Проектирование корпусов автомобилей


Применение CAD/CAM/CAE-систем для проектирования и изготовления гоночного автомобиля

Введение

Оцифровка формы двигателя и сиденья пилота

Разработка геометрии кузова автомобиля и разбиение кузова на детали

Проектирование оснастки для получения деталей кузова и разработка управляющих программ для изготовления оснастки на станках с ЧПУ

Инженерный конечно­элементный анализ рамы (статический и динамический расчет)

Заключение

Предлагаем читателям ознакомиться с выдержками из работы студентов Тольяттинского государственного университета (Автомеханического института), которая заняла первое место на 10-м ежегодном конкурсе студенческих работ, проводимом компанией Delcam plc среди высших учебных заведений России и Украины. Работа выполнена под руководством С.Б. Карданова студентами Иваном Борисовым и Павлом Чекушкиным, которые приглашены на полугодичное обучение и стажировку в головной офис компании Delcam plc в Бирмингеме (Великобритания).

Введение

Formula Student SAE (Society of Automotive Engineers) — это инженерный чемпионат среди более чем 200 технических университетов со всего мира, в том числе из России. Идея Formula Student SAE возникла в 1981 году в США. Проект Formula Student SAE дает студентам уникальную возможность погрузиться в реальную атмосферу проектирования и производства спортивного автомобиля в рамках виртуального предприятия с последующими гоночными соревнованиями. Студенты разных специальностей (инженеры, дизайнеры, менеджеры, экономисты) должны объединиться в команду и в течение учебного года самостоятельно разработать проект болида класса «формула» в соответствии с регламентом соревнований, изготовить болид и описать весь процесс его создания с технической и экономической точек зрения, а затем представить на суд жюри на международных этапах чемпионата.

Команда Тольяттинского государственного университета приняла участие в международном студенческом конкурсе по созданию гоночных автомобилей Formula Student SAE в 2008 году вслед за командой Московского автомобильно-дорожного института (МАДИ), ставшей участником этих соревнований в 2006 году.

В рамках конкурса в мастерской на базе ТГУ был спроектирован и изготовлен гоночный автомобиль, соответствующий международному регламенту участия в соревнованиях. Общее управление проектом и организацию работы студенческого коллектива, а также роль главного дизайнера проекта выполнял С.Л. Синельников, экс-шеф­дизайнер ОАО «АвтоВАЗ», член Союза дизайнеров РФ. Вопросы конструкторско-технологической подготовки студенческого проекта, а также производство, сборку и испытания гоночного автомобиля курировал главный конструктор проекта И.В. Иванов.

Для конструкторско-технологической подготовки проекта было решено использовать главным образом CAD/CAM-системы британской компании Delcam plc. На выбор САПР повлияло то, что программные продукты этой фирмы (PowerSHAPE, PowerMILL и PowerINSPECT) с 2001 года широко применяются в учебном процессе университета при подготовке студентов инженерных направлений.

Оцифровка формы двигателя и сиденья пилота

Для создания математической 3D-модели каркаса автомобиля потребовалось измерить габариты и формообразующие элементы двигателя и сиденья пилота. От этих узлов зависит конфигурация рамы автомобиля, ширина колеи и форма кузова. Для получения 3D-моделей было решено использовать методику реверсивного инжиниринга, для чего были взяты натурные образцы двигателя и сиденья. Измерения выполнялись при помощи портативной координатно­измерительной руки MicroScribe-3D.

В качестве силового агрегата для автомобиля был выбран двигатель от спортивного мотоцикла HONDA CBR600 (рис. 1). Основной задачей оцифровки было получение габаритов двигателя и координат точек креп-ления его к раме. При помощи CAI-системы PowerINSPECT были выполнены замеры базовых геометрических примитивов (точки, окружности, плоскости, цилиндрические поверхности). Затем каждая сессия была экспортирована через формат IGES в отдельный файл системы геометрического моделирования PowerSHAPE (рис. 2).

Рис. 1. Двигатель мотоцикла HONDA CBR600

Рис. 2. Импорт базовых геометрических примитивов для построения 3D-модели двигателя

Рис. 3. Черновые фрагменты 3D-модели двигателя

Далее путем обработки данных замеров в PowerSHAPE были получены черновые фрагменты 3D-модели двигателя (рис. 3). После этого отдельные фрагменты разных сессий замеров в несколько этапов были объединены в единую сборку (рис. 4). После многократных преобразований и уточнений геометрии сборки была получена окончательная математическая модель двигателя (рис. 5).

Рис. 4. Объединение фрагментов в единую сборку

Рис. 5. Уточненная 3D-модель двигателя

Рис. 6. Замеры прототипа сиденья

В качестве прототипа сиденья был взят образец от гоночного автомобиля «Эстония-18». Работа была разбита на несколько основных этапов. Прежде всего была построена предварительная 3D-модель прототипа сиденья. Для этого при помощи CAI-системы PowerINSPECT были сделаны замеры формообразующих кривых (рис. 6). Затем эти элементы были экспортированы через формат IGES в CAD-систему PowerSHAPE (рис. 7).

Рис. 7. Построение предварительной геометрии сиденья по примитивам

От положения пилота в болиде зависят углы обзора, управляемость, время накопления усталости и безопасность пилота в целом, поэтому требовалось определить контрольные точки оптимального положения пилота. Для этого был создан посадочный макет (рис. 8). Посадка пилота определила положение характерных точек, в частности центра тазобедренного сустава. По этим точкам в системе CATIA был выставлен манекен в файл сборки автомобиля (рис. 9). В результате были получены характерные линии — очерки будущих поверхностей автомобиля, соответствующие общей компоновке болида.

Рис. 8. Посадочный макет

Рис. 9. Посадка пилота в файле сборки автомобиля

Рис. 10. Доводка формы сиденья

Рис. 11. Конструктивная доработка геометрии сиденья

Рис. 12. Готовое сиденье

Окончательная конструктивная доработка сиденья велась с учетом требований технического регламента. Придание сиденью спортивного вида, а также доводка и сглаживание поверхностей проводились в системе CATIA (рис. 10). Предварительная модель сиденья (рис. 11) была дополнена фланцами (для увеличения прочности); для удобства водителя увеличена спинка и сформирован подголовник; в спинке для размещения ремней безопасности выполнены отверстия (рис. 12).

Разработка геометрии кузова автомобиля и разбиение кузова на детали

Известно несколько способов проектирования кузова автомобиля. Один из них, практикуемый в дизайн-центре «АвтоВАЗа», использован в данной работе. Он предусматривает прохождение ряда проектных шагов.

В основу проектирования автомобиля как симметричного объекта положен принцип, определяющий положение его системы координат (СК), — автомобиль имеет главную нулевую плоскость ZX, вертикально расположенную на его продольной оси, горизонтальную плоскость XY и вертикальную ZY, проходящую через ось передних колес. Работа начинается с выбора местоположения начала координат кузова автомобиля.

Следующим этапом является построение поверхностей кузова по характерным кривым (рис. 13), постоянно присутствующим на автомобиле (разъемы дверей, разъемы между соединенными деталями кузова и т.д.). По этим очеркам составляется некая «проволочная» модель, пересечение кривых, и появляется каркас поверхности.

Рис. 13. Построение каркаса кузова

Рис. 14. Построение ортогональных проекций

Далее выполняется построение каркаса поверхности в ортогональных проекциях (вид сбоку, сверху, спереди) — рис. 14.

Затем из ортогональных проекций кривых получают 3D-кривые, по ним конструктор начинает работу по проектированию кузовных поверхностей.

Наконец, на пятом этапе полученные от дизайнера трехмерные кривые обрабатываются в CAD-системе (в нашем случае — в PowerSHAPE). Остановимся на этом этапе подробнее.

Сначала по каркасу кривых (рис. 15) «натягивают» поверхности, позволяющие видеть общую структуру кузова болида, после чего дизайнер и конструктор прорабатывают элементы аэродинамики и тем самым приходят к общей композиции автомобиля (рис. 16). Дизайнер использует в работе эскизное проектирование в системе для промышленного дизайна Rhino (компании Rhinoceros), позволяющее быстро строить поверхности, но дизайнерское построение характеризуется большой погрешностью.

Рис. 15. Проектирование скульптуры каркаса

Работа конструктора заключается в детальной проработке полученных от дизайнера данных, то есть все каркасные кривые и «натянутые» по ним поверхности перестраиваются с высокой точностью с целью получения окончательных кузовных поверхностей (рис. 17) и принятия дальнейших конструкторско-технологических решений. Параллельно с проектированием кузовных поверхностей идет разработка рамного каркаса, который является несущей силовой конструкцией автомобиля (рис. 18).

Рис. 16. Решение общей композиции кузовных поверхностей

Рис. 17. Сборка кузовных деталей в общую компоновку

Рис. 18. Базовый вариант рамы

На заключительном этапе кузовные поверхности делятся на детали (с учетом требований регламента соревнований), идет их конструктивное оформление (проработка мест разъема с сопряженными деталями). Также выполняется сборка всех полученных деталей кузова в общую компоновку.

За время работы над конструкцией болида в ней были выявлены определенные недочеты. Когда уже были полностью спроектированы и изготовлены кузовные детали, для уменьшения веса автомобиля, упрощения доступа к внутренним узлам и агрегатам, а также для удобства управления гоночным автомобилем потребовалось модернизировать существующий рамный каркас и некоторые кузовные детали (рис. 19).

