发动机罩设计与建模

1、图书分类号：密 级： 毕业设计(论文)发动机罩设计与建模ENGINE HOOD DESINGN AND MODELING 学位论文原创性声明本人郑重声明： 所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用或参考的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品或成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标注。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。论文作者签名： 日期： 年 月 日学位论文版权协议书本人完全了解关于收集、保存、使用学位论文的规定，即：本校学生在学习期间所完成的学位论文的知识产权归所拥有。有权保留并向国家有

2、关部门或机构送交学位论文的纸本复印件和电子文档拷贝，允许论文被查阅和借阅。可以公布学位论文的全部或部分内容，可以将本学位论文的全部或部分内容提交至各类数据库进行发布和检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。论文作者签名： 导师签名： 日期： 年 月 日 日期： 年 月 日摘要汽车产业是中国经济的重要产业，在21世纪的今天，也是汽车产业爆炸的时代，而中国的汽车市场已经成为全球发展最快的市场。汽车产品产品的更新包括车身、底盘开发以及发动机的研发。对于发动机的研发，国内主要依靠国外的发动机，主要因为国内这方面基础薄弱，发动机研发周期长、困难，研发经费多，需突破的难关较多，但近年

3、来也有厂家在研发。所以在国内，各大厂家想要赢得并主导市场，车身的研发成为必争之地，所以也必须要研发安全、舒服、污染小、节能型等这些适应中国市场的高品质车，同时高效，高质量，低成本是厂家所贯彻的方针。本课题主要是针对车身设计中发动机罩的设计与建模进行研究的。遵循汽车车身生产工艺和工序原则，制定发动机罩的开发流程，并运用达索公司的CATIA软件对各个工艺环节进行参数化建模设计。对于新产品的研发，主要是依靠正向设计，同时也可以参考一些先进车型。在参数化建模之前，需要进行大量的准备工作，对发动机罩进行设计输入、可行性分析、结构断面图的构想与评审，最后再与客户确认。当这些步骤完成了，发罩的设计就算完成了

4、一大半。本课题来源于国内某个厂家对发罩设计的需求，由实际出发进行研发。依靠CAD/CAE/CAM技术来完成工艺数模、产品数模，然后通过有关专家评审这个环节通过后，就可以出发动机罩设计图纸与相关建模文件，最后得到总的评审验收，这样发罩就可以进行量产使用。这种现代汽车研发方法大大区别与过去，不仅提高了产品研发效率，而且缩短研发发动机罩周期，从而使产品更快适应现在的市场需求，这个过程很好的衔接了计算机仿真与产品成型一体化，增强企业竞争力。关键词 发动机罩建模；正向设计；参数化建模；CATIA软件AbstractAutomobile industry is one of the important i

5、ndustry of China's economy, at the same time, the 21st century is an age of explosion of automobile industry, while China's auto market has become the world's fastest growing market. Automobile products product updates including body development and engine research and development. For e

6、ngine research and development of domestic rely mainly on foreign machines, mainly because the foundation weak domestic engine research and development cycle is long, difficult, research and development spending, to breakthrough the difficulties, but also have factory in research and development in

7、recent years. So in the domestic each big manufacturer wants to win and dominate the market,the development of the car body become a battleground, so must also develop safe, comfortable, pollution small, energy-efficient and adapt to the Chinese market such as high quality car, at the same time effi

8、cient, high quality, low cost is to implement the policy of manufacturer. This topic is mainly aimed at the hood in the design of car body design and modeling are studied. Follow the principle of automobile body manufacturing technology and process, make the engine hood of the development process, a

9、nd using the Dassault company using CATIA software for parametric modeling design in each process. For the r&d of new products, mainly rely on top-down design, at the same time also can consult some advanced models. Before the parametric modeling, the need for a lot of preparation work, design i

10、nput, feasibility analysis was carried out on the hood, the idea of the structure profile and review, and then confirm with the customer. When these steps are completed, the design of the hair mask is finished more than half. This topic comes from domestic demand for a manufacturer of hair mask desi

11、gn, research and development by the reality. Rely on CAD/CAE/CAM technology to complete process digifax ,product digifax , and then through the concerned expert review this link through after, can the engine hood modeling design drawings and related documents, the resulting overall review acceptance

12、, so hair mask can be used for mass production. This method of research and development of modern automobile greatly different from the past, not only improve the efficiency of product development, and shorten the r&d hood period, so as to make the product more quickly adapt to the demand of the

