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畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書
學(xué)生姓名
董 強(qiáng)
系部
汽車與交通工程學(xué)院
專業(yè)、班級
車輛工程B07-1
指導(dǎo)教師姓名
王 強(qiáng)
職稱
講 師
從事
專業(yè)
車輛工程
是否外聘
□是■否
題目名稱
基于ANSYS的平臺式汽車大梁校正儀設(shè)計(jì)
一、 設(shè)計(jì)（論文）目的、意義
大梁校正儀即對車身矯正，是指通過一定的外力將因事故損壞或疲勞損壞的部位修復(fù)到車輛出廠時(shí)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)的過程，在汽車修理廠及4S店被廣泛應(yīng)用。分析框架式汽車大梁校正儀的結(jié)構(gòu)形式及工作原理，完成校正儀的方案設(shè)計(jì)及校核計(jì)算，利用AutoCAD完成校正儀二維總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及零部件設(shè)計(jì)，利用CATIA建立校正儀三維實(shí)體模型，并進(jìn)行整機(jī)虛擬裝配，將關(guān)鍵零部件模型通過專用模型數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換接口導(dǎo)入ANSYS軟件進(jìn)行有限元分析，獲得校正儀在載荷工況作用下的應(yīng)力、應(yīng)變及變形狀。運(yùn)用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在產(chǎn)品制造之前就可以發(fā)現(xiàn)并更正設(shè)計(jì)缺陷，完善設(shè)計(jì)方案，縮短開發(fā)周期，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量和效率，為生產(chǎn)實(shí)際提供理論支持。
二、設(shè)計(jì)（論文）內(nèi)容、技術(shù)要求（研究方法）
1、設(shè)計(jì)內(nèi)容
技術(shù)參數(shù)：要求平起升降300mm-1200mm多種高度，通用車體固定夾鉗，可任意調(diào)整工作高度和角度。工作臺長度 5600mm，工作臺高度300-1200mm，工作臺寬度2100mm，拉塔工作范圍360度，液壓系統(tǒng)最大工作壓力16Mpa，氣源壓力要求0.8Mpa， 拉塔牽引最大拉力30KN，整機(jī)重量3800kg。分析平臺式汽車大梁校正儀的結(jié)構(gòu)形式及工作原理，完成校正儀的方案設(shè)計(jì)及校核計(jì)算，利用AutoCAD完成校正儀二維總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及零部件設(shè)計(jì)，利用CATIA建立校正儀三維實(shí)體模型，并進(jìn)行整機(jī)虛擬裝配，將關(guān)鍵零部件模型通過專用模型數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換接口導(dǎo)入ANSYS軟件進(jìn)行有限元分析，獲得校正儀在載荷工況作用下的應(yīng)力、應(yīng)變及變形狀。
2、技術(shù)要求
（1）校正儀方案設(shè)計(jì)及校核計(jì)算；
（2）利用AutoCAD軟件完成校正儀二維總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及零件設(shè)計(jì)；
（3）利用CATIA軟件完成校正儀三維建模及虛擬裝配；
（4）利用ANSYS軟件完成關(guān)鍵零件有限元分析。
三、設(shè)計(jì)（論文）完成后應(yīng)提交的成果
（1）主要包括校正儀方案設(shè)計(jì)、校核計(jì)算、二維及三維結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、有限元分析等方面的詳細(xì)設(shè)計(jì)說明書1套（1.5萬字以上）；（2）校正儀二維總體結(jié)構(gòu)圖1張（A0）、二維零件圖及CATIA三維模型圖共折合A0圖紙2.5張。
四、設(shè)計(jì)（論文）進(jìn)度安排
（1）調(diào)研，資料收集，完成開題報(bào)告； 第1～2周（3月2日～3月15日）
（2）總體二維結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及校核； 第3～5周（3月16日～4月5日）
（3）Pro/E實(shí)體建模； 第6～7周（4月6日～4月19日）
（4）ANSYS有限元分析； 第8～12周（4月20日～5月24日）
（5）撰寫說明書； 第13～14周（5月25日～6月7日）
（6）設(shè)計(jì)說明書的審核、修改； 第15～16周（6月8日～6月21日）
（7）畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯準(zhǔn)備及答辯。 第17周（6月22日～6月28日）
五、主要參考資料
[1] 陳家瑞.汽車構(gòu)造(上，下冊) [M].北京：人民交通出版社，1994.
[2] 余志生.汽車?yán)碚揫M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000.
[3] 王望予.汽車設(shè)計(jì)（第四版）[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.
[4] 程本付．使用通用定位夾具對非承載式車身大梁進(jìn)行校正[J]. 汽車維修與保養(yǎng),2008,(6).
[5] 程本付．鈑金校正設(shè)備的種類及優(yōu)、劣勢分析[J]. 汽車維修與保養(yǎng),2008,(5). ?
[6] 唐納德．以人為本的劃時(shí)代大梁校正儀—介紹美國黑鷹牌 Multirack 2000(R)型大梁校正儀[J]. 汽車與配件,1999,(11). ??
[7]吉國光,. 淺談汽車碰撞修復(fù)設(shè)備的選購和使用[J]. 重型汽車,2006,(1). ??
[8]倪立成,. 汽車整形設(shè)備的結(jié)構(gòu)與選型[J]. 汽車維護(hù)與修理,2004,(9). ?
[9]一類汽車維修企業(yè)開業(yè)設(shè)備條件[J]. 汽車維修,2002,(10). ?
[10]高玉民. 探析汽車維修企業(yè)的發(fā)展思路[J]. 汽車與配件,2000,(21).
六、備注
指導(dǎo)教師簽字：
年 月 日
教研室主任簽字：
年 月 日
本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)
基于ANSYS的平臺式汽車大梁校正儀設(shè)計(jì)
系部名稱： 汽車與交通工程學(xué)院
專業(yè)班級： 車輛工程 B07-1班
學(xué)生姓名： 董 強(qiáng)
指導(dǎo)教師： 王 強(qiáng)
職 稱： 講 師
黑 龍 江 工 程 學(xué) 院
二○一一年六月
The Graduation Design for Bachelor's Degree
Design of Car Girders Correction Instrument based on ANSYS
Candidate：Dong Qiang
Specialty：Vehicles Engineering
Class：B07-1
Supervisor：Lecturer. Wang Qiang
Heilongjiang Institute of Technology
2011-06·Harbin
黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)
摘 要
車身校正是通過一定的外力將因事故損壞或疲勞損壞的部位修復(fù)到車輛出場時(shí)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)"狀態(tài)“的過程。汽車在人們的日常生活中起著不可或缺的作用，當(dāng)然有使用就會(huì)有損壞，而且損壞的情況也越來越嚴(yán)重，從而一些專門的修復(fù)工具也隨之產(chǎn)生—平臺式汽車車身校正設(shè)備。目前，國內(nèi)普遍采用的車身校正設(shè)備主要有框架式和平臺式，其中平臺式較多。這種設(shè)備較為先進(jìn)，國內(nèi)外制造的設(shè)備一般都采用這種形式，是國際間比較流行的一種車身校正設(shè)備。平臺式車身校正設(shè)備主要包括有舉升支架，工作臺，加力塔及其連接機(jī)構(gòu)。本設(shè)計(jì)的目的旨在對平臺式汽車大梁校正儀的二維設(shè)計(jì)及三維虛擬設(shè)計(jì)進(jìn)行探索和實(shí)踐，為校正儀的設(shè)計(jì)提供參考。
本設(shè)計(jì)是通過對現(xiàn)有設(shè)備的調(diào)查研究，再結(jié)合自己的想法設(shè)計(jì)一臺結(jié)構(gòu)簡單，使用方便的平臺式汽車大梁校正設(shè)備。本設(shè)計(jì)首先利用AutoCAD進(jìn)行二維設(shè)計(jì)計(jì)算及校核，再利用三維建模軟件CATIA對汽車大梁校正儀的整機(jī)進(jìn)行虛擬建模，最后利用有限元受力分析軟件ANSYS，對關(guān)鍵部件進(jìn)行有限元分析。虛擬設(shè)計(jì)中首先利用三維建模軟件CATIA對大梁校正儀整體三維實(shí)體進(jìn)行建模，然后將關(guān)鍵部位零件文件類型另存為IGS格式，通過IGS格式將零件模型導(dǎo)入ANSYS進(jìn)行有限元結(jié)構(gòu)靜力學(xué)分析，驗(yàn)證結(jié)果的可行性。利用CATIA和ANSYS軟件對平臺式汽車大梁校正設(shè)備的設(shè)計(jì)開發(fā)完全是在虛擬的環(huán)境中進(jìn)行的，通過更改技術(shù)參數(shù)就可以實(shí)現(xiàn)對設(shè)計(jì)方案的完善，縮短開發(fā)周期，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量和效率，降低研發(fā)成本。這也是未來產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)方法的發(fā)展方向。
關(guān)鍵字：大梁校正儀；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；三維建模；虛擬裝配；有限元分析
ABSTRACT
Body through certain correction is a force for accident damaged or fatigue damage repair to vehicles out of the technical standards “state” process.Car in People's Daily life plays an indispensable role, of course, have use will have damaged, and the damage situation of also more and more serious, which some special repair tools generates - using automotive calibration equipment.At present, the domestic car calibration equipment widely used are mainly frame type, including using more peaceful desktop.This equipment, advanced manufacturing equipment both at home and abroad are usually use this form, is international popular a kind of body calibration equipment.Using body calibration equipment mainly include lifting stents, workbench, strength tower and its connection institutions.
