第三章 智慧汽车车身制作.docx
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第三章智慧汽车车身制作
第三章智慧汽车车身制作
---CAXA二维草图与拉伸造型设计
本章介绍
二维草图是CAXA三维设计的一个重要工具,很多三维图形是二维草图经过拉伸、旋转、增料、除料等操作完成的,因此它也是三维模型构建的一种重要方法。
二维草图有两点线、连续直线、多边形、圆形、椭圆、圆弧、样条曲线、Bezier曲线、公式曲线、点和构造几何。
通过二维草图,您可以绘制任何不规定零部件,完成更多复杂模型的建构。
本章大家偿试用二维草图来设计汽车底盘、车身零部件,理解拉伸建模的原理与方法,熟悉操作过程,体验自由绘制零部件的乐趣。
学习目标:
●掌握二维草图线条(直线、中心矩形、圆、三点弧线)的使用与放置类型
●理解辅助线的作用
●熟练拉伸增料与除料生成实体的基本操作
●渲染对象选择
●了解车的构成要素和零件构建方法与技巧。
图1我的轿车
3.1汽车底盘制作
图1汽车底盘
汽车底盘由传动系、行驶系、转向系和制动系四部分组成,如图1所示。
底盘作用是支承、安装汽车发动机及其各部件、总成,形成汽车的整体造型,并接受发动机的动力,使汽车产生运动,保证正常行驶。
一、学习目标及活动要求:
1.学习目标:
学习内容
详细知识
难易度
二维草图之连续直线、二点线
长度、角度
★
两侧拉伸生成实体
实体、增料、距离、方向
★★
辅助线的使用
栅格、智能捕捉
★
镜像曲线的使用
镜像轴
★★★
2.学习活动要求:
此处说是汽车底盘设计,其实是简化版的底板设计,要求用二维草图绘制完成,突破原来图素形状的限制。
当然假如要制作更多的零部件,则需要你自主查找相关部件的设计资料,学习相关技术后去制作,也可以学完后面知识后再回来制作。
3.学习预期成果
设计底盘制作草图与方案,制作出具体的产品模型。
图2我的积木
二、制作过程
(一)制作思路:
先画汽车底盘府视二维草图,利用拉伸生成底盘零部件,结果如图2。
(二)制作方法:
拉伸是二维草图创建三维实体的重要途径之一,克服了基本图素简单的外形,可制作出丰富的造型实体。
创建方法有以下几种:
1.使用拉伸向导创建拉伸特征。
利用拉伸向导创建拉伸特征一般要经过4个步骤,本处前两步均是选择独立实体、离开选择的表面,后面两步根据实际情况进行,最后进入二维草图设计界面,完成后即生成实体。
2.已有草图轮廓的拉伸特征。
如果二维草图轮廓已经绘制好,那选择草图中绘制的几何图形,单击右键,在弹出的菜单中选择【生成】/【拉伸】命令,然后选择拉伸方向,输入实际距离就完成实体。
3.创建拉伸特征的其他方法。
(1)利用实体表面拉伸是指将选定的实体表面作为二维草图轮廓进行拉伸造型。
如图3所示。
(2)CAXA实体设计可将同一视图的多个不相交轮廓一次性输入到草图中,再选择性的利用轮廓建构特征。
将同一视图的多个轮廓在同一个草图中约束完成,并在草图中可选择性的建构特征,可提高设计的效率。
图3利用实体表面拉伸的操作与效果
【阅读】
图4三视图形成
三视图是指能够正确反映物体长、宽、高尺寸的正投影工程图,分主视图,俯视图,左视图三个基本视图,这是工程界对物体几何形状约定俗成的抽象表达方式。
设计者能根据三视图精确地制作出立体物体来。
如图4所示,首先将形体放置在我们前面建立的V、H、W三投影面体系中,然后分别向三个投影面作正投影。
