車(chē)輛工程畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）基于ProE的微型車(chē)變速器操縱機(jī)構(gòu)及模擬裝配的設(shè)計(jì)【全套圖紙三維】

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1、 本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì) 基于Pro/E的微型車(chē)變速器操縱機(jī)構(gòu)及模擬裝配的設(shè)計(jì) 院系名稱(chēng)： 汽車(chē)與交通工程學(xué)院 專(zhuān)業(yè)班級(jí)： 車(chē)輛工程 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 職 稱(chēng)： 副教授 The Graduation Design for Bachelors Degree Based on the mini Pro/E transmission operation and the

2、 design of the assembly simulation Specialty：Vehicle engineering Class：B07-03 Candidate： Supervisor：Associate Prof. Heilongjiang Institute of Technology 2011-06 目錄 摘 要 I ABSTRACT II 第1章 緒 論 1 1.1 引言 1 1.2 設(shè)計(jì)研究背景 1

3、1.3 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)概述 2 1.3.1 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)概念 2 1.3.2 虛擬裝配技術(shù) 2 1.4 虛擬裝配技術(shù)關(guān)鍵技術(shù) 4 1.4.1 虛擬環(huán)境的建模及數(shù)據(jù)傳遞機(jī)制 4 1.4.2 虛擬裝配關(guān)鍵環(huán)節(jié) 4 1.5 虛擬裝配的發(fā)展 4 1.6 本設(shè)計(jì)主要研究?jī)?nèi)容及意義 5 1.6.1 本設(shè)計(jì)主要內(nèi)容 5 1.6.2 本設(shè)計(jì)研究意義 5 第2章 變速器操縱機(jī)構(gòu)零件三維建模 7 2.1 三維建模技術(shù) 7 2.2 建模軟件介紹 7 2.3 建模過(guò)程綜述 8 2.3.1 一二擋換擋總成的建模 9 2.3.2其他零件建模 13 2.4 本章小結(jié) 16 第3章 變速器操縱

4、機(jī)構(gòu)虛擬裝配 17 3.1 建立裝配體概述 17 3.1.1 Pro/E建立裝配體概述 17 3.1.2 建立裝配類(lèi)型的確定 18 3.2 裝配工藝制定 18 3.2.2 要有正確的裝配基準(zhǔn) 19 3.3 裝配順序生成 20 3.4 典型零件裝配過(guò)程綜述 20 3.4.1 裝配過(guò)程 20 3.4.2 創(chuàng)建裝配動(dòng)畫(huà) 25 3.5 干涉檢查 26 3.6 本章小結(jié) 27 結(jié) 論 28 考參文獻(xiàn) 29 致 謝 30 附 錄A 31 附 錄B 35 摘 要 微型汽車(chē)在我國(guó)有很大市場(chǎng)，從0.9L到1.6L，價(jià)格適合我

5、國(guó)國(guó)情，適合正在發(fā)展的中國(guó)的現(xiàn)況。變速器作為傳動(dòng)系統(tǒng)的重要部件之一, 其操縱機(jī)構(gòu)更是車(chē)輛操縱中最頻繁的裝置，因此變速器操縱機(jī)構(gòu)的裝配質(zhì)量和效率直接關(guān)系到變速器本身乃至整車(chē)性能發(fā)揮和制造質(zhì)量的好壞。 針對(duì)這一問(wèn)題，虛擬樣機(jī)技術(shù)的成功應(yīng)用不僅可以提高裝配精度，而且可以縮短產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期，對(duì)于工程實(shí)際具有重要的應(yīng)用價(jià)值。本設(shè)計(jì)通過(guò)運(yùn)用Pro/E軟件，在Pro/ENGINEER參數(shù)化建模的基礎(chǔ)上，對(duì)變速器操縱機(jī)構(gòu)各零部件進(jìn)行實(shí)體建模，虛擬其裝配過(guò)程，并實(shí)現(xiàn)汽車(chē)變速器操縱機(jī)構(gòu)的動(dòng)態(tài)仿真。從而對(duì)變速器操縱機(jī)構(gòu)的裝配進(jìn)一步了解；這樣可以從本質(zhì)上提高制造效率，節(jié)省勞動(dòng)力，節(jié)約生產(chǎn)資源；加快了解汽車(chē)企業(yè)生產(chǎn)設(shè)計(jì)