Рис. 19. Модернизация деталей кузова

Проектирование оснастки для получения деталей кузова и разработка управляющих программ для изготовления оснастки на станках с ЧПУ

CAD/CAM-технологии — основная платформа современного машиностроения. Интеграция CAD/CAM обеспечивает оперативную конструкторско-технологическую подготовку производства, что позволяет снизить издержки производства и существенно сократить цикл выпуска изделия. Для выполнения этого этапа работы были использованы CAD/CAM-системы фирмы Delcam — PowerSHAPE и PowerMILL.

Геометрическое моделирование технологической оснастки проводилось в CAD-системе PowerSHAPE. Проектирование технологической оснастки для изготовления всех деталей кузова осуществляется примерно одинаково. За основу берется 3D-модель изделия. По модели, на основе практического опыта проектирования пресс­форм, а также с использованием инструмента для анализа поднутрений, в системе PowerSHAPE назначаются базы и направления снятия детали в зависимости от уклонов поверхностей, определяются линии разъема, после чего делается вывод о необходимом количестве элементов оснастки для изготовления каждой детали кузова. По линиям разъема 3D-модель детали разбивается на элементы, которые будут получены в разных технологических формах. Далее выполняется доработка 3D-модели элемента детали до технологического перехода — добавляется технологическая надстройка (поверхности уклона, прижима и разъема, а также оптимальные радиусы переходов). Для получения высокого качества изделия необходимо спроектировать технологическую оснастку с учетом необходимых уклонов для обеспечения извлекаемости изделия из формы, чтобы избежать дефектов при усадке при полимеризации композитного материала детали. Из минимального объема (с учетом припусков на развертке) вычитаем технологический переход и получаем простейшую форму для получения деталей кузова. В итоге окончательная технологическая оснастка для большинства деталей кузова имеет достаточно простую конструкцию. В рамках журнальной статьи мы можем продемонстрировать лишь несколько самых важных элементов (рис. 20-23).

Рис. 20. Оснастка для верхней панели кузова

Рис. 21. Оснастка для боковой панели кузова

Рис. 22. Оснастка для сиденья

Изготовление технологической оснастки для деталей кузова осуществлялось на фрезерном станке, оснащенном ЧПУ-контроллером. Управляющая программа создавалась по математической модели оснастки, с учетом оптимизации стратегии обработки, минимизации времени обработки и с контролем столкновений и отсутствия зарезов. Для расчета черновых и чистовых стратегий обработки была использована CAM-система PowerMILL.

Для каждой оснастки, с учетом особенностей геометрии, были выбраны наиболее подходящие черновые и чистовые стратегии фрезерования с последующей визуализацией, позволившей оптимизировать траектории движения режущего инструмента.

Кроме того, решался вопрос, из чего изготавливать оснастку для пластиковых деталей кузова. Выбор материалов для технологической оснастки (матрицы, пуансона) для формовки пластика зависит от требований к качеству поверхности изделия, программы выпуска, точности изготовления и цены. Вообще, используют эпоксидные смолы, МДФ (для опытных образцов), пенопласт (для единичного производства), комбинированные формы (например, бакелизированную фанеру). Для изготовления спроектированных элементов оснастки, учитывая единичное производство, было решено применять пенопласт и МДФ.

Процесс обработки на станках с ЧПУ и готовая оснастка представлены на рис. 23 и 24. Оборудование и всё необходимое для изготовления оснастки было предоставлено прессовым производством ОАО «АвтоВАЗ» и Управлением экспериментального производства (УЭП) автозавода.

Рис. 23. Изготовление технологической оснастки на станке с ЧПУ: а — форма для боковой панели кузова; б — элемент формы для облицовки дуги безопасности

Рис. 24. Готовая технологическая оснастка для изготовления деталей кузова

Инженерный конечно­элементный анализ рамы (статический и динамический расчет)

В ходе работы над проектом была поставлена задача: спроектировать аттенюатор (элемент безопасности, устанавливаемый спереди рамной конструкции и сминаемый при лобовом ударе), удовлетворяющий техническому регламенту соревнований и тестовому режиму (столкновение автомобиля с препятствием со скоростью 7 м/с при торможении, когда перегрузка не превышает 20 g).

Для решения данной задачи был использован метод численного анализа — метод конечных элементов (МКЭ). Конечно-элементная модель аттенюатора сформирована сеткой, состоящей из конечных элементов треугольной и четырехугольной формы. В работе были применены следующие программные CAE-комплексы: препроцессор Altair HyperMesh, в котором были заданы параметры тестового режима; решатель ANSYS/ LS-DYNA и постпроцессор Altair HyperView, обеспечивший просмотр и анализ результатов теста (рис. 25).

Рис. 25. Конечно-элементная модель каркаса болида для динамического расчета

Рис. 26. Анализ перемещения узлов рамы

Для обеспечения безопасной эксплуатации автомобиля был выполнен прочностной анализ пространственного каркаса. Несущей конструкцией в гоночном автомобиле данного класса является пространственный каркас (рама), на который устанавливаются силовой агрегат, система управления и ходовая часть. Цель данного расчета — определение жесткости каркаса, вычисляемой по углу закручивания передней оси автомобиля относительно неподвижной задней оси (рис. 26).

Построение расчетной модели проводилось в программной среде Altair HyperMesh 7.0. Эта система, основанная на МКЭ, предназначена для расчета статических напряжений и деформаций, устойчивости, определения собственных частот и форм колебаний, а также задач статики и динамики в нелинейной постановке для широкого класса машиностроительных и других конструкций.

Готовый гоночный автомобиль

Команда разработчиков

Заключение

В результате проделанной работы были получены следующие результаты:

  • спроектированы детали кузова гоночного автомобиля, удовлетворяющие регламенту международных соревнований и требованиям технологичности;
  • спроектированы формы (технологическая оснастка) для изготовления кузовных деталей;
  • разработана технология изготовления технологических форм;
  • оформлена патентная документация. Подана заявка на промышленный образец;
  • собран опытный образец. Проведены различные испытания, в том числе и на зимнем гоночном треке.

САПР и графика 2`2010

sapr.ru

3D моделирование и проектирование автомобилей: что это такое, программы для создания модели

Ведущие разработчики в сфере автомобилестроения используют качественные ПО международного стандарта. Это кропотливый труд, в котором принимают участие несколько специалистов, каждый из которых отвечает за свою сферу – внутреннее наполнение, детали, корпус, дизайн. В статье мы расскажем, как создается 3D модель автомобиля и какие программы для проектирования используются. 

Этапы моделирования с нуля

При налаженной работе автомобильного концерна весь процесс от идеи и создания макета до полной отработки всех механизмов и снятия с конвейера первой машины проходит около 72 месяцев. Могут быть корректировки, они в основном зависят от того, какие новые технологии разработаны, берется ли за основу прежняя модель, какие производственные мощности предлагает производитель. Рестайлинг, то есть переделка уже имеющегося авто, конечно, проходит в гораздо меньшие сроки – до 1 года. 

Предпроектная подготовка, сбор исходных материалов – этап первый

Проходит исследования международного рынка автомобильной отрасли. Анализируется доля заполненности автосалонов этой конкретной марки, спрос потребителя, средняя сумма, которую готов заплатить покупатель, а значит, и класс авто. 

Затем создается УТП, то есть уникальное торговое предложение. Это та особенность, которая отличает новинку от аналогов и прочих предложений производителя. Это может быть – повышенная безопасность, легкость управления, комфорт премиального уровня и прочее. 

На этой ступени подготовки также проводится оценка следующих решений: 

  • весовая категория транспортного средства;
  • расчет топливного расхода, пути к экономии ресурсов; 
  • выбор двигателя, мощи новой модели, количество лошадиных сил; 
  • выбор инвестиций и экономическая сторона вопроса, максимальная себестоимость одной единицы производства; 
  • договоры с поставщиками на материал, детали, расходные материалы; 
  • рекламная кампания. 

Дизайн корпуса машины на 3D модели – этап второй

Здесь в первую очередь работают дизайнеры, они приготавливают свои эскизы, решения, цветовые исполнения, исследуют отзывы реальных покупателей, определяя из предпочтения по внешнему виду. Затем вступаются инженеры, которые выбранный дизайн адаптируют к реальным возможностям проектирования. Создаются трехмерные модели сборки, происходит работа по подбору материалов, в основном вопрос касается салона – какая ткань будет выбрана для обивки, для сидений, для панели управления, и пр. 

На этой стадии по 3Д модели автомобиля оценивается аэродинамика – как воздух будет обтекать машину в момент ее работы, как дополнительные элементы будут способствовать развитию максимальной скорости. 

В это время работают рекламщики, они создают первую пробную презентацию товара с указанием его лучших сторон. Если она пройдет провально, то у них еще будет время для переделки некоторых частей. 

В этом момент на заводах уже запускается пробная версия – прототип должен быть максимально приближен к реальной конструкции, так как его будут оценивать, экспериментировать на нем. 

Эти действия происходят параллельно работе дизайнеров, при этом детали могут меняться незначительно вплоть до выпуска на конвейерную ленту. 