工程上习惯将投影图称为视图,国家标准规定:
V面投影图称为主视图;H面投影图称为俯视图;W面投影图称为左视图。
我们了解三视图目的是让有三视图基础的同学更好地来理解与制作实体,此内容在初中数学中有学过,如果不太熟悉,大家也可以反过来,通过三维实体去观察三视图,目的是增强大家对空间图形的理解与绘制。
(三)制作过程:
甲壳虫汽车是1934年美国的克莱斯勒公司生产的气流牌小客车,首先采用了流线型的车身外形。
1936年福特公司在“气流”的基础上,研制成功林肯和风牌流线型小客车。
此车散热器罩很精练,颇具动感,俯视整个车身呈纺锤形,很有特色。
流线型车身的大量生产从德国“大众”开始。
长、宽、高分别是4129、1721、1502mm,其中轴距2516mm,轮胎宽205mm,直径16英寸,即406.4mm,实物如下图5。
图5甲壳虫汽车
甲壳虫汽车草图如图6所示。
我们具体制作时按10:
1的比例缩小,同时数字方便操作与记忆,这样本处长、宽、高分别是420、170、150mm,其中轴距是250mm,轮胎宽20mm,直径40mm。
汽车构成方面只制作底盘、车身与轮子,尽量熟悉连续直线、直线与圆弧绘制与技巧,大家可以对外形发挥想像,设计丰富多样的车身。
图6甲壳虫汽车草图
因此根据汽车大小比例,我们预设底盘长、宽、高分别为400、160、10mm,轮胎大小宽为20mm,直径为40mm。
1.进入二维草图界面:
从X-Y基准面进入,我们设定主辅栅格大小分别为20与5,用连续直线来完成,本处先绘制左上部分,大小如下图7左所示,最后按[ESC]键退出连续直线的绘制。
图7底盘左上部分与右键弹出的对话框
注:
连续直线绘制时可通过右键弹出设置对话框输入精确数值进行,如图7右所示。
此处绘制时,从原点开始,每一段均按右键,在弹出的对话框中输入精确的值。
由于接下来应用镜像来完成,原点处的那条线段本来是起定位作用,目的是绘制上边那条线,镜像时把它删除,否则左右镜像时会引起重复。
【技巧】栅格、辅助线与镜像在绘图中作用。
二维草图主辅栅格默认分别是25.4mm、6.34mm,方便我们在绘图时观察大致大小,完成时只要进行微调就可以了。
辅助线是通过构造功能把某些关键位置的线段或点设置成构造线,呈深蓝色的点划线,设置合适的关键辅助线有利于快速绘图,注意它不是图形的组成部分,不会对图形有影响。
镜像是二维草图中设计的一项重要功能,它充分利用对称轴来生成图、线,从而达到快速生成二维草图的目的。
【阅读】:
二维草图中有点、线、圆、长方体等工具,能精确设计实体大小,有以下技巧帮助你快速完成设计。
a.通过主、辅栅格设定,可让你快速清楚草图尺寸大小。
b.与二维草图绘制中的“智能捕捉”反馈(如图6所示)结合使用的CAXA实体设计功能智能导航,可为几何图形快捷而准确的可视定位提供重要支持。
如过端点画垂线,连接两线中点。
图8捕捉选项卡
图9镜像曲线
c.利用垂直、相切、重合等约束来准确定位图形之间的关系。
如根据点与圆可画出相切的线段。
2.然后用框选所有线段,单击修改中的移动曲线选择镜像曲线,上下操作一次,如图9,选择镜像轴,再单击上面的绿色钩就可以了;再左右操作一次可完成底盘二维草图绘制。
最后拉伸10mm就完成底盘零件制作,完成后如图10。
图10底盘
三、制作总结
本节制作是用二维草图工具绘制基本图形,然后拉伸生成零件,绘制草图工具主要是连续直线、两条线,绘制过程中会设置长度与角度;镜像工具能根据图形特点选择合适的对称轴完成。