6、、制造及應(yīng)用的過(guò)程。 全套圖紙，加153893706 關(guān)鍵詞：變速器操縱機(jī)構(gòu)；建模：仿真；裝配；設(shè)計(jì)  ABSTRACT Mini car market in China has greatly market, from 0.9L to 1.6L, the price is suitable for Chinas national conditions and the developing Chinas current situation. As one of the important parts of transmission system, the ope

7、ration of transmission is the most frequent part in the vehicle handling equipment.So the efficiency and quality of assembly of transmission operation is directly related to the transmission itself and the vehicle performance and whether the manufacturing quality is good or bad. To solve this prob

8、lem, the successful application of virtual prototype technology can not only improve the assembly accuracy, but also shorten the product design cycle,which is important for engineering application value. By using the Pro / E software, this design,based on Pro / ENGINEER parametric modeling, modeled

9、 the various parts of the transmission control mechanism solidly, virtualed assembling process and realized the transmission control by dynamic simulation in order to make a further understanding of the transmission control assembly. This can essentially improve the manufacturing efficiency,save the

10、 labor resources and producting resources and accelerate the understangding about the process of auto enterprise production design, manufacturing and application. Key words： transmission control mechanism; modeling; simulation; assembly; design II 第1章 緒 論 1.1 引言 隨著科學(xué)技術(shù)和經(jīng)濟(jì)全球化的高速飛猛

11、發(fā)展，對(duì)21世紀(jì)的制造環(huán)境提出了更高、更精確的要求：提高設(shè)計(jì)生產(chǎn)效率、縮短產(chǎn)品生命周期，成為主要的競(jìng)爭(zhēng)因素；用戶(hù)需求的多樣化，使得多品種小批量生產(chǎn)比例增大[1]。企業(yè)若想提高自身競(jìng)爭(zhēng)力，必須從縮短新產(chǎn)品的研制和開(kāi)發(fā)周期，降低產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)成本，提高產(chǎn)品的設(shè)計(jì)質(zhì)量，加速產(chǎn)品的創(chuàng)新設(shè)計(jì)等方面入手，這樣才能滿(mǎn)足市場(chǎng)不斷變化的需求。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（Virtual Reality Technology）就是在這種大市場(chǎng)大競(jìng)爭(zhēng)的迫切形勢(shì)下產(chǎn)生的。它綜合了多種先進(jìn)方法和技術(shù)，并在縮短產(chǎn)品的研發(fā)周期、降低成本、提高企業(yè)效率等方面的推動(dòng)作用明顯而快速發(fā)展。 隨著虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在企業(yè)的實(shí)施推廣發(fā)展和應(yīng)用，對(duì)產(chǎn)品

12、裝配設(shè)計(jì)提出了更高的要求：在協(xié)同的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)環(huán)境中，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段就要求有關(guān)的工藝人員加入進(jìn)來(lái)，對(duì)產(chǎn)品有關(guān)制造與裝配工藝可行性、最優(yōu)性進(jìn)行分析，協(xié)助產(chǎn)品設(shè)計(jì)工作，裝配設(shè)計(jì)作為產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的重要環(huán)節(jié)，除了需要先進(jìn)的技術(shù)工具支持及其它環(huán)節(jié)集成之外，還需要考慮按照并行工程的思想來(lái)規(guī)劃裝配設(shè)計(jì)的全過(guò)程，并協(xié)調(diào)與其他環(huán)節(jié)的關(guān)系。裝配環(huán)節(jié)面對(duì)的是最終產(chǎn)品，裝配技術(shù)直接影響著最終產(chǎn)品的性能。 1.2 設(shè)計(jì)研究背景 我國(guó)從20世紀(jì)80年代初引進(jìn)微型車(chē)，目前已經(jīng)形成了年產(chǎn)54.6萬(wàn)輛能力的微型車(chē)行業(yè)，基本上具備了迎接國(guó)際挑戰(zhàn)的能力[2]。微型車(chē)已經(jīng)穩(wěn)穩(wěn)地成為中國(guó)汽車(chē)市場(chǎng)中的主力車(chē)型。變速器是汽車(chē)結(jié)構(gòu)中的重要部分，

