货车门总成设计doc.docx

货车门总成设计doc.docx

《货车门总成设计doc.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《货车门总成设计doc.docx（41页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

货车门总成设计doc

本科毕业设计（论文）

（2013届）

论文题目：

货车驾驶室车门总成的设计

院系：

汽车与交通工程学院

专业班级：

车辆工程

学号：

2013050090225

学生姓名：

付坤

指导教师：

王曙道

完成日期：

桂林航天工业学院教务处制

摘要

车门是车身结构中一个较复杂的总成，车门附件的布置设计对车身乃至整车都有重大的影响。

熟悉车门结构的功能要求、结构特点和较常见的结构处理方法是车门结构设计的基础；另外，在具体的结构设计过程中，正确的方法、步骤是实现合理设计的关键，如车门总体结构的确定、附件的布置及运动校核、结构的强度、刚度、可靠性等方面都有一定的规律和要求。

结合产品开发的具体实践对车门结构设计的几个问题做了较详细的论述，并且重点对车门铰链和限位器的布置设计进行深入研究。

本文主要通过逆向工程进行车门的设计，并且建立车门运动仿真模型对布置结果进行分析，验证布置结果的合理性。

关键词:

铰链；限位器；布置；仿真

Abstract

Thedoorisacomplexassemblyofthebodystructure,dooraccessorylayoutdesignhasasignificantimpactonthebodyandeventhevehicle.Structuralfunctionrequirement.specialtyofstructureandgeneralhandlingmethodofstructurearethebasisofbodydoorstructuredesign.Inthecourseofdoorstructuraldesign.correctmethodandprocedurearethekeypointstorealizerationaldesign.suchasdeterminationofstructureoutlay.arrangementofaccessories.motionverificationofstructure.Strength.rigidity.Reliabilityetc.Allhavedefiniteruleanddemand.Fairlydetaileddiscussionismadeforsomeproblemofdoorstructuraldesigncombiningthesubstantialpracticeofproductdevelopmentandespeciallystudiesthedoorhingeandthelayoutdesignoflimitingdeviceindeeply.Inthispaper,theCATIAsoftwareismainlyusedonthelayoutdesignofhingeandlimiter,besidesbuildsthedoor’smodelaboutmotionsimulationandanalysistheresultsofit,thenverifiestherationalityoflayoutresults.

Keywords:

hinge;limiter;layout;simulation.

第一章绪论

1.1研究背景及目的

在瞬息万变的市场中，能否快速生产出符合市场要求的产品已成为成功的关键。

由于原因多，我们常会遇到只有一个样本或手工模型，没有图纸或CAD数据，甚至一个参考图都不存在，没有得到正确的尺寸，这是我们在后续的工作中采用先进的设计方法和先进的制造技术带来了很大的障碍，成为模具制造更复杂的。

然而，逆向工程是一个很好的解决这个问题。

随着计算机技术的飞速发展，三维几何造型技术已广泛应用于生产产品和工装设计、项目评价、自动化制造和管理维护等各个方面。

经过各种测量方法和三维几何建模方法，将原来的物体，转化为计算机上的三维数字模型，CAD领域，逆向工程。

正是在此背景下，本文试图通过利用逆向工程原理来研究货车车门总成的设计模型。

1.2逆向工程简介

1.2.1逆向工程原理

逆向工程（又称逆向技术），是一种产品设计技术再现过程，即对一项目标产品进行逆向分析及研究，从而演绎并得出该产品的处理流程、组织结构、功能特性及技术规格等设计要素，以制作出功能相近，但又不完全一样的产品。

逆向工程源于商业及军事领域中的硬件分析。

其主要目的是在不能轻易获得必要的生产信息的情况下，直接从成品分析，推导出产品的设计原理。

1.2.2逆向工程特点

传统的复制方法是生产10%以上的模具，用于三维雕刻机或三维液压仿形机，并批量生产。

这种方法模拟称为复制，无法找到工件尺寸文件的大小，可以不做任何修改的形状。

这是一个很大的麻烦，为后续改进。

传统的复制方法已经使用了很长时间，但效果不好。

逆向工程为了制造业提供了一种新的、高效的三维制造路径。

并给出了一个完整的解决方案：

从样本到数据。

逆向工程是一种高速三维激光扫描仪对样品或模型准确、快速的扫描，得到三维轮廓数据，3月的重建软件逆向工程曲面重构的结构效应分析，在线评估精度，生成STL或IGES数据，快速生成型、数控加工数控机床可以根据。

