Autodesk Inventor技术在压窝不锈钢座椅设计中的应用

      座椅，由十几年前单一的钢架包布座椅发展到现在有多种多样，目前较多使用的有玻璃钢座椅、铝支架布面座椅、钢架布面座椅、不锈钢面铝架座椅、不锈钢面耐候钢架座椅等。目前的座椅存在着当车辆起车、刹车时座椅上的乘客容易受贯性向前窜动，破坏了座椅的乘坐的舒适性。 

      长春轨道客车股份有限公司设计科针对所设计的内容发展趋势和潮流，与长春职业技术学院、长春热力集团技术科于2007年成立了课题攻关小组，针对座椅关键部位进行三维设计，并对其工作过程进行模拟。采用三维设计软件Autodesk Inventor和AutoCAD的配合操作，成功地将三维设计运用到实际的设计工作中，取得了设计理念的飞跃性突破。设计工作由抽象化演变为直观化，对设备的动作模拟逼真到位。 

      压窝不锈钢座椅的安装在车体侧墙上及车体地板上，为四人、五人模压不锈钢椅面，椅面下部设有加热器及热能导流装置；椅面形状与人体生理弯曲相符，具有人机工程学原理，舒适美观、安全可靠，当车辆起车、刹车时座椅对乘客的窜动能够起防滑作用及增加座椅强度，导流装置能够将座椅下部加热器热能疏导，使椅面均布恒温，其使用寿命长、防火阻燃性能强、安装、拆卸、检修方便灵活。 

      压窝不锈钢座椅的结构由椅面、椅背和座椅支架组成。其特征在于：椅面与侧板焊成一体，椅面上沿设有散热孔，椅面下沿向里侧为弧形，椅面下部与靠骨架粘接，靠骨架为不锈钢板形状与椅面截面形状完全相符，其上设有通孔与侧面固定连接侧挡板的座椅支架连接，前面用卡簧片及螺钉固定连接有前挡板，前挡板上部安装有手柄，并设有散热孔，座椅支架后侧及下部设有通孔，与车体通过螺钉连接固定；由连接铆钉固定连接的导流板、安装板、拉板组成的热导流装置固定在座椅支架上和椅面下部，下设温度导流装置椅面温度适宜，椅面材料为耐腐蚀的不锈钢板且模具成型。 

      经过以上分析，课题组成员一致认为如果采用现有设计软件来完成压窝不锈钢座椅设计有几个问题有待解决。 

      沿用传统的二维设计方法，已经越来越不适应目前研发新产品的要求。 

      1、项目组设计的产品体积稍大，包含的零件数量较多，装配关系复杂，工程师往往需要多个视图才能将设计意图表达清楚。在对图纸的处理过程当中，我们需要花费大量的时间绘制剖视图、局部剖视图。当图纸某处想要修改，那么与之相关的视图全部都要重新编辑。 

      2、二维软件是不能靠参数驱动、而设计的过程又不是一蹴而就的，不同视图和图纸之间是不关联的系统，在进行设计变更的时候，需要反复修改后才能确定最终的设计图纸。总装图和零件图之间缺乏关联，修改的过程就变得麻烦，改完一个还要改另一个，这样重复性的劳动容易使人疲倦，很有可能产生错误，极大的影响了产品研发和投放市场的速度。 

      3、座椅产品研发中存在零件的设计，工程师必须根据设计要求计算出零件的受力、变形的情况。这是一项费时费力的工作，期间要根据公式进行许多折弯处释压的计算，而且结果还不够精确。并且在二维设计环境中无法准确计算出零件的受力、变形，只能用估算的方法，无法准确确认造成零件无法优化到合理的数值，产品的成本也就不是最优化的合理的数值，直接关系到整个产品的质量。 

      Inventor软件界面的布局设置的很合理，把大多数命令都集成至工具面板，操作非常简单。浏览器采用树形结构，查看特征树或装配关系一目了然，使用起来很方便。 

      1、项目组采用至顶向下的设计方法不变，在部件环境创建基础零件，根据设计意图，基于装配关系，逐步创建其余零部件。建模过程直观地反映出工程师的设计思路，把人脑中的构思真实地再现。模型尺寸通过参数控制，修改时双击尺寸， 输入新的数值，模型即自动修改，这是二维设计所不能比拟的。 

      2、项目组采用Inventor软件，紧紧跟随客户产品的变化，相应地变化我们的生产线，可以让客户直接看到我们为客户量身定做的服务，大大提升了公司的形象。产品进入市场时间大大加快，这让我们赢得更多客户的信任。 

      3、压窝不锈钢座椅，由椅面、座椅支架、椅面靠骨架、前挡板、侧挡板和导流板组成，对于座椅的设计，Inventor也能很好的支持。在开始设计之前，需要先设置一系列参数，软件可以自动创建零件展开图。 

      4、座椅安装时项目组利用Inventor自有的焊接模块对产品中大量的组焊件进行计算，如：强度校核、应力校核、焊缝重量统计等。计算的速度提高数倍，计算结果极为精确，从面减少了大量的设计失误。 

      5、压窝不锈钢座椅的结构由椅面、椅背和座椅支架组成；其特征在于：椅面与侧板焊成一体，椅面上沿设有散热孔，椅面下沿向里侧为弧形，椅面下部与靠骨架粘接，靠骨架为不锈钢板形状与椅面截面形状完全相符，靠骨架上设有通孔与座椅支架连接，座椅支架的侧面固定连接侧挡板， 前面用卡簧片及螺钉固定连接有前挡板，前挡板上部安装有手柄，前挡板上设有散热孔，座椅支架后侧及下部设有通孔，与车体通过螺钉连接固定；由连接铆钉固定连接的导流板、安装板、拉板组成的热导流装置固定在座椅支架上和椅面下部。其椅面形状符合人体工程学；下设温度导流装置椅面温度适宜；椅面材料为耐腐蚀的不锈钢板且模具成型，增加强度提高寿命。在Inventor中可以方便地进行BOM的处理，可以直接将Inventor 里面所生成的BOM数据转到Excel中进行编辑和使用。从而把让我们的工程师头疼的问题变得如此的轻松，在BOM表的处理上提高工作效率一倍。 

      项目组引入三维设计，使用Inventor设计座椅总成结构(图1、图2所示)、椅面结构(图3所示)、导流装置结构(图4所示)。

          

         

    这样的设计不但可以克服纵横交错的网状结构的困扰，而且可以通过鼠标拖动、旋转就可观察三维模型，设计合理的座椅结构。结构设计完成后，将零件面板切换至“环境”面板，选择“应力分析”功能即可进入应力分析模块，通过施加载荷和固定约束，软件就可以自动计算产品的等效应力和最大变形量，来验证设计的压窝不锈钢座椅产品是否符合技术要求。