This design is based on the investigation and study of existing equipment, coupled with his own idea design a simple structure, easy to use and using car girders of calibration devices.Using three-dimensional modeling software CATIA, finite element stress analysis software ANSYS, the whole car girders is corrective on virtual modeling,the key components in finite element analysis.Firstly, the 3d modeling software to beam is corrective CATIA overall three-dimensional entity is modeled,then will key parts parts file types save as IGS format,through the IGS formats will import ANSYS finite element part modeling statics analysis, structure of the feasibility of the results of the validation.Using CATIA and ANSYS software using cars for the design and development of calibration equipment beam is completely in a virtual environment.By changing the technical parameters can be achieved on the perfect design scheme, shorten the development cycle, improve the design quality and efficiency, reduce the r&d costs.This is the future product design and development method development direction.
Key words: Girders calibration apparatus；Structure design；3D modeling；Virtual assembly；
Finite element analysis
85
目 錄
摘要 Ⅰ
Abstract Ⅱ
第1章 緒論 1
1.1 研究背景 1
1.2 研究的目的和意義 1
1.3 課題研究的現(xiàn)狀 3
1.4 研究內(nèi)容及研究方法 4
1.4.1 研究內(nèi)容 4
1.4.1 研究方法 4
1.5 承載式車身矯正原理介紹 5
第2章 大梁校正儀二維結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及校核 6
2.1 簡述平臺式汽車大梁校正儀工作原理 6
2.2 車身校正設(shè)備的特點(diǎn) 6
2.3 車身校正設(shè)備的特點(diǎn) 7
2.4 平臺主要結(jié)構(gòu)確定 8
2.4.1 平臺整體結(jié)構(gòu)形式及基本組成 9
2.4.2 平臺表面設(shè)計(jì) 10
2.4.3 選材 10
2.4.4 平臺支撐梁的校核 10
2.5 平臺后支撐架的主要結(jié)構(gòu)確定 12
2.5.1 平臺后支撐架整體結(jié)構(gòu)形式及基本組成 12
2.5.2 平臺支撐架的選材 13
2.5.3 平臺支撐架的校核 15
2.6 拉塔的主要結(jié)構(gòu)確定 15
2.6.1 拉塔的主要結(jié)構(gòu)形式及基本組成 15
2.6.2 拉鏈固定裝置的設(shè)計(jì) 16
2.6.3 拉鏈轉(zhuǎn)向裝置的設(shè)計(jì) 17
2.6.4 拉塔的選材 18
2.6.5 拉塔的校核 18
2.7 夾具的主要結(jié)構(gòu)確定 20
2.7.1 夾具的主要結(jié)構(gòu)形式及基本組成 20
2.7.2 夾具基座的主要結(jié)構(gòu) 21
2.7.3 夾具基座的選材 21
2.7.4 夾具升降調(diào)節(jié)塊的主要結(jié)構(gòu) 22
2.7.5 夾具升降調(diào)節(jié)塊的選材 22
2.7.6 夾鉗體的主要結(jié)構(gòu) 22
2.7.7 夾鉗體的選材 23
2.7.8 夾鉗體的校核 23
2.7.8 螺栓與螺母的選側(cè) 24
2.8 舉升臂的主要結(jié)構(gòu)確定 25
2.8.1 舉升臂的主要結(jié)構(gòu) 25
2.8.2 舉升臂的選材 25
2.8.3 舉升臂的校核 25
第3章 大梁校正儀的三維結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 27
3.1 CATIA軟件簡介 27
3.2利用CATIA進(jìn)行三維建模 28
3.2.1 平臺的三維建模 28
3.2.2 后支架的三維建模 30
3.2.3 夾具基座的三維建模 31
3.2.4 夾鉗體的三維建模 31
3.3 利用CATIA進(jìn)行三維虛擬裝配 32
3.3.1 CATIA裝配功能概述 32
3.3.2裝配的CATIA零件圖 33
3.2.3 CATIA整機(jī)裝配圖及爆炸圖 37
3.4 本章小結(jié) 38
第4章 大梁校正儀的有限元分析 39
4.1 ANSYS有限元分析軟件介紹 39
4.1.1ANSYS軟件簡介 39
4.1.2ANSYS軟件功能簡介 39
4.2 ANSYS與CATIA接口的建立 39
4.3利用ANSYS對主要零部件進(jìn)行分析 42
4.3.1定位夾具卡鉗體的有限元分析 42
4.3.2夾鉗體受側(cè)向力的有限元分析 48
4.3.3后支架的有限元分析 54
4.3.4前支架的有限元分析 60
4.3.5舉升臂的有限元分析 65
結(jié)論 72
參考文獻(xiàn) 73
致謝 74
附錄A 75
附錄B 80
黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)
第1章 緒 論
1.1 研究背景
由于汽車擁有量的不斷增多，汽車使用過程中的損傷是不可避免的，如何使損傷后的汽車恢復(fù)良好的狀態(tài)，一直是汽車維修行業(yè)的主體努力的主題。尤其是汽車車身由結(jié)構(gòu)式向整體式發(fā)展，對汽車車身修理行業(yè)推出了越來越多的技術(shù)要求。在汽車碰撞修理包括許多方面的知識，如車身矯正，噴漆、焊接，設(shè)備維修等。許多維修設(shè)備生產(chǎn)廠家投入了大量的人力物力財(cái)力開發(fā)和研制車身矯正設(shè)備，取得了許多應(yīng)我成果，并投入生產(chǎn)使用。
本課題在意識到車身校正維修中越發(fā)重要之后，經(jīng)過老師仔細(xì)研究選擇的，在本次設(shè)計(jì)也中，主要研究的是車身校正。經(jīng)過對市場多家汽車維修廠調(diào)查發(fā)現(xiàn)，有的仍然是靠維修技工的經(jīng)驗(yàn)來進(jìn)行校正工作。有的采用已經(jīng)使用了很久的陳舊設(shè)備，只有幾家從國外引進(jìn)了先進(jìn)的設(shè)備并投入使用。令我感到遺憾的是，有幾家維修廠引進(jìn)先進(jìn)的設(shè)備卻放置不用。反而仍用原來的陳舊設(shè)備。經(jīng)過詢問得知，維修工人認(rèn)為新設(shè)備雖然先進(jìn)，但是使用起來相當(dāng)復(fù)雜，而且維修結(jié)果也相差無幾。帶著這一問題，結(jié)合我的設(shè)計(jì)課題—平臺式車身校正設(shè)備設(shè)計(jì)，我找到了我的指導(dǎo)老師—王強(qiáng)老師，一同研究了先進(jìn)的進(jìn)口設(shè)備之后，結(jié)合目前我國維修行業(yè)的現(xiàn)狀，通過自己的思考和老師的指導(dǎo)，設(shè)計(jì)一臺既能達(dá)到維修目的又操作簡單方便易學(xué)易用的平臺是車身校正儀。經(jīng)過查閱許多相關(guān)資料，指導(dǎo)老師細(xì)心的指導(dǎo)，以及本人的努力研究，進(jìn)行了反復(fù)的推敲及多次的修改，得出以下設(shè)計(jì)成果，由于本設(shè)計(jì)中涉及有許多以前未學(xué)過的知識，加上時(shí)間倉促，而且水平有限，設(shè)計(jì)中仍然存在許多錯(cuò)誤和不足，懇請各位老師批評指正。