Здесь уже решаются проблемы, связанные со внутренним наполнением: 

  1. передовые новинки в проектировании двигателя, его производство; 
  2. разработка КПП, выбор между автоматикой и механикой; 
  3. моделирование электрических схем – «мозги» машины, системы управления; 
  4. изготовление деталей корпуса и обшивки – металлопрокат необходимой формы и пр.

Вместе с исследованиями, если было создано что-то уникальное, происходит процесс получения патента на изобретение. 

Проходят следующие работы: 

  • Кузов подвергается проверке на ударопрочность, затем подбираются альтернативные решения – как можно уменьшить общую массу авто, сделать металл более долговечным.
  • Повторно проверяется аэродинамика и выдвигаются идеи по увеличению этого показателя.
  • Вопрос о комплектации новейшими развлекательными системами, а также дополнительными функциями, например, автоматическим парктроником и другими.
  • Анализ поведения комплектующих в различных климатических условиях – жара, мороз, повышенная влажность. Если выявлены проблемы, то варианты их разрешения. 
  • После создания пробного объекта, проводится его краш-тест. 
  • 3Д модель машины подвергается проверке экономичности бензина или альтернативного топлива. 
  • Разработка экономического и производственного плана по серийности запуска марки, месту ее сборки, варианты партнеров по продаже. 
  • Анализ цены, затраченной на все работы, расчет себестоимости. 
  • Получение сертификатов – на безопасность, категория экологичности и пр. 

Производство – этап четвертый

Все производственные мощности перенастраиваются под выпуск новых изделий, закупаются и настраиваются новые станки. Для работы с ЧПУ программируются ПО. Программа от «ЗВСОФТ» ZW3D отлично совместима со станками ЧПУ. В этом софте могут одновременно работать на всех этапах создания 3Д модели авто, при 3D визуализации и моделировании деталей, а также при производстве. 

На этой стадии изготавливаются все элементы кузова, внутреннее технологическое оснащение, производится подгонка компонентов и проверка на их совместимость. Когда все отработано, то начинаются работы по подбору рабочей силы, заключаются договоры с поставщиками расходных материалов и с оптовыми покупателями, налаживается запуск серии на постоянный конвейер. 

Теперь подробнее поговорим об этапе проектирования дизайна средствами компьютерных технологий. Большинство САПР подходят для автомобилестроения. Используют ZW3D, ZWCAD,  FormZ Pro, 3ds Max. Посмотрим пример создания макета в одном из ПО. 

Сначала создается несколько чертежей в разных проекциях – сверху и снизу, со всех сторон. Они будут основой для будущего проекта. 

Для работы с корпусом используется полигональная сетка. Ей удобно управлять, если понадобится изменить параметры плоскости, сделать скругление или выпуклость\вогнутость (что удобно производить в FormZ Pro), задать желаемые параметры, поработать с фактурой. 

Можно работать с одной стороной авто, а затем воспользоваться функцией симметричного отображения или копировать элементы и воспользоваться ими повторно. 

Для создания колесных арок нужно ориентироваться на расположение осей колес, их диаметр и расположение. Между двумя этими элементами нужно провести сетку линий, которая заложит основу корпусу. Двигая за точки полигональных прямых, можно аналогичным образом создавать бампер, двери, капот и крышу авто. 

Этим же инструментом создаются окна и пластиковые детали, вся машина получает объем. 

Фары

Работа над осветительными приборами проходит в три этапа в следующей последовательности:

  • местонахождение и форма; 
  • внутреннее содержимое; 
  • поверхность из стекла. 

Колеса в программе для 3D моделирования автомобилей

Диск создается на основе цилиндра, для работы с ним также создается полигональная сетка. Очерчиваются линии спиц, места креплений, внешняя сторона. После того как и шина будет выполнена в объеме, можно заняться деталями, например, системой торможения. 

Далее можно перейти ко внутренней обивке, рулю, панели управления, если все это будет видно через стекла. Которые, впрочем, можно оставить матовыми и непрозрачными. 

Поверхности A класса

Это такие объекты , которые строятся из сплайнов произвольного порядка с сопряжением кривых и поверхностей (с применением непрерывности G2 и выше) и соответствуют определенным аэродинамическим и,эргономическим требованиям. После создания такие поверхности, как правило, отражают свет, близко расположенные предметы. Ранее создавались только матовые покрытия без бликов, но все изгибы намного реалистичнее и нагляднее смотрятся на глянце. Именно для получения информации о качестве поверхностей подходит инструмент NURBS анализа, который есть в FormZ и ZW3D (версии Standard и Professional). С этой программой для проектирования машин в 3D можно добиться максимальной правдоподобности.

Если моделировать без такой технологии, то не получится сделать эффективный рендеринг, а тем более анимацию с освещением – тени постоянно будут идти неправильной волной. Для сложных деталей и поверхностей это и вовсе невозможно – одна вершина не на своем месте приведет к глобальному смещению общего рисунка. 

Вот каких искривлений на корпусе можно добиться, если применять только полигональное моделирование: 

Используя технологию NURBS в FormZ и ZW3D можно добиться непрерывного отображения света, которое фактически не преломляется из-за смещенных линий, вершин, петель или узлов. 

Дадим вам несколько советов по моделированию авто в программах для 3Д проектирования, в которых есть и возможность разбивки на полигоны, и NURBS.

Расстояние между сегментами ребер

Оно должно быть максимально равномерным – между каждой точкой. Даже если у вас сложная геометрия чертежа, работайте с инструментами кривых линий. Это поможет вам достигнуть минимальных отклонений от непрерывного движения бликов. 

Ребра жесткости

В ZW3D и formZ рекомендуется создавать ребра жесткости до их преобразования в поверхности класса А. Для легкого построения ребер в ZW3D имеются специальные инструменты Rib и Rib network, а в formZ Pro для придания сглаживания воспользуйтесь набором инструментов Subdivision Tools.

В formZ  воспользуйтесь инструментами N-reconstruct, что позволит редактировать объект не разбивая его на полигоны. Это позволит работать напрямую с поверхностью NURBS как с мешем.  При этом  доступны инструменты присоединения, совмещения, продления, разбиения, редактирование каждой контрольной точки, вставка узловой точки и т.д.

Подразбиение 

Это уже этап, когда вся поверхность отлаживается на предмет правильного и непрерывного отображения. Все элементы и острые углы этой мельчайшей сети нужно вручную двигать и возвращать на место в случае ошибки. Но этого этапа можно избежать, если применить NURBS анализ и рендеринг. Такими функциями обладают ПО от «ЗВСОФТ». Посмотрим подробнее, какие еще возможности дает софт от этого разработчика для автомобилестроения. 

по программам для проектирования

Компания занимается реализацией программного обеспечения профессионального уровня. Разработки пользуются большой популярностью, переведены на многие языки, в том числе на русский. Все ПО обладает удобным интерфейсом, чтобы не напрягались глаза и логичным интуитивно понятным инструментарием. 

Для постоянных клиентов и коммерческих заказчиков на лицензии предлагается скидка. Всем пользователям обеспечивается техническая поддержка. Ряд программ подойдут и новичкам, которые впервые взялись за автопроектирование. 

ZW3D для 3D моделирования машин

Это САПР с большими возможностями. Предлагается в нескольких версиях: 

  • Lite.
  • Standard.
  • Professional.

Рассмотрим возможности профессионального ПО:

  1. Поверхности класса А.
  2. Совместимость со станками с ЧПУ. 
  3. Функции для создания штампов, пресс-форм, полостей.
  4. Удобный реверсивный инжиниринг.
  5. Встроенная библиотека объектов.
  6. Виртуальная трехмерная визуализация.
  7. Анимация и анализ движения компонентов для проверки взаимодействия деталей.
  8. Большое количество инструментов для быстрого создания эскизов.
  9. Сборка сложных конструкций по принципу восходящего проектирования.
  10. Параметрическое моделирование твердых поверхностей.
  11. Работа с листовым металлом.
  12. Проектирование сварных швов.
  13. Представление одновременно  2D и 3D с автоматическим отображением всех подписываемых величин. 
  14. Внутренняя развертка любой детали, ее сечение и просмотр в любой доступной плоскости. 

Эти и многие другие возможности дает САПР ZW3D. 

Form•Z Pro

Программа позволяет работать как с твердотельными, так и с поверхностными объектами. Достоинства: 

  • Проектирование в трехмерном пространстве.
  • 3D визуализация.
  • Поддержка распространенных форматов, в том числе DWG.
  • Анимация. 
  • Рендеринг всей сцены и ее части.
  • Возможность моделировать максимально органичные формы на основе простой сетки и инструментов, которые передвигают вершины и линии.
  • Прорисовка каркаса, скрытых линий, поверхностей любого рельефа.
  • Скругление по линии.
  • NURBZ для работы со сложными кривыми. 
  • Фотореалистичные изображения в подключаемых плагинах V-Ray, Maxwell Render, Thea Render и RenderZone.

Эти и другие функции можно применять, если установить на свой ПК Form•Z Pro.

Начните свой путь в автомобилестроении с новейшими программами для проектирования автомобилей в 3D от «ЗВСОФТ». 

