汽車白車身檢具精度有限元分析

韋永寅

（柳州柳新汽車沖壓件有限公司，廣西 柳州545116）

汽車白車身檢具精度有限元分析

韋永寅

（柳州柳新汽車沖壓件有限公司，廣西 柳州545116）

汽車白車身專用檢具是對汽車尺寸進(jìn)行控制的重要手段，其精度對測量有至關(guān)重要的作用。通過有限元分析及三坐標(biāo)測量分析檢具在實(shí)際應(yīng)用中精度的變化，闡述了檢具在實(shí)際應(yīng)用中的注意事項(xiàng)。

尺寸控制；檢具；精度；有限元分析

隨著汽車產(chǎn)銷量的不斷提升，消費(fèi)者對汽車的質(zhì)量要求也越來越高，最直觀的是汽車的感官質(zhì)量，即汽車車身的外觀質(zhì)量，外觀質(zhì)量直接影響到消費(fèi)者的選擇。車身外觀感官質(zhì)量最主要的是零部件的匹配效果，而國內(nèi)大部分汽車制造商應(yīng)用控制零部件匹配效果的手段即是使用檢具，檢具品質(zhì)直接影響到零部件的尺寸控制，進(jìn)而影響白車外觀匹配質(zhì)量。

白車身汽車檢具大部分在汽車零部件配件商處使用，由于每個零部件供應(yīng)商的工藝水平參差不齊及檢具維護(hù)不到位，導(dǎo)致檢具使用的方法會有偏差，而檢具本體本身也產(chǎn)生一定的偏差，最終導(dǎo)致零部件尺寸測量無法得到接近真實(shí)值的測量值。

國內(nèi)主機(jī)廠檢具開發(fā)模式，主要是由檢具制造商進(jìn)行檢具設(shè)計(jì)制造。由于國內(nèi)檢具制造商設(shè)計(jì)及制造水平參差不齊，缺乏實(shí)際應(yīng)用的經(jīng)驗(yàn)，所以設(shè)計(jì)方案常常缺乏考慮實(shí)際應(yīng)用中遇到的問題。本文就檢具在實(shí)際應(yīng)用中檢具精度的變化展開論述，闡述檢具開發(fā)及使用過程中的注意事項(xiàng)。

1　某車型側(cè)圍檢具實(shí)際應(yīng)用中精度分析

1.1側(cè)圍檢具有限元分析

利用有限元分析軟件進(jìn)行對側(cè)圍檢具數(shù)模進(jìn)行三維網(wǎng)格劃分后，設(shè)定兩種工況進(jìn)行仿真分析，使用ANSYS軟件仿真計(jì)算檢具的最大位移情況。工況一：起吊檢具工況，模擬起吊加速度為2g；工況二：靜態(tài)狀態(tài)下，通過支撐腳承重（自重加載g）。

約束設(shè)定，工況一：如圖1中4個方框中的起吊點(diǎn)；工況二：如圖1中的圓圈中的支撐點(diǎn)。

圖1　約束

設(shè)定以上條件后，在ANSYS軟件進(jìn)行解算模塊，解算結(jié)果如下：

工況一仿真結(jié)果：如圖2所示，最大位移點(diǎn)位于檢具的尾部，檢具的最大位移為0.51 mm.

圖2　工況一仿真結(jié)果

工況二仿真結(jié)果：如圖3所示，最大位移點(diǎn)位于檢具的尾部，檢具的最大位移為0.22 mm.

圖3　工況二仿真結(jié)果

1.2三坐標(biāo)測量側(cè)圍檢具精度

在工況二條件下，使用三坐標(biāo)對檢具進(jìn)行測量，首先測量檢具底板的平面度（檢具出廠要求為平面度≤0.15 mm，僅針對該檢具）。實(shí)際測量平面度為0.8 mm.

1.3有限元解算結(jié)果與三坐標(biāo)測量結(jié)果對比分析

一般檢具型面的制造精度要求為±0.15 mm.若加上檢具本身的位移偏差，檢具的整體偏差相差大。工況一偏差：0.66 mm，工況二：0.37 mm，而根據(jù)實(shí)際的三坐標(biāo)測量，偏差比仿真分析的結(jié)果還要大。汽車部件的公差要求為±0.7 mm.測量誤差已經(jīng)占到公差帶的0.37/1.4=26.4%，而實(shí)際測測量誤差比這個結(jié)果還要大，無法滿足測量系統(tǒng)的要求。