1.2 研究的目的和意義
隨著汽車行業(yè)的蓬勃發(fā)展，汽車修理行業(yè)也迎來新的春天。在維修領(lǐng)域中，平臺式大梁校正儀的作用將越來越大，因?yàn)槠浒惭b方便，無需專門為其修建地基，節(jié)省點(diǎn)建地基的費(fèi)用，而且它的價(jià)格相對便宜，功能齊全，工作時(shí)車身穩(wěn)定，深受廣大汽修者的青睞。在中國市場占有率極高，而且環(huán)形大氣的外觀在客戶外形審美上有很大的優(yōu)勢，所以大多數(shù)國內(nèi)4S店都采用該種設(shè)備。
經(jīng)過對本市維修企業(yè)調(diào)研后發(fā)現(xiàn)了許多問題，不是車身矯正儀設(shè)備陳舊，靠經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行維修，就是引進(jìn)了先進(jìn)設(shè)備卻不能完全發(fā)揮出其功能。我認(rèn)為這樣一來就存在許多弊端。由于目前汽車行業(yè)發(fā)展速度較快，新車型不斷誕生，車身結(jié)構(gòu)和使用材料都在不斷變化，僅僅靠人的經(jīng)驗(yàn)是不可的，因?yàn)榫S修的最終目的需要達(dá)到原設(shè)計(jì)制定的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)，即使不能完全達(dá)到原設(shè)計(jì)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)也不應(yīng)該產(chǎn)生太大的誤差，避免汽車在行駛時(shí)事故的發(fā)生。而如果引進(jìn)了先進(jìn)的技術(shù)設(shè)備，在使用中卻不能完全發(fā)揮出其效果，這無疑是一種浪費(fèi)。汽車維修行業(yè)也是在近期迅速發(fā)展起來的，過渡期較短，工人技術(shù)水平有限，制約了先進(jìn)設(shè)備優(yōu)勢的發(fā)揮。
本設(shè)計(jì)的目的是如何既能達(dá)到技術(shù)要求，又使結(jié)構(gòu)簡單成本較低，而且耐用性好，操作起來簡單方便。
車身校正是將一個(gè)因?yàn)槭鹿蕮p壞或疲勞破壞的轎車、貨車、客車的車架恢復(fù)到符合制造廠制定的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)的過程。這個(gè)過程一般是在修理設(shè)備上進(jìn)行的。將車輛固定在適當(dāng)?shù)奈恢?，施加一個(gè)推力或拉力，對車架進(jìn)行修正。本設(shè)計(jì)就是在研究目前已經(jīng)投入使用的車身校正設(shè)備的基礎(chǔ)上，再結(jié)合自己所掌握的知識，通過詳細(xì)思考反復(fù)推敲，采納指導(dǎo)老師的建議，設(shè)計(jì)的一套平臺式汽車大梁校正設(shè)備及附屬工具。
目前，在我國的平臺式大梁校正儀不能對非承載式車身大梁進(jìn)行多點(diǎn)有效的固定。隨著三維模擬應(yīng)用軟件在產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)領(lǐng)域的應(yīng)用，可以在虛擬環(huán)境中對校正儀進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，改進(jìn)其不足。 為此，本課題基于計(jì)算機(jī)仿真平臺，應(yīng)用當(dāng)前應(yīng)用比較廣泛的三維軟件CATIA、有限元軟件ANSYS，進(jìn)行平臺式大梁校正儀的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性等方面的計(jì)算機(jī)仿真研究與分析，為我國汽修領(lǐng)域中“平臺式大梁校正儀”等產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、技術(shù)開發(fā)方面提供更多的理論參考，進(jìn)一步提高汽車平臺式大梁校正儀的性能和可靠度，使之更符合市場需求。
ANSYS軟件是美國ANSYS公司研制的大型通用有限元分析軟件，能夠進(jìn)行包括結(jié)構(gòu)、熱聲、流體以及電磁場等學(xué)科的研究，在核工業(yè)，鐵道、石油化工、航空航天、機(jī)械制造、能源、汽車交通、國防軍工、電子、土木工程、造船、生物醫(yī)學(xué)、輕工、地礦、水利、日用家電等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。而CATIA是法國達(dá)索公司的產(chǎn)品開發(fā)旗艦解決方案。作為PLM協(xié)同解決方案的一個(gè)重要組成部分，它可以幫助制造廠商設(shè)計(jì)他們未來的產(chǎn)品，并支持從項(xiàng)目前階段、具體的設(shè)計(jì)、分析、模擬、組裝到維護(hù)在內(nèi)的全部工業(yè)設(shè)計(jì)流程。
本課題運(yùn)用虛擬樣機(jī)技術(shù)對平臺式大梁校正儀進(jìn)行虛擬設(shè)計(jì)，應(yīng)用CAD/CAE領(lǐng)域比較領(lǐng)先的設(shè)計(jì)軟件AutoCAD進(jìn)行二維草圖繪制，使用了當(dāng)前先進(jìn)的三維設(shè)計(jì)軟件CATIA建立三維虛擬模型及整機(jī)裝配，將模型通過接口倒入ANSYS，利用ANSYS對關(guān)鍵性零部件進(jìn)行靜力學(xué)分析，驗(yàn)證其可靠性，如果不合格可在CATIA中修改尺寸，在利用ANSYS進(jìn)行靜力學(xué)分析，反復(fù)校核修改，直至合格。之后進(jìn)行運(yùn)動(dòng)干涉仿真。利用三維建模和有限元分析軟件為設(shè)計(jì)平臺，在產(chǎn)品制造之前運(yùn)用CATIA、ANSYS軟件進(jìn)行仿真研究，可以及早發(fā)現(xiàn)并更正設(shè)計(jì)當(dāng)中的缺陷，通過改變尺寸參數(shù)，完善設(shè)計(jì)方案，縮短開發(fā)周期，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量和效率，為此設(shè)備的實(shí)際生產(chǎn)提供理論支持。
1.3 課題研究現(xiàn)狀
目前大梁校正儀有兩種：框架式與平臺式，也稱歐式和美式，兩類中各分國產(chǎn)進(jìn)口兩類。歐式平臺的主要特點(diǎn)是功能性強(qiáng)，可以通過拉塔的平面180度的彎曲和行架上的移動(dòng)來實(shí)現(xiàn)各個(gè)部位的拉伸，無死角。平臺式大梁校正儀在汽車維修養(yǎng)護(hù)中大梁校正儀發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，隨著現(xiàn)代汽車行業(yè)的迅猛發(fā)展，其需求量將大幅提高。據(jù)業(yè)內(nèi)人士分析，目前國內(nèi)每年汽車大梁校正儀需求量在1000臺左右，而且目前仍以5%-10%以上的速度增長。大梁校正儀可以分為：簡單L型、地框型、框架型和平臺型；市場上占有比較好的是美式平臺，即通過平臺舉升功能來實(shí)現(xiàn)下盤維修拆卸，通過動(dòng)力泵控制的360°環(huán)形工作拉塔來實(shí)現(xiàn)拉伸功能的矯正設(shè)備。中國市場占有率極高，而且環(huán)形大氣的外觀在客戶外形審美上有很大的優(yōu)勢，所以大多數(shù)國內(nèi)4S店都采用該種設(shè)備。
但就功能性而言，相比較歐式設(shè)備，劣勢很明顯：操作空間有限，操作復(fù)雜，費(fèi)時(shí)費(fèi)勁，且由于環(huán)形處的死角問題導(dǎo)致了修理的死角，但基本能滿足維修需要，而且由于設(shè)備價(jià)格有優(yōu)勢，4-12萬左右，但是隨著維修要求的不斷提高，環(huán)形設(shè)備的技術(shù)升級和歐式設(shè)備的走俏，貌似不可避免。但就目前市場上暢銷的幾種最強(qiáng)力品牌：奔騰，三重，卓越，杜卡，奔騰借助其強(qiáng)勢的營銷手段，市場占有極高，但就產(chǎn)品功能性而言，各產(chǎn)品差異不大，就穩(wěn)定性而言，奔騰和三重比較領(lǐng)先，但三重公司長期致力于行走質(zhì)量路線，營銷劣勢使其在市場占有上于奔騰有了一定差距，但價(jià)格較適宜，其他產(chǎn)品價(jià)格雖低，但質(zhì)量很難保證。