13、而變速器操縱機(jī)構(gòu)性能的好壞將直接影響到汽車(chē)產(chǎn)品的質(zhì)量。根據(jù)汽車(chē)使用條件的需要，駕駛員利用變速器的操縱機(jī)構(gòu)完成選擋和實(shí)現(xiàn)換擋或退到空擋的工作。 變速器操縱機(jī)構(gòu)應(yīng)當(dāng)滿(mǎn)足如下主要要求：換擋時(shí)只能掛入一個(gè)擋位，換擋后應(yīng)使齒輪在全齒長(zhǎng)上嚙合，防止自動(dòng)脫擋或自動(dòng)掛擋，防止誤掛倒擋，換擋輕便。 用于機(jī)械式變速器的操縱機(jī)構(gòu)，常見(jiàn)的是由變速桿、撥塊、撥叉、變速叉軸及互鎖、自鎖和倒擋鎖裝置等主要件組成，并依靠駕駛員手力完成選擋、換擋或退到空擋工作，稱(chēng)為手動(dòng)換擋變速器。 在傳統(tǒng)的變速器操縱機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與制造過(guò)程中，首先是概念設(shè)計(jì)和方案論證，然后進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)[3]。在設(shè)計(jì)完成后，為了驗(yàn)證設(shè)計(jì)，通常要進(jìn)行

14、制造物理樣機(jī)實(shí)驗(yàn)，有時(shí)這些實(shí)驗(yàn)是破壞性的。當(dāng)實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)缺陷時(shí)，又要回頭修改設(shè)計(jì)并再制造物理樣機(jī)驗(yàn)證。通常這樣的設(shè)計(jì)—實(shí)驗(yàn)—設(shè)計(jì)的過(guò)程要進(jìn)行許多次，產(chǎn)品才能達(dá)到操縱機(jī)構(gòu)的性能要求，不僅過(guò)程冗長(zhǎng)，設(shè)計(jì)周期無(wú)法縮短，很難對(duì)瞬變的市場(chǎng)做出靈活反應(yīng)，而且物理樣機(jī)的單機(jī)制造大大增加了成本，造成浪費(fèi)。在大多數(shù)情況下，工程師為了保證產(chǎn)品按時(shí)投放市場(chǎng)而不得己盡量減少物理樣機(jī)實(shí)驗(yàn)的次數(shù)，簡(jiǎn)化這一過(guò)程，從而使設(shè)計(jì)參數(shù)難以實(shí)現(xiàn)真正意義上的優(yōu)化，產(chǎn)品在上市時(shí)很有可能就是先天不足。在激烈競(jìng)爭(zhēng)市場(chǎng)背景下，這種產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的方式嚴(yán)重地制約了產(chǎn)品質(zhì)量提高，成本降低和對(duì)市場(chǎng)快速響應(yīng)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用可以貫串到整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中。在概念

15、設(shè)計(jì)和方案論證階段，設(shè)計(jì)師可以把自己的經(jīng)驗(yàn)和創(chuàng)造性思維結(jié)合在計(jì)算機(jī)中建立虛擬的產(chǎn)品模型，讓想象力和創(chuàng)造力充分發(fā)揮；在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段，工程師可以及時(shí)修改結(jié)構(gòu)參數(shù)，進(jìn)行各種校核和優(yōu)化，快速接近理想的設(shè)計(jì)目標(biāo)；在產(chǎn)品功能分析階段，測(cè)試工程師可以通過(guò)對(duì)虛擬樣機(jī)施加載荷，設(shè)置不同的工況參數(shù)對(duì)產(chǎn)品運(yùn)動(dòng)仿真，從而進(jìn)行全方位的功能檢驗(yàn)，以檢測(cè)新產(chǎn)品的主要功能。因而，用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)開(kāi)發(fā)產(chǎn)品可使開(kāi)發(fā)周期縮短，設(shè)計(jì)質(zhì)量和效率得到提高同傳統(tǒng)的基于物理樣機(jī)的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程相比，虛擬樣機(jī)的優(yōu)勢(shì)主要體在[4]： (1)有利于對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，虛擬樣機(jī)易于修改，可以利用虛擬樣機(jī)對(duì)各種設(shè)計(jì)方案進(jìn)行綜合比較，并選出最優(yōu)設(shè)計(jì)。

