結(jié)構(gòu)相似。例如CKZ6116HNA3型城市客車后橋U型螺栓與前橋U型螺栓結(jié)構(gòu)相似，只是長短、棒材直徑、倒角半徑等不同。為了避免重復(fù)工作，提高工作效率，可利用CATIAV5參數(shù)化建模對已建好的前橋U型螺栓的各驅(qū)動尺寸進(jìn)行更改以生成后橋U型螺栓。如圖2所示。

2 裝配及工程圖設(shè)計(jì)

CATIAV5裝配設(shè)計(jì)可以幫助設(shè)計(jì)師用自頂向下或自底向上的方法定義和管理多層次的大型裝配結(jié)構(gòu)，可真正實(shí)現(xiàn)裝配設(shè)計(jì)和單個零件設(shè)計(jì)之間的并行工程。設(shè)計(jì)人員可以方便地進(jìn)行干涉和縫隙檢查。

2.1 底盤裝配設(shè)計(jì)

該城市客車底盤分為30個分總成，1000多個零部件。裝配過程中應(yīng)體現(xiàn)零部件組成分總成、分總成組成底盤總裝配的父子關(guān)系；零部件文件存放應(yīng)體現(xiàn)上述裝配關(guān)系。底盤裝配設(shè)計(jì)為整車整備質(zhì)量狀態(tài)。裝配順序應(yīng)遵循先裝配相對于整車坐標(biāo)固定的零部件，再裝配相對整車坐標(biāo)運(yùn)動的零部件；先裝配大型零部件，再裝配小型零部件；先裝配功能件，再裝配輔助件，最后裝配標(biāo)準(zhǔn)件的原則進(jìn)行裝配[4-5]。

2.2 底盤明細(xì)表導(dǎo)出

客車底盤明細(xì)表導(dǎo)出步驟：

1）零部件、分總成應(yīng)定義零件編號、定義、描述等屬性。

2）打開底盤裝配設(shè)計(jì)。

3）菜單欄單擊分析下拉菜單中物料清單（見圖3）。

4）定義明細(xì)表導(dǎo)出格式（見圖4）。

5）另存為 excel格式（見圖 5）。

6）依據(jù)公司明細(xì)表要求編輯導(dǎo)出的excel格式明細(xì)表。

2.3 工程圖設(shè)計(jì)

CATIAV5的工程圖設(shè)計(jì)模塊提供了兩種生成工程圖的方式，即創(chuàng)成式工程繪圖和交互式工程繪圖。創(chuàng)成式工程繪圖可以很方便地從三維零部件和裝配件生成相關(guān)聯(lián)的工程圖紙。

雖然CATIA V5工程圖設(shè)計(jì)模塊功能比較完善，但相對于我公司成熟完善二維CAD制圖模塊還存在不足之處。故工程圖設(shè)計(jì)模塊主要采用創(chuàng)成式工程繪圖，然后輸出為CAD格式進(jìn)行編輯并輸出工程圖紙。具體操作步驟請參見文獻(xiàn)[6]。

3 運(yùn)動模擬及工程分析

3.1 運(yùn)動機(jī)構(gòu)模擬設(shè)計(jì)

CATIAV5電子樣機(jī)運(yùn)動機(jī)構(gòu)模擬設(shè)計(jì)通過調(diào)用大量已有的多個種類的運(yùn)動副，或者通過自動轉(zhuǎn)換機(jī)械裝配約束條件而產(chǎn)生的運(yùn)動副，對任何規(guī)模的電子樣機(jī)進(jìn)行運(yùn)動機(jī)構(gòu)定義。通過運(yùn)動干涉檢驗(yàn)和校核最小間隙來進(jìn)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動分析。運(yùn)動機(jī)構(gòu)模擬設(shè)計(jì)模塊可以生成運(yùn)動零件的軌跡、掃掠體和包絡(luò)體以指導(dǎo)未來的設(shè)計(jì)[7]。以轉(zhuǎn)向前輪運(yùn)動校核（圖6）為例，電子樣機(jī)運(yùn)動機(jī)構(gòu)模擬設(shè)計(jì)在底盤運(yùn)動校核中的簡要步驟如下[8]：

