基于UG的滑動(dòng)式車(chē)門(mén)運(yùn)動(dòng)軌跡平順性分析方法

滕平 劉晶

【摘 要】文章分析了各種運(yùn)動(dòng)軌跡要素及其運(yùn)動(dòng)平順性的優(yōu)劣排序，進(jìn)一步結(jié)合滑動(dòng)門(mén)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)在車(chē)門(mén)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中擺幅不一樣的特點(diǎn)，得出了滑動(dòng)門(mén)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)平順性研究方向。基于UG軟件強(qiáng)大的運(yùn)動(dòng)仿真功能，以滑動(dòng)門(mén)上車(chē)門(mén)重心及車(chē)門(mén)外板后上角的標(biāo)記點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡為分析對(duì)象，分別介紹了精確分析方法與簡(jiǎn)化分析方法的建立過(guò)程及注意事項(xiàng)，并對(duì)這兩種方法的建立過(guò)程進(jìn)行了對(duì)比分析，同時(shí)結(jié)合新車(chē)型設(shè)計(jì)的開(kāi)發(fā)流程提出了滑動(dòng)式車(chē)門(mén)運(yùn)動(dòng)軌跡平順性研究各分析階段的安排。

【關(guān)鍵詞】滑動(dòng)門(mén)；運(yùn)動(dòng)軌跡；平順性；UG

【中圖分類號(hào)】U463.834 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1674-0688（2018）10-0092-03

1 背景

滑動(dòng)式車(chē)門(mén)（以下簡(jiǎn)稱滑動(dòng)門(mén)）的運(yùn)動(dòng)形式相對(duì)其他類型的車(chē)門(mén)更加復(fù)雜，其運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)構(gòu)成件的開(kāi)發(fā)成本也比鉸鏈多出近4倍。滑動(dòng)門(mén)的運(yùn)動(dòng)模型建立受到車(chē)輛造型、人機(jī)空間、運(yùn)動(dòng)避讓、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度等因素影響，其建立過(guò)程相對(duì)鉸鏈門(mén)多出近2倍的時(shí)間。也就是說(shuō)，滑動(dòng)門(mén)的運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)是一個(gè)零件開(kāi)發(fā)成本高、時(shí)間投入多的運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)。

滑動(dòng)門(mén)運(yùn)動(dòng)軌跡平順性指標(biāo)是滑動(dòng)門(mén)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)重要的指標(biāo)。借助UG三維設(shè)計(jì)軟件的強(qiáng)大功能，我們先通過(guò)其運(yùn)動(dòng)分析模塊建立運(yùn)動(dòng)模型，然后采用運(yùn)動(dòng)仿真及作圖等方法來(lái)評(píng)價(jià)滑動(dòng)門(mén)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)軌跡平順性，極大提高了設(shè)計(jì)效率，盡量降低設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)，從而為提高顧客的體驗(yàn)舒適性打下比較好的基礎(chǔ)。

2 各種運(yùn)動(dòng)軌跡比較

2.1 運(yùn)動(dòng)軌跡分類

從空間上來(lái)說(shuō)，運(yùn)動(dòng)軌跡可以分為一維運(yùn)動(dòng)軌跡（即平面上的直線運(yùn)動(dòng)形式）、 二維運(yùn)動(dòng)軌跡（即一個(gè)平面上的非直線運(yùn)動(dòng)形式）和 三維運(yùn)動(dòng)軌跡（非一個(gè)平面上的運(yùn)動(dòng)形式）。從幾何數(shù)學(xué)方向上來(lái)說(shuō)可以分為直線運(yùn)動(dòng)、 圓弧運(yùn)動(dòng)和由若干段直線或圓弧組成的復(fù)合曲線運(yùn)動(dòng)。

2.2 運(yùn)動(dòng)軌跡平順性比較

從運(yùn)動(dòng)軌跡形成難易程度來(lái)說(shuō)，考慮空間因素和幾何形式，各種軌跡平順性優(yōu)劣先后順序見(jiàn)表1。

對(duì)于滑動(dòng)門(mén)來(lái)，其重心運(yùn)動(dòng)軌跡越接近表1中的第3類運(yùn)動(dòng)軌跡（二維的直線和圓弧組成的運(yùn)動(dòng)），其運(yùn)動(dòng)軌跡越平順。

3 滑動(dòng)門(mén)運(yùn)動(dòng)軌跡平順性分析方法

3.1 滑動(dòng)門(mén)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)特點(diǎn)