Поверхности класса А в ZW3D - Видео 1

Моделирование существующего бампера автомобиля с использованием 3D сканнера в ZW3D - Видео 2

или присоединяйтесь к нашей группе в соцсети

www.zwsoft.ru

Методы разработки форм кузовов и кабин

к скоростным автотранспортным средствам проводятся испытания масштабных моделей в аэродинамической трубе для улучшения их аэродинамических свойств.

Рассмотренный метод художественно-конструкторскогосинтеза относится к традиционным и наиболее распространенным в автотракторостроении. Широкое применение вычислительной техники в проектировании машин вносит существенные коррективы в этот процесс, позволяет на экране дисплея выявить множество вариантов форм и композиций, снижает затраты времени и средств на выполнение работ, не исключает, а наоборот, повышает требования к квалификации всех специалистов.

Художественно-конструкторскийпроектявляется углубленной проработкой проектируемого автомобиля (трактора), выполняемой дизайнером и ведущим конструктором проекта с учетом выявленных на предыдущем этапе замечаний и предложений по дальнейшему совершенствованию и повышению технического уровня разрабатываемого изделия. После этого ведется рабочее проектирование кузова (кабины), окончательная сверка и отработка их рабочих чертежей, по которым изготовляются в металле первые образцы будущего объекта производства. В ходе изготовления первых образцов кабин и кузовов осуществляется авторский надзор со стороны разрабатывавших их дизайнеров.

Внешняя форма автомобиля или трактора определяется множеством факторов:

-назначением и типом машины;

-основными эксплуатационными свойствами машины, которые непременно находят отражение в ее облике (скорость, грузоподъемность, маневренность, проходимость и др.);

-запросами и пожеланиями заказчика разработки;

-тенденциями развития машин данного типа;

-кругом возможных пользователей или покупателей;

-ценой изделия;

-основными материалами, которые будут использованы для изготовления кузова или кабины, их технологическими особенностями;

-требованиями моды;

-аэродинамикой машины;

-климатическими особенностями предполагаемых регионов эксплуатации;

-различными стандартами, нормами и правилами, в частности, определяющими активную и пассивную безопасность машины;

-вкусами и профессиональной подготовленностью дизайнера;

-многими другими факторами.

Разработка общего образа машины. Основой для разработки внешних форм автомобиля или трактора является эскизная компоновка. В ходе эскизной компоновки предварительно определяются размеры и взаимное расположение основных частей машины и ее агрегатов, геометрические параметры салона или кабины, положение водителя и пассажиров, расположение сидений и органов управления, расположение багажа, если он предусматривается, или груза, если автомобиль грузовой. Чаще всего разрабатывается несколько вариантов компоновочных схем, из которых выбирается одна. Эскизная компоновка является составной частью технического задания.

Эскизный компоновочный чертеж представляет собой изображение автомобиля или трактора в трех проекциях. Для автомобилей за начальные координатные плоскости на чертеже принимают:

-вертикальную продольную плоскость симметрии;

-вертикальную поперечную плоскость, проходящую через геометрическую ось передних колес;

-горизонтальную произвольно выбранную плоскость, часто проходящую по верхним или нижним поверхностям лонжеронов рамы грузового автомобиля или пола несущего кузова.

Чертеж выполняется в масштабе (чаще всего 1:5) и снабжается координатной сеткой, частота делений которой обычно принимается равной

200 мм.

В эскизной компоновке указываются основные размеры разрабатываемой машины: габаритная длина, ширина и высота, колесная база (расстояние между осями передних и задних колес), если разрабатывается колесное транспортное средство, колея (расстояние между средними плоскостями правого и левого колес или гусениц), дорожный просвет, передний и задний свесы. Недостающие размеры определяются с помощью координатной сетки. На компоновочном чертеже предварительно наносятся очертания крыши, капота, переднего и заднего стекол, поперечных контуров кузова или кабины.

Основой для разработки дизайнерским подразделением внешних форм машины является выкопировка из эскизной компоновки, дополненная текстовой пояснительной запиской, в которой указываются возможные модификации кузова или кабины, расположение световых и сигнальных устройств, возможные варианты окраски и тому подобные сведения.

Работа над внешним обликом машины обычно начинается с графических эскизов, выполняемых вручную или с помощью компьютера. Компьютерные программы позволяют легко менять цвет кузова, поворачивать его на экране монитора и рассматривать в разных ракурсах, менять освещение, делать поверхность блестящей или матовой. Компьютер позволяет помещать будущий автомобиль или трактор в разное окружение (городской или сельский пейзаж, дорога и т.п.) и оценивать его зрительное взаимодействие с фигурами людей. Последнее особенно важно, потому что, например, легковые автомобили разных классов должны иметь различные

пропорции кузова, и оценить это можно, только если рядом с автомобилем находятся люди. Можно показать также объект разработки в движении, создавая видеоклипы. Для уменьшения трудоемкости работы, анимационная графика обычно выполняется упрощенной, без излишней детализации. Демонстрация машины в движении не только позволяет разработчику более обоснованно определить общую концепцию внешнего вида машины, но и продемонстрировать это заказчику, что на стадии эскизного проектирования особенно важно для принятия направления дальнейшей работы.

Несмотря на широкие возможности компьютерной графики, разработать объемно-пространственноерешение кузова или кабины удается только с помощью макетов.

Макеты. Макеты, создаваемые в процессе проектирования автомобиля или трактора, бывают нескольких видов, создаются они последовательно или с некоторым «перекрытием» по времени.

Прежде всего, разрабатывается м а с ш т а б н ы й м а к е т . Часто создается одновременно несколько макетов на конкурсной основе, несколькими дизайнерами или небольшими группами дизайнеров независимо друг от друга. Такая организация работы позволяет проявить творческую инициативу разных специалистов, заставить их работать с полной отдачей.

Макеты выполняются обычно в масштабе 1:5. Более мелкий масштаб 1:10 не позволяет достаточно качественно проработать детали и применяется только в том случае, если объект разработки имеет очень большие размеры.

Основной материал при создании масштабного макета – пластилин. Макетный пластилин представляет собой плотную массу, обычно какоголибо нейтрального цвета, например, серо-зеленого.Макет помещается на жесткой прочной плите, чаще всего деревянной, которая располагается на такой высоте над полом, чтобы объект разработки можно было видеть в том ракурсе по высоте, как это было бы при наблюдении реальной машины. Работать на высоте обычного стола нельзя. Плита снабжается масштабной сеткой, прочерченной на ее поверхности. Работа над масштабным макетом автомобиля поясняется рис. 4.6.

Чтобы обеспечить необходимую прочность макета, вначале из деревянных реек, фанеры, жесткого пенопласта делается каркас («болванка»), по размерам немного меньше, чем необходимые размеры макета. Каркас закрепляется на рабочей плите в соответствии с координатной сеткой, к нему крепятся колеса, выточенные из дерева или жесткого пенопласта и окрашенные. На «болванку» наносится достаточно толстый слой разогретого пластилина. Собственно процесс макетирования заключается в соскабливании, срезании пластилина с тех мест, где он не нужен, и нанесении его в те места, где это требуется. Используемый инструмент показан на рис. 4.6. Это скребки разных видов и форм. Обычно их изготовляет сам дизайнер в соответствии со своими вкусами. Часто лезвие скребка делается с мелкими насечками, тогда при «протягивании» его вдоль обрабатывае-

мой пластилиновой поверхности можно проследить развитие этой поверхности от одного сечения до другого, что помогает в процессе работы видеть логичность или, напротив, нелогичность того или иного элемента поверхности. Естественно, что на готовом макете получившиеся мелкие бороздки заглаживают. Мерительный инструмент используют такой же, как и при изготовлении литейных моделей.

Рис. 4.6. Работа над масштабным макетом автомобиля

В качестве стекол применяют тонкое органическое стекло или целлулоид, которые окрашивают изнутри в темно-серыйцвет. Такие детали, как дверные ручки, хромированные детали облицовки радиатора и другие, окрашивают «серебрянкой» или обтягивают эластичной самоклеящейся пленкой, поверхность которой имитирует хромированную сталь. Фары, задние фонари и другие световые приборы выдавливают из разогретого органического стекла и при необходимости изнутри окрашивают.

Очень важна отделка поверхности макета. Если макет готовится для демонстрации (заказчику или другим лицам, в том числе и для рекламных целей), то он обтягивается самоклеящейся пленкой, имитирующей окрашенный металл, или окрашивается. Чтобы избежать нежелательного взаимодействия краски и пластилина, макет вначале покрывают водоэмульсионной краской, а уже затем наносят слой декоративной краски. Если же

макет готовится для оценки профессионалами, то пластилин, тщательно выглаженный рукой, натирают графитом. Получившаяся не слишком блестящая поверхность позволяет выявить все особенности формы макета и проследить распределение по ней световых бликов. Окрашенная же блестящей краской поверхность, хотя и делает макет «красивым» (что в ряде случаев важно), мешает детально оценить его архитектурные формы из-затого, что обычное освещение макетной мастерской электрическими лампами создает на блестящей поверхности беспорядочные яркие световые блики.

Помещение, в котором проводятся макетные работы, должно быть достаточно большим, чтобы можно было рассматривать макет со всех сторон с расстояния, по крайней мере, 5…8 м. Для работы в меньшем помещении масштабный макет лучше выполнять на плите, которая установлена на жестком штативе и может поворачиваться. Такая конструкция видна на заднем плане рис. 4.7.