IGES数据通过传输到通用CAD系统（如：

UG、MDT、等），进行下一步的修正和重新设计。

此外，还可以通过对一些CAM系统（如：

UGMasterCAM、smart-cam，等），进行刀具路径设置，导致NC代码，数控机床将由实体处理。

STL数据经表面缺陷处理后，可直接通过激光快速成型制造。

1.2.3逆向建模一般流程

逆向设计一般流程图如图1-1所示：

图1-1逆向建模一般流程图

1.3逆向工程的现状及应用

逆向工程是近年来发展起来的一种综合吸收和消化吸收的先进的分析技术和应用技术，其主要目的是提高技术水平，提高生产率，增强经济竞争力。

在世界经济和技术发展的过程中，逆向工程的应用吸收了先进的技术经验，给人们带来了有益的启示。

据统计，百分之七十以上的技术来自国外，逆向工程作为掌握技术的手段，产品开发周期可缩短百分之四十以上，大大提高了生产效率。

因此，它的研究对于中国国民经济的逆向工程技术是很有意义的，科学技术的进步和技术的发展。

逆向工程的应用可分为以下几种情况：

（1）在产品模仿中的应用

有时，生产的产品不符合原设计图纸，但委托单位交付样品或实物型号，请制作单位副本。

传统的复制方法是使用三维雕刻机或三轴铣床1:

1比例的模具，产品再生产。

该方法属于模拟复制，缺点是工件的尺寸不能确定，不能与现有的CAD软件修改。

在这种情况下，形成设计图纸或零件CAD模型为基础的逆向工程原型，并在NCNC代码加工的基础上创建同一零件的副本。

（2）在新产品设计中的应用

在造型美观的产品造型设计上，不是传统的机械工程师可以做的培训。

有的设计师有艺术背景，可以用CAD技术创新美观，然后用手工制作模型，如木材、石膏、粘土模具、橡胶模具、塑料模具、玻璃纤维工程模型，再建立曲面型立体测量方式来掩模。

在美学设计特别重要的领域，如汽车的外观设计是广泛使用的比例在实木或粘土模型评价的方法设计的审美效果，而不是规模对投资对象看电脑屏幕，用逆向工程的方法设计。

（3）应用RPM（快速原型制造、快速原型制造）

快速成型制造（也称RP）是80年代后期基于材料添加的一项新技术，在过去20年中被认为是制造业领域的重大突破。

转机械、CAD、数控、激光和材料科学技术，可以自动、直接、快速、准确地将设计转化为具有一定功能的原型或直接制造零件，快速评估，修改和产品设计的功能测试，缩短产品开发周期。

快速模具（quicktooling/成型）和快速铸造技术（quickcasting）基于RP系统可以实现零件的快速制造。

为了应用这一技术，产品的三维几何模型应该是第一个。

虽然已经有很多成功的3DCAD软件，使用这些软件构建复杂的零件模型还是相当耗时的。

所以工程提供实物，是需要由物理模具或设计改进制造，所以才经常使用RPM逆向工程技术，建立产品的几何模型。

此外，在计算机图形学领域也有一定的应用。

第二章逆向工程应用实例

2.1逆向工程软硬件设备

2.1.1扫描设备

2.1.2点云曲面处理软件

目前，逆向工程软件对市场上常用的使用从表面基本的NURBS功能，或他们的操作方法，它们共同的特点是构造一个曲线，或直接用曲线来构造曲面，或通过曲面拟合区域的界定、曲面片的第一代，然后拼接面型号齐全。