滑動(dòng)門(mén)的運(yùn)動(dòng)是通過(guò)車(chē)門(mén)上的上滑輪支架總成、中滑輪支架總成、下滑輪支架總成的導(dǎo)向輪和承重輪，以及在側(cè)圍上對(duì)應(yīng)的上、中、下3組導(dǎo)軌中的往復(fù)移動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)車(chē)門(mén)開(kāi)啟和關(guān)閉。在這個(gè)系統(tǒng)中，上導(dǎo)軌和上滑輪支架總成上的導(dǎo)向輪限制了滑動(dòng)門(mén)上部的Y向移動(dòng)位置，中導(dǎo)軌和中滑輪支架總成上的導(dǎo)向輪、承重輪分別限制了滑動(dòng)門(mén)中部的Y向與Z向移動(dòng)位置，下導(dǎo)軌和下滑輪支架總成上的導(dǎo)向輪和承重輪分別限制了滑動(dòng)門(mén)下部的Y向、Z向移動(dòng)位置。

滑動(dòng)門(mén)這種運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)特點(diǎn)，造成了滑動(dòng)門(mén)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中車(chē)門(mén)并不是理論上的平動(dòng)狀態(tài)，而是會(huì)發(fā)生幅度不一樣的擺動(dòng)，并且距離滑輪支架總成越遠(yuǎn)的地方擺幅越大?；瑒?dòng)門(mén)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中有了程度不一樣的擺幅以后，滑動(dòng)門(mén)的重心也會(huì)發(fā)生相應(yīng)變動(dòng)，造成滑動(dòng)門(mén)作用在側(cè)圍上3根導(dǎo)軌的力發(fā)生不規(guī)則變化（對(duì)于Y向來(lái)說(shuō)，車(chē)門(mén)對(duì)側(cè)圍有時(shí)候是拉力，有時(shí)候是壓力，且力的大小不一樣），這種不規(guī)則的力不僅會(huì)產(chǎn)生程度不一樣的響聲，也會(huì)影響滑動(dòng)門(mén)的運(yùn)動(dòng)平順性。

以下分析是以滑動(dòng)門(mén)上標(biāo)記點(diǎn)（門(mén)重心及其他位置的點(diǎn)）在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中擺幅大小為分析對(duì)象。但是為了分析方便，統(tǒng)一轉(zhuǎn)換為標(biāo)記點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡包絡(luò)大小。

3.2 滑動(dòng)門(mén)運(yùn)動(dòng)軌跡平順性分析方法分類

根據(jù)滑動(dòng)門(mén)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)特點(diǎn)，對(duì)于滑動(dòng)門(mén)運(yùn)動(dòng)軌跡平順性分析可以分為以下兩種方法：①精確分析方法（也稱重心法）。即選取滑動(dòng)門(mén)總成上的重心運(yùn)動(dòng)軌跡變化作為分析研究對(duì)象。②簡(jiǎn)化分析方法。即選取滑動(dòng)門(mén)外板上的后上角的點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡變化作為分析研究對(duì)象。

3.3 精確分析方法

3.3.1 各零部件密度設(shè)定及重心繪制

根據(jù)各零件的實(shí)際用材情況，用UG系統(tǒng)中的實(shí)體密度設(shè)定功能對(duì)滑動(dòng)門(mén)系統(tǒng)上所有的零件進(jìn)行密度數(shù)值設(shè)定。密度數(shù)值設(shè)定完后，用UG系統(tǒng)分析功能中的實(shí)體測(cè)量功能得出滑動(dòng)門(mén)系統(tǒng)的重心坐標(biāo)，最后根據(jù)重心坐標(biāo)數(shù)值繪制滑動(dòng)門(mén)總成的重心點(diǎn)。

3.3.2 滑動(dòng)門(mén)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)模型建立

在對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡分析之前，必須在UG系統(tǒng)中建立起滑動(dòng)門(mén)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)仿真模型?；赨G的滑動(dòng)門(mén)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)模型建立按如下步驟建立：①根據(jù)“沒(méi)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的零部件可以作為一個(gè)物體來(lái)看待”這一原則來(lái)將滑動(dòng)門(mén)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的零件進(jìn)行分類。然后用UG軟件中運(yùn)動(dòng)仿真模塊將這些物體分別設(shè)定為連桿1、連桿2、連桿3……需要注意的是，上述已經(jīng)標(biāo)定好的滑動(dòng)門(mén)重心一定要設(shè)為車(chē)門(mén)鈑金本體的一部分。②結(jié)合零件的具體運(yùn)動(dòng)相對(duì)情況，對(duì)各連桿之間設(shè)定運(yùn)動(dòng)約束關(guān)系。③設(shè)定運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)。④求解方案的建立和運(yùn)算。

