自行車行業(yè)的主流新標準與設(shè)計分析

首先在自行車的概念設(shè)計階段,我們往往會拿到所要求的設(shè)計圖樣或需求概念,之后在此基礎(chǔ)上展開設(shè)計工作的第一個階段。從ID設(shè)計工程師將設(shè)計概念傳遞到結(jié)構(gòu)工程師手上時,我們的結(jié)構(gòu)工程師們便可以方便地通過ID工程師的手繪或圖片數(shù)據(jù)來提取結(jié)構(gòu)設(shè)計所需要的相應(yīng)線條元素。在此部分SolidWorks提供有一個快捷的“自動跟蹤器”插件工具,提供多種跟蹤過濾選擇工具,并通過調(diào)整圖像的對比度、識別公差等來自動地跟蹤圖稿中的線條元素,以方便地將其調(diào)用到結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程中應(yīng)用,如圖2所示。
                
    當我們從第一步當中提取了所要的數(shù)據(jù)之后,就可以將其直接應(yīng)用到三維實體模型的構(gòu)建當中。以車架為例,我們提取的線段主要是整體車架的結(jié)構(gòu)部分,之后便可以通過兩種思路模式來進行車架體的構(gòu)建。
    首先我們可以利用常用的路徑掃描方式來實現(xiàn),即利用現(xiàn)有骨架線條作為路徑線段,根據(jù)設(shè)計概念的要求,選擇適合的截面進行掃描,得出車架體的架構(gòu),如圖3所示;并且以參數(shù)化的方式進行截面及路徑參變數(shù)設(shè)計,方便后期對設(shè)計結(jié)構(gòu)進行調(diào)整,如圖4所示。
            
                              
                         
    其次我們可以通過SolidWorks所提供的焊接工具更加方便快捷地實現(xiàn)車架體的構(gòu)建,并且利用其多種修剪工具來進行相交處的交接形狀修剪,以求快速高效地進行設(shè)計操作;并且通過此種方式完成的架體結(jié)構(gòu),可以更好地進行設(shè)計變更或設(shè)計數(shù)據(jù)的再利用。我們可以方便地通過其所自定義的截面圖庫來進行同種車型的多種配置設(shè)計,以達到不同的設(shè)計效果。從車架圖到工程圖中進行整理時,亦可以通過其所提供的焊件切割單元整理工具來方便地生成每個結(jié)構(gòu)單元的詳細信息,并以表格的方式列出來,如圖5所示。
               
    設(shè)計驗證工具
    車架作為自行車的最關(guān)鍵部件之一,對于自行車的整體造型起著決定性的作用,同時車架的強度與穩(wěn)定性的好壞也直接決定了整輛自行車的質(zhì)量好壞,因此如何將車架設(shè)計成既可以滿足創(chuàng)意十足的動感個性化需求,又可以保證其良好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、騎坐舒服性,就成了擺在設(shè)計師們面前的一道難題。
    COSMOS作為SolidWorks公司的搭配分析產(chǎn)品線,可以與SolidWorks產(chǎn)品作無縫的整合,用戶可以直接通過他們的 SolidWorks 界面執(zhí)行設(shè)計分析、仿真和優(yōu)化,讓設(shè)計人員專注于產(chǎn)品創(chuàng)新,而不是學(xué)習(xí)模擬和分析工具。COSMOS提供了簡單準確的設(shè)計分析,它通過為設(shè)計人員提供捕捉錯誤的安全網(wǎng),使設(shè)計人員能夠放手創(chuàng)新,確保不會將嚴重錯誤傳到下一環(huán)節(jié)。在專業(yè)版中,COSMOS可以幫助那些熟悉設(shè)計驗證概念的工程師對零件和裝配體進行虛擬測試和分析。如果工程師們需要使用更具體的設(shè)計分析功能,則可以使用 COSMOSWorks advanced Profes sional對任何零件或裝配體在任何載荷條件下的物理特性進行預(yù)測。
    對于任何一款看似結(jié)構(gòu)簡單的車架來講,如圖6所示,其在成型之前需要根據(jù)不同的設(shè)計要求,及相關(guān)的國家標準來進行嚴格的測試,如GB標準、DIN標準、JIS標準等等。每一項標準都對各個部分做了嚴格的要求,以保證可以更好的滿足整體性能的要求。
              