未來1-2年大梁校正儀市場價(jià)格總體走勢將平穩(wěn)，專家的主要判斷依據(jù)是，未來我國汽車車身大梁校正設(shè)備整體質(zhì)量水平和技術(shù)含量將不斷提升，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)門檻也不斷提高，但國產(chǎn)化比例也將大幅提高，需求量也不斷上升，總體而言未來市場價(jià)格水平將呈平穩(wěn)走勢。不過由于近年來，汽保生產(chǎn)商與日俱增，一些新勢力大打價(jià)格戰(zhàn)必然導(dǎo)致在制造上的偷工減料，導(dǎo)致質(zhì)量缺陷，為防止這種現(xiàn)象的發(fā)生，有實(shí)力的汽修設(shè)備企業(yè)應(yīng)大力注重新產(chǎn)品的研究和開發(fā)，不斷提高產(chǎn)品的性能和附加值，并且在生產(chǎn)管理上多下功夫，大大降低生產(chǎn)成本，在使產(chǎn)品能夠不斷滿足市場日益增長的需求的同時(shí)，適當(dāng)降低銷售價(jià)格，提高產(chǎn)品和企業(yè)的市場競爭能力，提高市場占有率。
我國大梁校正儀產(chǎn)品技術(shù)未來發(fā)展方向：大梁校正儀可以提供快速高效的維修，可以使車輛恢復(fù)到車輛出廠的原始數(shù)據(jù)。車身矯正是指通過一定的外力將因事故損壞或疲勞損壞的部位修復(fù)到車輛出廠時(shí)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)“狀態(tài)”的過程。對于“狀態(tài)”一詞，它包含兩層含義?！盃睢笔侵副容^直觀的外觀和形狀，而“態(tài)”則是一種比較抽象的更深層次的概念，如金屬內(nèi)部分子結(jié)構(gòu)是否能按照原來的位置重新順序排列、內(nèi)部的應(yīng)力是否完全釋放等，它將直接關(guān)系到車輛修復(fù)后的功能和壽命。結(jié)構(gòu)件是指在車身上起到主要支撐及承載作用的構(gòu)件，是車身零部件的安裝基礎(chǔ)，常見于縱梁、橫梁、門柱及下邊梁等部位。這類構(gòu)件通常具有非常高的強(qiáng)度，加之結(jié)構(gòu)多為封閉式的箱形截面，所以在修理時(shí)應(yīng)采取一定的手段和措施，利用合理的工藝進(jìn)行修復(fù)。盡量采用就位修復(fù)工藝整體式車身校正時(shí)，應(yīng)盡可能采取就位修理的方法。這樣在牽拉時(shí)，可有效地將周圍一些變形部位順便“帶”出，同時(shí)也會(huì)由于少拆裝構(gòu)件而節(jié)省大量的時(shí)間。通常情況下，很多鈑金維修技師會(huì)將骨架拆下后矯正，這樣其實(shí)是不科學(xué)的。前杠骨架在受到撞擊后，撞擊力的傳遞將會(huì)造成縱梁前部發(fā)生變形。骨架拆下后沒有合適固定很難采取一個(gè)緩和的矯正力進(jìn)行修復(fù)，另外修復(fù)完骨架后還需要對前縱梁進(jìn)行修復(fù)。所以比較好的方法是進(jìn)行就位修理。
但目前國內(nèi)還有60%的汽修廠沒有專業(yè)的事故汽車修理設(shè)備，這將嚴(yán)重制約我國汽修業(yè)的發(fā)展。因此每個(gè)汽修企業(yè)應(yīng)該追蹤和關(guān)注大梁校正儀技術(shù)發(fā)展趨勢。
1.4 研究內(nèi)容及研究方法
1.4.1 研究內(nèi)容
(1)分析平臺式汽車大梁校正儀的結(jié)構(gòu)形式及工作原理，根據(jù)以下主要技術(shù)指標(biāo)、要求或生產(chǎn)綱領(lǐng)：要求平起升降300mm-1200mm多種高度，通用車體固定夾鉗，可任意調(diào)整工作高度和角度。工作臺長度 5600mm，工作臺高度300-1200mm，工作臺寬度2100mm，拉塔工作范圍360度，液壓系統(tǒng)最大工作壓力16Mpa，氣源壓力要求0.8Mpa， 拉塔牽引最大拉力30KN，完成方案設(shè)計(jì)及質(zhì)量校核計(jì)算。利用AutoCAD完成校正儀的二維總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，然后CATIA建立三維模型，在將關(guān)鍵零部件模型通過專用模型數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換接口導(dǎo)入ANSYS軟件進(jìn)行有限元分析，獲得校正儀在載荷工況作用下的應(yīng)力、應(yīng)變及變形狀，然后用CATIA整機(jī)虛擬裝配。
(2)擬解決的主要問題
1）平臺式汽車大梁校正儀總體方案設(shè)計(jì)；
2）利用AutoCAD完成大梁校正儀二維結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；
3）利用CATIA完成大梁校正儀的三維建模；
4）利用ANSYS軟件對關(guān)鍵零部件進(jìn)行有限元分析；
5）利用CATIA完成整機(jī)虛擬裝配。
1.4.2 研究方法
研究技術(shù)路線如圖1.1所示。
圖1.1技術(shù)路線圖
第2章 大梁校正儀二維結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及校核
2.1平臺式汽車大梁校正儀工作原理
平臺式汽車大梁校正儀是基于承載平臺的基礎(chǔ)上附加液壓舉升機(jī)構(gòu)、定位夾具和拉塔等裝配成的。修理前先將平臺的前支架懸起來，用液壓舉升機(jī)構(gòu)將平臺的一端高度緩慢降低，是平臺車有頂頂角度的斜坡，這樣汽車可被牽引機(jī)構(gòu)通過斜坡拉到平臺上，然后舉升機(jī)構(gòu)在將平臺恢復(fù)水平狀態(tài)，之后再通過可調(diào)位置的夾具夾緊不同的汽車裙邊后定位汽車。在進(jìn)行拉塔牽引校正之前必須事先檢查汽車定位情況，夾具必須加緊牢固，保證汽車在受力拉伸校正時(shí)整個(gè)事故車體和未被拉伸的部分不會(huì)發(fā)生移動(dòng)或變形。然后驅(qū)動(dòng)液壓系統(tǒng)通過推動(dòng)可上升的塔柱進(jìn)行拉伸校正，此時(shí)因?yàn)榇罅菏軗p的部位不同，所以需要調(diào)整拉塔在平臺上的位置。拉塔是通過拉塔固定叉和拉塔內(nèi)側(cè)夾緊塊固定在平臺上的，拉塔通過四個(gè)滾輪掛在平臺外邊緣的半圓導(dǎo)軌上，因此可以實(shí)現(xiàn)360°范圍工作。拉塔定位后把拉鏈一端的鉤子鉤在受損部位，通過驅(qū)動(dòng)液壓系統(tǒng)推動(dòng)可上升的塔柱升高進(jìn)而拉動(dòng)鏈子進(jìn)行拉伸校正汽車大梁。
2.2車身校正設(shè)備的特點(diǎn)
目前本市多家汽車維修廠使用的車身校正設(shè)備主要包括平臺式和框架式，他們都擁有幾方面的相同的功能，
(1)能進(jìn)行精確、徹底的車身車架結(jié)構(gòu)校正
(2)具有安全、高效的結(jié)構(gòu)固定器和夾具
(3)能在需要的方向上施加得以控制的拉拔力
(4)能進(jìn)行多點(diǎn)和全方位的拉拔校正
但對設(shè)計(jì)中采用的平臺是矯正儀具有以下具體的特點(diǎn)。
(1)工作臺面的平整精加工，平面度高，臺面寬廣；
(2)液壓牽引加力塔，可沿著工作臺軌道360度做作業(yè)，移動(dòng)靈活，固定牢靠，并且可以從臺架上拆卸下來；
(3)加利塔長度采取不可調(diào)整的形式，增加了加力塔體本身的強(qiáng)度，拉力強(qiáng)勁，可以配合拉了直接修理車身塌陷部位。
(4)可調(diào)式通用鉗，他不僅可以沿著臺架縱向移動(dòng)，本身還可以橫向移動(dòng)，同時(shí)為了配合不同車型的高度，夾鉗自身也可以調(diào)整，其夾緊力大，可以牢固地對車體進(jìn)行定位夾緊；
(5)配備可移動(dòng)式上車設(shè)備，與臺架分體，車輛上倒臺架上后可以移走，不干涉加力塔的工作，輕便靈活，節(jié)省空間；
(6)設(shè)備總質(zhì)量不大，可以隨維修企業(yè)的調(diào)整需要進(jìn)行移動(dòng)。
鑒于平臺式汽車大梁校正儀有如此諸多優(yōu)點(diǎn)，故在本設(shè)計(jì)中決定采取平臺形式。
2.3承載式車身矯正原理介紹
一臺設(shè)備是否具有生命力，能否在激烈的市場競爭中立足，主要看其是否有市場。而目前車身結(jié)構(gòu)的發(fā)展對設(shè)備的影響是很大的，因此，有必要簡單說說車身的結(jié)構(gòu)。碰撞的形式及特點(diǎn)對車身校正設(shè)備有很大的影響，在設(shè)計(jì)之前應(yīng)該對碰撞形勢及特點(diǎn)有一定的了解。
