汽车白车身检具精度有限元分析

韦永寅

（柳州柳新汽车冲压件有限公司，广西 柳州545116）

汽车白车身检具精度有限元分析

韦永寅

（柳州柳新汽车冲压件有限公司，广西 柳州545116）

汽车白车身专用检具是对汽车尺寸进行控制的重要手段，其精度对测量有至关重要的作用。通过有限元分析及三坐标测量分析检具在实际应用中精度的变化，阐述了检具在实际应用中的注意事项。

尺寸控制；检具；精度；有限元分析

随着汽车产销量的不断提升，消费者对汽车的质量要求也越来越高，最直观的是汽车的感官质量，即汽车车身的外观质量，外观质量直接影响到消费者的选择。车身外观感官质量最主要的是零部件的匹配效果，而国内大部分汽车制造商应用控制零部件匹配效果的手段即是使用检具，检具品质直接影响到零部件的尺寸控制，进而影响白车外观匹配质量。

白车身汽车检具大部分在汽车零部件配件商处使用，由于每个零部件供应商的工艺水平参差不齐及检具维护不到位，导致检具使用的方法会有偏差，而检具本体本身也产生一定的偏差，最终导致零部件尺寸测量无法得到接近真实值的测量值。

国内主机厂检具开发模式，主要是由检具制造商进行检具设计制造。由于国内检具制造商设计及制造水平参差不齐，缺乏实际应用的经验，所以设计方案常常缺乏考虑实际应用中遇到的问题。本文就检具在实际应用中检具精度的变化展开论述，阐述检具开发及使用过程中的注意事项。

1　某车型侧围检具实际应用中精度分析

1.1侧围检具有限元分析

利用有限元分析软件进行对侧围检具数模进行三维网格划分后，设定两种工况进行仿真分析，使用ANSYS软件仿真计算检具的最大位移情况。工况一：起吊检具工况，模拟起吊加速度为2g；工况二：静态状态下，通过支撑脚承重（自重加载g）。

约束设定，工况一：如图1中4个方框中的起吊点；工况二：如图1中的圆圈中的支撑点。

图1　约束

设定以上条件后，在ANSYS软件进行解算模块，解算结果如下：

工况一仿真结果：如图2所示，最大位移点位于检具的尾部，检具的最大位移为0.51 mm.

图2　工况一仿真结果

工况二仿真结果：如图3所示，最大位移点位于检具的尾部，检具的最大位移为0.22 mm.

图3　工况二仿真结果

1.2三坐标测量侧围检具精度

在工况二条件下，使用三坐标对检具进行测量，首先测量检具底板的平面度（检具出厂要求为平面度≤0.15 mm，仅针对该检具）。实际测量平面度为0.8 mm.

1.3有限元解算结果与三坐标测量结果对比分析

一般检具型面的制造精度要求为±0.15 mm.若加上检具本身的位移偏差，检具的整体偏差相差大。工况一偏差：0.66 mm，工况二：0.37 mm，而根据实际的三坐标测量，偏差比仿真分析的结果还要大。汽车部件的公差要求为±0.7 mm.测量误差已经占到公差带的0.37/1.4=26.4%，而实际测测量误差比这个结果还要大，无法满足测量系统的要求。

实际测量检具的位移变化量要比仿真结果的位移量更大，实际应用的环境复杂，很多因素均会影响检具的精度，其主要原因分析：（1）检具底板焊接质量影响，仿真时为刚性连接在理想状态下，而实际焊接连接存在一定的缺陷，导致整个检具的刚性降低；（2）检具实际存放的地方并不能保证水平，重心与仿真存在一定的偏差。

1.4检具实际应用精度保证

根据检具的布置情况，近似为均布载荷。如图1所示，整个检具底板结构在支撑脚的作用下，将整个检具底板结构视为简支梁结构。根据简支梁在均布荷载下的最大挠度在跨中［1］，根据简支梁挠度的计算公式：Ymax=5ql4/（384EI），式中：Ymax为梁跨中的最大挠度（mm），q为均布线荷载标准值（kN/m），E为钢的弹性模量，I为钢的截面惯矩（mm4），可在型钢表中查得。根据计算公式可知，当l减小时，即跨度减小时，挠度将大大较小。实际上检具已经制造完成，要有效较小挠度，减小跨度是最简单有效的方法，减小跨度的方式就是增加支点。根据以上分析，对检具进行优化，如图1所示的设置的三角形支点，有效减小挠度。通过增加可以调整高度的支撑点后，上下调整底板的平面度，最终使检具的底板平面度可以调整到标准要求的范围内。

2　检具设计制造及实际应用注意事项

（1）合理设计检具结构，在设计时，应用有限元仿真分析，优化检具结构，提高检具的刚度。如底板的框架结构可以参考桁架结构，因桁架结构刚性好，在起重机中广泛应用［2］。

（2）提高检具的制造质量，特别是焊接质量及热处理质量，减小检具本体内部应力，减小检具本体的变形量。

（3）减少搬运的次数。根据有限元的分析结果，在搬运过程中，检具的变形量增加较大，严重影响检具尺寸精度。

（4）检具放置在平坦的地方，大中型检具因本身存在一定的位移变形，增加支撑脚，调整水平，减小检具变形，提高检具的刚度。

3　国内测量技术发展展望

随着扫描、三坐标测量等高效测量技术的发展，检具将逐步应用到汽车零部件检测。在追求效率的时代，专用汽车检具的优势也在不断弱化，但鉴于国内汽车零部件的发展情况，汽车专用检具仍有应用的空间。

［1］李庆华.材料力学［M］.四川:西南交通大学出版社，1994.

［2］王金诺，于兰峰.起重运输机金属结构［M］.北京:中国铁道出版社，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

韦永寅（1986-），广西人，助理工程师，学士，主要研究方向为尺寸工程。