solidworks和巴吉车设计

能设计巴吉车的三维软件很多,比如汽车设计公司常用的catia,ugs,模具行业常用的pro/e,还有机械设计常用的autodesk的inventor等,当然还有solidworks,熟练使用其中任何一款软件设计巴吉车都绰绰有余。我接触的美国的和中国的巴吉车工程师使用solidworks的居多,多半是因为巴吉车自身结构比较简单,结构件和钣金件多是比较规则的几何体,曲面使用较少,更不要提有级别要求的曲面了,还有一方面是因为solidworks易学易用,上手简单,使用solidworks可以花更多的精力去解决如何设计的问题而不是如何使用软件的问题。

巴吉车的结构相对比较简单,需要软件设计的部件可以归为如下几类:

  1. 车架悬架结构设计;
  2. 支撑加强用钣金件;
  3. 钢管的设计和处理;
  4. 加工件;
  5. 外覆盖件;
  6. 电器件;
  7. 外购轴承等标准件;
  8. 动力总成;

其中使用solidworks软件设计最多的部分是前面的三种,需要详细图纸才能加工制作,余下的部分就不是那么必要了,这些部件后面会详细分析。

车架悬架结构设计

车架和悬架是制作巴吉车需要掌握的最关键的技术,选用什么样的钢管,车架结构怎么设计布置,悬架采用什么结构,减震行程如何匹配,轮胎的大小宽度对操纵的影响等在动手之前都需要弄明白,这些部件事先在solidworks里完整的画出来之后详细的性能分析是可以实现的,当然根据图纸做出来的车子肯定会靠谱一些。

像任何复杂的机械结构一样,设计巴吉赛车也是讲究思路的,比较理想的做法就是自上而下进行设计,先把整个车架的关键尺寸,轴距,轮距,减震行程,悬架的角度,离地间隙等在布局草图简洁的表达出来,然后到装配体里面添加零件或者子装配体进行完善。这样出来的零件图纸都是关联的,如果需要修改车子的长度,高度,摆臂的安装位置等在布局草图就可以搞定。相关部件的更新solidworks软件完全可以根据新的尺寸重建,如果电脑配置够好最多也就是几分钟。如果重建后出现个把小错误或者没有错误,那说明你的设计非常合理,值得表扬。如果出现很多的小错误,估计你要好好研究一下这些错误,然后分析自己的建模步骤,引用,关联,定位等是不是有问题。一般来说问题是不可避免的,但是需要多少时间可以调整过来,是把这些零件上的小错误修复了就完事还是从根本上解决,这都是需要考虑的问题。

一般我的做法是到布局草图里找根源,这一过程通常是非常痛苦又耗时间的,因为布局草图的调整会出现更多的错误,而修复这些错误和之前的错误通常都要搭进去整个上午或者整个下午还有整个晚上。在动手之前我还会备份一下之前做好的图纸,如果调整不成功,满屏都是红色和黄色的错误提醒又不能退回,至少还可以回到备份之前的状态。当让也有一冲动没有备份就动手的,后果相当惨痛,有时不得不从头再来一遍,折腾这么多之后我总结出来的经验是建模之初必须把布局草图规划的合理一些,并且尽可能的简洁,而且扩展性要好。

如果布局草图看下来没有什么大问题,下面就是把草图里那些细线变成货真价实的零件了,这一步骤的挑战是如何把非常抽象的不占任何空间的线变成钢管,钣金件或者加工件能保证强度,还能配合起来,还能不和边上的零件干涉,还能易于加工,最好还能节省成本了。

国内巴吉车依然是以仿制美国车子为主,而四驱钢管车则是以欧洲的赛车技术为导向,在仿制的时候最简单的就是把悬架等关键部件的外形尺寸套下来,然后再拼接在一起,这种是典型的自下而上的设计思路,简单的部件没有问题,比如做个开关面板啥的,就是把电器件布置上去,结构很简单。对于赛车悬架等有众多零件的焊接件或者涉及到相对运动的结构件,把握关键的尺寸更重要,有的关键尺寸并不是看得到的,比如悬架的旋转轴线,减震运动所在的平面等。关键尺寸出来了,细节在solidworks里还原是比较容易的。

支撑加强用钣金件

其实在巴吉车设计中最能体现设计能力的都在钣金上,君不见一些国产巴吉车的减震固定角片如藏獒啃出来的,而有一些巴吉车上的安装角片支架精巧程度无以复加,至于一些钣金拼接的的后悬架粗壮如包租婆的水桶腰就更不要说了。国外的巴吉车我基本上都是在图片上了解的,即使在图片上也常常可以看到让人眼前一亮的钣金设计,而我了解的国内巴吉车钣金设计有些样子的工程师实在是屈指可数,当然我见识也比较有限,我不知道不了解的更多的高人理论上是存在的。