13、 market, and now the process integrated the computer simulation and the product molding good cohesion, enhance enterprise competitiveness.Keywords Hood modeling Top-down design Parametric modeling Using CATIA software 目录摘要Abstract第1章 绪论11.1引言11.2汽车发展史的简介11.3车身设计在汽车工业中的地位和意义21.3.1发罩在车身设计中的地位21.3.2正向设

14、计介绍21.3.3现代发罩正向设计方法31.4本课题研究内容与意义41.4.1研究内容41.4.2课题意义41.5 CAD/CAE/CAM技术应用4第2章 发动机罩布置设计方法与流程62.1 发动机罩开发流程62.1.1全新轿车车身开发流程62.1.2发动机罩开发流程62.2发罩布置设计方法62.2.1盖体62.2.2锁止机构72.2.3铰链机构82.3人机工程设计方法8第3章 发动机罩建模与设计103.1 CATIA软件简介103.2发动机罩系统的功能123.3发动机罩主断面设计123.4发动机罩明细表163.4.1发动机罩分组号163.4.2汽车零部件编号163.5发动机罩钣金件的设计17

15、3.5.1 发动机罩外板183.5.2 发动机罩内板193.5.3 发动机罩锁扣加强板及锁扣固定板193.5.4 发动机罩铰链加强板193.6 发动机罩密封203.7 运动校核20第4章 发动机罩工艺与性能试验分析214.1工艺分析214.1.1冲压分析214.1.2焊装分析254.1.3总装分析264.1.4涂装分析274.2发罩结构性能试验和分析284.3工程图纸及相关文件汇总29结论32致谢33参考文献341 绪论1.1 引言21世纪的到来意味着新经济时代的降临，在汽车工业里也寓意着一场设计的改革，同时也是各大汽车制造厂商大显身手的时代。汽车工业是中国重要的产业，经过60多年的发展与成长

16、，中国的汽车产业已经成为世界汽车消费的主要国家之一。再放眼世界各科技发达国家，都把汽车工业作为国民经济的支柱产业，汽车产业及其相关产业与国民经济各部门息息相关，对社会经济稳定快速发展、科学技术突破创新及各项事业的发展起着巨大推动作用。人们对于新产品的大量需求，以及差异化的产品对于市场的起导向作用，故而新的汽车车身设计方法也随之而生。本课题主要是针对车身设计中发动机罩的设计与建模进行研究。根据人机工程学理论、国内外标准法规与相关技术要求，以及在设计研发时与他人共同积累的实战经验，对发动机罩进行布置设计与参数化建模。与某汽车厂商合作，在相关专家的评审通过后，最后进行产品的生产，从而实现了新型发动机

17、罩的设计研发与批量生产。这种现代的汽车车身设计方法使汽车产品的生命周期从以前的几年时间大大缩短到几个月甚至更短，同样发动机罩的研发也是如此，不断为新车型的研发添砖加瓦。1.2汽车发展史简介汽车诞生以来发展三大主要阶段：1、19世纪末至20世纪30年代是汽车飞速发展时期；2、20世纪30年代至70年代初汽车发展全盛时期；3、20世纪70年代以后汽车各个企业兼并改组，世界汽车产量达到了相对稳定阶段。世界汽车到了近代的发展介绍：1919年到1945年期间，汽车发展的黄金阶段，汽车开始步入工业化大生产时期；1946年到1969年，汽车产业在战后恢过渡并恢复，汽车产业变成工业国家的主导产业，这间接的加速

18、了汽车可以成为普通代步工具的速度；1970年到1989年，世界石油能源危机，汽车工业等废弃污染严重，从而致使小型车的迅速崛起；1990年到21世纪的今天，汽车安全和环保成为时代的主题，电子、信息技术广泛应用在汽车上。汽车作为人们便捷出行的交通工具，这种工具让人必不可少且其诱惑巨大。汽车是科学技术发展水平的标志，新技术、新工艺、新材料等科学技术都首先试用在新的车型上。其作为人们的通行工具，在市场里潜力巨大，故而高新技术应用在新型汽车上也是必然的。同时，现代企业科学管理主要体现在批量化、高效率、专业化、标准化这四个模块，汽车产业全部包含这些内容，所以说汽车产业成为现代企业科学管理的模范例子。汽车产

