论文_ug二次开发在客车车身三维建模上的应用_2005年

UG 二次开发在客车车身三维建模上的应用郝守海东风汽车商用车研发中心 湖北省十堰市 442001摘要以 UG 为设计平台，利用 UG 的二次开发工具 UG/Open GRIP 实现客车侧侧舱门本体三维模型的快速建立、气动撑杆上下 转动轴轴心的准确定位、气 动 撑杆三维模型的快速建立和气动撑杆最小伸展力的确定，着重介绍侧舱门三 维模型的建立和气动撑杆上、下转动轴轴心的准确定位。实践表明，采用GRIP 方法可以有效的提高客车侧舱门的建模速度，并能 实现 气动撑杆的准确定位。关键词 UG 三维 客车 侧舱门1 前言近年来，我国客车业迅猛发展，为适应激烈的市场竞争，各客车厂家不断推出新车型来满足客户的需求。同时在客车的设计阶段，要求对车身、底盘进行更多的结构优化分析和动态仿真分析。设计周期的缩短和工作重点的转移迫使设计者加快客车三维建模速度。2 采用 GRIP 对客车侧舱门进行二次开发客车结构相对于轿车而言比较简单，特别是地板、顶盖和侧围系统，多数采用骨架焊蒙皮的形式，对于不同的车型，这些结构都大同小异。以客车侧舱门为例（见图 1 侧舱门开启状态），其三维模型由侧舱门外板、上横梁、下横梁、竖梁和气动撑杆上支座五部件组成，对于同一车型，侧舱门仅仅是长度有所不同；对于不同车型，侧舱门除了长度不同外，其轮廓线也不同。在设计过程中，设计者如果采用 UG 交互的方法手工建模，则因其重复性工作太多，会耗费很多的时间，对设计者也是一种精神上的折磨。采用 UG 的二次开发工具 UG/Open GRIP 可以让计算机自动完成这些重复性工作，有效的缩短了建模时间。GRIP（Graphics Interactive Programming）是一种 UG 专用的图形交互编程语言，具有简单、易学、易用的特点。设计者可以用 GRIP 编程自动实现在 UG 下进行的绝大部分操作。侧舱门气动撑杆裙立柱下横梁竖梁上横梁气动撑杆上支座图 1.开启状态的侧舱门对侧舱门实现 GRIP 自动建模需要实现三步操作：侧舱门本体建模，气动撑杆上下转动轴轴心定位和气动撑杆建模。2.1 侧舱门本体实现 GRIP 建模侧舱门本体采用 GRIP 建模的流程图见图 2，在运行 GRIP 前先要确定的数据包括：侧舱门轮廓线、舱门外板长度和料厚以及各加强梁的截面尺寸和距外板边的距离，这些参数可以在平时设计的参数基础上预先设置在程序内，作为 GRIP 程序的默认值，当然也可以对其进行更改。 图 2. 侧舱门本体实现 GRIP 建模流程图在运行 GRIP 程序时，操作过程如下：1) 选取侧舱门轮廓线，该曲线作为外板的内表面线和加强梁的拉伸线；2) 确定侧舱门上横梁、中横梁、下横梁和竖梁的截面尺寸及其距外板两侧、上边或下边的距离，默认情况下并不绘制中横梁模型，如果有必要，可以更改参数绘制出三维模型；3) 确定加强梁的截面形式，加强梁可以采用矩形钢或“几”形折弯钢板，其截面尺寸参数在上一步已经确定，这里仅决定采用哪种形式来绘制三维模型；4) 确定侧舱门长度和外板厚度，完成这一步 UG 便开始对侧舱门进行三维建模，自动进行侧舱门外板的拉伸、上下横梁的拉伸、竖梁的拉伸和剪切；5) 侧舱门的移动和新侧舱门的建立：（a）更改侧舱门长度：仅对侧舱门的长度进行更改，并绘制出新的侧舱门模型；（b）更改加强梁的参数：对各参数更改后绘制出新的侧舱门模型；（c）更改侧舱门轮廓线：返回至程序最初，但对后边的各类参数不重新初始化；（d）移动或镜像模型：对建立好的侧舱门模型采取沿客车纵向移动或镜像成为另一侧的侧舱门模型。通过上述 GRIP 程序的应用，设计者可以轻松并快速的建立起所有结构雷同而长度不同的侧舱门三维模型。