巴吉车的钣金加工基本上就是切割,折弯,焊接,最多还会翻个边加强一下,因为加工手段有限,所以设计的时候既要保证结构功能还要能加工的出来。熟悉钣金的加工工艺和熟练掌握软件的操作一样重要,因为就是一个钣金厚度的方向问题也会轻而易举的让人把整个子装配体推翻重建,我之前会花两天建模,花两天研究钣金厚度问题,结论通常是无药可救,最后干脆从头再来一遍,然后又发现钣金厚度问题,然后前面的工作再来一遍。

钢管的设计和处理;

前面的车身结构布局合理的话,钢管的处理相对来说要简单一些,只要稍微注意一下弯管半径和弯管位置相交的处理就好了。钢管处理比较有挑战的不是在设计阶段,而是把钢管设计好以后如何在工程图上把不在同一个平面上弯管清晰准确的表达出来。不在同一平面的弯管可以直接用三维图来表示,配合基准面,参考线和尺寸,这中图纸比较直接,只是不是那么标准,并且还不容易保存,设计更改频繁的话会比较头大。也可以出成工程图,然后在图纸上用各种视图表达出来,如果思路清晰让人读明白也不是一件难事,当然最好多和弯管的师傅沟通效果会更好。现实是弯管在巴吉车上并不太受欢迎,因为即使图纸表达清晰了,在各种造型的弯管机上弯出来也是很有挑战的,结果就是大家都非常一致地选择尽量少用弯管,更不要提有多个弯的管了,更不要提多个弯不在一个平面的管了。不过要想做一个造型非常酷的巴吉车车架稍微复杂的弯管是不可避免的,兰博基尼的Countach说明了一切。

Countach Autostadt

如果是使用激光加工坡口,处理会更复杂一些,这儿不详细展开。

加工件

钢管钣金搞定之后加工件就不是那么复杂了,因为加工件的加工手段比较多,理论上讲只要软件可以设计出来,不考虑成本的话都可以加工出来,设计上相对自由一些。加工件一般都会涉及到装配配合问题,并且需要在强度和重量上找一个平衡点。加工件的设计需要考虑材料,材料的处理,加工工艺,公差尺寸配合等,在满足所有性能要求的基础上也可以在造型上小发挥一下,比如设计一款整块铝雕刻出来的前悬架,大灯壳等。

实际情况是生产巴吉车的厂家对加工件的设计和制作都不是那么重视,或者是没有像对动力总成那样重视,比如悬架的螺套等小东西根本就没设计进去,更不要提图纸了。加工出来的东西公差远大于自由公差,材料和处理根本就没有要求,和动辄斥重金到国外买鱼眼轴承,偏心套管,甚至4130钢管,钢板等,自己做的加工件受到的待遇真是有天壤之别。材料的选用,加工手段的选用,后期的处理水平等在加工件里更能体现出来,也正是在简单如一个小套管的配件上可以看出一台巴吉车的基本功。

外覆盖件

正如很多人了解的一样,solidworks不善于做曲面,尤其是汽车造型那样的复杂曲面,所以涉及到曲面都转而用其他软件,比如catia。而实际情况是solidworks的曲面用来设计巴吉车的造型已经完全可以胜任,因为量的关系,巴吉车的外形很难采用钣金冲压成型的工艺来生产,也就不需要开精度很高冲压模。实际情况是不多的几种独立设计的巴吉车外形都是用玻璃钢或者碳纤维来做的,或者是油泥根据设计图做造型或者是用雕铣机做造型的轮廓,然后翻玻璃钢模具。无论哪种工艺对曲面的精度都没有太多的要求,solidworks完全可以表达的出来,也就没有必要去另外用一种软件来实现。并且不同的软件之间的数据需要转换格式,在后期修改上多有不便。

美国的巴吉车对风挡车门等没有明确要求,车子的造型多是钣金加手工制作,设计难度会更小一些。国内比赛规定必须增加风挡车门挡泥板等,设计难度增加不少,但是如果布局合理,理论上可以用纯钣金设计造型相当惊艳的巴吉车外壳,并且在工艺上可以做出来。

其他部件

余下几种部件基本上都是买现有的,在设计上能保证装配就够了,solidworks能派上用场的也就是改变速箱的齿轮以调整输出速比了。