Рис. 4.7. Макетирование автомобиля в натуральную величину

На поверхность макета часто наносится координатная сетка. Масштабный макет позволяет решить несколько задач. Прежде все-

го, проверяется общая концепция внешнего облика машины и, при необходимости, намечаются пути ее развития. Макет позволяет корректировать компоновочный чертеж машины, для чего с него делаются шаблоны из тонкой фанеры, алюминия или жесткого тонкого пластика в тех сечениях, которые задаются координатной сеткой. Затем очертания этих шаблонов переносятся на компоновочный чертеж. В процессе работы над масштабным макетом шаблоны используются для того, чтобы обеспечить симметричность кузова или кабины (разумеется, если они задуманы как симметричные). Полученный комплект шаблонов в дальнейшем будет использо-

ван при изготовлении макета в натуральную величину. Масштабный макет служит также для изготовления пластмассовой модели (копии) для последующей продувки ее в аэродинамической трубе. Для этого вначале изготавливаются «отпечатки» частей макета из стеклопластика, а из них собирается пресс-формадля изготовления модели. На поверхности макета намечаются линии необходимых разъемов: очертания дверей, капота, крышки багажника, намечаются технологические разъемы отдельных штампованных деталей (последняя работа выполняется предварительно, окончательно это удается сделать только на полномасштабном макете), намечаются и предварительно оформляются отверстия, решетки для охлаждения агрегатов и вентиляции.

После обсуждения представленных на конкурс масштабных макетов принимается решение в пользу одного из них, но чаще всего это решение дополняется замечаниями о том, что, скажем, заднюю часть кузова следует использовать от другого макета, а облицовку радиатора – от третьего.

Масштабные макеты, тем более в сочетании с компьютерной графикой, дают большой объем информации о будущем автомобиле или тракторе, но для окончательного решения относительно формы объекта необходимо видеть его в натуральную величину. Для этого строится макет внешних форм в масштабе 1:1.

Макет в натуральную величину строится на чугунной плите, которая устанавливается вровень с полом. На плите имеется масштабная сетка. Иногда, в крупных дизайнерских центрах, макет монтируется на поворотном круге. Каркас делается из дерева, иногда с использованием металлических сварных конструкций, потому что масса макета измеряется тоннами. Каркас устанавливается на прочных опорах по масштабной сетке. Колеса как опора, как правило, не используются, они чаще всего просто прислоняются к каркасу, правда, с соблюдением компоновочных размеров. Применяются реальные колеса с реальными шинами. Если предполагается использование декоративного колесного колпака, то он является предметом макетирования и изготовляется из пластилина. Поскольку натурный макет трудоемок и дорог, его правую и левую части часто делают разными, а чтобы получить представление об объекте в целом, по средней продольной плоскости устанавливают двустороннее зеркало, как это показано на рис. 4.7, тогда при взгляде с любой стороны макет представляется целым.

Готовый макет большого легкового автомобиля в масштабе 1:1 показан на рис. 4.8.

Основой для создания поверхности макета в масштабе 1:1 служат шаблоны, снятые с масштабного макета с соответствующим пересчетом размеров.

Техника макетирования в принципе такая же, как и для масштабных макетов, но практика выработала ряд специфических приемов. Например, чтобы получить гнутое переднее или заднее стекло автомобиля, использовать тонкую пластиковую пленку не удается, так как поверхность, при установке пленки на пластилин, получается неровной, с мелкими световыми бликами. Поэтому приходится делать деревянный «болван», накрывать его

байковым одеялом, а сверху укладывать разогретое до размягчения органическое стекло толщиной около 6 мм. Под действием собственного веса пластик облегает болван и принимает его форму, а одеяло не позволяет грубой поверхности дерева отпечататься на пластике. Перед установкой на макет внутренняя поверхность «стекла» окрашивается с темно-серыйцвет.

Рис. 4.8. Макет внешних форм легкового автомобиля

Для изготовления длинных молдингов, например, для автобусного кузова, можно использовать тонкую деревянную рейку, на которую наносится мягкий пластилин и «протягивается» металлическим шаблоном требуемого профиля. Затем рейка закрепляется на кузове. Иногда тонкие декоративные молдинги изготовляют так: на доске со слоем разогретого пластилина шаблоном «протягивают» канавку нужного профиля, заполняют ее эпоксидной или полиэфирной смолой с отвердителем и алюминиевой пудрой, и, не дожидаясь полного затвердевания, вынимают молдинг и накладывают на макет, изгибая его, как требуется.

При макетировании стараются использовать готовые детали, например, фары, если они предполагаются стандартными, дверные ручки, если намечается использовать имеющиеся на производстве.

Макет внешних форм в натуральную величину является основой для точной разработки поверхности. С него снимаются шаблоны, и их очерта-

ния переносятся на плаз. Плаз (плазовый чертеж) поверхности представляет собой систему сечений поверхности кузова поперечными, продольными горизонтальными и продольными вертикальными плоскостями. Каждое такое сечение – кривая линия. Некоторое представление о плазовом чертеже поверхности кузова дает рис. 4.9.

Рис. 4.9. Упрощенный плазовый чертеж поверхности кузова

Многочисленные выносные линии, видные на рис. 4.9, служат для того, чтобы указать, к какой именно секущей плоскости относится данная кривая. Номера этих плоскостей проставляются у выносных линий.

Плазовый чертеж выполняется в масштабе 1:1 на листе чертежной пленки, которая размешается на столе, размеры которого должны быть больше, чем размеры объекта проектирования. Чтобы уменьшить размеры стола, проекции кузова совмещаются, а виды сверху, спереди и сзади, если кузов симметричный, изображают только половину кузова до средней нулевой плоскости. На практике плазовый чертеж поверхности часто совмещается с плазовым чертежом конструкции кузова. Кроме плаза кузова, вычерчивается плазовый чертеж шасси. Точность построений элементов на плазовых чертежах – 0,25 мм.

Для вычерчивания кривых линий на плазе используются лекала и гибкие деревянные или пластмассовые рейки, которые изгибаются по точкам сечений поверхности и прижимаются к плазу тяжелыми грузами (крицами), как это показано на рис. 4.10. Поскольку рейка не может изогнуться резко, полученная с ее помощью кривая получается достаточно плавной. Проверить плавность вычерченной кривой можно простейшим способом: рассматривая ее вдоль, вблизи плоскости чертежа, как это показано на рис. 4.11.

Рис. 4.10. Построение кривой линии с

Рис. 4.11. Проверка плавности

помощью гибкой рейки

кривой линии

Проверку плавности кривой по нескольким характерным точкам можно выполнить следующим образом. Предположим, длинная кривая с малой кривизной должна проходить через несколько опорных точек, расположенных на расстоянии 200 мм друг от друга. Зрительно оценить качество такой кривой трудно. Тогда строят вспомогательную кривую, у которой расстояние между характерными точками (абсциссы) уменьшено до, например, 10 мм, а ординаты такие же, как у проверяемой кривой. Такая кривая получается примерно в 20 раз короче, и заметить ее дефекты не составляет труда.

Плазовые работы очень трудоемки, требуют большого внимания конструктора и, кроме того, работать на обычном горизонтальном плазе приходится в неудобной позе, полулежа. Большую экономию времени дает разработка поверхности с помощью специализированных компьютерных программ, о чем сказано ниже.

Макет внешних форм машины в натуральную величину позволяет получить более реальное представление об ее облике, чем масштабный. Во время работы над макетом осуществляется постоянная двухсторонняя связь дизайнера и конструктора, работающего над чертежами поверхности. Макет выверяется с учетом исправления кривых, которые на макете обязательно имеют дефекты. Большое значение на этой стадии работы имеет контакт с технологами по штамповке кузовных деталей и сборке кузова. С их помощью намечается разбивка кузова на сборочные единицы, обозначаются стыки между кузовными деталями, уточняются контуры дверей, капотов и других навесных элементов кузова.

На основании выверенных плазовых чертежей поверхности изготавливается м а с т е р - м а к е т к у з о в а . Он состоит из отдельных крупных деревянных блоков, мастер-моделей,которые точно состыковываются друг с другом. Работа выполняется модельщиками высокой квалификации. Для изготовлениямастер-макетаиспользуется хорошо высушенное дерево, обычно ольха, иногда красное дерево. Хранятся детали в помещении с определенной влажностью, чтобы избежать коробления и искажения формы.

106

Рис. 4.12. Мастер-модель переднего крыла легкового автомобиля

Поверхность деталей покрывается лаком. Мастер-макетисполняет роль конструкторского документа и своеобразного арбитра, так как с его помощью проверяется форма всех штампованных внешних деталей кузова, и устраняются проблемы взаимной стыковки деталей, если они возникают при отладке штампового хозяйства в процессе подготовки производства.

На рис. 4.12 в качестве примера показана мастермодель переднего крыла легкового автомобиля.

Макеты внешних форм, масштабные и в натуральную величину, не могут прояснить вопросы, связанные с внутренним пространством, с интерьером машины. Эти вопросы решаются с помощью п о с а д о ч н о г о м а -

к е т а . Он обычно строится с применением дерева, фанеры, гипса, стеклопластика, пластилина. Внешне посадочный макет не похож на разрабатываемый кузов или кабину, но внутреннее пространство точно соответствует чертежам. Посадочный макет легкового автомобиля показан на рис. 4.13, а кабины грузового автомобиля – на рис. 4.14.

