自行車行業(yè)的主流新標(biāo)準(zhǔn)與設(shè)計(jì)分析

首先在自行車的概念設(shè)計(jì)階段,我們往往會(huì)拿到所要求的設(shè)計(jì)圖樣或需求概念,之后在此基礎(chǔ)上展開設(shè)計(jì)工作的第一個(gè)階段。從ID設(shè)計(jì)工程師將設(shè)計(jì)概念傳遞到結(jié)構(gòu)工程師手上時(shí),我們的結(jié)構(gòu)工程師們便可以方便地通過(guò)ID工程師的手繪或圖片數(shù)據(jù)來(lái)提取結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)所需要的相應(yīng)線條元素。在此部分SolidWorks提供有一個(gè)快捷的“自動(dòng)跟蹤器”插件工具,提供多種跟蹤過(guò)濾選擇工具,并通過(guò)調(diào)整圖像的對(duì)比度、識(shí)別公差等來(lái)自動(dòng)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(jì)的過(guò)程中應(yīng)用,如圖2所示。
                
    當(dāng)我們從第一步當(dāng)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(shí)體模型的構(gòu)建當(dāng)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(guò)兩種思路模式來(lái)進(jìn)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(lái)實(shí)現(xiàn),即利用現(xiàn)有骨架線條作為路徑線段,根據(jù)設(shè)計(jì)概念的要求,選擇適合的截面進(jìn)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(jìn)行截面及路徑參變數(shù)設(shè)計(jì),方便后期對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整,如圖4所示。
            
                              
                         
    其次我們可以通過(guò)SolidWorks所提供的焊接工具更加方便快捷地實(shí)現(xiàn)車架體的構(gòu)建,并且利用其多種修剪工具來(lái)進(jìn)行相交處的交接形狀修剪,以求快速高效地進(jìn)行設(shè)計(jì)操作;并且通過(guò)此種方式完成的架體結(jié)構(gòu),可以更好地進(jìn)行設(shè)計(jì)變更或設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的再利用。我們可以方便地通過(guò)其所自定義的截面圖庫(kù)來(lái)進(jìn)行同種車型的多種配置設(shè)計(jì),以達(dá)到不同的設(shè)計(jì)效果。從車架圖到工程圖中進(jìn)行整理時(shí),亦可以通過(guò)其所提供的焊件切割單元整理工具來(lái)方便地生成每個(gè)結(jié)構(gòu)單元的詳細(xì)信息,并以表格的方式列出來(lái),如圖5所示。
               