    如圖7所示,我們都知道車前輪的部分經(jīng)常會出現(xiàn)與前端物件撞擊的現(xiàn)像,因此這個部分應(yīng)該是在設(shè)計車架時需要主要考慮的一個問題。為了保證我們所設(shè)計出來的車架體結(jié)構(gòu)可以滿足沖擊需求,所以利用COSMOS設(shè)計驗證工具來進行一項沖擊的設(shè)計分析。在此分析的算例中,我們可以根據(jù)近于實際的狀況,將沖擊力的大小、相應(yīng)車架部分的約束條件設(shè)定完成,讓軟件在試樣之前就可以找出設(shè)計中的缺陷,避免問題的發(fā)生,從而更加優(yōu)化設(shè)計。
    現(xiàn)今的自行車不僅僅是普通意義上的一種代步工具,而且成為了一種時尚的休閑運動工具,那么人們相應(yīng)的對于自行車的要求也在一步步的提高,不僅僅可以騎乘,而且可以滿足各種體育運動的要求,所以這無形當中就對車體設(shè)計提出了更高的要求,就需要新車在出廠之前做更加嚴格的測試。這一部分我們可以通過COSMOS的運動仿真與應(yīng)力分析相結(jié)合的環(huán)境進行一個車架的摔落模擬,模擬通過一定的高度和載何情況下摔落所產(chǎn)生的幾何體應(yīng)力、形變狀況,如圖8所示。
            
    COSMOSMotion部分作為SolidWorks的運動仿真插件,可以真實地模擬車體的運動狀況,運動時整個結(jié)構(gòu)相互之間的約束條件、運動副、耦合形式等,并賦予相應(yīng)的運動條件。COSMOSMo tion 使工程師能夠設(shè)計聯(lián)動布局、模擬凸輪運動、了解齒輪傳動、調(diào)整彈簧/減震器的尺寸以及確定接觸零件的動作方式,通過仿真模擬可以節(jié)省大量測試樣品制作的時間及成本。
    大家知道,每一項產(chǎn)品都會有它的設(shè)計壽命、疲勞狀況,同樣對于一款自行車來言,我們一樣需要得到類似的信息,所以在設(shè)計之初我們就需要通過設(shè)計工具來進行驗證設(shè)計是否合理。比如這一款自行車,我們需要看一下它在顛簸狀態(tài)下可以運轉(zhuǎn)多久,那就需要通過在COSMOSM otion中設(shè)定它的運動狀態(tài),之后將其相應(yīng)的仿真結(jié)果輸入到COSMOSWorks里面進行疲勞壽命的分析,通過在設(shè)計階段進行驗證來消除可能出現(xiàn)的問題,如圖9所示。
                
    一款車體的設(shè)計是一個比較復(fù)雜的過程,如何將復(fù)雜的設(shè)計簡單化,讓設(shè)計工程師們有更多的精力用于真正的設(shè)計過程中,而不是花費大量的時間進行模型的構(gòu)建、思考設(shè)計是否合理、強度是否滿足要求等,所以可以通過SolidWorks設(shè)計軟件及COSMOS分析工具在自行車的設(shè)計階段就將不合理因素排除在外。希望可以通過SolidWorks及COSMOS的協(xié)助,提高產(chǎn)品設(shè)計效率、縮減設(shè)計周期、降低生產(chǎn)制造成本,使工程師的設(shè)計意圖得到更好的體現(xiàn)及驗證,給中國自行車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展注入更多新的活力元素。