3.3.3 滑動(dòng)門(mén)重心軌跡掃略

運(yùn)用已經(jīng)建立好的運(yùn)動(dòng)模型，在運(yùn)動(dòng)仿真模塊中將車(chē)門(mén)重心點(diǎn)設(shè)定為追蹤對(duì)象，然后對(duì)滑動(dòng)門(mén)重心進(jìn)行運(yùn)動(dòng)過(guò)程追蹤（也就是掃略，即從關(guān)門(mén)狀態(tài)一致掃略到最大開(kāi)啟狀態(tài)）。為了保證掃略的精度，滑動(dòng)門(mén)重心掃略的點(diǎn)數(shù)應(yīng)不少于500點(diǎn)（即要求運(yùn)動(dòng)仿真系統(tǒng)中的運(yùn)動(dòng)設(shè)定步數(shù)不少于500步，但考慮到計(jì)算效率問(wèn)題，最大設(shè)定步數(shù)應(yīng)不超過(guò)1 000步為宜）。

為了后續(xù)繪制方便，這些掃略點(diǎn)應(yīng)單獨(dú)放在一個(gè)獨(dú)立圖層為宜，同時(shí)將這些點(diǎn)設(shè)定為單獨(dú)顏色顯示。重心軌跡掃略完后，應(yīng)對(duì)前50個(gè)點(diǎn)的軌跡進(jìn)行有效性確認(rèn)，并刪除變異點(diǎn)（一般是軟件計(jì)算過(guò)程中的錯(cuò)誤點(diǎn)）。

3.3.4 滑動(dòng)門(mén)重心軌跡包絡(luò)繪制

當(dāng)滑動(dòng)門(mén)的重心軌跡掃略完成后，將UG軟件由當(dāng)前的運(yùn)動(dòng)仿真狀態(tài)切換到建模狀態(tài)，然后按如下步驟繪制滑動(dòng)門(mén)重心軌跡包絡(luò)面：①打開(kāi)之前設(shè)定的圖層，使用UG中的“樣條”曲線命令，采用通過(guò)點(diǎn)的形式用上述掃略出的重心軌跡點(diǎn)來(lái)擬合出一條樣條曲線，該曲線稱為C1曲線（注意：樣條的起點(diǎn)必須是掃略軌跡點(diǎn)的第1點(diǎn)，樣條的終點(diǎn)必須是掃略軌跡點(diǎn)的最后一點(diǎn)）。②做一個(gè)平行于滑動(dòng)門(mén)下滑輪支架總成上的承重輪的運(yùn)動(dòng)支撐面（如圖1所示）的平面，同時(shí)該平面應(yīng)剛好通過(guò)C1曲線的最低點(diǎn)，該平面稱為P1平面。③做一個(gè)平行于滑動(dòng)門(mén)下滑輪支架總成上的承重輪的運(yùn)動(dòng)支撐面（如圖1所示）的平面，同時(shí)該平面應(yīng)剛好通過(guò)C1曲線的最高點(diǎn)，該平面稱為P2平面。④用尺寸測(cè)量命令（采用關(guān)聯(lián)測(cè)量）測(cè)量P1平面和P2平面的距離，該距離尺寸數(shù)值為D1。⑤做P1平面和P2平面的中心對(duì)稱平面，該平面稱為P3平面。⑥用曲線投影命令將C1曲線沿著P3平面法向投影到P3平面上，該投影后形成的新曲線稱為曲線C2。⑦以D1為直徑、以曲線C2為掃略導(dǎo)引線掃略出一個(gè)管狀的片體，該管狀片體即為滑動(dòng)門(mén)重心軌跡包絡(luò)。

從上述步驟中繪制出管狀包絡(luò)面的大小直接反映出了滑動(dòng)門(mén)重心在整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的擺幅情況，也就是反映了運(yùn)動(dòng)平順性情況，包絡(luò)越小運(yùn)動(dòng)越平順。

3.4 簡(jiǎn)化分析方法

3.4.1 標(biāo)定滑動(dòng)門(mén)外板上的后上角的點(diǎn)

選取后側(cè)門(mén)外板上最靠后且最靠上的點(diǎn)并標(biāo)記為P1點(diǎn)。

3.4.2 滑動(dòng)門(mén)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)模型建立

滑動(dòng)門(mén)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)模型建立方法同本文中3.3.2的方法。