Рис. 4.13. Посадочный макет легкового автомобиля

Отправной точкой для постройки макета служит предварительно сделанный чертеж внутренней планировки кузова или кабины. На основании этого чертежа и эскизной компоновки автомобиля проектируется каркас макета, который должен учитывать все основные особенности конструкции кузова.

Посадочный макет устанавливается на плите, обычно деревянной, на такой высоте над полом, которая соответствует проектному положению

Рис. 4.14. Посадочный макет кабины грузового автомобиля

салона или кабины. Плита снабжается координатной сеткой. В макете в положении, соответствующем компоновке, устанавливается руль и другие органы управления, размещаются сиденья. Размеры сидений, их конфигурация и жесткость должны быть такими же, как и на сиденьях проектируемой машины. Чаще всего на этой стадии работы таких сидений нет, и тогда используют по возможности похожие сидения от какой-либодругой машины. Двери кабины или кузова должны иметь такую кинематикуоткрывания-закрывания,как это предусматривается черте-

жом. Макет может быть дополнен панелью капота для проверки передней обзорности, а также стеклами из прозрачного пластика.

После постройки собственно объема внутреннего пространства кузова или кабины, установки в проектное положение сидений, руля, рычагов и педалей управления, проверяют удобство размещения людей и удобство входа-выхода.Применяют два метода: с использованием стандартного посадочного манекена и с помощью экспертной оценки.

Посадочный манекен размещается на сиденье в соответствии с оговоренной стандартом процедурой (ГОСТ 28261–89)и определяется положение точкиН и углы между элементами манекена. Эти параметры сравнивают с теми, которые были заложены в компоновку. Если отличия несущественны, то считается, что сиденье и его положение соответствует проектному, а посадка «стандартного» человека удобна. Изменяя размеры посадочного манекена и положение сиденья в пределах диапазона регулировки, проверяют те же параметры для людей разных уровней репрезентативности (разных перцентилей), о чем сказано выше. С помощью посадочного манекена определяются также параметры обзорности машины (ГОСТ Р51266–99).

Экспертный метод оценки заключается в том, что удобство посадки, входа-выхода,внешняя обзорность и обзорность панели приборов, доступность органов управления и удобство пользования ими, а также другие факторы оцениваются людьми. Для этого приглашаются водители и потенциальные пользователи, имеющие разные антропометрические характеристики, разный стаж работы, различный возраст, комплекцию и даже характер. Они садятся в посадочный макет, проводят в немкакое-товремя, в течение которого их впечатления определяются, и отвечают на вопросы специальной анкеты, которая разрабатывается заранее. Вопросы в этой анкете охватывают все параметры и характеристики, определяющие условия

«взаимодействия» человека и машины, которые можно выявить на этой стадии работы. После статистической обработки ответов, которые обычно формулируются в виде балльных оценок, можно получить достаточно полное представление о потребительских свойствах кабины или кузова. Чаще всего экспертная оценка проводится неоднократно, по мере того, как дорабатывается интерьер кабины или кузова: устанавливаются панели приборов разных вариантов, меняются материалы отделки салона и его цветовая гамма, изменяется форма рукояток управления и многое другое. В конце работы с посадочным макетом получается, во-первых,достаточно достоверная информация для корректировкичертежно-конструкторскойдокументации и,во-вторых,представление об интерьере будущей машины с точки зрения эстетики.

Помимо

разработки плазового чертежа шасси,

строят

м а к е т

ш а с с и или,

по крайней мере, м а к е т

м о т о р н о г о

о т с е к а

(рис. 4.15), учитывая высокую плотность размещения в нем агрегатов.

На

макете

шасси

или моторного

отсека,

выполняемом в масшта-

бе 1:1, можно прове-

рить в натуральную ве-

личину все зазоры, ко-

торые

не

могут быть

выяснены

графическим

способом, найти пра-

вильное положение тяг,

проложить

трубки

и

провода,

проверить

доступность

агрегатов

Рис. 4.15. Макет передней части шасси

для

обслуживания

и

демонтажа.

Большим

легкового автомобиля

достоинством

макети-

рования является возможность легкой и быстрой проверки различных вариантов конструкции и расположения агрегатов. Макетирование шасси дает возможность свести к минимуму компоновочные ошибки и тем самым значительно облегчить, ускорить и удешевить работы по постройке опытных образцов и доводке конструкции автомобиля. Кроме чисто технических задач, с помощью макета подкапотного пространства можно решить вопросы его эстетического оформления, что весьма важно с точки зрения привлекательности автомобиля для потенциального покупателя.

Макет строят на плите, обычно деревянной, чтобы можно было удобно крепить к ней отдельные части макета. Плита снабжается координатной сеткой. Наличие сетки позволяет все замеры делать с помощью линейки, угольника, отвеса и рейсмуса.

Перед изготовлением макетов отдельных агрегатов, узлов и деталей, на основе рабочих чертежей или компоновок, составляют эскизы (без излишних подробностей). В необходимых случаях эскизы снабжают координатной сеткой, которую переносят на макет узла или детали.

Макеты агрегатов и узлов выполняют большей частью из дерева, предпочтительно из ольхи. Материал должен быть тщательно просушен. Поверхность отдельных частей макета отделывают, шпаклюют и окрашивают, чтобы предупредить коробление и растрескивание при изменениях влажности и температуры окружающего воздуха.

Основание макета – макет рамы (или только ее передней части) или основания несущего кузова устанавливают на массивных деревянных подставках на проектной высоте над поверхностью плиты.

При постройке макета широко используют всякие подручные средства и материалы. Если имеются в наличии готовые узлы и агрегаты, которые предполагается использовать на проектируемой машине, то их используют в качестве частей макета, причем обычно только картеры, без «начинки».

Макеты таких сложных агрегатов, как двигатель, делают составными (блок цилиндров, головка цилиндров, масляный картер, впускной и выпускной газопроводы, воздушный фильтр и т.д. выполняют отдельно и скрепляют между собой с помощью болтов, винтов или шипов), что позволяет легко разбирать макет на составные части и при необходимости изменять эти составные части или их относительное положение.

Переднюю подвеску легкового автомобиля макетируют подробно. Вместо колеса на вращающейся ступице укрепляют профильный шаблон колеса с шиной, сделанный из фанеры или листового дюралюминия. Это дает возможность, поворачивая шаблон вокруг оси колеса, увидеть все зазоры между соседними деталями шасси и оперения при различных положениях колеса по высоте и углу поворота, например для тормозных шлангов. Такой шаблон позволяет определить форму кожуха колеса, который на макете можно изготовить в виде решетчатого каркаса из проволоки, а после уточнения его формы заменить оболочкой из стеклопластика, изготовленной на этом же каркасе.

Таким же способом, при необходимости, изготовляют другие частные макеты (агрегатов шасси в области задней подвески, системы выпуска выхлопных газов, расположения топливного бака и топливопроводов и другие).

Оценка объема багажника также производится с помощью макета. Указание объема багажника в кубических метрах или литрах (кубических дециметрах) не является мерой его действительной вместимости, так как не определяет конфигурации его объема и возможности укладки больших предметов. Для оценки реально используемого объема багажника легкового автомобиля часто используют комплект из нескольких чемоданов определенных стандартных размеров. Полезный объем багажника определяется как сумма объемов отдельных чемоданов. Если после укладки всего ком-

плекта в багажнике остается свободное место, то в него укладывают стандартные чемоданы меньшего размера, пока не будет заполнен весь объем багажника. Иногда вместо чемоданов используют параллелепипеды стандартного размера.

Разработка поверхностей кузова или кабины. Под разработкой поверхности какого-либо элемента кузова или кабины обычно понимают изображение этой поверхности в той или иной форме. При этом разрабатываемая поверхность должна быть логичной, правильной, т.е. зрительно восприниматься как гармоничная, закономерная. Последнее обусловлено естественными законами зрительного восприятия.

Когда человек рассматривает какой-либокрупный предмет, то его взгляд перемещается по поверхности этого предмета, и таким образом создается единое впечатление о его форме. Перемещение взгляда обычно происходит по определенной траектории, которая определяется основными формообразующими линиями на поверхности предмета. Движение взгляда в известной степени можно ассоциировать с движение материальной точки. Если траектория перемещения – прямая линия, то движение точки происходит без задержек. Предположим, что прямая линия переходит в кривую постоянного радиуса. Тогда в точке сопряжения прямой и дуги окружности возникает поперечное ускорение, причем возникает мгновенно, резко. Если перемещается не материальная точка, а взгляд, то, когда он дойдет до точки сопряжения, человек испытает определенное неудобство, зрительный дискомфорт, ощутит «нелогичность» перехода одной линии в другую. Иное дело, если боковое ускорение будет нарастать плавно, но в этом случае между прямой и сопрягаемой с ней дугой окружности должна быть некая переходная кривая.

Если речь идет не о линии, а о поверхности, которая образована перемещением, например, отрезка прямой по упомянутой нами прямой и дуге окружности, или по двум сопряженным дугам, как это показано на рис. 4.16,a иб то световое пятно (блик) в месте раздела поверхностей резко изменит размеры. Это вызывает у зрителя ощущение «разорванности» поверхности и она не будет восприниматься как единое целое. Если переход выполнен по кривой высшего порядка (см. рис. 4.16,в), то световое пятно будет изменять размеры постепенно, и поверхность произведет лучшее впечатление.