它的优点在于NURBS曲面的应用是非常广泛的CAD/CAM领域。

因此，它是非常方便的沟通和沟通与其他CAD/CAM系统。

特征曲线的构造在其中起着重要的作用。

2.1.3实体建模软件

产品设计按照几何尺寸名称建立三维CATIA模型，所有额外的几何尺寸和公差二维图纸中的二维信息，满足数字产品定义的需要。

各部分根据CATIA主模型的原理建立完整、统一的产品信息描述。

三维实体模型，能够精确反映零件的尺寸和实际尺寸，根据二维图的规定编写代码。

2.2逆向工程一般步骤

2.2.1实体三维数据的获得——扫描

三维扫描设备是基于三维测量系统的基础上的接触型和非接触式（激光，摄影，X光等）两类。

在探头的早期阶段，虽然价格便宜，但速度较慢，与探针的对象将有一个盲点，使软件容易变形，影响扫描的准确性。

激光扫描速度快，精度高，可以扫描三维物体获得大量的点云数据，从而改善曲面重建。

三维扫描技术问世以来，已经发展了很多扫描原理，一般来说，分为以下几种技术，见图（图2-1）：

图2-1三维扫描技术分类

从三维数据采集的角度来看，非接触法具有速度快、精度高的特点，在逆向工程中得到了广泛的应用。

三维激光扫描技术，可以完成高精度的物理或三维重建，三维实体模型和原始映射数据。

最大的特点是：

精度高，速度快，接近样机。

法国KREON系列三维激光超高精密度扫描仪，（KREONKZ50）具有很多优质：

扫描密度非常高，扫描速度快，有利于快速成型目标、实时扫描、同步移动操作等。

在同一时间同步的双CCD实时扫描可以没有任何复杂的目标是死的，减少重复性的工作，目前国际同类技术是CCD双CCD技术适用于实时检测和监测工作，KREON和三坐标测量机、数控加工中心、机械臂关节匹配KREON，扫描头和现有的许多设备交替使用，KREON激光扫描技术不同于传统的光学三维成像技术，KREON保证测量各扫描点云的实时性和真实性，和光学相机技术不能做，后处理三是少数测点维E数学基于点云计算后。

在kz50KREON系列的选择是一个三维激光扫描系统。

分辨率可达5米，速度：

30000分/秒，（带机械臂或数控机械平台扫描任意大小物体）。

2.2.2逆向工程后处理要求

在逆向工程中，曲面重建是其中一个最重要的和最复杂的，因为要完成的模型上，需要的是一个平滑的表面模型和三角网格的点群的生成是好的，所以加工和表面数据的建设方式和切边的声音和分析的逆向工程曲面模型重建功能的一个重要组成部分。

在实施逆向工程计划时，应该对模型有一个全面的了解，主要涉及以下几个方面：

（1）后继承接的工作

在各种不同领域的应用，其模型建构在处理上也是不相同，即在同一工业用的产品随着产品种类的不同，对精度与曲面质量的要求也大不相同。

所以在计划执行以前，应该对后继的要求有所了解。

（2）精度要求的误差和必须实现的误差必须包括测量误差和表面数据与表面误差。

所有产品都需要达到对不同零件的标准精度的更高要求，具有非精度要求较低，但这些都必须在计划执行之前制定一个计划，完成任务才能达到完美。

（3）表面质量必须达到在过去经验的逆向工程的平整度和连续性，高精度和高表面质量一直追求的两大目标，在大多数情况下，它们是相互冲突的，如果一个表面点的数据完美，那么表面必须有一个很大的波动。

必须是两者之间的折中，在大多数情况下，只要误差不超过允许范围，更强调高质量的表面。

2.3点云处理

扫描后，通常是由大量的点的三维坐标测量得到的数据，根据自然、扫描参数和被测物体的大小，从点对点从数以亿计，这些大量的三维数据点称为点云（云）。

得到的产品数据的出现不可避免地会引入误差，特别是测量数据在锋利的边缘和边界点，测量数据，可以使表面点及其周围偏离原来的表面，所以原始点云数据进行必要的预处理，通常要经过以下步骤：

