CATIA V5在客車底盤設計中的應用

萬 昶

（重慶恒通客車有限公司，重慶 401120）

CATIA V5在客車底盤設計中的應用

萬 昶

（重慶恒通客車有限公司，重慶 401120）

隨著三維設計軟件的普及，客車底盤的設計正在逐漸采用三維設計。本文簡要介紹CATIA V5在客車底盤設計中的應用。

客車底盤設計；三維設計；CATIA V5

CATIA是法國達索飛機公司開發的CAD/CAM軟件，在中國由IBM公司代理銷售。CATIA軟件以其強大的功能在飛機、汽車、輪船等設計領域享有很高的聲譽。全球知名的汽車公司已經100%地切換為CATIA設計。其內容涵蓋了從產品的概念設計、工業造型設計、三維模型設計、分析計算、動態模擬仿真、工程圖輸出，到生產加工的全過程[1]。客車底盤是客車的基礎、傳遞發動機產生的動力，使汽車得以正常行駛，由傳動系、行駛系、轉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在客車底盤設計中的應用[2]。

1 零部件建模

CATIA V5零部件設計模塊為3D機械零部件設計提供了強大的設計工具。應用“智能實體”的設計思想，廣泛使用混合建模、關聯特征和靈活的布爾運算相結合的方法，允許設計者靈活使用多種設計手法建模[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。為了避免重復工作，提高工作效率，在保證零部件二維CAD圖紙尺寸準確的情況下，可以將二維CAD圖紙導入CATIA V5，并粘貼在草圖設計中，利用CATIA V5中零部件設計模塊進行建模（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行縮放。

具體步驟如下：將零部件二維CAD圖紙導入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鍵曲線進行建模。

1.2 基于相似零部件的建模

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

2 裝配及工程圖設計

CATIAV5裝配設計可以幫助設計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構，可真正實現裝配設計和單個零件設計之間的并行工程。設計人員可以方便地進行干涉和縫隙檢查。

2.1 底盤裝配設計

該城市客車底盤分為30個分總成，1000多個零部件。裝配過程中應體現零部件組成分總成、分總成組成底盤總裝配的父子關系；零部件文件存放應體現上述裝配關系。底盤裝配設計為整車整備質量狀態。裝配順序應遵循先裝配相對于整車坐標固定的零部件，再裝配相對整車坐標運動的零部件；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，最后裝配標準件的原則進行裝配[4-5]。

2.2 底盤明細表導出

客車底盤明細表導出步驟：

1）零部件、分總成應定義零件編號、定義、描述等屬性。

2）打開底盤裝配設計。

3）菜單欄單擊分析下拉菜單中物料清單（見圖3）。

4）定義明細表導出格式（見圖4）。

5）另存為 excel格式（見圖 5）。

6）依據公司明細表要求編輯導出的excel格式明細表。

2.3 工程圖設計

CATIAV5的工程圖設計模塊提供了兩種生成工程圖的方式，即創成式工程繪圖和交互式工程繪圖。創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聯的工程圖紙。

雖然CATIA V5工程圖設計模塊功能比較完善，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。故工程圖設計模塊主要采用創成式工程繪圖，然后輸出為CAD格式進行編輯并輸出工程圖紙。具體操作步驟請參見文獻[6]。

3 運動模擬及工程分析

3.1 運動機構模擬設計

CATIAV5電子樣機運動機構模擬設計通過調用大量已有的多個種類的運動副，或者通過自動轉換機械裝配約束條件而產生的運動副，對任何規模的電子樣機進行運動機構定義。通過運動干涉檢驗和校核最小間隙來進行機構運動分析。運動機構模擬設計模塊可以生成運動零件的軌跡、掃掠體和包絡體以指導未來的設計[7]。以轉向前輪運動校核（圖6）為例，電子樣機運動機構模擬設計在底盤運動校核中的簡要步驟如下[8]：

1）進入CATIAV5 DMU運機機構模塊。

2）創建機械裝置。

3）定義固定部件。

4）定義運動副，其中至少有一個驅動命令。

5）運動副定義完成后，系統提示可以模擬運動。

6）創建模擬運動。

7）創建模擬播放。

8）創建包絡體等。

3.2 工程分析

CATIAV5提供了一套既適于設計人員，又適于工程人員使用，并且經過工業驗證的有限元分析解決方案，用來作為設計人員進行決策的輔助工具，其無與倫比的易用性使設計人員可以進行設計與分析的反復疊代。與設計的完全集成和關聯，設計人員不需要進行傳統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，系統就可以對設計進行驗證。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、熱機械分析、零件和混合模型的模態分析、可變形裝配公差分析等[9]。

以電瓶托架靜應力分析（圖7）為例，其工程分析在底盤零部件優化設計的簡要步驟如下[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）計算模型。

10）顯示模型計算結果。

4 結束語

CATIAV5強大功能不僅能夠提高設計效率、減少重復設計、避免設計失誤，而且在產品生產之前可以對產品結構、性能進行全面校核[11]。隨著我公司CATIA在設計、工藝、生處各個環節的深入，將會更好地利用CATIA強大的功能，全面提升我公司設計質量。

[1]詹熙達.CATIA V5曲面設計實例精解[M].北京：機械工業出版社，2009.4.

[2]劉濤.汽車設計[M].北京：北京大學出版社，2008.1.

[3]單巖，謝龍漢.CATIA V5機械設計[M].北京：清華大學出版社，2004.11.

[4]肖生發，趙樹朋.汽車構造[M].北京:中國林業出版社，北京大學出版社，2006.8.

[5]《汽車工程手冊》編輯委員會.汽車工程手冊：設計篇[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[M].北京：北京航空航天大學出版社，2008.3.

[8]余志生.汽車理論（第5版）[M].北京：機械工業出版社，2010.

[9]盛選禹，等.CATIA有限元分析命令詳解與實例[M].北京：機械工業出版社，2005.3.

[10]GB/T 700-2006，碳素結構鋼[S].北京：中國標準出版社，2006.

[11]溫煒堅，余少敏，廖中文，等.操縱穩定性的某電動汽車方案優化[J].重慶理工大學學報：自然科學版，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；公司副總經理。