16、 (2)成本更低，速度更快，節(jié)省了制造實(shí)際產(chǎn)品模型的昂貴費(fèi)用。并且在計(jì)算機(jī)上建立虛擬模型的時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于物理樣機(jī)的制作時(shí)間。 (3)可以有效支持并行設(shè)計(jì)，可以方便地實(shí)現(xiàn)上下游并行設(shè)計(jì)和多專(zhuān)家協(xié)同設(shè)計(jì)。 1.3 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)概述 1.3.1 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)概念 虛擬現(xiàn)實(shí)(VR，Virtual Assembly)是以利用先進(jìn)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)建立起來(lái)的主模型為中心，將其擴(kuò)展衍生到產(chǎn)品生命周期的不同階段，建立與現(xiàn)實(shí)相一致的數(shù)字化仿真模型，并對(duì)該模型進(jìn)行評(píng)估和測(cè)試，通過(guò)對(duì)不同候選模型的篩選、更改和優(yōu)化將設(shè)計(jì)思路轉(zhuǎn)化為正確的數(shù)字原型。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

17、涉及到諸如先進(jìn)三維建模技術(shù)、虛擬裝配技術(shù)、計(jì)算機(jī)輔助工程技術(shù)和計(jì)算可視化多個(gè)領(lǐng)域[5]。其開(kāi)發(fā)以Interne／Intranet構(gòu)成的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)為平臺(tái)，通過(guò)信息共享和數(shù)據(jù)分權(quán)開(kāi)放的格局，以并行協(xié)同的方式使各設(shè)計(jì)小組共同完成新產(chǎn)品的從概念設(shè)計(jì)、初步設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)、裝配檢驗(yàn)、性能評(píng)估、制造性加工仿真一直到物理樣機(jī)試制等工作。 1.3.2 虛擬裝配技術(shù) 將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)集成到零件裝配過(guò)程中，就形成了虛擬裝配技術(shù)。它是虛擬制造的關(guān)鍵技術(shù)?；谔摂M現(xiàn)實(shí)技術(shù)的虛擬裝配技術(shù)，是在—個(gè)統(tǒng)一模型之下，對(duì)設(shè)計(jì)和制造等過(guò)程進(jìn)行集成，它將與產(chǎn)品制造相關(guān)的各種過(guò)程與技術(shù)集成在三維的、動(dòng)態(tài)的仿真真實(shí)過(guò)程的實(shí)體數(shù)字模型之

18、上。其目的是在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段，借助建模與仿真技術(shù)及時(shí)、并行地模擬出產(chǎn)品未來(lái)制造及裝配過(guò)程，乃至產(chǎn)品全生命周期的各種活動(dòng)，對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的影響，預(yù)測(cè)、檢測(cè)、評(píng)價(jià)產(chǎn)品性能和產(chǎn)品的可制造性等等。從而更加有效、經(jīng)濟(jì)、柔性地組織生產(chǎn)，增強(qiáng)決策與控制水平，有力地降低由于前期設(shè)計(jì)給后期制造帶來(lái)的回溯更改。達(dá)到產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)周期和成本最小化，產(chǎn)品設(shè)計(jì)質(zhì)量的最優(yōu)化，生產(chǎn)效率的最大化。 虛擬裝配技術(shù)可以使得裝配人員在計(jì)算機(jī)創(chuàng)建的虛擬環(huán)境中對(duì)虛擬模型進(jìn)行產(chǎn)品裝配，在設(shè)計(jì)階段初期就檢驗(yàn)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是否合理、是否方便裝配和維修，從而驗(yàn)證和改進(jìn)產(chǎn)品的可裝配性[6]。并給出評(píng)價(jià)和分析結(jié)果。虛擬裝配以裝配工藝為核心，以裝配仿真、干涉