2.2 气动撑杆上、下转动轴轴心的定位和气动撑杆三维模型的建立气动撑杆三维模型见图 3，O 点为侧舱门开启时的旋转轴心，P 点为侧舱门关闭时气动撑杆上转动轴轴心位置，Q 点为侧舱门开启时气动撑杆上转动轴轴心位置，R 点为气动撑杆下转动轴轴心位置。气动撑杆上、下支座的位置影响了侧舱门的开启角度，而上、下支座的位置又决定了气动撑杆上、下转动轴轴心位置。在设计中，上支座固定在侧舱门上，下支座固定在裙立柱上，在支座外形尺寸确定的情况下，上、下支座的孔心与外板轮廓线的距离也就确定了，此时上、下支座的孔心受外板轮廓线的约束。根据已知的条件，在四边形 OPQR 内求得上、下支座孔心的位置，但因为外板轮廓线通常是 B 样条曲线，使得求解过程变得异常困难。在实际建模中，在对侧舱门开启角度要求不严格的情况下，通常是采用估算，凭借经验来给定支座孔心的位置，如果要达到精确的开启角度则需要反复试测支座孔心的位置，这就需要很多的重复工作，而且开启角度与要求的相差颇大。为了节省时间可以采用 UG/Open GRIP 二次开发来寻找支座孔心的准确位置。其大体的搜索过程为：（1）、假定侧舱门关闭时上支座孔心位置（P点）在侧舱门旋转轴心 O 点下方少许处，根据上支座孔心位置到外板轮廓线距离（假定为 R1）、下支座孔心位置到外板轮廓线距离（假定为 R2）、气动撑杆压缩时的长度（假定为 L2）和气动撑杆伸展时的长度（假定为 L1），搜索侧舱门开启时上支座孔心位置（Q 点）；（2）、在搜索不到 Q 点位置的情况下，将 P 点向下移动一个步长（STEP），然后返回步骤（1）继续搜索，直到 Q 点存在为止；（3）、测量POQ 的大小，其大小与此时侧舱门的开启角度相等，将POQ 与所要求的侧舱门开启角度（）进行比较，如果POQ 比 大 5，则将 P 点向下移动一个步长（STEP），然后返回步骤（1）继续搜索，直到POQ 比 不大于 5为止；（4）、把此时的 P 点记为 PT 点，然后将 P 点向下移动一个微小步长（ LSTEP，假定为 1mm），返回步骤（1）继续搜索，直到POQ 比 小为止；（5）、PT 点即为所搜索的上支座孔心位置，根据其位置重新绘出 R 点、Q 点，完成了气动撑杆上、下转动轴轴心的定位。采用 UG/Open GRIP 定位支座孔心位置，其侧舱门开启角度比所要求的 值大，但其误差在 1以内，完全符合要求，实现了气动撑杆上、下转动轴轴心的准确定位。在侧舱门关闭时气动撑杆上支座孔心位置、下支座孔心位置和侧舱门开启时气动撑杆上支座孔心位置确定后，就可以根据气动撑杆伸展长度和压缩长度利用 GRIP 程序自动建立气动撑杆在侧舱门关闭时和图 3.气动撑杆三维模型气动撑杆伸展状态气动撑杆压缩状态舱门开启状态下外板轮廓线舱门关闭状态下外板轮廓线侧舱门开启时的三维模型。2.3 气动撑杆最小伸展力的确定在设计侧舱门时，还应计算出所需要的气动撑杆的最小伸展力，或者在已知最小伸展力的情况下，确定关舱门时所需要用的力是否适合。其计算可参见图 4，对侧舱门进行扭矩分析。Fn为气动撑杆最小伸展力与气动撑杆数量的乘积，G 为侧舱门的重力，F 为在关闭侧舱门时人手所用的最小力，L1、L2、L3 距离可以通过 GRIP程序自动测量。由 公321LFGLn式便可以计算出 F 或 Fn。因为气动撑杆伸展力在关闭侧舱门的过程中是不断变化的，在这里并不详加考虑，设计者可以参照 Fn 的计算结果来确定适当的气动撑杆最小伸展力。3 结束语通过采用 GRIP 编制的侧舱门建模程序，能够快速完成侧舱门本体 UG 三维建模、气动撑杆支座准确定位、气动撑杆 UG 三维建模和最小伸展力的确定。实践表明，采用 GRIP 程序建立侧舱门 UG