基于UG的某型汽车外后视镜机构的优化设计

2018-11-05毛敬竞吉伟鹏龚运息

机械研究与应用 2018年5期

毛敬竞，吉伟鹏，龚运息

(广西科技大学，广西柳州 545000)

0 引言

面对汽车市场的激烈竞争，“降本增效”成为众多汽车制造企业的竞争手段。其采取的主要措施之一是不断优化改进产品零/部件的结构，减轻零/部件重量，降低材料消耗。同时，改善零/部件的受力状况，以确保不会影响产品功能和质量的要求。

为了实现优化改进产品零/部件的结构，减轻零/部件重量，改善零/部件的受力状况，目前几乎所有的汽车制造商都采用三维软件进行汽车的设计开发，汽车零件的形状、尺寸和装配关系也都采用三维数学模型来表达。自从计算机辅助设计进入汽车设计这一领域以来，不但缩短了设计周期，而且能够保证设计精度，降低设计开发的成本。在此研究的MR外后视镜系统优化设计，就是通过对某车型MR外后视镜结构的优化设计，在满足使用要求的前提下尽量轻量化，以达到减轻零件重量，降低生产成本的目的，同时改善零/部件的受力状况。

1 设计优化改进

某车型MR外后视镜安装结构组成，主要包括上支座1、后视镜支架2、下支座3和车门4。其原有结构如图1所示。设计优化改进对象是后视镜支架、上支座和下支座零件，车门保持不变。利用UG软件，在保证其原有结构性能不变的条件下，重新对其主要零件进行优化改进设计[1-3]。

图1 原外后视镜安装结构1.上支座 2.后视镜支架 3.下支座 4.车门

1.1 上支座的结构优化[4-5]

上支座的外形及结构改进：改进设计的上支座，既要保证有足够的强度，还要保证比原来的重量轻，以达到降低成本的目的。以原有上支座零件为基础，对原来的零件进行简化。即去除圆角、圆孔和其他一些细节特征，保留原有的安装孔。经过简化后的上支座零件再裁剪掉多余的部分，然后增加安装后视镜支架的部分，之后再根据车门外形并考虑与车门的安装配合，适当修改部分曲面，再合并各个部分，最后进行倒圆角和细节上的处理。完成外形设计后还要对其进行结构设计，可以参考原来零件的结构，对结构合理的部分可以直接引用。运用UG中“补片”这一工具将原来零件结构合理的部分直接引用到新零件的结构当中去。其他部分按照尽量减少重量的原则，并充分考虑工艺方面的要求，完成零件的结构设计。此时对所设计的零件的重量进行初步测量，上支座重量比原来的零件降低105 g 。得到的零件如图2所示。

图2 进行外形及结构改进设计后的上支座

1.2 下支座的结构优化

(1) 下支座的位置改进：镜杆端部的结构借用原有结构，镜子的位置不变，杆径不变，重新确定上支座和下支座与车门的安装位置。经调整，上支座和下支座的位置确定如下：充分考虑后视镜支架镜杆端部与镜杆的相对位置并保持合理的外形，上支座调整到与车门保持适当的距离。为保证镜杆上下端部同轴,下支座安装轴须向车门外摆动2.65°，如图3所示。

图3 下支座改进位置

(2) 下支座的外形及结构改进：在调整上支座和下支座的位置时候，安装轴向车门外摆动了2.65°，所以只要将下支座安装轴需向车门外转动2.65°，如图4(a)所示, 图4(b)为隐去装饰盖后的下支座结构。

图4 优化后下支座

1.3 后视镜支架的结构优化[6]

因为镜子的位置不能改变，杆径不变，镜杆端部的结构借用原有结构，并且上支座和下支座的位置已经确定，所以只要作出支架的中心线，按照原支架内外径尺寸，用UG中的“管道”这一工具即可完成后视镜支架的设计，如图5所示。图6所示为外后视镜机构改进前后外观与结构对比。

图5 改进后后视镜支架图6 外后视镜机构改进前后外观与结构对比

2 基于UG的结构分析

在UG中对结构进行有限元分析有两个主要的模块：UG / Scenario for Structures 和UG /Scenario for ANSYS。UG / Scenario for Structures科学地将有限元分析工具整合在一起，通过使用MSC进行网格的划分，可以使用Structures P.E，NASTRAN和ANSYS解算器进行求解。UG / Scenario for ANSYS 是通过ANSYS格式进行网格的划分，使用ANSYS 解算器进行数据计算[7-8]。

对外后视镜机构进行分析时，只对需要分析的零部件进行网格划分，定义材料、属性，并在镜杆上施加-Z向1 000 N的力，约束上、下支座的安装孔，使用Structures P.E求解器求解，得到改进前后各零件的应力云图，如图7所示。