實(shí)際測量檢具的位移變化量要比仿真結(jié)果的位移量更大，實(shí)際應(yīng)用的環(huán)境復(fù)雜，很多因素均會影響檢具的精度，其主要原因分析：（1）檢具底板焊接質(zhì)量影響，仿真時為剛性連接在理想狀態(tài)下，而實(shí)際焊接連接存在一定的缺陷，導(dǎo)致整個檢具的剛性降低；（2）檢具實(shí)際存放的地方并不能保證水平，重心與仿真存在一定的偏差。

1.4檢具實(shí)際應(yīng)用精度保證

根據(jù)檢具的布置情況，近似為均布載荷。如圖1所示，整個檢具底板結(jié)構(gòu)在支撐腳的作用下，將整個檢具底板結(jié)構(gòu)視為簡支梁結(jié)構(gòu)。根據(jù)簡支梁在均布荷載下的最大撓度在跨中［1］，根據(jù)簡支梁撓度的計(jì)算公式：Ymax=5ql4/（384EI），式中：Ymax為梁跨中的最大撓度（mm），q為均布線荷載標(biāo)準(zhǔn)值（kN/m），E為鋼的彈性模量，I為鋼的截面慣矩（mm4），可在型鋼表中查得。根據(jù)計(jì)算公式可知，當(dāng)l減小時，即跨度減小時，撓度將大大較小。實(shí)際上檢具已經(jīng)制造完成，要有效較小撓度，減小跨度是最簡單有效的方法，減小跨度的方式就是增加支點(diǎn)。根據(jù)以上分析，對檢具進(jìn)行優(yōu)化，如圖1所示的設(shè)置的三角形支點(diǎn)，有效減小撓度。通過增加可以調(diào)整高度的支撐點(diǎn)后，上下調(diào)整底板的平面度，最終使檢具的底板平面度可以調(diào)整到標(biāo)準(zhǔn)要求的范圍內(nèi)。

2　檢具設(shè)計(jì)制造及實(shí)際應(yīng)用注意事項(xiàng)

（1）合理設(shè)計(jì)檢具結(jié)構(gòu)，在設(shè)計(jì)時，應(yīng)用有限元仿真分析，優(yōu)化檢具結(jié)構(gòu)，提高檢具的剛度。如底板的框架結(jié)構(gòu)可以參考桁架結(jié)構(gòu)，因桁架結(jié)構(gòu)剛性好，在起重機(jī)中廣泛應(yīng)用［2］。

（2）提高檢具的制造質(zhì)量，特別是焊接質(zhì)量及熱處理質(zhì)量，減小檢具本體內(nèi)部應(yīng)力，減小檢具本體的變形量。

（3）減少搬運(yùn)的次數(shù)。根據(jù)有限元的分析結(jié)果，在搬運(yùn)過程中，檢具的變形量增加較大，嚴(yán)重影響檢具尺寸精度。

（4）檢具放置在平坦的地方，大中型檢具因本身存在一定的位移變形，增加支撐腳，調(diào)整水平，減小檢具變形，提高檢具的剛度。

3　國內(nèi)測量技術(shù)發(fā)展展望

隨著掃描、三坐標(biāo)測量等高效測量技術(shù)的發(fā)展，檢具將逐步應(yīng)用到汽車零部件檢測。在追求效率的時代，專用汽車檢具的優(yōu)勢也在不斷弱化，但鑒于國內(nèi)汽車零部件的發(fā)展情況，汽車專用檢具仍有應(yīng)用的空間。

［1］李慶華.材料力學(xué)［M］.四川:西南交通大學(xué)出版社，1994.

［2］王金諾，于蘭峰.起重運(yùn)輸機(jī)金屬結(jié)構(gòu)［M］.北京:中國鐵道出版社，2002：213.

Finite Element Analysis of the Accuracy of BIW Checking Fixture/Gage

WEI Yong-yin
（Liuzhou Liu Xin Auto Stamping Co.，Ltd，Liuzhou Guangxi 545116，China）

The vehicle body special inspection tool is an important means to control the size of the vehicle，and its precision is very important to the measurement.Through the finite element analysis and the three coordinate measuring and analyzing the change of the precision in the practical application，this paper expounds the matters needing attention in the practical application.

size；checking fixture/gage；accuracy；finite element analysis

U468

A

1672-545X（2016）07-0197-02

2016-04-17

韋永寅（1986-），廣西人，助理工程師，學(xué)士，主要研究方向?yàn)槌叽绻こ獭?/p>