19、业涉及多个行业，也意味着只要汽车产业不败落，毫不夸张的说国民经济的发展将是持久的，可见汽车产业对社会、对人类的巨大贡献。汽车产业也是把双刃剑，在看到汽车产业对人类作出巨大贡献时，也该看到其负面影响。据不完全统计，全世界每年有四五十万人死于车祸，一千多万人受伤，造成巨大的经济损失；全世界数亿的汽车每年向大气排放数亿多吨有害气体，不仅污染环境还危害人民身体健康，尝到了自食恶果。故如何趋利避害是人类共同目标，更是汽车产业发展首要任务。1.3车身设计在汽车工业中的地位和意义汽车车身是指汽车的发动机罩、车顶盖、行李箱盖、后背门、前后围、前后保险杠、侧围、车门、以及内外饰等主要部件。汽车车身、底盘、发动机

20、为汽车结构的三大部件，而车身可以说是作为新型车的象征，可视化与直观化直接决定了它的价值。在近年来，汽车车身工程也已经成为汽车工业中最重要的一部分，主要因为其发展迅速，让汽车产业更有活力，也是商家主导汽车品牌市场的最有利的砝码。对于客户来说，他们主要注重的是车身外形，而车身外形包含于车身中，车身的主要部件，如安全设施、智能仪器等对客户以后对车使用至关重要。在现代汽车工业的发展中，一般化汽车底盘生命周期在10年左右，而车身的生命周期只为四年左右。车身相比较于底盘的研发周期可谓减少一大半，故一个厂商想要在汽车市场中站有一席之地甚至是主导市场，必须充分利用现代汽车车身设计方法来加快进行新车型研发，从而

21、大大缩短产品周期，不断使产品更新迭代。车身设计在汽车工业中有重要的战略意义，可以带动相关产品的发展，带动国民经济快速发展，促进就业率，维持社会稳定。先进的车身设计方法更可以提高车身质量，不断美化已完成产品，精益求精，让厂商甚至国家立足于世界之巅。1.3.1发动机罩在车身设计中的地位发动机罩位于车身前部，是最让人起眼的部件，发动机罩是汽车白车身开闭件重要组成部分，也是车身重要必不可缺的部件。目前，汽车发动机罩大多采用铝合金、钢铁、复合材料、工程塑料等材料制造。发动机罩可以保护发动机，可以起到防尘、隔音、隔热效果。其次发动机罩是车身重要构建，可以使车身造型美观协调。最重要的是，发动机罩作为压铸件，

22、在汽车发生碰撞时可以起到保护驾驶员头部作用。所以发罩设计必须轻量化，至于选择怎样的材料可以搜索相关资料，这是保护头部的前提。1.3.2正向设计介绍发动机罩的正向设计包括以下几点：1) 首先进行工艺、结构的可行性，之后反馈给加工A面的人。2) 接着进行发动机罩的布置，如铰链、锁。3) 然后进行断面设计，即件与件在二维平面画出来。4) 零件设计，工艺分析，如冲压、焊装、总装、涂装，反馈回来再调整修改。5) 最后出零件图，总成图。1.3.3现代发罩正向设计流程最近这几年，随着科学技术的进步，计算机技术不断发展，如计算机辅助设计（Computer-aided design，CAD）、计算机辅助制造（C

23、omputer-aided manufacturing，CAM）、计算机辅助工程（Computer-aided engineering，CAE）软件，在车身设计方面已经开始出现了根本的改变与突破。所有的研发人员都可以通过电脑网络进行文件共享，区别并优越于以前的手工绘制图纸的时代，而且所设计的车型可以依赖虚拟模型技术，进行模型测试，避免了实际生产样本模具后再测试的麻烦程序，大大缩短产品研发周期，提高了生产效率，加强企业综合竞争实力。下面流程图介绍了发动机罩正向设计的思路，见图1-1。 图1-1 发罩设计流程图1.4本课题研究内容与意义1.4.1研究内容本章主要介绍了汽车的发展史，然后介绍了汽车车

24、身在汽车工程中的作用，再自然过渡引出本篇论文的核心：发动机罩的设计与建模。包括发动机罩在车身设计中的重要地位作用，发动机罩设计方法以及设计流程。紧接着接下来的几章来具体介绍发动机罩怎样由无到有，怎样在三维软件里实现建模，这个过程涉及到怎样的相关技术、工艺，采用怎样的办法来解决一个个难题，实现课题突破来完成课题任务。最后再介绍一下选这个课题的总结与展望。1.4.2研究意义本文对发动机罩运用了正向设计方法来完成设计与建模，其中也掺杂参考一些国外先进车身造型设计，通过提取并改进，完善国内这方面的一些不足。这种先进的设计方法可以在同一网络下多人进行协同工作，让产品的生命周期缩短，通过合作方的不断沟通，

