关键词：全地形车；覆盖件；结构设计
1.全地形覆盖件结构概述
全地形车的英文是All Terrain Vehicle（适合所有地形的交通工具），缩写是ATV，俗称为“沙滩车”，又称“全地形四轮越野机车”。在全地形车中，车型覆盖件设计是整车设计的重点内容。其中结构设计目的是设计出能够承受负荷和外加变形的制件，用极限状态原理来定义为：“结构设计的目的是获取一种实际可行的方案使所设计的结构能够胜任其使用要求且留有余地，也就是说，不应达到极限状态。”因此对全地形车覆盖件的总体布局、构件刚度、工艺性等进行研究，应用有限元理论对覆盖件扣件的承载能力进行分析，并由分析结果提出了基于原型样件设计和CAD辅助设计相结合的并行设计方法，将该方法运用于全地形车车体覆盖件的结构设计。
2.全地形车覆盖件结构设计要点分析
2.1车体覆盖件的总体布置
2.1.1总体布局
全地形车覆盖件是指保险杠、踏板、挡泥板、前后体覆盖件以及其他的冲压件。保险杠上设计装有栅格板。栅格板将会留出足够的进气孔。后驱动轮和前轮的挡泥板的布置要考虑到驾驶员的容身空间和上下车的方便性。前后大灯的灯罩必须与车架进行连接定位以防止车体在运行过程中灯具发生晃动。后尾灯灯具必须与排气管留有足够的间隙以防止灯具注塑件因受排气管排出的高温气体的影响而发生收缩变形。前后体覆盖件是整车外形部件的主体，覆盖了绝大多数的面积。它们的有效安装定位都是通过与车架以及其他构件的相互配合来完成。
2.1.2三角网格化的车架数据模型校验
考虑车体覆盖件车架数据的配合，用车架数据来校验车体覆盖件总体布局的合理性，以减少曲面建模工作的反复。在实际的开发中，油泥模型开始塑造前就要测量车架的三维数据。导入到CAD软件里面的三角网格化的车架模型。
车架大都是由几何特征较为规则的钣金件焊合而成，一般是通过CMM三维测量仪测出与装配相关的关键数据点，然后再用CAD软件进行实体建模。车架的三维数据模型只是为了验证整车覆盖件装配的合理性，并不是开发设计的对象，可省略车架数据模型的三维重建工作。直接将车架扫描后的点云导入到逆向设计软件中，去除噪声点和无用点后保存为STL格式，将其导入到CAD设计软件里面，进行干涉装配检查。
2.2全地形车车体构件的刚度
全地形车的作业条件变化多样。覆盖件的早期损坏多是在应力应变比较集中的地方产生的，且是一种交变应力作用下的疲劳损坏。覆盖件的结构刚度改善的具体措施：
一方面工程上常采用冷作硬化来提高某些构件在弹性极限内所能承受的最大载荷。在覆盖件设计中，采用成型件、拉延件、翻边件等，都是冷作硬化工艺方法的实际应用。另一方面在结构设计当中增加构件刚度的方法是在覆盖件主要结构面上设计出加强筋或棱线等，用以切断刚性最差的轴线，改变其惯性矩，使振动受到抑制。加强筋或棱线的布置，一般都要沿着构件的对角线或平行于构件表面的U向和V向来分布，在深弯曲的构件上，加强筋应该垂直与构件的弯曲轴线。加强筋的轴线要直，否则在振动中会引起扭转变形。如果采用交叉筋时还要考虑到在交叉点处容易产生应力集中而丧失刚性。
对于覆盖件曲面变化较大，无法加入常规加强筋时，可以考虑沿覆盖件内表面U向V向设计加强筋，如图1所示，此目的在于设法增加抗弯截面模量，提高其刚度。衬筋的断面结构形状种类较多，一般多为矩形和圆弧形。除以上方法外，增加覆盖件的厚度、增加连接固定点都能改善构件的刚度。
2.3全地形车车体构件的工艺性
工艺性良好的设计能以较少的原材料和劳动量获得质量优良的产品，会使技术准备工作及生产管理更加经济合理。全地形车覆盖件工艺性好坏的检验标准如下：首先是否有利于产品的通用性和互换性。在改型设计（主要采用正向设计）中和系列产品设计（主要采用逆向设计）中，尽可能使零件通用（例如一些常规的覆盖件与车架的安装位置定位），以便使用现有设备、工艺装备和工艺流程。其次是否有利于简化加工和安装工序。用简单的冲压工序来完成优质零件的加工。对于覆盖件数据分块和随后每部分结构设计是否合理，很大程度上是由后续零部件的冲压以及覆盖件的模具设计的繁简体现出来的。最后是否有利于减少废品、提高材料的利用率和降低材料的消耗。覆盖件通常均采用开模具制造，在此之前，厂家首先做一个快速原型制造，按照一比一快速原型制造出来的覆盖件样品用于装车，检验各项参数；针对在实际装配过程中出现的问题，提出具体的修改意见，对已完成覆盖件设计数据进行再次的修改直到最终完成产品设计，达到用户的要求。
图1 沿UV向分布的加强筋
2.4覆盖件应力—应变工程相关性的分析方法
工程分析只能对产品在承受载荷时的行为进行评估，原因是要对材料的性能、形状规则性和边界条件等做大量的假设，并且它们都是被简化了的。理论关系式是由数学过程推导出来，在推导过程中会包括其他一些假定。受压构件和绕曲构件的受压翼缘，有时用靠附着的加强筋加固的薄板制成，在覆盖件这种表面受力型的全地形车中，这种构造尤为常见。计算载荷时可将薄板覆盖件中心部分的屈曲强度加上由加筋板和有效宽度的附板所组成的柱的强度而求得各部分或板的强度。
在实际的装车路测过程中反映出的覆盖件的损坏多是在件与件间的拼接和搭扣处的断裂和损坏，改进的主要措施是将竖直方向的搭扣设计改为水平方向的拼接搭扣，减小了相互之间的作用力，同时解决了上述的问题。设计者需要注意到潜在的高应力区域，并能使设计者对拐角半径、壁厚或固定制位等变量进行优化。
2.5基于快速原型样件和虚拟装配的并行设计
在采用测量设备、应用CAD/CAM系统后，覆盖件的开发流程变为：油泥模型→三坐标测量（激光扫描测量）→运用计算机辅助设计软件完成模型的曲面建构结构设计→快速成型→样件装配→误差修正（重复这个过程直到满意为止）→送三维模型数据给模具厂。
结束语：
综上所述，本文分析研究了全地形车车体覆盖件总体布局、车体构件刚度以及工艺性等问题；建立全地形车覆盖件扣件的数据模型，同时在ANSYS 环境中建立其有限元模型，用有限元理论分析扣件的承载能力，不同部分的受力特性，针对出现的问题提出了基于油泥模型的现实制作和 CAD 结构辅助设计相结合的并行设计方法。
参考文献
[1]张德超，袁晓红，邓楚南.摩托车覆盖件油泥模型制作[J].摩托车技术.2010.
[2]孙燕侠，姚红霞.美军防地雷反伏击全地形车概览[J].汽车运用.2011.
[3]徐中明.全地形车车架挂发动机结构动态特性建模方法[J].振动与冲击.2011.
论文作者:邱超杰
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第17期
论文发表时间:2017/11/23
标签：地形论文; 车架论文; 构件论文; 车体论文; 结构设计论文; 刚度论文; 模型论文; 《建筑学研究前沿》2017年第17期论文;