車身結(jié)構(gòu)目前主要是傳統(tǒng)式和整體式，又可稱為非承載式和承載式。傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的汽車車架是一個(gè)獨(dú)立部分，通過螺栓與車身連接在一起。而整體式車身結(jié)構(gòu)中，車架結(jié)構(gòu)部件經(jīng)常是焊接在車身上，而目前轎車越來越多地采用整體式車身結(jié)構(gòu)，因此，在設(shè)計(jì)校正設(shè)備時(shí)要考慮到對某一位置的拉拔校正是否會(huì)改變其他位置的參數(shù)，防止一邊校正好卻發(fā)現(xiàn)另一邊發(fā)生變形，造成反復(fù)校正，對人力及物力造成不必要的浪費(fèi)的。
車架的損壞可分為五種不同的形式嗎：歪斜、下垂、彎皺、呈菱形和扭曲。
(1)歪斜：碰撞時(shí)車架一 的前部中部和后部邊梁會(huì)向左或和向右彎曲，發(fā)生的歪斜損壞。
(2)邊梁下垂：當(dāng)左右邊梁受到?jīng)_擊時(shí)，產(chǎn)生了彎曲變形，導(dǎo)致邊梁下垂，。發(fā)動(dòng)機(jī)和車身的重量也迫使邊梁下垂。當(dāng)出現(xiàn)下垂現(xiàn)象時(shí)車架邊梁上的折痕一般處于邊梁上部。當(dāng)車架受到一個(gè)很大的沖擊時(shí)，邊梁會(huì)在其他區(qū)或控制點(diǎn)發(fā)生彎曲變形。
(3)彎皺損壞：一般發(fā)生在前橫梁之后或和后軸上部的車架區(qū)域。在發(fā)生彎皺損壞時(shí)，海邊梁下部產(chǎn)生折痕，而下垂折痕在上部產(chǎn)生。
(4)菱形損壞：當(dāng)汽車邊梁的角部受到猛烈撞擊時(shí)，邊梁后移。結(jié)果造成邊梁和橫梁之間的角度發(fā)生變化，引起車架和車身歪斜，使其形成一個(gè)近似平行四邊形的形狀，這種破壞常被稱為菱形破壞。
(5)扭曲損壞：還一個(gè)發(fā)生在承受很大載荷的車架受到撞擊的情況下，這種碰撞使得汽車車發(fā)生翻轉(zhuǎn)，邊梁扭曲，超出了水平面。
當(dāng)一輛電車發(fā)生事故時(shí)，一般對應(yīng)其進(jìn)行車身、車架檢查，確定受到損壞的程度，當(dāng)汽車前部受到撞擊時(shí) ，不管它是傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的車架還是整體結(jié)構(gòu)的車架，車架受損的是順序大致如下:首先是歪斜損壞，然后是下垂、變皺、菱形和扭曲損壞，這些是根據(jù)撞擊的程度決定的。
傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)車架的車輛在后部發(fā)生碰撞時(shí)可能出現(xiàn)以下的情況：彎皺、歪斜、和下垂，也可能出現(xiàn)扭曲的現(xiàn)象，但是彎皺、歪斜和下垂的速損壞被修理之后，扭曲現(xiàn)象也會(huì)得到改正，由于車架的后面部分有較好的彈性，所以它能吸收車架受到的嚴(yán)重的沖擊，而不會(huì)使車架的中心部分受到菱形損壞。
具有整體式結(jié)構(gòu)的車輛當(dāng)其時(shí)后部受到?jīng)_擊時(shí)，破壞發(fā)生的順序和前部受到撞擊時(shí)發(fā)生的順序一樣：歪斜、下垂和彎皺。
只有在了解了車架損壞的類型之后，針對不同形式和不同程度的損壞采取合理的校正方法才能對車身進(jìn)行校正。
2.4平臺主要結(jié)構(gòu)確定
2.4.1 平臺整體結(jié)構(gòu)形式及基本組成
平臺是校正設(shè)備的支承裝置，所以它的強(qiáng)度十分重要，必須滿足設(shè)備的工作需求。文章設(shè)計(jì)采用強(qiáng)度較高的軌道式臺架。另外，根據(jù)現(xiàn)在常見的車輛的基本尺寸為依據(jù)設(shè)計(jì)臺架，以便更好地適應(yīng)各種車輛的車身尺寸。本章設(shè)計(jì)中的臺架尺寸大小可以滿足中、小型轎車的需要。
本次設(shè)計(jì)的主要針對的對象為中小型轎車，因此，設(shè)計(jì)尺寸主要依據(jù)以下各類型車輛的常見尺寸，經(jīng)調(diào)查各種車型尺寸為及整車重量之后，確定了抬臺架的尺寸、選材、形狀以及加工工藝。
常見汽車車身尺寸見表2.1所示。
表2.1常見汽車車身尺寸表
成產(chǎn)廠商
品牌
型號
車長
車寬
軸距
現(xiàn)代汽車
北京現(xiàn)代
YF
4820mm
1835mm
2795mm
本田汽車
本田
奧德賽
4686mm
1905mm
3302mm
豐田汽車
豐田
卡羅拉
4540mm
1760mm
2600mm
東風(fēng)汽車
東風(fēng)
東風(fēng)悅達(dá)起亞K5
4845mm
1835mm
2795mm
一汽轎車
一汽奔騰
B70
4705mm
1782mm
2675mm
上海通用
通用五菱
五菱榮光
4035mm
1620mm
2700mm
上海大眾
Polo
Polo GTI 1.4T
3970mm
1680mm
2470mm
奇瑞汽車
QQ
0.8L
3550mm
1580mm
2400mm
根據(jù)表2.1所列車型尺寸，參考平臺式大梁校正儀生產(chǎn)廠家產(chǎn)品的尺寸，最終確定平臺的設(shè)計(jì)尺寸。
外邊緣：長=5600mm; 寬=2100mm; 倒圓角半徑為R=700mm;
內(nèi)邊緣：長=4600mm; 寬=1100mm; 倒圓角半徑為R=200mm;
平臺上下鋼板厚度:h=10mm。
因?yàn)榇舜卧O(shè)計(jì)所要舉升的重量為2t左右的乘用車，所以這樣的尺寸完全適用于市面上的轎車尺寸，保證事故車輛能平穩(wěn)的停放在平臺上。平臺設(shè)計(jì)的尺寸如圖2.1所示。
圖2.1平臺結(jié)構(gòu)尺寸
平臺的支撐是用焊接的橫梁作為支撐臂，支撐臂是冷拔異型鋼管。因?yàn)橐獫M足拉塔可以360°范圍工作，拉塔的內(nèi)側(cè)加緊塊也會(huì)360°范圍繞平臺移動(dòng)，因此必須為夾緊塊留出空間，所以在橫梁焊接之前，在橫梁末端要按照夾緊塊尺寸去除一些材料，為夾緊塊留出移動(dòng)的空間。
在設(shè)計(jì)中，考慮應(yīng)保證其力學(xué)性能，因此，采取上下表面焊接在一起的形式，內(nèi)邊緣應(yīng)留出30mm，外邊緣應(yīng)留出45mm，以便用于連接夾具和加力塔等裝置，橫截面總的寬度是500mm，為事故車有足夠的承載面積。平臺橫截面的具體形狀尺寸如圖2.2所示。
圖2.2平臺很斷面
為了能夠?qū)⑵脚_與支架連接處表達(dá)清晰，圖2.3是將平臺沿著縱向局部剖開，顯示出平臺與支架連接部位的具體結(jié)構(gòu)。
圖2.3平臺側(cè)視結(jié)構(gòu)
2.4.2平臺表面設(shè)計(jì)
平臺上下表面的形狀為長方形，四個(gè)角是圓弧狀外邊緣半徑是700mm，內(nèi)邊緣半徑為200mm，四個(gè)角的圓弧都必須圓滑過渡，目的是為了使拉塔可以圍繞平臺四周移動(dòng)而不會(huì)受到限制，滿足360°范圍工作的要求。
平臺上表面外邊緣有一圈間距為140mm的圓孔，是用于固定拉塔座的。只要將拉塔固定叉上的圓孔與平臺上表面外邊緣有一圈的圓孔對準(zhǔn)，然后把定位銷插入圓孔，拉塔就會(huì)被固定住，不會(huì)再沿著平臺邊緣移動(dòng)。當(dāng)拔出定位銷后，推動(dòng)拉塔，它就能沿著平臺邊緣360°范圍移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)定位工作穩(wěn)定可靠。
臺架下表面的形狀政應(yīng)該以上表面保持一致，但由于加力塔需要通過導(dǎo)輪固定在臺架下表面，因此臺架下表面的邊沿應(yīng)設(shè)計(jì)成凸起狀，用來提供導(dǎo)輪行走的軌道。具體軌道形狀如圖2.4所示。
圖2.4平臺正向截面
2.4.3選材
臺架的上表面連接部分不僅起到連接作用，還可以很大程度上提高整個(gè)臺架的強(qiáng)度與承重能力，選材上要盡量讓臺架上下表面一致或近似，選擇Q235號鋼，以保證整個(gè)臺架具有相等的強(qiáng)度。
臺架的下面與加里塔上的固定裝置直接聯(lián)結(jié)，因此工作時(shí)一定會(huì)有力作用在下表面邊緣處和導(dǎo)輪軌道到處，因此，在選擇材料是不僅要考慮其力學(xué)性能，還要考慮是否適合焊接，綜合各方面的因素決定選擇Q235號鋼。
2.4.4平臺支撐梁的校核
受力如圖2.5所示
圖2.5平臺橫梁受力分析
兩個(gè)焊點(diǎn)受力FA=FB=17920KN，支撐力F=17920KN，
(MPa) (2.1)
() (2.2)
(MPa) (2.3)
式中：M－界面上的彎矩；