1）進(jìn)入CATIAV5 DMU運(yùn)機(jī)機(jī)構(gòu)模塊。

2）創(chuàng)建機(jī)械裝置。

3）定義固定部件。

4）定義運(yùn)動副，其中至少有一個驅(qū)動命令。

5）運(yùn)動副定義完成后，系統(tǒng)提示可以模擬運(yùn)動。

6）創(chuàng)建模擬運(yùn)動。

7）創(chuàng)建模擬播放。

8）創(chuàng)建包絡(luò)體等。

3.2 工程分析

CATIAV5提供了一套既適于設(shè)計(jì)人員，又適于工程人員使用，并且經(jīng)過工業(yè)驗(yàn)證的有限元分析解決方案，用來作為設(shè)計(jì)人員進(jìn)行決策的輔助工具，其無與倫比的易用性使設(shè)計(jì)人員可以進(jìn)行設(shè)計(jì)與分析的反復(fù)疊代。與設(shè)計(jì)的完全集成和關(guān)聯(lián)，設(shè)計(jì)人員不需要進(jìn)行傳統(tǒng)有限元分析軟件的前后置處理，只需在模型上添加載荷和約束，系統(tǒng)就可以對設(shè)計(jì)進(jìn)行驗(yàn)證。CATIAV5的分析解決方案覆蓋了工程分析的各個方面，包括線性的零件和混合裝配分析、接觸分析、屈曲分析、熱機(jī)械分析、零件和混合模型的模態(tài)分析、可變形裝配公差分析等[9]。

以電瓶托架靜應(yīng)力分析（圖7）為例，其工程分析在底盤零部件優(yōu)化設(shè)計(jì)的簡要步驟如下[10]：

1）電瓶托架建模。

2）給電瓶托架賦于材料屬性。

3）將顯示模式定義為帶材料著色。

4）進(jìn)入CATIA V5分析與模擬下Generative Structural Analysis模塊，選擇 Static Analysis。

5）電瓶托架定義網(wǎng)格。

6）電瓶托架定義特性。

7）定義電瓶托架夾緊面。

8）定義電瓶托架受力面及受力值。

9）計(jì)算模型。

10）顯示模型計(jì)算結(jié)果。

4 結(jié)束語

CATIAV5強(qiáng)大功能不僅能夠提高設(shè)計(jì)效率、減少重復(fù)設(shè)計(jì)、避免設(shè)計(jì)失誤，而且在產(chǎn)品生產(chǎn)之前可以對產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、性能進(jìn)行全面校核[11]。隨著我公司CATIA在設(shè)計(jì)、工藝、生處各個環(huán)節(jié)的深入，將會更好地利用CATIA強(qiáng)大的功能，全面提升我公司設(shè)計(jì)質(zhì)量。

[1]詹熙達(dá).CATIA V5曲面設(shè)計(jì)實(shí)例精解[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009.4.

[2]劉濤.汽車設(shè)計(jì)[M].北京：北京大學(xué)出版社，2008.1.

[3]單巖，謝龍漢.CATIA V5機(jī)械設(shè)計(jì)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2004.11.

[4]肖生發(fā)，趙樹朋.汽車構(gòu)造[M].北京:中國林業(yè)出版社，北京大學(xué)出版社，2006.8.

[5]《汽車工程手冊》編輯委員會.汽車工程手冊：設(shè)計(jì)篇[K].北京：人民交通出版社，2001.6.

[6]北京兆迪科技有限公司.CATIA V5寶典[M].北京：電子工業(yè)出版社，2009.9.

[7]魯君尚，張安鵬，馮登殿，等.無師自通CATIA V5之電子樣機(jī)[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2008.3.

[8]余志生.汽車?yán)碚摚ǖ?版）[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010.

[9]盛選禹，等.CATIA有限元分析命令詳解與實(shí)例[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.3.

[10]GB/T 700-2006，碳素結(jié)構(gòu)鋼[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2006.

[11]溫?zé)槇?jiān)，余少敏，廖中文，等.操縱穩(wěn)定性的某電動汽車方案優(yōu)化[J].重慶理工大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2010，（9）：19-23.

修改稿日期：2012-08-01

Application of CATIA V5 to Bus Chassis Design

WANChang
（Chongqing Hengtong Coach Co.,Ltd,Chongqing401120,China）

Along with the popularization of the 3D design software,the bus chassis design is gradually carried on by 3Ddesign.The author briefly introduces the application ofCATIAV5 tothe bus chassis design.

bus chassis design;3D-design;CATIAV5

U463

B

1006-3331（2012）06-0040-03

萬 昶（1963-），男，工程師；總工程師；公司副總經(jīng)理。