3.4.3 滑動(dòng)門(mén)外板上的P1點(diǎn)軌跡掃略

掃略方法同本文中3.3.3的方法，只是要將掃略點(diǎn)更改為P1點(diǎn)。

3.4.4 滑動(dòng)門(mén)外板上的P1點(diǎn)軌跡包絡(luò)繪制

當(dāng)滑動(dòng)門(mén)外板上的P1點(diǎn)軌跡掃略完成后，將UG軟件由當(dāng)前的運(yùn)動(dòng)仿真狀態(tài)切換到建模狀態(tài)，然后按如下步驟繪制滑動(dòng)門(mén)重心軌跡包絡(luò)面：①打開(kāi)之前設(shè)定的圖層，使用UG中的“樣條”曲線命令，采用通過(guò)點(diǎn)的形式用上述掃略出的重心軌跡點(diǎn)來(lái)擬合出一條樣條曲線，該曲線稱為C3曲線（注意：樣條的起點(diǎn)必須是掃略軌跡點(diǎn)的第1點(diǎn)，樣條的終點(diǎn)必須是掃略軌跡點(diǎn)的最后一點(diǎn)）。②做一個(gè)平行于滑動(dòng)門(mén)中滑輪支架總成上的承重輪的運(yùn)動(dòng)支撐面（如圖2所示）的平面，同時(shí)該平面應(yīng)剛好通過(guò)C3曲線的最低點(diǎn)，該平面稱為P4平面。③做一個(gè)平行于滑動(dòng)門(mén)中滑輪支架總成上的承重輪的運(yùn)動(dòng)支撐面（如圖2所示）的平面，同時(shí)該平面剛好通過(guò)C3曲線的最高點(diǎn)，該平面稱為P5平面。④用尺寸測(cè)量命令（采用關(guān)聯(lián)測(cè)量）測(cè)量P4平面和P5平面的距離，該距離尺寸數(shù)值為D2。⑤做P4平面和P5平面的中心對(duì)稱平面，該平面稱為P6平面。⑥用曲線投影命令將C3曲線沿著P6平面法向投影到P6平面上，該投影后形成的新曲線稱為曲線C4。⑦以D2為直徑、以曲線C4為掃略導(dǎo)引線掃略出一個(gè)管狀的片體，該管狀片體即為P1點(diǎn)軌跡包絡(luò)。

3.5 精確分析方法與簡(jiǎn)化分析方法的對(duì)比分析

從以上分析可知，精確分析方法與簡(jiǎn)化分析方法各有各的特點(diǎn)：①精確分析方法。其分析準(zhǔn)確性高，但是因?yàn)槠湟蕾囉谒邢嚓P(guān)零件必須存在且每個(gè)零件都必須賦予準(zhǔn)確的材料密度，這就決定了這種分析方法只能出現(xiàn)在正式數(shù)據(jù)發(fā)布前的中后期用于最終的運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)確認(rèn)。②簡(jiǎn)化分析方法。其分析準(zhǔn)確性相對(duì)精確分析法低，但是它不需要考慮滑動(dòng)門(mén)系統(tǒng)的重心問(wèn)題，所以其可以用于造型前期的滑動(dòng)門(mén)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)框架分析與確定。

綜上所述，新車(chē)型開(kāi)發(fā)時(shí)，當(dāng)數(shù)據(jù)還處在前期階段時(shí)（即造型面工程可行性分析階段），此時(shí)應(yīng)采用簡(jiǎn)化分析方法分析滑動(dòng)門(mén)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)布置是否有問(wèn)題；當(dāng)所有零件被設(shè)計(jì)出來(lái)后，采用精確分析方法確認(rèn)滑動(dòng)門(mén)運(yùn)動(dòng)平順情況是否滿足設(shè)計(jì)要求。

4 結(jié)語(yǔ)

綜合運(yùn)用滑動(dòng)門(mén)運(yùn)動(dòng)軌跡平順性的精確分析方法與簡(jiǎn)化分析方法，可以有效縮短滑動(dòng)門(mén)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)周期，降低零件后期因設(shè)計(jì)變動(dòng)產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]胡小康. UG NX6 運(yùn)動(dòng)仿真培訓(xùn)教程[M]. 北京：清華大學(xué)出版社，2009.

[2]滕平. 基于UG的滑動(dòng)式車(chē)門(mén)運(yùn)動(dòng)模型建立[J]. 企業(yè)科技與發(fā)展，2011（13）：15-17.

[3]李少鵬，楊汝舟，劉太彪. 新式車(chē)門(mén)設(shè)計(jì)[J]. 中國(guó)科技信息，2010（19）：132-133.

[責(zé)任編輯：鐘聲賢]