y－所求正應(yīng)力點(diǎn)到中性軸的距離；
－界面對中性軸的慣性矩
—型鋼外寬 —型鋼內(nèi)寬
—型鋼外高 —型鋼內(nèi)高
彎矩M=F x L=11760 x 250=2.94 x 103 Nm
所以臺架支撐完全符合彎曲應(yīng)力。
圖2.6利用Pro/E計(jì)算質(zhì)量
如圖2.6所示，平臺的質(zhì)量約為1.55噸。
2.5平臺后支撐架的主要結(jié)構(gòu)確定
2.5.1平臺支撐架整體結(jié)構(gòu)形式及基本組成
平臺上表面與地面之間有一個(gè)高度，需要支撐，支承方式有許多種。本次設(shè)計(jì)采用了較簡單的不可升降的固定支承方式。這種方式結(jié)構(gòu)簡單，工作穩(wěn)定，制造成本較低，而且運(yùn)輸與裝配比較方便，占地空間小有很大的綜合優(yōu)勢優(yōu)勢。
支架是承載平臺、拉塔、以及事故車輛重量總和的設(shè)備，對其強(qiáng)度有較高的要求，而且要能適應(yīng)不平整的地面，所以必須有可調(diào)節(jié)的設(shè)計(jì)。結(jié)構(gòu)簡單，易于安裝，工作穩(wěn)定，工作時(shí)不能出現(xiàn)移動(dòng)或損壞。
因?yàn)榕_架長度為5600mm，為使其受力均勻，采?。袋c(diǎn)固定的方式，即兩根橫梁分布靠近進(jìn)臺架兩端，以保證臺架工作時(shí)穩(wěn)定性良好。
利用橫梁與臺架上了面連接，橫梁下部焊接兩根立柱，兩根立柱之間的下端焊接一根連接梁，用來提高支撐的穩(wěn)定性。其裝配結(jié)構(gòu)如圖2.7所示。
圖2.7平臺支架裝配圖
平臺支架主要是由冷拔異型鋼管焊接而成，為了提高它支撐的穩(wěn)定性，在兩根立柱之間的下端焊接一根連接梁，在立柱與最底部的方管之間，左右兩側(cè)個(gè)含焊接有加強(qiáng)筋板，雙管齊下，保證了支架的強(qiáng)度和工作穩(wěn)定性。
支撐架使用冷拔異型鋼管(GB/T3094-2000)焊接而成，其斷面如圖2.8所示。
圖2.8冷軋異型鋼管斷面圖
其規(guī)格查表可選A=100mm，B=60mm，S=10mm
支架尺寸如圖2.9所示。
圖2.9后支架二維結(jié)構(gòu)尺寸
2.5.2平臺支撐架的選材
支架是承載平臺、拉塔、以及事故車輛重量總和的設(shè)備，絕對不允許在工作室發(fā)生變形，所以對其強(qiáng)度有較高的要求，要求工作穩(wěn)定，工作時(shí)不能出現(xiàn)移動(dòng)或損壞。除了在結(jié)構(gòu)上通過焊接加強(qiáng)鈑金和在立柱間焊接橫梁之外，在選材上要選擇強(qiáng)度較高的材料。通過挑選，我們選擇45鋼，因?yàn)樗目箟簭?qiáng)度是600MPa，足夠滿足要求，而且45鋼是市面上常用的鋼材，幾個(gè)較低，可以降低成本。
2.5.3平臺支撐架的校核
平臺支撐架安裝完畢后，其下端與地面接觸，地面的支撐力通過支架傳遞給平臺，平臺和拉塔以及事故車輛的重力之和全部壓在之際立柱的上端截面上，承受面載荷。我們只要對其壓應(yīng)力進(jìn)行校核。受力如圖2.10所示。
圖2.10后支架受力
根據(jù)公式2.3得
支架重量約等于60kg。這里計(jì)算質(zhì)量是通過利用Pro/E的質(zhì)量分析功能來實(shí)現(xiàn)的，通過Pro/E來計(jì)算質(zhì)量可以十分精確，而且操作很方便，在設(shè)計(jì)過程中可很大程度上提高工作效率，支架重量的計(jì)算結(jié)果如圖2.11所示，支架的質(zhì)量約為59.6kg。
圖2.11利用Pro/E計(jì)算質(zhì)量
2.6拉塔的主要結(jié)構(gòu)確定
2.6.1拉塔的主要結(jié)構(gòu)形式及基本組成
本設(shè)計(jì)中的加力塔塔座與地面之間并無支承裝置，也就是說加力塔是一側(cè)與臺架相連接，另設(shè)是懸空的，因此如果要保證加力塔與臺架固定工作穩(wěn)定，必須要實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)定位。塔座與臺架的內(nèi)邊緣連接處設(shè)計(jì)成倒“L”形鉤，以達(dá)到工作時(shí)可以通過螺栓固定卡在臺架內(nèi)邊緣下表面處，從而減輕加力塔與臺架之間的定位銷工作時(shí)的負(fù)荷，可以保證工作時(shí)的穩(wěn)定性。臺架的外邊緣部分通過一個(gè)“T”形定位塊將加力塔與臺架固定在上表面上。臺架上表面處的外邊緣有一個(gè)圈鎖們止銷孔，定位塊兩側(cè)也各有一個(gè)鎖止銷孔，固定時(shí)將定位塊與臺架上表面外邊緣的鎖止銷孔對齊，插入鎖止銷就可以實(shí)現(xiàn)固定加力塔的作用。同時(shí)加力塔塔座的下端兩側(cè)安裝有四個(gè)導(dǎo)向輪，左右兩側(cè)各有兩個(gè)，他們與臺架下表面外邊緣的軌道勾在一起，當(dāng)取下鎖止銷時(shí)，推入定位塊后，加力塔就可以在導(dǎo)向輪的作用下，沿著臺架的軌道自由移動(dòng)，這樣既可以達(dá)到方便移動(dòng)的目的，同時(shí)還可以減少摩擦。
拉塔的在本設(shè)計(jì)中占很重要的地位，他作為主要工作部件，其性能好壞決定整個(gè)設(shè)備的適用成度，塔身部分受力較大，因此為了使塔身具有更高的強(qiáng)度，決定設(shè)計(jì)為底座與塔柱一體式。塔柱主要是一根鋼管，由于其半徑較大，可以避免受拉力大而且集中，造成設(shè)備長時(shí)間使用而導(dǎo)致斷裂和損壞設(shè)備以或者傷害人員的事故。下面對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行介紹，具體形狀尺寸如圖2.12所示。
由于車身校正的拉拔力較大，加力塔要求塔身長度較長，將塔身設(shè)計(jì)成多段可伸縮式，第一段長度適中，高1400mm，而且較粗，可承受較大的拉拔力，第二段為可伸縮式的，由液壓缸提供舉升力，并且可以固定拉鏈，進(jìn)而可將液壓缸舉升力轉(zhuǎn)換成拉鏈的拉力。塔身是固定在平臺上的，首先要考慮到拉塔的安裝，其次要考慮到拉塔的工況。
安裝時(shí)是將平臺抬起大約120mm的高度，讓拉塔下橫梁伸入平臺，然后用內(nèi)六角螺栓將拉塔內(nèi)側(cè)夾緊塊擰緊，這個(gè)夾緊塊可以勾住平臺的內(nèi)邊緣，安裝在拉塔上的滾輪可以勾住拉塔的外邊緣軌道上，這樣就可以將拉塔裝在平臺上了。
由于制造的原因，首先，塔身與塔座無法制造一體，必須是用分離件焊接成的形式。塔身是一根鋼桶，它是直接插入到塔座中焊接成一體的。由于塔身與塔座在工作時(shí)不可以相對移動(dòng)，并且還要承受矯正拉力的反作用力，工作時(shí)安全可靠，不能有變形，否側(cè)還會(huì)二次損壞事故車輛，因此它們之間的必須焊接成一體，只有這樣才能固定牢靠地作用，垃塔結(jié)構(gòu)如下圖2.12所示。
圖2.12拉塔二維結(jié)構(gòu)尺寸
拉塔的工況一是滿足拉塔可以在平臺上360°范圍移動(dòng)，二是拉塔在施加拉拔力時(shí)要固定不動(dòng)，拉塔上的滾輪和拉塔內(nèi)側(cè)夾緊塊抱住了平臺的內(nèi)外邊緣，這就像磁懸浮列車的軌道一樣保安證拉塔既不會(huì)掉下來又能夠移動(dòng)。拉塔配備的“T”固定叉的方形長柄伸進(jìn)拉塔的殼內(nèi)，只要固定叉不動(dòng)，拉塔就會(huì)被限制住不能移動(dòng)。兩個(gè)固定銷將固定叉固定在平臺上，這樣拉塔就通過固定叉被固定在平臺上了。
由于車身校正的拉拔力較大，加力塔要求塔身長度較長，將塔身設(shè)計(jì)成多段可伸縮式，第一段長度適中，高1400mm，而且較粗，可承受較大的拉拔力，第二段為可伸縮式的，由液壓缸提供舉升力，并且可以固定拉鏈，進(jìn)而可將液壓缸舉升力轉(zhuǎn)換成拉鏈的拉力。塔身是固定在平臺上的，首先要考慮到拉塔的安裝，其次要考慮到拉塔的工況。安裝時(shí)是將平臺抬起大約120mm的高度，讓拉塔下橫梁伸入平臺，然后用內(nèi)六角螺栓將拉塔內(nèi)側(cè)夾緊塊擰緊，這個(gè)夾緊塊可以勾住平臺的內(nèi)邊緣，安裝在拉塔上的滾輪可以勾住拉塔的外邊緣軌道上，這樣就可以將拉塔裝在平臺上了。
2.6.2拉鏈固定裝置的設(shè)計(jì)
拉鏈固定裝置是將轉(zhuǎn)換方向后的拉鏈固定于塔身的頂端，以保證拉鏈的使用長度，防止拉鏈在使用過程中打滑，影響較正的效果。
拉鏈固定裝置的具體形式主要是在拉塔的頂端焊接一塊厚鋼板，鋼板的兩端各有一個(gè)“U”型槽，固定拉鏈時(shí)將拉鏈卡在“U”形槽中，便可以實(shí)現(xiàn)拉鏈的固定。
由于拉鏈固定裝置所用的鋼板較厚，其強(qiáng)度足夠固定拉鏈?zhǔn)褂茫市：丝梢允÷浴?