19、碰撞檢查、裝配規(guī)劃的形成與可裝配性評(píng)價(jià)等單元技術(shù)模塊為支撐，以三維建模軟件和數(shù)據(jù)庫(kù)為基礎(chǔ)，涉及到虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)和仿真技術(shù)等多學(xué)科領(lǐng)域。虛擬裝配技術(shù)以其能縮短產(chǎn)品生產(chǎn)周期，降低成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量的優(yōu)勢(shì)，成為國(guó)內(nèi)外制造業(yè)實(shí)施CIMS研究和應(yīng)用的熱點(diǎn)。虛擬裝配技術(shù)被視為目前唯一可對(duì)企業(yè)經(jīng)營(yíng)環(huán)境進(jìn)行有效控制和大幅度改善的技術(shù)。 虛擬裝配的主要作用可歸納為以下幾個(gè)方面： 1．裝配設(shè)計(jì)的合理化指導(dǎo) 從便于裝配的角度實(shí)施設(shè)計(jì)活動(dòng)，使產(chǎn)品從設(shè)計(jì)出來(lái)就具有較好的可裝配性。在確保產(chǎn)品零部件能夠裝配到位的同時(shí)，保證產(chǎn)品裝配易實(shí)現(xiàn)、成本低。 2．裝配性能的系統(tǒng)化分析 全面考慮影響產(chǎn)品裝配的各種因

20、素，對(duì)制造產(chǎn)品的可裝配性進(jìn)行系統(tǒng)化的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析，以發(fā)掘設(shè)計(jì)缺陷，從而精簡(jiǎn)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，改善可裝配性。產(chǎn)品的可裝配性通過(guò)虛擬裝配分析得到，不需要付出昂貴的代價(jià)。 3．裝配性能的可行性驗(yàn)證 技術(shù)人員可在虛擬環(huán)境中對(duì)裝配體進(jìn)行靜態(tài)與動(dòng)態(tài)分析，有利于提高產(chǎn)品的可裝配性和可靠性；利用虛擬裝配系統(tǒng)去分析產(chǎn)品維護(hù)過(guò)程中的問(wèn)題，考慮裝配所需工具的安全性、視線(xiàn)以及拆卸空間等，還可為清潔生產(chǎn)服務(wù)，通過(guò)合理安排工藝過(guò)程，充分利用裝配資源，促進(jìn)產(chǎn)品裝配工作順利進(jìn)行。 4．支持產(chǎn)品并行化設(shè)計(jì) 產(chǎn)品并行化設(shè)計(jì)是讓下游的有關(guān)活動(dòng)盡早融合到上游的過(guò)程中來(lái)，使下游的有關(guān)因素能在設(shè)計(jì)階段相對(duì)并行地考慮。虛擬裝配能在產(chǎn)品設(shè)計(jì)

21、階段通過(guò)數(shù)字化預(yù)裝配展示并改進(jìn)產(chǎn)品的可裝配性，因而從裝配這一重要側(cè)面反映出產(chǎn)品的并行設(shè)計(jì)哲理。 5．虛擬產(chǎn)品開(kāi)發(fā)(VPD)的支撐工具 作為產(chǎn)品制造過(guò)程的終極目標(biāo)，裝配是生產(chǎn)過(guò)程中至關(guān)重要的活動(dòng)。虛擬裝配是VPD的重要組成部分[7。虛擬裝配技術(shù)使得裝配人員可以在計(jì)算機(jī)構(gòu)造的虛擬環(huán)境中對(duì)虛擬模型進(jìn)行產(chǎn)品裝配，在設(shè)計(jì)階段就檢驗(yàn)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是否合理、是否方便裝配和維修，從而驗(yàn)證和改進(jìn)產(chǎn)品的可裝配性，并給出評(píng)價(jià)和分析結(jié)果。 1.4 虛擬裝配技術(shù)關(guān)鍵技術(shù) 1.4.1 虛擬環(huán)境的建模及數(shù)據(jù)傳遞機(jī)制 建模作為零件特征的數(shù)字化表達(dá)，傳統(tǒng)軟件的建模方法已經(jīng)比較成熟，目前有幾何建模、實(shí)體建模、特征建模等。