Поверхности, ограничивающие внешние контуры кузова или кабины, могут быть плоскими, линейчатыми (полученными движением прямой по криволинейной траектории) и сложными (образованными движением кривой по криволинейной траектории).

Плоские поверхности и, соответственно, плоские наружные детали применяются в автомобиле- и тракторостроении с осторожностью, потому что такие детали не обладают достаточной жесткостью, а световой блик на них (или отражение окружающих предметов) получается неправильной формы (искаженным). Для повышения жесткости плоских кузовных деталей их приходится подкреплять изнутри различными усилителями, или

выполнять на их поверхности выштампованные выпуклые или вогнутые ребра. Такие поверхности применяются, например, на автобусных кузовах.

Рис. 4.16. Выполнение переходов поверхностей разной кривизны: a,б – неправильно (неплавно);в – правильно (плавно)

Линейчатые поверхности (с точки зрения чистой геометрии – цилиндрические) используются чаще всего на боковых стенках и крыше автобусов. Они позволяют сделать кузовную панель достаточно жесткой, причем жесткость тем выше, чем меньше радиус изгиба панели.

Подавляющее большинство наружных поверхностей кузова или кабины – криволинейные.

Если криволинейную поверхность рассечь несколькими параллельными плоскостями, то образуется ряд кривых, которые могут находиться между собой в определенной зависимости – равенства, подобия или коллинеарности (сродства). Эти зависимости поясняются рис. 4.17.

Рис. 4.17. Геометрические зависимости между кривыми:

а – равенство;б – подобие;в - коллинеарность

При равенстве (рис. 4.17,а) кривыеI,II,III иIV геометрически равны. Геометрическое подобие (рис. 4.17,б) означает, что кривыеII,III иIV имеют такую же форму, как и криваяI, но как бы разные масштабы, которые меняются в соответствии с удалением от кривойI. При коллинеарной зависимости (рис. 4.17,в) криваяI преобразуется в кривыеII,III иIV в соответствии с протеканием кривыхV иW.

В большинстве случаев поверхности кузовов образуются с помощью коллинеарных кривых. Исключение составляют, как указывалось выше, длинные кузова автобусов, фургонов, иногда отдельные участки тракторных кабин и капотов при ограниченных технологических возможностях производства.

Форма поверхности, образованной с помощью коллинеарных кривых, и ее вид, существенно зависят от выбора исходной кривой (рис. 4.18).

На рис. 4.18,а изображена поверхность, для которой исходной кривой является ломаная линия, образованная прямыми отрезкамиV иN. По мере удаления от исходной плоскости, в которой расположена исходная кривая, образуется поверхность с постоянной гранью, и эта грань сохранится до завершения поверхности при продвижении исходной кривой вдоль кривыхU иW.

Если в качестве исходной выбрана кривая W (рис. 4.18,б), то получившаяся в результате построения поверхность будет иметь некоторую небольшую грань, показанную пунктиром.

Рис. 4.18. Влияние выбора исходной кривой на форму поверхности

При выборе кривой U в качестве исходной (рис. 4.18,в), поверхность получится вообще без грани, будет только небольшой угол между частями ломаной, образованной прямыми отрезкамиV иN.

Пример поверхности передней части легкового автомобиля с достаточно выраженными исходными кривыми (они выделены толстыми линиями) показан на рис. 4.19.

Часто при построении поверхности кузова легкового автомобиля в качестве основной исходной кривой выбирается наибольшее поперечное сечение («мидель-сечение»)или силуэт – боковая проекция автомобиля.

Рис. 4.19. Поверхность передней части легкового автомобиля

Выше говорилось, что при вычерчивании плазового чертежа поверхности кузова производится графическая разработка участков поверхности. Эта операция необходима, потому что пластилиновый макет неизбежно выполняется с определенными погрешностями, а поверхности кузова должны быть геометрически правильными.

На плоском чертеже криволинейная поверхность может быть изображена системой кривых, каждая из которых представляет собой линию пересечения поверхности секущей плоскостью. Пропорциональность между образующими поверхность кривыми одного семейства одной или нескольким исходным кривым обеспечивается с помощью так называемых ключей. В качестве примера рассмотрим два ключа – трапецеидальный и радиальный.

В основу трапецеидального ключа положено правило Талеса, позволяющего построить пропорциональные кривые. Этот способ применяется, если заданы две (иногда одна) ограничивающие кривые. Суть построения поясняется на рис. 4.20.

а) б)

Рис. 4.20. Разработка поверхности трапецеидальным ключом:

а – кривые, определяющие форму поверхности;б – трапецеидальный ключ

Предположим, что заданы ограничивающие кривые К1 иК2, между которыми должны расположиться кривыеК3, К4, К5 (рис. 4.20,а). ТочкиB, C, D иG, H, I определяют конечные положения кривыхК3, К4, К5, которые требуется построить. Строится ключ (рис. 4.20,б) – вспомогательный отрезок прямой произвольной длины, и в его концах строятся перпендикулярыJF иEA. На этих перпендикулярах откладываются отрезкиЕА иFJ, каждый из которых разбивается на равные части, получаются точкиB, C, D иG, H, I. Соединяя между собой точки, соответствующие концам искомых кривыхК3, К4, К5, получают линииAF, BG, CH, DI. Проводятся произвольные сечения, например,I-I иII-II на ключе и на разрабатываемых кривых, отыскивают на ключе промежуточные точки искомых кривых, они находятся как точки пересечения линий сечений и прямыхID, HC, GB и т.д. Для кривойК3 это точкиN, T, для кривойК4 – точкиM, S, для кривойК5 –

точки L, R. Эти точки переносятся с ключа на сеченияI-I иII-II и получают ряд точек искомых кривых.

На форму получившейся поверхности отчасти можно влиять, выбирая направления сечений I-I,II-II и любого числа других, если это требуется для повышения «подробности» построения.

Поверхность, полученная с помощью трапецеидального ключа, не всегда удовлетворяет эстетическим требованиям. Более сложные и более совершенные поверхности можно получить с применением других ключей, например, радиального. При его использовании в криволинейную поверхность вводятся более сложные зависимости.

Разработка поверхности с использованием радиального ключа поясняется на рис. 4.21.

Предположим, что имеется исходная кривая А1Е1 и требуется построить зависимую от нее производную кривуюА2Е2.

Для этого на продолжениях осей координат выбирают два фокуса: О1 иО2. Положение фокусов произвольное, но для удобства построений лучше выбирать их таким образом, чтобы радиусыО1А1, О1А2, О2Е1 иО2Е2 составляли с осями координат углы, близкие 45о.

Дальнейшие

по-

строения ведут в сле-

дующем

порядке.

Для

получения

на

будущей

кривой точки, эквива-

лентной точке D1, из нее

проводят

вертикальную

линию до пересечения с

радиусом О2Е1, из точки

их пересечения – гори-

зонтальную

прямую

до

пересечения

с

радиусом

О2Е2; из этой точки пере-

сечения –

вертикальную

Рис. 4.21. Разработка поверхности радиаль-

прямую, которая являет-

ся абсциссой

точки

D2.

ным ключом

Затем из точки D1 прово-

дят горизонтальную прямую до пересечения с радиусом О1А1; из точки пересечения – вертикальную прямую до пересечения с радиусомО2А2; из полученной точки пересечения – горизонтальную прямую, которая обозначает ординату точкиD2. Искомая точкаD2 лежит на пересечении абсциссы и ординаты. Аналогичным образом строится произвольное количество точек, которые определяют искомую кривуюА2Е2. Повторяя описанную процедуру, можно построить любое количество кривых, которые в совокупности определят искомую поверхность с необходимой точностью.

Более совершенным является так называемый прямоугольный ключ. Здесь за исходную поверхность принимают параллелепипед из условного материала, который может деформироваться. Затем растяжением, сжатием, изгибом и кручением его деформируют, пока не получится искомая поверхность.

Для фиксации полученной тем или иным способом поверхности, т.е. для выпуска чертежа с информацией, достаточной, например, для проектирования и изготовления штампа, применяют различные способы. Описанные ключи выражают поверхность системой кривых линий, каждая из которых имеет определенное чертежом положение в пространстве. Этого достаточно. Кроме такого способа, поверхность можно зафиксировать с помощью чертежа, пример которого показан на рис. 4.22. Изображаемая кузовная деталь рассекается системой взаимно перпендикулярных плоскостей, и на пересечениях этих плоскостей проставляются размеры, показывающие высоты этих точек относительно некоторой нулевой плоскости. Такое представление поверхности удобно, например, для контрольных замеров штампа.

Рис. 4.22. Элемент поверхности кузова с размерами, обозначающими расстояние от постоянной базы

Все сказанное относительно графической разработки поверхностей касается плазовых работ, выполняемым вручную, и является своеобразной классикой кузовного дела. В настоящее время такая работа проводится редко, так как чаще используется компьютер. Имеются многочисленные компьютерные программы, позволяющие конструктору или дизайнеру построить все поверхности, определяющие кузов, и кузов в целом, не прибегая к выполнению чертежей на бумажных

или иных подобных носителях.