25、可以及时发现设计中出现的问题，避免发动机罩设计前期对发罩不必要的评审，获得发动机罩最好的造型效果，也减少了后期不必要的浪费。这个方法使汽车产品得到了质的变化，创造一种设计与制造趋势，充分利用CAD技术，实现现代智能化产品制造。1.5 CAD/CAE/CAM技术应用汽车产品的开发包括产品设计、产品实验、产品制造等多个环节。提高产品开发效率、缩短开发周期是产品研发一直追求的目标。随着计算机技术的日益发展，而车身设计由于其复杂、繁琐，故计算机辅助技术势在必行应用在其中。如计算机辅助设计、计算机辅助工程、计算机辅助制造，计算机辅助技术的应用大大减轻了汽车设计的工作量，改善了工作条件，提高了工作效率，加

26、快产品研发周期。计算机辅助设计CAD主要应用在汽车结构的设计，如发动机罩，主要是零部件的设计及装配设计。形成了三维建模二维出图的CAD方式，在汽车设计中是主要的应用。CAD建模成型后，工程师在计算机上可以随意翻转模型来观察物体，发现产品哪里问题并及时进行修改，最终顺利得出心中完美的形状、尺寸零件模型。三维数模完成后，可以立即转到工程图纸生成模块，选择相应图幅，合理安排各个视图，在进行尺寸标注，增加技术要求，填写明细栏等步骤，就可以顺利输出工程图了。CAD技术还可以进行零件的虚拟装配，零部件的三维数模正好可以在其中进行装配模拟，另外还可以分析出各个零件运动过程中是否存在干涉，这些在产品生产之前对

27、设计有很大帮助。计算机辅助工程CAE应用在对设计结果的检验，主要通过计算机来对三维CAD系统得到额数据进行仿真和分析，包括有限元分析功能、动态性分析功能、结构分析功能等，大大避免用样车来试验几率，尽最大可能节约研发生产费用。计算机辅助制造CAM，如快速成型技术及数控加工等现代技术，可以让厂家尽快加工出零件来及时进行零件形状和尺寸分析，另外加工出来的零件模型以后可以直接来制作模具，大大节约模具加工制造成本。第2章 发动机罩布置设计方法与流程2.1 发动机罩开发流程2.1.1全新汽车车身开发流程产品开发流程是一个循序渐进、步步相关的环节李链。一辆全新车的研发，从项目开始再到产品的批量投产，大约需要

28、五年的时间。整车的开发流程主要围绕三个方面进行开发，即首先是研发一辆什么样的车，其次是怎样设计这样的车，最后是怎样将设计好的新车型批量制造生产出来。在这整个开发过程中，每个以阶段都要有一个重要环节，即审查与验收。车身产品开发内容有车身造型、车身结构可研、三维结构设计、二维图设计、CAE计算及验证、车身试制、车身试验、工艺支持、绿色设计等内容。2.1.2发动机罩开发流程发动机罩的开发主要包括盖体、铰链机构、锁止机构这三大方面的研发。首先进行发动机罩的设计输入，如铰链的布置、锁止机构的成型，评审其可行性，紧接着用相关软件绘画出发动机罩与前格栅、发动机罩与铰链、发动机罩与前风窗玻璃、发动机罩与前大灯

29、、发动机罩与翼子板这些结构断面图，完成这些断面后进行相关评审。其次进行产品工艺数模，即发动机罩建模与工艺设计，完成后进行CAE分析，最后再进行评审。这个过程结束后接下来就进行产品数模分析评审，通过后可以进行相关工程出图及文件建立。发动机罩再通过了最终评审后就可以提交批量生产了。2.2发罩布置设计方法发动机罩总体是由盖体、锁止、铰链机构组成，前部是用锁固定，后部通过铰链悬挂于前围挡板上，是往后开启的方式。在塑模成型后还要包括一些焊点，以及涂胶层。下面主要介绍发动机罩的三大构成。2.2.1盖体发动机罩的盖体是由内板和外板组构成，外板是汽车车身的大型覆盖件，其形状必须满足车身设计时的造型要求，而内板