    設(shè)計(jì)驗(yàn)證工具
    車架作為自行車的最關(guān)鍵部件之一,對(duì)于自行車的整體造型起著決定性的作用,同時(shí)車架的強(qiáng)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(jì)成既可以滿足創(chuàng)意十足的動(dòng)感個(gè)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(jì)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(wú)縫的整合,用戶可以直接通過(guò)他們的 SolidWorks 界面執(zhí)行設(shè)計(jì)分析、仿真和優(yōu)化,讓設(shè)計(jì)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(jiǎn)單準(zhǔn)確的設(shè)計(jì)分析,它通過(guò)為設(shè)計(jì)人員提供捕捉錯(cuò)誤的安全網(wǎng),使設(shè)計(jì)人員能夠放手創(chuàng)新,確保不會(huì)將嚴(yán)重錯(cuò)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(jì)驗(yàn)證概念的工程師對(duì)零件和裝配體進(jìn)行虛擬測(cè)試和分析。如果工程師們需要使用更具體的設(shè)計(jì)分析功能,則可以使用 COSMOSWorks advanced Profes sional對(duì)任何零件或裝配體在任何載荷條件下的物理特性進(jìn)行預(yù)測(cè)。
    對(duì)于任何一款看似結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的車架來(lái)講,如圖6所示,其在成型之前需要根據(jù)不同的設(shè)計(jì)要求,及相關(guān)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)來(lái)進(jìn)行嚴(yán)格的測(cè)試,如GB標(biāo)準(zhǔn)、DIN標(biāo)準(zhǔn)、JIS標(biāo)準(zhǔn)等等。每一項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)都對(duì)各個(gè)部分做了嚴(yán)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(huì)出現(xiàn)與前端物件撞擊的現(xiàn)像,因此這個(gè)部分應(yīng)該是在設(shè)計(jì)車架時(shí)需要主要考慮的一個(gè)問(wèn)題。為了保證我們所設(shè)計(jì)出來(lái)的車架體結(jié)構(gòu)可以滿足沖擊需求,所以利用COSMOS設(shè)計(jì)驗(yàn)證工具來(lái)進(jìn)行一項(xiàng)沖擊的設(shè)計(jì)分析。在此分析的算例中,我們可以根據(jù)近于實(shí)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(jì)中的缺陷,避免問(wèn)題的發(fā)生,從而更加優(yōu)化設(shè)計(jì)。
    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(shí)尚的休閑運(yùn)動(dòng)工具,那么人們相應(yīng)的對(duì)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(yùn)動(dòng)的要求,所以這無(wú)形當(dāng)中就對(duì)車體設(shè)計(jì)提出了更高的要求,就需要新車在出廠之前做更加嚴(yán)格的測(cè)試。這一部分我們可以通過(guò)COSMOS的運(yùn)動(dòng)仿真與應(yīng)力分析相結(jié)合的環(huán)境進(jìn)行一個(gè)車架的摔落模擬,模擬通過(guò)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(yùn)動(dòng)仿真插件,可以真實(shí)地模擬車體的運(yùn)動(dòng)狀況,運(yùn)動(dòng)時(shí)整個(gè)結(jié)構(gòu)相互之間的約束條件、運(yùn)動(dòng)副、耦合形式等,并賦予相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)條件。COSMOSMo tion 使工程師能夠設(shè)計(jì)聯(lián)動(dòng)布局、模擬凸輪運(yùn)動(dòng)、了解齒輪傳動(dòng)、調(diào)整彈簧/減震器的尺寸以及確定接觸零件的動(dòng)作方式,通過(guò)仿真模擬可以節(jié)省大量測(cè)試樣品制作的時(shí)間及成本。
    大家知道,每一項(xiàng)產(chǎn)品都會(huì)有它的設(shè)計(jì)壽命、疲勞狀況,同樣對(duì)于一款自行車來(lái)言,我們一樣需要得到類似的信息,所以在設(shè)計(jì)之初我們就需要通過(guò)設(shè)計(jì)工具來(lái)進(jìn)行驗(yàn)證設(shè)計(jì)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(yùn)轉(zhuǎn)多久,那就需要通過(guò)在COSMOSM otion中設(shè)定它的運(yùn)動(dòng)狀態(tài),之后將其相應(yīng)的仿真結(jié)果輸入到COSMOSWorks里面進(jìn)行疲勞壽命的分析,通過(guò)在設(shè)計(jì)階段進(jìn)行驗(yàn)證來(lái)消除可能出現(xiàn)的問(wèn)題,如圖9所示。
                
    一款車體的設(shè)計(jì)是一個(gè)比較復(fù)雜的過(guò)程,如何將復(fù)雜的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單化,讓設(shè)計(jì)工程師們有更多的精力用于真正的設(shè)計(jì)過(guò)程中,而不是花費(fèi)大量的時(shí)間進(jìn)行模型的構(gòu)建、思考設(shè)計(jì)是否合理、強(qiáng)度是否滿足要求等,所以可以通過(guò)SolidWorks設(shè)計(jì)軟件及COSMOS分析工具在自行車的設(shè)計(jì)階段就將不合理因素排除在外。希望可以通過(guò)SolidWorks及COSMOS的協(xié)助,提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)效率、縮減設(shè)計(jì)周期、降低生產(chǎn)制造成本,使工程師的設(shè)計(jì)意圖得到更好的體現(xiàn)及驗(yàn)證,給中國(guó)自行車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展注入更多新的活力元素。