Описание даже одной подобной программы, в виде руководства для пользователя, обычно превышает объем данного учебника и поэтому здесь не приводится.

Суть любой графической компьютерной программы сводится к тому, что линии и поверхности описываются системами дифференциальных уравнений, причем пользователь не вникает в этот процесс и чаще всего не знает, как он происходит. Ему это и не требуется. Его задача заключается в том, чтобы задать, например, исходное сечение объекта разработки и общие закономерности развития этого сечения в направлении какой-либокоординатной оси, и следить на экране монитора, как его задания исполняются. Пользователь (дизайнер или конструктор) может влиять на характер получающейся поверхности или объема и контролировать его «плавность»

и неразрывность. Для этого он поворачивает предмет на экране, создает освещение предмета рассеянным светом или от точечного источника, делает поверхность блестящей или матовой. Отражение света, световые блики позволяют выявить все дефекты разработанной компьютерной модели поверхности. Хорошие результаты дает также оценка поверхности, на которую нанесены широкие светлые и темные полосы.

Применение компьютерных технологий не исключает изготовления макетов, но делает общий процесс создания кузова или кабины более целенаправленным. В компьютер вводится информация о формах макета с помощью различных способов:

-путем «ощупывания» макета с использованием устройства, дающего три координаты любой точки макета, к которой поднесен специальный щуп;

-фотографированием макета или детали одновременно с двух точек,

врезультате чего получается стереоскопическое изображение, позволяющее получить координаты любой точки предмета;

-обмером макета лазерным устройством с одновременным вводом данных в компьютер (см. рис. 4.23).

Рис. 4.23. Обмер макета лазерным устройством с вводом данных в компьютер

Рис. 4.24. Сечения кузова

Анализ поверхностей модели с помощью компьютера позволяет непосредственно в ходе макетных работ вносить коррективы в формы элементов макета и исправлять неизбежные погрешности, связанные с «человеческим фактором».

После разработки поверхностей кузова, компьютер позволяет получить информацию о любых сечениях объекта, выполненных как угодно подробно. Пример этого показан на рис. 4.24.

После утверждения внешних форм кузова наступает черед конструктивной проработки его элементов. На рис. 4.25 показаны результаты компьютерной разработки колесных кожухов и дверных проемов.

Для формирования колесной ниши доста-

точно ввести в компьютер информацию о размерах колеса, кинематике его перемещений при работе подвески и рулевого управления, о необходимых зазорах между колесом и элементами кузова.

Рис. 4.25. Компьютерная разработка конструктивных элементов кузова

Для разработки дверных проемов конструктор вводит в компьютер сведения о кинематике двери при открывании, о размерах и необходимой деформации уплотнителей, если требуется – информацию о предполагаемой кинематике опускных стекол (при безрамочной двери).

Большинство фирм, занимающихся проектированием и изготовлением автомобильных кузовов, перешли на бесчертежную систему конструкторской документации. Вся информация о кузовных деталях разрабатывается и хранится в электронном виде.

После компьютерной разработки поверхности кузова и его конструктивных элементов, информация в электронном виде направляется на станки с числовым программным управлением (ЧПУ) для фрезеровки штампов. Вначале модели штампов изготовляются из дерева или алюминия, причем в программы для станков с ЧПУ вводятся соответствующие коррективы, связанные с размерами и конфигурацией режущих инструментов (фрез). После проверки полученных штампов и, если необходимо, устранения ошибок и неточностей, изготовляются рабочие комплекты штамповой оснастки, штампуются детали и проводится контрольная сборка кузова или кабины. Постоянно осуществляется двухсторонняя связь между технологами и конструкторами, и корректируются базы данных, содержащие информацию о деталях кузова.

studfiles.net

Как создается машина с нуля: Описание всего процесса

 

Все мы знаем, что автомобили являются технически сложными устройствами, что они производятся на крупных автопромышленных предприятиях. Но мало кто из нас знает, как происходит весь процесс создания новой модели машины, начиная с самого его начала. Ведь прежде чем отправиться в серийный выпуск на конвейер, этот автомобиль необходимо изначально спроектировать, разработать его прототип, провести инженерные испытания и многое многое другое. Весь процесс создание нового автомобиля по уровню сложности, на самом деле сравним с разработкой космической одиссеи на Марс. Предлагаем вам проследить и изучить весь процесс создания автомобиля, прямо с самого начала. Наш гид был составлен анонимным зарубежным источником, который в настоящее время работает в одной из известных автомобильных компаний. Мы сгруппировали и разделили весь процесс на пять категорий. 

Обратите внимание, что в среднем, весь процесс создания новой модели с нуля и до поступления новинки в автосалон, занимает около 72-х месяцев. Какие-то компании делают это быстрее, какие-то чуть медленнее. Все зависит от сложности разработки и наличия больших инвестиций вложенных в проектирование и создание нового автомобиля. И еще, обратите свое внимание на следующее, что наш гид раскрывает для всех определенные секреты завода производителя, рассказывает о том, что происходит на самом деле внутри компании при создании и разработке новой модели, а не о том обновлении существующего уже автомобиля (рестайлинге) о котором обычно пишут и рассказывают журналисты.

1) Подготовка к проектированию новой модели

Срок работ: от 0 -- 72 месяцев.

  • Исследование внутреннего рынка,  также и зарубежных рынков, для определения роли данного продукта и его компонентов в глобальном портфеле компании; Определение и разделение этого продукта от аналогичных моделей бренда, которые продаются на рынке.
  • Определение главных особенностей новой модели, ее преимущества и потенциальные продажи на зарубежных рынках.
  • Определение конкурентов, целевых клиентов; -Установка ограничения веса автомобиля, планирование экономии топлива и планирование объема производства.
  • Аналитическая оценка нового проекта.
  • Определение силовых агрегатов, которые будут устанавливаться на новую модель.
  • Бюджет проекта, финансирование, ценообразование, инвестиционные идеи.
  • Инженерный компьютерный анализ.
  • Определение списка поставщиков компонентов.

2) Дизайн

Срок работ: от 0 -- 72 месяцев (после исследования рынка).

  • Интерьер-эскизы, выбор дизайнерских тем, модели сборки, сбор информации об отзывах на дизайн.
  • Разработка внешнего дизайна.
  • Внешние цвета кузова, цвета интерьера-салона, выбор материалов отделки интерьера.
  • Оценка аэродинамических особенностей кузова.
  • Создание концепции, для демонстрации на автосалонах.
  • Создание испытательного прототипа.
  • Инженерные тестирования опытного образца и сбор инженерных отзывов.

3) Инжиниринг

Срок работ: от 0 -- 72 месяцев (одновременно с разработкой дизайна).

  • Работы с клиентами, направленные на сбор обратной связи, по отзывам о будущей модели. Сбор предложений по улучшению автомобиля.
  • Разработка передовых технологий двигателей, разработка коробки передач, производство двигателей, создание электронных систем управления, создание компонентов автомобиля (металлопрокат, создание форм пластиковых элементов автомобиля), внедрение новых тенденций.
  • Упаковка, оформление исследования.
  • Дизайн кузова и работы по созданию ударопрочности кузова, работы для оптимизации веса машины, отладка для долговечности. 
  • Создание технологий для уменьшения аэродинамического сопротивления воздуха.
  • Дизайн, разработка, настройка, проверка (в лаборатории и на дороге) на выносливость и жесткость кузова.
  • Решение вопроса об интегрировании в машину информационно-развлекательных технологий, сидений, систем освещения.
  • Тестирование машины в жаркую погоду, в сильный мороз, а также, проверка транспортного средства во влажном климате.
  • Планирование процесса серийного производства, в том числе и сборочных работ.
  • Анализ стоимости компонентов автомобиля и себестоимость производства.
  • Подписание договоров с поставщиками сторонних компонентов. 
  • Сертификация на уровень безопасности и выбросы новой модели.

4) Производство

Срок работ:  36 -- 72 месяца.

  • Производство или приобретение компонентов кузова.
  • Постройка или перенастройка производственных мощностей.
  • Производство компонентов дизайна кузова и салона.
  • Проверка всех компонентов на совместимость.
  • Улучшение качества автомобиля за счет подбора надежных узлов.
  • Анализ готовности к запуску производства.
  • Найм рабочей силы или перевод существующих сотрудников на новую линию.
  • Взаимодействие с поставщиками.
  • Запуск серийного производства новой модели. Как правило, сначала выпускается первая ограниченная партия, для оценки будующих объемов производства.

5) Запуск массового производства

Срок работ: 60 -- 72 месяца.

  • Исследование рынка перед стартом массового производства.
  • Определение розничной (рыночной) цены автомобиля.
  • Разработка маркетингового продвижения.
  • Поставка образцов автомобилей дилерам.
  • Планы по логистике (массовая поставка автомобилей дилерам).
  • Создание рекламных материалов.
  • Презентации серийного автомобиля. Дебют машины на мировом авто-шоу.
  • Привлечение внимания прессы, социальных сми-медиа, дилеров и аналитиков к новинке.

www.1gai.ru


Смотрите также


Интересующую Вас информацию Вы можете уточнить у наших специалистов, заполнив форму, приведенную ниже. Мы с радостью Вас проконсультируем!
Почта:
Ваше Имя:
Сообщение:
30+5