22、在虛擬環(huán)境中，多采用簡(jiǎn)化的多邊形面片(通常為三角面片模型)構(gòu)建模型，模型數(shù)據(jù)可用于虛擬環(huán)境中模型的顯示繪制和裝配過(guò)程中的碰撞檢測(cè)，這種表示方法容易實(shí)現(xiàn)異地異構(gòu)環(huán)境下的產(chǎn)品信息共享。從集成制造系統(tǒng)來(lái)考慮，虛擬裝配只是虛擬產(chǎn)品設(shè)計(jì)的技術(shù)之一。在分布式虛擬裝配環(huán)境中，采用三維軟件對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行建模，再提取所需要的模型數(shù)據(jù)。 1.4.2 虛擬裝配關(guān)鍵環(huán)節(jié) 虛擬裝配關(guān)鍵環(huán)節(jié)包括裝配序列和路徑規(guī)劃[8]。裝配序列規(guī)劃是虛擬裝配過(guò)程中的重要環(huán)節(jié)，主要是研究出裝配序列的生成和可行性分析，其目的就是找出一條合適的滿(mǎn)足條件的裝配序列，由此序列可逐步把零件裝配成產(chǎn)品，為下一步實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品裝配過(guò)程仿真提供基礎(chǔ)。裝配路徑規(guī)

23、劃在建模和序列規(guī)劃的基礎(chǔ)上，進(jìn)行裝配路徑分析，確定一條沒(méi)有干涉的有效裝配路徑。建立虛擬裝配序列和路徑一是要建立合適的裝配結(jié)構(gòu)樹(shù)，二是通過(guò)零件的裝配信息生成裝配序列，在零部件拆／裝過(guò)程中，還要通過(guò)干涉檢查來(lái)檢驗(yàn)零件在空間位置是否發(fā)生沖突，驗(yàn)證產(chǎn)品的可裝配性。 1.5 虛擬裝配的發(fā)展 面向虛擬裝配技術(shù)的研究目前分為兩個(gè)階段：一是采用裝配過(guò)程可視化手段并運(yùn)用干涉檢查工具，直觀(guān)地展示產(chǎn)品裝配過(guò)程中零部件的運(yùn)動(dòng)形態(tài)和空間位置關(guān)系，并提供裝配序列的性能及其優(yōu)化結(jié)果。二是基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)構(gòu)造虛擬的產(chǎn)品裝配環(huán)境，操作人員通過(guò)計(jì)算機(jī)構(gòu)建的虛擬環(huán)境來(lái)分析產(chǎn)品的裝配順序和效果。華盛頓州立大學(xué)與美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研

24、究所NIST合作開(kāi)發(fā)的虛擬裝配設(shè)計(jì)環(huán)境VADE，通過(guò)生成一個(gè)用于裝配規(guī)劃和評(píng)價(jià)的虛擬環(huán)境，在虛擬環(huán)境中利用工程師的裝配設(shè)計(jì)意圖實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的裝配順序規(guī)劃[9]。清華大學(xué)結(jié)合863/CIMS WPD項(xiàng)目攻關(guān)及應(yīng)用需求，在三維軟件Pro/Engineer的基礎(chǔ)上，開(kāi)發(fā)虛擬裝配支持系統(tǒng)VASS，該系統(tǒng)能夠基于三維實(shí)體模型在計(jì)算機(jī)上實(shí)施產(chǎn)品及其部件的數(shù)字化預(yù)裝配，實(shí)現(xiàn)裝配工藝規(guī)劃，驗(yàn)證產(chǎn)品可裝配性，并生成能夠指導(dǎo)實(shí)際裝配作業(yè)的裝配工藝規(guī)程和卡片。浙江大學(xué)CAD＆CG國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)了完全沉浸式虛擬裝配原型系統(tǒng)IVAS，提出通過(guò)“用戶(hù)引導(dǎo)的拆卸”進(jìn)行拆卸過(guò)程仿真，得到零部件的拆卸順序和拆卸路徑，從而確定產(chǎn)