1去除噪声点时，常用的方法是检查点云在图形终端上的显示，或生成曲线和曲面，采用半交互式半自动光顺方法来检查和调整点云数据；

2数据插值，对于一些扫描到的区域，数据只能通过数据插值的方法来填充，在这里我们需要考虑两种曲面造型技术，基于样条曲面和基于曲面拟合的逆向建模技术点。

3数据平滑，数据平滑，以消除噪声，得到准确的模型和良好的特征提取效果，平滑的处理方法，应努力保持参数可以提供信息。

4数据平滑，平滑流畅，赏心悦目，但不允许精度对改性大量满足公平性要求应用的测量数据，另一方面，物理边界曲面的多样性，在边界上的一些特征点（边折拐点）必须保留。

但不能被视为“坏点”。

重新定位5点云数据，形成多个扫描，再夹紧重新定位整合，目前的CAD软件一般都具备这一功能，手工缝合的需要，两部分选择参考点二次定位状态在测量过程中，在两定位测量，基准点定位条件的坐标进行测量，然后确定每个基准点的测量精度来确定一定的规则，并最终显示测量数据的CAD系统的定位下，与数据移动位置，这样所有的数据整合在一定的位置到另一个下。

2.3.1点云数据处理

测量所得到的数据点一般十分密集，数据量非常庞大，因此常被形象地称为“点云”。

这些点云由于测量误差或物体表面反光等原因，会存在大量的杂点，对于一些复杂的曲面，常常采用分块扫描的方法（如车身的覆盖件整体）。

进行分块扫描时，点云数据可能丢失或重叠，并且由于扫描过程中存在误差，在点云中存在大量的噪音点，这样的数据是不适合于重构曲面的，这就需要对点云进行处理。

一般先对这类点云进行预处理，将数据点规范化，然后再进行曲面的重构，以得到高质量的曲面模型。

Imagewar。

软件在点云处理方面具有强大的功能，它几乎可以接收所有的三坐标测量数据，并能对点云进行降噪、除杂、取样、光顺和网格化等操作，笔者采用该软件方便地构建出了车门外侧板的cad模型。

在处理海量数据时，其中的处理方式是采用定义点距大小的方式简化数据，降低计算量，便于多边形网格化等操作。

在imagPwarr软件下打开扫描得到的数据点云，用快捷键Ctrl十1查看，如点的个数、图层、最大可操作距离、点云总体尺寸等。

对点云进行预处理，手工删除不需要的及噪点点云。

2.3.2曲线的构建和分析

处理后的数据可以用来建立一个精确和光滑的曲线。

曲线的构造与分析对于曲面的构造非常重要。

通过平滑和点数据的约简，可以看出自由曲线的自动拟合会出现抖动现象。

这是由于曲线的过多控制点，根据数据点的构造特点，精度和平滑度是关注的焦点。

它通常用于调整参数，如公差，曲线的顺序，控制点的数量，和曲线的边界条件之前，构建的自由曲线。

曲线被构造后，它也可以被用来修改曲线平滑曲线或连续性边界。

从逆向工程的角度来看，在构建曲线时应注意以下几点：

现有硬件大多可以得到很多点，即使经过部分提取或特征搜索，数据非常多。

其实施工曲线不需要太多的分。

连续曲线之间良好的连续性对曲面的连续性有很大的影响。

对于同一曲面的构造，最好有相同的曲线参数。

如果用相同的参数构造曲线，可以得到更高质量的曲面。

当在选定的视图上绘制直线时，系统将被投影到点数据上。

当角度作为一个变换时，可以发现，该线已自动贴到点数据成曲线。

在参数设置窗口中调整曲线和控制点的数目。

绘制曲线后，通常可以使用曲线和点群的误差分析来分析曲线的精度和平滑度。

由于点数据在密度上的特征并不一定相同，所以不一定要清楚，所以绘制曲线可以选择到正确的位置是没有预料到的。

此外，视角的选择更为重要，视觉上的2D画面是三维的状态，经常有不同的观点而引起的误判，因此在使用此功能，可以使用该软件的显示功能，如使用三角测量显示或照明的方式，帮助特征点的位置，找准位置。