30、是为了增加外板的刚度与强度并起到将外板固定在车身上的作用。内板延发动机罩和盖体的外板四周设置，可以通过翻边压合或者涂胶粘接与外板组合。发动机罩的内板上布置了铰链、锁、支撑杆等机构，为了加强这些部件的强度，在内板上焊接必要的加强板。减轻发动机罩的重量也是必要的，可通过拓补优化计算方法，在内板上做成减重孔，前提是做减重孔的地方受力小，对总体结构基本没有影响。发动机罩的结构见图2-1。图2-1 1-锁环 2-卡板 3-铰链机构 4-支撑杆发动机罩和翼子板、前围板、散热器框架等部件相配合形成一个整体。发动机罩在其周边设有一些发动机罩附加的支点-橡胶缓冲块，其主要作用是在汽车发动过程中避免发动机罩与周边

31、框架因接触而产生振动与噪音，缓冲块的螺纹孔是右旋螺纹,所以左右件螺纹孔特征是平移来实现而不能对称实现,且缓冲块安装面必须为法向，这是因为缓冲块受力方向为法向的。发动机罩也是可以调整的，与周边框架保持均匀的配合间隙，故在铰链臂上或车身挡板上做有椭圆孔，通过活动螺母板与螺钉将车身与铰链连接起来。2.2.2锁止机构锁止机构由上锁体，下锁体，安全挂钩和操纵机构等组成。在发动机罩上是上锁体和安全挂钩部分，包括发动机罩锁扣固定板、发动机罩锁扣固定加强板和锁扣。发动机罩锁扣手柄与发动机罩内板要设计上提空间15mm以上,且机罩边缘至扣手柄<40mm。发动机罩内板的锁扣过孔建议设计为1520mm，发动机罩

32、内板与锁扣的建议最小设计距离5mm。 发动机罩总成，考虑行人保护，硬点与外板距离过小，保证在15mm以上。见图2-2。图2-2发动机罩内板与锁扣手柄2.2.3铰链机构铰链机构要符合下面三大要求：1、 发动机罩的盖体要有足够的张开角度，并在盖体张开到最大角度时中不能够和车身其他部件发生干涉，一般化发动机罩的张开角度可以达到90º，通常情况下45度左右就可以了，发动机罩张开大小直接决定了发动机安装与拆卸的方便与否。2、 发动机罩开关必须灵活、轻巧、便捷，所以选用平衡弹簧作为铰链机构。3、 具有必要的强度和刚度，才能保证铰链在运动过程中保持形态稳定和可靠耐用。带有平衡弹簧的铰链称作平衡铰链

33、，包括简单平衡铰链和连杆式平衡铰链。本课题发动机罩采用简单平衡铰链，主要因为其结构简单。简单的平衡铰链可通过选择合适的轴线位置和铰链臂的形状，从而避免了发动机罩在开启过程中与其他车身部件产生干涉，而且还可以保证发动机罩的张开角度，见图2-3。图2-3 简单平衡铰链1-车身 2-机盖 3-铰链 4-弹簧在铰链完成之后安装在发动机罩后端内板时，还需要增加发动机罩铰链固定安装板，以此在提高铰链在开闭合时的强度，不至于让发动机罩变形。2.3人机工程设计方法汽车作为为人类服务的工具，所以车身布置采取以人为中心的设计思路，尤其在轿车的设计上，以确保驾驶员和乘客舒适性、上下车方便性、休息性、安全性以及驾驶员

34、操作方便性和视野清晰性等。车身设计应遵循原则为：尽量保证外部尺寸小、内部空间大、满足各种功能要求、符合人机工程学要求、满足相关标准法规与技术要求。人机工程学是从上个世纪50年代初迅速崛起的一门新兴边缘学科，人是作为人机工程的核心，这个学科研究人的生理、心理与周围环境的相互作用规律，最终使人-机-环境这个系统产生最大的工作效率。应用人体工程学，研究车身设计时车身布置与设备布置是怎样满足人的需要，营造一个让驾驶员达到最舒适的环境。人机工程学的具体应用有以下几点：1、 根据我国成年人体数据，以此作为依据来使汽车内部空间达到最大。2、 根据对人体生理结构研究的结论，可以达到座椅设计和人体坐姿符合人体乘坐的舒适性要求。3、 通过对人眼的视觉特性、视野的研究，设计出符合驾驶员最大视野要求的部件。4、 研究人体对生理的各种要求，可以合理布置和最终确定空调系统的分布情况。发动机罩涉及的人机工程方法主要包括根据人的生理结构合理布置发动机罩的位置，发动机罩的开合角度，以及在发生碰撞时发动机罩要减小对驾驶员的伤害，同时发动机罩与周边部件振动尽可能小，让驾驶员舒适，减少