25、品的裝配序列，通過(guò)實(shí)時(shí)碰撞檢測(cè)機(jī)制自動(dòng)保證拆卸過(guò)程的有效性。從目前的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，國(guó)內(nèi)外虛擬裝配的研究和實(shí)現(xiàn)主要集中在以下幾個(gè)方面： 1．裝配信息的獲取、表達(dá)和處理 獲取零件模型及其裝配關(guān)系信息，在計(jì)算機(jī)內(nèi)有效地表達(dá)裝配體內(nèi)在和外在的關(guān)系，在虛擬環(huán)境中充分利用信息存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)表達(dá)和處理裝配信息，對(duì)最終生成整個(gè)裝配過(guò)程有著重要的意義。 2．虛擬裝配中信息傳輸和信息集成 虛擬裝配關(guān)鍵在于希望能夠處理異構(gòu)的虛擬環(huán)境，直接實(shí)現(xiàn)裝配過(guò)程的動(dòng)態(tài)仿真。裝配體作為產(chǎn)品功能的最終體現(xiàn)，其設(shè)計(jì)和分析要求設(shè)計(jì)者，制造商等人員的協(xié)同參與，需要有相應(yīng)的工具和環(huán)境支持這種協(xié)同工作，協(xié)同裝配設(shè)計(jì)正成為新的研究熱點(diǎn)

26、。 1.6 本設(shè)計(jì)主要研究?jī)?nèi)容及意義 1.6.1 本設(shè)計(jì)主要內(nèi)容 汽車(chē)零部件的制造過(guò)程開(kāi)發(fā)是新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的重要環(huán)節(jié)之一，它將直接影響到一個(gè)產(chǎn)品質(zhì)量的好壞和開(kāi)發(fā)周期的長(zhǎng)短，所以一個(gè)高質(zhì)量的制造過(guò)程是產(chǎn)品質(zhì)量好壞的首要前提。變速器操縱機(jī)構(gòu)是汽車(chē)的關(guān)鍵零部件，主要完成1、2擋，3、4擋，5擋和倒擋以及相關(guān)感應(yīng)部件的功能。本設(shè)計(jì)以某微型車(chē)變速器操縱機(jī)構(gòu)為研究對(duì)象，基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)原理對(duì)其進(jìn)行三維建模并虛擬裝配過(guò)程,從而實(shí)現(xiàn)汽車(chē)變速器操縱機(jī)構(gòu)的動(dòng)態(tài)裝配。零部件三維實(shí)體建模、模擬裝配和運(yùn)動(dòng)仿真均通過(guò)PTC公司Pro/ENGINEER軟件實(shí)現(xiàn)。本設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容包括以下部分： (1)運(yùn)用三維軟件Pro/

27、E建立變速器操縱機(jī)構(gòu)零部件的三維幾何模型和裝配模型。 (2)制定出該操縱機(jī)構(gòu)最優(yōu)的裝配序列。 (3)基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù), 對(duì)變速器操縱機(jī)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)態(tài)裝配過(guò)程中的干涉進(jìn)行檢查。 1.6.2 本設(shè)計(jì)研究意義 隨著全球市場(chǎng)的激烈競(jìng)爭(zhēng)，加快產(chǎn)品開(kāi)發(fā)速度已成為競(jìng)爭(zhēng)的重要手段之一，快速將多樣化的產(chǎn)品推向市場(chǎng)是制造商把握先機(jī)而求生存的重要保障，而傳統(tǒng)裝配需要反復(fù)修改，多次進(jìn)行試裝配，周期長(zhǎng)，成本高，不能適應(yīng)當(dāng)前敏捷制造的需要。在虛擬裝配中，由于沒(méi)有制造真實(shí)的產(chǎn)品，大大減少開(kāi)發(fā)成本，并且在虛擬裝配時(shí)可以盡可能地解決大部分裝配問(wèn)題，這就使新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的周期大為縮短，使企業(yè)盡早占領(lǐng)市場(chǎng)。本設(shè)計(jì)則是基于Pro/E