涉及的工具还有栅格、辅助线与智能捕捉。
熟悉二维草图界面,根据绘制目标能设置合理的栅格、辅助线,注意某条线段的长度变化会影响相关的图线的变化。
学习思考:
3.2汽车车身制作
图1汽车车身
汽车车身的作用主要是保护驾驶员以及构成良好的空气力学环境,如图1所示。
好的车身不仅能带来更佳的性能,也能体现出车主的个性。
汽车车身结构从形式上说,主要分为非承载式和承载式两种。
非承载式车身的汽车有刚性车架,又称底盘大梁架。
车身本体悬置于车架上,用弹性元件联接。
车架的振动通过弹性元件传到车身上,大部分振动被减弱或消除,发生碰撞时车架能吸收大部分冲击力,在坏路行驶时对车身起到保护作用,因此车厢变形小,平稳性和安全性好,而且厢内噪音低。
但这种非承载式车身比较笨重,质量大,汽车质心高,高速行驶稳定性较差。
承载式车身的汽车没有刚性车架,只是加强了车头、侧围、车尾、底板等部位,车身和底架共同组成了车身本体的刚性空间结构。
这种承载式车身除了其固有的乘载功能外,还要直接承受各种负荷。
这种形式的车身具有较大的抗弯曲和抗扭转的刚度,质量小,高度低,汽车质心低,装配简单,高速行驶稳定性较好。
但由于道路负载会通过悬架装置直接传给车身本体,因此噪音和振动较大。
一、学习目标及活动要求:
(一)学习目标:
学习内容
详细知识
难易度
二维草图之圆、三点弧线
半径、端点
★
两侧拉伸生成实体
除料、中间拉伸
★★
抽壳
开放面、厚度
★
二维草图放置类型
点、方向
★★★
材质渲染
按面渲染
★
图2我的车身设计
(二)学习活动要求:
车身是汽车的重要组成部分,就像人的衣服,设计出的车身要符合车的品位。
因此要认识车身结构的作用与设计要领,化繁为简,设计出本节车身模型。
(三)学习预期成果
制作出一个与底盘对应的车身,有左右车窗、前后挡风玻璃,色彩和谐的车身模型。
二、制作过程
(一)制作思路:
车身长、宽、高分别为420、170、140mm,轮胎大小宽为20mm,直径为40mm。
先画出汽车车身截面二维草图,利用中间拉伸生成车身部件,然后再用拉伸除料制作车窗与车门,结果如图2所示。
图3拉伸的三种方式
(二)制作方法
拉伸除料与拉伸生成实体一样,它能局部改变实体的结构。
其实拉伸还有与除料相对的增料操作,如图3所示,通过增料与除料,让实体结构变得更复杂。
拉伸增料、除料与拉伸生成独立实体一样,不过它的二维草图设计,需要有较巧妙的草图放置类型,这样才能在需要增料、除料的地方实施操作。
(三)实施过程:
1.制作车身实体:
从Z-X基准面进入,这样绘制的二维草图拉伸生成零件后刚好与底盘垂直,而且在实际绘制时底盘零件有参照作用,因为底盘在二维草图中看到的是灰色矩形块。
(1)用构造绘制车身底线。
单击
图标,然后单击底盘下面边线,不要单击车轮处的线段,生成车身底部边线,如图4最下面的线条;
(2)设置辅助线。
对绘制的线段用
设置为辅助线,有利于车身曲线转折处的制作。
结果如图4蓝色虚线部分。
(3)绘制车身曲线。
此处主要用圆、三点弧线与二点直线构成,注意相关参数。
图4底盘
(4)拉伸生成车身实体。
绘制完后从中间拉伸85mm,结果如图5所示。
图5车身
【技巧2】二维草图要求图形封闭,不能有重线、单线、单点等出现。
当出现无法生成实体时可进入草图模式修改紫色线部分,建议先删除,再重新绘制。
2.制作简单轮胎:
从图素库中把圆柱体拖到底盘轮胎处的中心,右击外表面高的手柄编辑包围盒,设置大小如下图6所示,接着按F10调出此轮胎的三维球工具,把圆柱体往外平移1mm(当我们把图素拖到已有零件上时,此图素会成为原零件的一个图素,同时是粘合在一起的);然后充分利用车身前后、左右中点来镜像拷贝生成其他轮胎,同时设置所有圆柱体圆角过渡3mm,最后加入轮胎中心圆柱体,看作是轮轴,整体效果如图7。
图6前左轮
图7轮胎与轴
3.车窗与车门设计
这部车有了底盘、车身与轮胎,造型基本完成,但离实际车子还有很多需要改进的地方,比如车身上还应有窗户、门,这也是实体设计的一个思路,先整体,再局部,引导大家按工业产品的标准与要求不断改进自己的设计,力求零部件齐全、美观。
下面利用二维草图的除料来给车身设计出前后、左右的窗户与车门。
具体操作如下:
(1)车身抽壳:
先在底盘零件上右击选择压缩,这时底盘零件图标成灰色显示,同时零件消失,方面对车身零件的操作。
然后用抽壳功能,类型选择内部,开放面依次选择发动机、驾驶室、后备箱处的三个面,厚度设置5mm(当初预设),操作界面如下图8。
图8车身抽壳界面
(2)前后窗除料制作:
我们单击二维草图,选择二维草图视图进入视图选择,2D草图放置类型选择点,图素上尽量捕捉到车盖横向中点位置,如图9所示,进入二维草图视图后,按F3转动视图,观察当前位置是否合适,如需改变则要按F10调用三维球工具,通过中心点、方向操作柄与外控制柄来调整位置与方向,此处把Z轴方向设置为与车身底线平行。
图92D草图放置类型点
绘制前后窗的造型,如图10所示,前后假设一样的话,直接拉伸除料即可,操作界面结果如图11所示。
图12左右窗草图
图10前后窗草图
图11前后窗草图拉伸除料
左右窗与门的除料设计同前后窗,草图位置选择车身底线中点,所绘草图在坐标平面内,此处绘制门与小窗户,注意两个区域不能有交叉与重合,左右窗与门的草图如图12所示。
经过前后、左右窗与门的除料,最后效果如图13所示。
图13前后、左右窗除料后效果图
【技巧】二维草图定位类型选择有讲究。
如图9,二维草图定位类型有10种之多,选择合适的方式定位草图平面对接下来绘制带来很大方便,如零件中心、零件衔接处等位置,在绘制时可应用镜像来快速、精确生成图形。
4.渲染设计
建议大家先按零件来上色,把颜色或材质拖到零件上时会全部上色,这样可快速给主体上颜色,然后再按面来上色,单击右下角设置任意为面,这样可把颜色拖到零件局部面上,从而调整局部颜色,这样可充分调动大家对色彩的设计兴趣与能力,丰富零件色彩设计。
结果图14所示。
图14渲染后的效果
5、加强制作
1.制作小车前后轮子。
偿试用二维草图拉伸来设计轮胎,请设计美观、合理的二维草图。
2.制作小车车门。
提示:
请设计好二维草图的放置类型,用投影就可以快速完成二维草图设计。
3.设计你想像的小车。
着重从外形去创意,先车架,再车身。
三、制作总结
本节制作难度不高,要求运用二维草图的基本图形(连续直线、圆、圆弧、2点线)来制作零部件,其中用到的还有镜像曲线、裁剪与过渡等命令。
本处二维草图绘制需要掌握基本环境设置,以及构建草图的思想与方法,如辅助线、栅格,理解二维草图放置类型,合适的位置对高效构建草图具有重要作用。
同时先整体,再局部,按产品规范标准的设计思路,对我们学好实体设计具有重要作用。
学习思考:
3.3汽车综合制作
汽车是一个复杂的工业产品,从早期的三轮车,到现在的四轮车,外部造型也经历了简单直线型到现在流畅的曲线设计。