圖2.13拉鏈固定裝置的二維結(jié)構(gòu)尺寸
圖2.13是俯視圖的尺寸，鋼板焊接在可升降塔柱頂端的，標(biāo)注尺寸為10mm的是一塊鋼板豎立焊接在厚鋼板上的，為加強(qiáng)其強(qiáng)度，豎著焊接的鋼板下部焊接有又短又寬的條形鋼塊。豎著焊接的鋼板上設(shè)計(jì)有螺栓孔，用于固定斜梁，所以此鋼板必須有足夠的穩(wěn)定性。
斜梁是用于將鐵鏈掛在上面，然后將汽車大梁向上拉拔的裝置，通過兩個(gè)M30的螺栓將其固定在可升降塔柱上。斜臂結(jié)構(gòu)如圖2.14所示。
圖2.14拉塔斜臂二維結(jié)構(gòu)尺寸
2.6.3拉鏈轉(zhuǎn)向裝置的設(shè)計(jì)
校正設(shè)備所用的拉鏈?zhǔn)且欢伺c車身損壞部位相連，另一端通過固定于塔身上的拉鏈轉(zhuǎn)向裝置與塔身上端的拉鏈鎖固裝置相連，拉鏈轉(zhuǎn)向裝置在糾正工作進(jìn)行時(shí)起到將拉鏈所受的拉力轉(zhuǎn)換方向的作用，因此它直接承受拉鏈提供的強(qiáng)大拉力。由于這種強(qiáng)大拉力的存在，要求拉鏈轉(zhuǎn)換裝置應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度。
拉鏈轉(zhuǎn)向裝置的結(jié)構(gòu)主要是一個(gè)導(dǎo)向輪，導(dǎo)向輪中間有軸孔，放入一個(gè)銷釘作為導(dǎo)向輪的軸固定在塔身上的鏈圈上。拉鏈轉(zhuǎn)向裝置的結(jié)構(gòu)如圖2.15所示。
圖2.15拉塔鏈圈二維結(jié)構(gòu)尺寸
銷軸是受拉力直接作用的部件，它的強(qiáng)度是整個(gè)拉鏈轉(zhuǎn)向裝置中最重要的部分，因此在校核時(shí)應(yīng)該主要對銷軸進(jìn)行校核。
銷軸選用35鋼，熱處理硬度為28～38HRC，表面氧化處理為A型的GB/T 882 25*120的銷軸。
要想使銷軸長時(shí)間使用不被破壞，只需要對銷軸的抗剪切應(yīng)力和抗彎曲應(yīng)力進(jìn)行校核便可以。本設(shè)計(jì)中銷軸是放在導(dǎo)向輪軸孔中的，用來定位導(dǎo)向輪子，因此不太容易產(chǎn)生彎曲變形，所以不用校核它的抗彎能應(yīng)力，只需對其進(jìn)行抗剪切應(yīng)力的校核。
由公式可得，R=25mm，根據(jù)公式2.3得，故不能損壞，銷軸的強(qiáng)度足夠使用。所以選用此銷軸完全成立。
2.6.4拉塔的選材
塔身受力較大，而且需要提供較大的強(qiáng)度，應(yīng)選擇綜合性能良好，中低溫性能良好，冶煉工藝簡單，成本低的材料，所以選擇優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼45（GB/T699—1999），抗拉強(qiáng)度[σ]=600MPa。
2.4.5拉塔的校核
將塔身放平，其結(jié)構(gòu)可以看成是一根圓柱懸臂梁，其受力彎矩圖、剪力圖如圖2.16所示。
圖2.16拉塔受力分析
彎矩 F=31400N L=1400mm
慣性矩 R=70mm r=58mm
得
用Pro/E計(jì)算加力塔塔身質(zhì)量。將密度參數(shù)按照單位換算好后輸入，點(diǎn)擊“眼鏡圖標(biāo)”就能輸出精確的質(zhì)量參數(shù)，拉塔重量的計(jì)算結(jié)果如圖2.17所示，拉塔座質(zhì)量約等于103.5kg。
圖2.17利用Pro/Ej計(jì)算質(zhì)量
拉塔斜臂梁的校核也可以將其看成懸臂梁，其受力彎矩圖、剪力圖如圖2.18所示。
圖2.18拉塔斜臂受力分析
兩個(gè)焊點(diǎn)受力FP=31.4KN，支撐力根據(jù)公式2.1
彎矩
慣性矩
得
2.7夾具的主要結(jié)構(gòu)確定
2.7.1夾具的主要結(jié)構(gòu)形式及基本組成
夾具主要起固定車輛的作用，對設(shè)計(jì)有夾具，每一個(gè)夾具不僅可以沿著自身滑道，還可以沿著臺架進(jìn)行縱向移動(dòng)橫向移動(dòng)。定位是由加緊片和加緊襯片通過一個(gè)螺栓的擰緊來實(shí)現(xiàn)的。每一個(gè)夾具上，都有兩個(gè)加緊片，以保證能夠加緊車輛車身下部的擠壓焊件上，使車輛充分固定，工作穩(wěn)定安全。
夾具是用于固定事故車輛，因此車輛的裙邊一定是不規(guī)則的，而且由于車型的不同，裙邊也不會(huì)完全一樣。這樣就要求夾具不但可以升降，還能夠根據(jù)事故車的變形情況調(diào)整一定的角度，所以在本設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)用絲杠的形式實(shí)現(xiàn)夾具高度和角度的調(diào)整，用一個(gè)長一些的有內(nèi)螺紋的螺母作為升降調(diào)節(jié)塊，并且在端部設(shè)計(jì)有卡槽。當(dāng)欲調(diào)整高度時(shí)，只要卡住升降調(diào)節(jié)塊上的卡槽之后再轉(zhuǎn)動(dòng)就可以調(diào)整，而且不會(huì)干擾到夾具的角度。下圖是夾具的裝配圖。要保證夾具的夾鉗部分能夠移動(dòng)，所以在固定夾鉗體的支撐板上開有滑槽，移動(dòng)夾鉗體設(shè)計(jì)成底部有加強(qiáng)筋，并且加強(qiáng)筋與滑槽要相配合。此配合既要滿足移動(dòng)夾鉗體能輕松滑動(dòng)，又要保證移動(dòng)夾鉗體能保持直線移動(dòng)，所以在滑道處設(shè)計(jì)成過度配合。夾具的基本結(jié)構(gòu)如圖2.19所示。
夾具主要通過上端一對卡鉗來承受載荷，汽車裙邊支撐在卡鉗上，每對卡鉗承受四分之一的拉拔力載荷，因此相當(dāng)于每個(gè)卡鉗最大承受液壓缸提供拉力載荷的四分之一。分析可知卡鉗端面承受的是均布載荷，因卡鉗底部焊接在平板上，故不考慮其X軸向的彎曲變形。查表知45鋼彈性模量，其他尺寸參數(shù)見二維結(jié)構(gòu)圖。
圖2.19夾具組裝
1－夾具基座 2－升降調(diào)節(jié)塊 3－絲杠 4－加緊螺母 5－夾緊螺栓 6－移動(dòng)夾鉗體
7－固定夾鉗體 8－加強(qiáng)筋 9－基座立柱 10－基座立柱加強(qiáng)筋 11－基座固定螺釘
2.7.2夾具基座的主要結(jié)構(gòu)
夾具基座是保證夾具能穩(wěn)定工作的關(guān)鍵零部件，它要保證夾具能夠根據(jù)事故車輛的不同輪距做出橫向調(diào)整，所以它要和滑道配合在一起使用?；霉潭葆斃慰康毓潭ㄔ诨瑝K上，滑塊可以在滑道內(nèi)滑動(dòng)，這樣就同時(shí)實(shí)現(xiàn)了夾具的既能固定夾緊又能沿著滑道移動(dòng)?；木唧w形狀尺寸如圖2.20所示。
圖2.20夾具基座二維結(jié)構(gòu)尺寸
2.7.3夾具基座的選材
本次設(shè)計(jì)的夾具是連接車身受損部位與臺架的裝置，它的設(shè)計(jì)一定要保證在受到較大拉力的情況下仍具有較大的夾緊力和穩(wěn)定性，絕對不能發(fā)生或破裂等損壞。設(shè)計(jì)中夾具在拉力較大的情況下夾緊力也很大，所以夾具基座的結(jié)構(gòu)和材料的設(shè)計(jì)和選擇是十分重要的。考慮到基座受到較大的車重壓力，所以選擇強(qiáng)度較大的45號鋼作為基座的材料。