1、剖面曲线的施工

所谓的轮廓曲线的构造，在数据处理中使用的方法和点数据在同一点上，点数据可以由点组的曲线绘制。

该操作方式为指定的轮廓法和区间矢量轮廓参数，系统将自动绘制曲线，功能好且平滑的点组可以相当大，并慢慢改变曲线的施工和表面张力。

由于这个曲线是自动构建的，有必要进行修改，修改后的曲线可以被构造为比较的复合表面的要求。

除了常用的外逆向工程软件曲线构建上述两种，也有一个简单的几何曲线的构建功能，如孔的模型，也可以使用自动搜索功能，圈画出来，同时系统将显示在中心和半径，但它是循环引用不一定准确。

2、曲线修改

曲线的修改主要有：

曲线的扩展、剪枝、连接等，在逆向工程软件上，大部分通过曲线得到的点进行修正。

你可以拖动控制点或线点来调整曲线，而曲线是曲线参数编辑的主要简单，曲面通常更简单，曲线可以构造高质量。

这些函数拟合曲线和点群的误差分析函数，可以调整最佳曲线状态。

有些软件采用了较为直观的方法来平滑曲面，但完成参数设置后，系统会逐渐改变方式，将曲线变化显示出来，以消除曲线畸变。

2.3.3曲线的拟合

曲线拟合原理：

利用测量仪器获取点数据恢复曲线一般有两种方法：

逼近法和内插法。

利用曲线拟合近似方法的近似方法，我们必须指定一个允许的误差值，并设置控制点得到测点的投影曲线计算误差曲线，如果误差超过允许误差，需要增加控制点的数目，计算曲线和最小二乘法方法。

所有误差曲线，直到投影测量点后的值小于允许值。

然后逼近过程中必须增加控制点的数目，和测量点接近曲线，直到误差小于允许值，所以计算时间要求和测量数据和系统指定的允许误差值，如果测量数据非常密集或指定的允许误差是非常小的，手术时间长。

插值插值法是将数据插值到两个相邻的测量点，通过这些点得到曲线。

这种方法的优点是，曲线可以近似插值。

这种方法的优点是，所得到的曲线必须通过所有的测量数据。

缺点是，当数据量大，控制轨迹也增加。

同时，如果数据是嘈杂的，曲线不会是光滑的。

因此，最好是插值的数据，以消除噪音。

2.4本章小结

近年来，利用AutoCAD软件进行二维平面设计已经非常流行。

然而，二维图不能全面、准确地反映设计，设计师和2D图纸，后续的有限元结构分析、运动分析、公差分析，生成的NC代码和设计对象，分析通常是必不可少的，只有三维建模可以满足上述要求。

本章重点介绍了，在对工业设计产品进行逆向工程建模的软硬件设备和方法步骤，为下一步进行货车门总成逆向设计分析奠定理论基础。

第三章车门设计及校核

3.1货车门外形逆向开发流程

3.1.1模型分析

通过对卡车外形的观察发现，固体表面主要分为两个曲面。

他们的内表面，外表面、侧面和斜面。

每个上表面、下表面和侧表面具有共同的表面特征，并可用于生成所需表面。

然后切割出来，得到所需的表面尺寸。

3.1.2点云数据的获取

在汽车车身覆盖件样件的测量中，测量精度并非需要考虑的首要问题，因为覆盖件产品强调的是曲面的整体效果，而不在于局部精度。

但要求产品开发的周期尽量短，根据各评判因素的权重系数最终决定采用深圳市思瑞精密机械有限公司的HEREIN三维激光扫描机，将涂有反差剂的车模固定在转台上，装夹时注意摆放角度，保证能够将车模扫描完全，最终完成对汽车模型的数据测量。