汽车造型不单单是一项技术工作,更是一项艺术性工作,汽车造型师不但需要掌握汽车技术知识、美学等造型知识,同时还需要以广阔的视角来看待汽车,认识和理解汽车文化。
下面请大家自行设计一款汽车。
一、学习目标及活动要求:
(一)学习目标:
学习内容
详细知识
难易度
二维草图之连续直线、二点线、圆、三点弧线等
参数与连接
★
拉伸生成实体
实体、增料、除料
★★
抽壳
开放面、厚度
★
二维草图放置类型
点、方向
★★★
材质渲染
按面渲染
★
(二)学习活动要求:
根据前面汽车简单设计,把汽车分为底盘、车轮与车身。
通过网络等多种途径查找资料了解汽车造型设计,根据我们所学的二维草图与基本图素制作汽车模型。
(三)学习预期成果
请根据汽车用途与材质设计出精美的模型。
二、制作过程
1.思考车的用途与造型设计
车主要是指汽车,是用汽油来驱动,有轮子,能在公路上行驶的车辆。
汽车一般由发动机、底盘、车身和电气设备等四个基本部分组成。
各个组成部分有着严密的机械结构,在发动机的驱动下能整体协调行走,是一个非常精密而又科学的系统结构。
因此我们设计时既要美观,又要符合科学。
汽车的分类根据用途可分为普通运输汽车、专用汽车与特殊用途汽车,普通运输汽车有轿车、客车与货车,救护车、消防车、环卫车、垃圾运输车、冷藏车厢货车则属于专用汽车。
汽车造型设计要结合用途来进行,涉及空气动力学、流体力学、人体工程学以及工业造型设计(工业美学)等学科,使汽车成为真正的科学与艺术相结合的最佳表现形象,最终达到最完善的境界。
汽车造型主要经历了马车型、箱型、甲壳虫型、船型、鱼型、楔形。
图4甲壳虫型汽车
图3箱型汽车
图2马车型汽车
思考:
你想设计一个什么用途的汽车,请在下面方框内画出草图。
2.思考制造材料与造型设计
3.仿生与造型设计
设计师们总是为了得到最满意的作品绞尽脑汁,极力在线条与曲面的排列组合中找到新的灵感。
显然,大部分的设计作品是通过这种方式诞生的,然而当他们灵感枯竭,对着墙壁抓耳挠腮、顿足捶胸的时候,终于开始思考设计的真谛。
于是有人把眼光投向了最质朴、最原始的自然界,开始在千奇百怪的生物中寻找另一片天地。
它的前脸更像鱼
前进气口颇像猩猩的鼻子
车灯如同蜗牛的触角
现在看来,很多新款的汽车造型元素来源于动物们的身上,而且这种趋势已经越来越普遍。
一则半个世纪前的轶事告诉我们,人们是如何开始这方面探索的:
上世纪50年代,美国福特的设计师们乘坐潜水艇潜到加勒比海温暖的海水中,在淡蓝色的水下,他们观察鱼儿游过舷窗时留下的优美曲线,寻找设计的灵感。
不知道50年代风靡全美的福特雷鸟敞篷轿车是否就是某种深海鲨鱼的化身?
3.优秀作品欣赏
同济大学汽车学院大三学生段雨龙的《天绫》
犹如舞动一条鲜艳的绫带,自然化出线型完美的车身,灵动、玲珑、飘逸;宛若一滴水珠流淌成汽车的柔软身躯,局部突起凸显其内蕴之气……
三、制作总结
主题确定方面,很多同学易受现有产品设计的思维影响,不能有自己的创意,这就要同学们多展开思考与想像,甚至小组之间可以进行头脑风暴,甚至可以把其他功能或结构迁移到你的设计中,让你的作品功能更丰富,结构更完美。
技术方面,绘制二维草图时要注意线条之间不同重合、交叉,也不能有单点、单线,这是同学们很容易犯的错误;另外绘制草图的放置类型要理解好,选择合适的方式,做到与上一个部件能无缝衔接。
学习思考:
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- 第三章 智慧汽车车身制作 第三 智慧 汽车 车身 制作