其內(nèi)部的階梯臺受力較大，每一個(gè)夾具基座承受1/4的車重，我們以兩噸重的車為樣本，則每一個(gè)夾具基座承受49000N的重力，根據(jù)公式2.3得F=49000N，面積
可得
所以完全能夠承受車輛施加的壓應(yīng)力。
2.7.4夾具升降調(diào)節(jié)塊的主要結(jié)構(gòu)
升降調(diào)節(jié)塊顧名思義它是用于調(diào)節(jié)夾具高度的一個(gè)零件，本身并不升降，升降塊內(nèi)側(cè)有內(nèi)螺紋，只要轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)節(jié)塊，利用絲杠的原理實(shí)現(xiàn)夾具體的升降而其本身由夾具底座支撐柱內(nèi)凸臺支撐，這樣實(shí)現(xiàn)了調(diào)節(jié)塊不變高度變角度，夾具體改變高度不變角度，從而保證了工作時(shí)的穩(wěn)定性。升降調(diào)節(jié)塊是一個(gè)擁有內(nèi)螺紋的大螺母，內(nèi)螺紋是M48的標(biāo)準(zhǔn)粗牙螺紋，升降調(diào)節(jié)塊的具體形狀尺寸如圖2.21所示。
圖2.21夾具升降塊二維結(jié)構(gòu)尺寸
2.7.5夾具升降調(diào)節(jié)塊的選材
本次設(shè)計(jì)的夾具是連接車身受損部位與臺架的裝置，它的設(shè)計(jì)一定要保證在受到較大拉力的情況下仍具有較大的夾緊力和穩(wěn)定性，絕對不能發(fā)生或破裂等損壞。設(shè)計(jì)中夾具在拉力較大的情況下夾緊力也很大，所以夾具的升降塊的選材是十分重要的。考慮到基座受到較大的車重壓力，所以選擇強(qiáng)度較大的45號鋼作為基座的材料。夾具螺栓為4.8級M16的螺栓，其許用應(yīng)力我為400MPa，顯然大于7.6MPa，所以升降塊的強(qiáng)度足夠承受其載荷。
2.7.6夾鉗體的主要結(jié)構(gòu)
本次設(shè)計(jì)的夾鉗體是參考網(wǎng)上資料和時(shí)下比較流行的夾具體的結(jié)構(gòu)形式而設(shè)計(jì)完成的。它的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，制造工藝也相對簡單，但是其強(qiáng)度較大，因?yàn)閵A鉗體的夾緊零件只有兩個(gè)，所以工作時(shí)穩(wěn)定性好，夾緊力大，拆裝方便。綜合上述因素，我設(shè)計(jì)了本次設(shè)計(jì)的夾鉗體，其具體結(jié)構(gòu)形狀尺寸如圖2.22所示。
圖2.22夾鉗體二維結(jié)構(gòu)尺寸
夾鉗體是由幾部分焊接而成，主要部件是一個(gè)130mm見方的基板。基板下部焊接一個(gè)M48規(guī)格的絲杠，長85mm，基板上部焊接一個(gè)帶有加強(qiáng)筋的夾鉗，高75mm，寬度與基板一樣寬。加強(qiáng)筋是45°銳角的鋼板，直角邊27mm,其主要用于防止夾鉗在施加拉拔力時(shí)發(fā)生彎曲?；迳系木匦尾凵?0mm,寬10mm,長68mm,作為滑道可使滑動(dòng)夾鉗沿著滑道隨著螺母的旋緊橫向移動(dòng)，加緊事故車的裙邊。
2.7.7夾鉗體的選材
本次設(shè)計(jì)的夾鉗體是整個(gè)儀器與車身受銜接的重要部位，它的設(shè)計(jì)一定要保證在受到較大拉拔力的情況下仍具有較大的夾緊力和穩(wěn)定性，絕對不能發(fā)生或破裂等損壞。設(shè)計(jì)中夾鉗體在拉拔力較大的情況下夾緊力也要很大，所以夾鉗體的選材是十分重要的?？紤]到其強(qiáng)度要求，所以選擇強(qiáng)度較大的45號鋼作為夾鉗體的材料。
2.7.8夾鉗體的校核
夾鉗體的校核也可以將其看成懸臂梁，其受力彎矩圖、剪力圖如圖2.23所示。
圖2.23夾鉗體鉗口受力分析
垂直受力，根據(jù)公式2.1
彎矩
及慣性矩
得
所以夾鉗體的材料完全符合要求。
夾鉗體的質(zhì)量計(jì)算如圖2.24所示。其質(zhì)量約為5.1公斤。
圖2.24利用Pro/E計(jì)算質(zhì)量
2.7.9螺栓與螺母的選側(cè)
夾具的加緊方式是通過螺栓與螺母的旋進(jìn)旋出來實(shí)現(xiàn)的，為了提高修復(fù)時(shí)的工作效率，設(shè)計(jì)成單螺栓配合加緊的形式，由此對螺栓的強(qiáng)度有一定的要求，每個(gè)夾具最大承受拉力F=31400N，本設(shè)計(jì)選擇4.8級M16的螺栓，橫截面積，根據(jù)公式2.3得此螺栓最大承受拉應(yīng)力156.2MPa<400MPa，所以選用的螺栓完全合格。
2.8舉升臂的主要結(jié)構(gòu)確定
2.8.1舉升臂的主要結(jié)構(gòu)
舉升臂是在事故車輛拉上平臺上后由液壓缸提供動(dòng)力將平臺有傾斜舉升到水平位置的部件，它要承載平臺、拉塔、以及事故車輛重量總和的一半，另一半重量由后支架承載。對舉升臂的強(qiáng)度的要求較高，要求在舉升時(shí)不能有變形和斷裂，而且其結(jié)構(gòu)簡單，易于安裝，工作穩(wěn)定。工作時(shí)液壓缸速度較緩慢，因此不會(huì)受到?jīng)_擊載荷。舉升臂使用冷軋鋼板和起到加強(qiáng)穩(wěn)定性的鋼管、鋼塊焊接而成，其機(jī)構(gòu)和尺寸如圖2.25所示。
圖2.25舉升臂二維結(jié)構(gòu)尺寸
2.8.2舉升臂的選材
舉升臂受力較大，而且需要提供較大的強(qiáng)度，應(yīng)選擇綜合性能良好，而且由幾個(gè)零件焊接而成，要求焊接性能良好，中低溫性能良好，成本低的材料，所以選擇優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼45（GB/T699—1999），抗拉強(qiáng)度，屈服強(qiáng)度。
2.8.3舉升臂的校核
當(dāng)平臺傾斜，事故車輛被拉到平臺上，欲將平臺舉升到水平位置時(shí)是舉升臂受力最大的時(shí)候。此時(shí)舉升臂幾乎處于水平狀態(tài)，其中間孔受力豎直向下，兩端孔瞬時(shí)處于固定狀態(tài)，受力如圖2.26所示。
圖2.26舉升臂受力分析
兩端支點(diǎn)受力FA=FB=5880N，支撐力F=11760N，根據(jù)公式2.1
彎矩M=F x L=11760 x 200=2352x103 Nmm，
慣性矩
得
所以臺架支撐完全符合彎曲應(yīng)力。
夾鉗體的質(zhì)量計(jì)算如圖2.27所示。其質(zhì)量是15.3kg。
圖2.27利用Pro/E計(jì)算質(zhì)量
第3章 大梁校正儀的三維結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
3.1 CATIA軟件簡介
CATIA是英文Computer Aided Tri-Dimensional Interface Application的縮寫。是世界上一種主流的CAD/CAE/CAM 一體化軟件。在70年代Dassault Aviation 成為了第一個(gè)用戶，CATIA也應(yīng)運(yùn)而生。從1982年到1988年，CATIA 相繼發(fā)布了1版本、2版本、3版本，并于1993年發(fā)布了功能強(qiáng)大的4版本，現(xiàn)在的CATIA 軟件分為V4版本和 V5版本兩個(gè)系列。V4版本應(yīng)用于UNIX 平臺，V5版本應(yīng)用于UNIX和Windows 兩種平臺。V5版