3.1.3点云数据的处理

测量所得到的数据点一般十分密集，数据量非常庞大，因此常被形象地称为“点云”。

这些点云由于测量误差或物体表面反光等原因，会存在大量的杂点，对于一些复杂的曲面，常常采用分块扫描的方法（如车身的覆盖件整体）。

进行分块扫描时，点云数据可能丢失或重叠，并且由于扫描过程中存在误差，在点云中存在大量的噪音点，这样的数据是不适合于重构曲面的，这就需要对点云进行处理。

一般先对这类点云进行预处理，将数据点规范化，然后再进行曲面的重构，以得到高质量的曲面模型。

Imagewar。

软件在点云处理方面具有强大的功能，它几乎可以接收所有的三坐标测量数据，并能对点云进行降噪、除杂、取样、光顺和网格化等操作，笔者采用该软件方便地构建出了车门外侧板的cad模型。

在处理海量数据时，通常的处理方式是采用定义点距大小的方式简化数据，降低计算量，便于多边形网格化等操作。

在imagPwarr软件下打开扫描得到的数据点云，用快捷键Ctrl十1查看，如点的个数、图层、最大可操作距离、点云总体尺寸等。

对点云进行预处理，手工删除不需要的及噪点点云。

图3-1点云信息

3.1.4点云的对齐

对点云对齐，使用云协调计算机系统的初始输入点三坐标与局部坐标测量机的坐标系和Imageware坐标系统通常不一样，所以导致点云处理的合适位置信息的缺乏，高达+分所以不便。

点云对齐。

检测初始数据是否对齐的方法是快捷键F1一F8切换到各个视图，观察位置是否对正即可。

点云对齐如图2-2所示：

图2-2点云对齐图

3.1.5点云平行剖切截面

在点云上按住右键弹出点云浮动工具条“ParallelCloudCrossSections'，对话框，如图2-3所示为在Cloud栏选择要创建截面的点云，根据预览效果在.`Direction”栏选择要创建剖切方向，勾选"AutoCalculateSpacing”选项.在“Sections”栏输入要创建的剖切截面数量，点击“Apply”按钮完成操作，效果如图4所示。

需要注意的是剖切截面的质量会和点云数据的质量十分接近。

如果点云数据上有噪音点，每个剖切截面（扫描线）上也将包含这些噪音点，这也是先去除噪音点的原因之一。

图2-3创建平行剖切截面

图2-4平行截面剖切结果

3.1.6曲线误差分析及调整

需要注意的是，完成样条曲线绘制后需要进行误差分析。

在imageware软件下运行Ctrl+Shift+Q或MeasureICurvetoICloudDifference，出现误差分析对话框，选择误差显示方式。

一般选较直观的“ColorMap”彩色图谱形式，一次选择要比较的点云和曲线“Max.CheckingDistance"（最大检查距离）栏输入对曲线的精度要求即最大偏差（一般情况下A级曲面取0.1~0.3），经过误差分析后结果如图2-5所示，可见最大偏差达0.2427mm，可满足一般曲面要求，想要获得更高精度的曲面，则需要对曲线做进一步的精度调整。

将光标移到曲线编辑“EditCurve”按钮上，对曲线的控制点或结点进行调整，用鼠标点击选中一个点或按住Ctrl键选中多个点，然后根据需要对其进行手动调整或单方向上一步步的按既定数值调整，值得注意的是步进值要取得合适，而且值要由大变小，做微调时以0.1~0.2为宜。

因为后续要对曲面进行裁剪、缝合等操作，因此要求生成的曲面要超出边界一段距离，需要再次对生成的扫描线进行延伸（E.r-lend）操作。

用拉伸构面、扫描构面（Sweep）等方法创建剖平面提取剖面点云，拟合扫描线及扫描轨迹线，完成曲面，然后对曲面组进行裁剪、延伸等编辑操作。

如果这时仍有一部分细节特征无法创建。

在UGNXS中对曲面进行外观造型设计、进入曲面编辑模式，对曲面进行缝合、修剪、倒圆角最终的曲面效果如图2-8所示。

图2-5曲线误差分析结果彩色图谱

图2-6曲率分析结果

图2-7曲面拟合效果

图2-8曲面编辑效果

3.2铰链的设计

3.2.1铰链的法规

零部件设计，都要满足国家相关法规要求，所以设计的基础。

铰链的法规如表3-1所示：

表3-1铰链的法规

标准号

标准内容

备注

GB1508