28、三維軟件，以虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)為基礎(chǔ)進(jìn)行實(shí)體建模及裝配從而達(dá)到對(duì)變速器操縱機(jī)構(gòu)的裝配工藝進(jìn)一步深入了解；這樣可以從本質(zhì)上提高制造效率，節(jié)省勞動(dòng)力，節(jié)約生產(chǎn)資源；加快了解汽車(chē)企業(yè)生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)、制造及應(yīng)用的過(guò)程。 第2章 變速器操縱機(jī)構(gòu)零件三維建模 2.1 三維建模技術(shù) 三維建模技術(shù)作為虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的重要基礎(chǔ)，經(jīng)歷了一個(gè)長(zhǎng)時(shí)間的發(fā)展階段。計(jì)算機(jī)繪圖起源于20世紀(jì)50年代[10]。20世紀(jì)70年代及80年代初是計(jì)算機(jī)繪圖的迅猛發(fā)展時(shí)期[7]。

29、計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)與制造技術(shù)的發(fā)展，使計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度和集成化速度大大提高，成本大副下降，從而微型機(jī)得到普及，圍繞微型機(jī)開(kāi)發(fā)的繪圖軟件和計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件層出不窮。伴隨著計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的發(fā)展，在機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域，設(shè)計(jì)工具經(jīng)歷了從圖板到二維設(shè)計(jì)軟件，再到三維建模軟件的變革。如果認(rèn)為從圖板到二維設(shè)計(jì)軟件的遷移，方便了設(shè)計(jì)人員對(duì)圖樣信息的產(chǎn)生、加工、存儲(chǔ)和傳遞，只是形式的改變，本質(zhì)上并沒(méi)有多大的進(jìn)展；那么，三維造型軟件的出現(xiàn)在設(shè)計(jì)領(lǐng)域中邁出了革命性的一步。 三維建模徹底改變了傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念—從設(shè)計(jì)人員依靠想象力繪制各種視圖，到直接繪制三維模型，再由計(jì)算機(jī)自動(dòng)生成詳細(xì)的視圖。這使設(shè)計(jì)人員從想象各種視圖的困境中解放

30、出來(lái)。對(duì)于復(fù)雜的模型，更可避免傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方式難以避免的錯(cuò)誤。而且，相對(duì)于平面模型而言，實(shí)體模型不僅可以提供集合拓?fù)湫畔⑦€可以包含模型的材料、質(zhì)量、質(zhì)心位置和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量等物理信息。實(shí)體模型有以下諸多優(yōu)點(diǎn)： (1)實(shí)體模型可以通過(guò)投影變換轉(zhuǎn)換為二維圖形，稍作修改即可輸出為工程圖紙。 (2)實(shí)體模型可以直接輸出到數(shù)控機(jī)床或快速成型系統(tǒng)。 (3)實(shí)體模型包含大量的物理信息，可以作為有限元分析或動(dòng)力學(xué)分析的起點(diǎn)。 (4)采用實(shí)體模型可以直觀(guān)地模擬系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)，便于發(fā)現(xiàn)構(gòu)件的干涉。 目前，比較常用的三維設(shè)計(jì)軟件如：Solid Edge, Solid Works, UG 和Pro/E等都具有相當(dāng)完善的實(shí)

31、體建模技術(shù)。根據(jù)客觀(guān)條件和Pro/E軟件的特點(diǎn)，本課題選擇Pro/E軟件進(jìn)行微型車(chē)車(chē)變速器操縱機(jī)構(gòu)的實(shí)體建模。 2.2 建模軟件介紹 Pro/E全稱(chēng)為Pro/Engineer，是目前國(guó)內(nèi)應(yīng)用最為廣泛的大型CAD/CAE/CAM集成三維參數(shù)化軟件，功能強(qiáng)大，內(nèi)容豐富，涵蓋了設(shè)計(jì)、分析、加工、管理等各個(gè)領(lǐng)域。在目前三維造型軟件領(lǐng)域中占有著重要地位，并作為當(dāng)今世界機(jī)CAD/CAE/CAM領(lǐng)域的新標(biāo)準(zhǔn)而得到業(yè)界的認(rèn)可和推廣，是現(xiàn)今最成功的CAD/CAM軟件之一[11]。Pro/E運(yùn)用參數(shù)化設(shè)計(jì)理論，并且采用了單一數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)解決特征的相關(guān)性問(wèn)題。Pro/E的基于特征方式，能夠?qū)⒃O(shè)計(jì)至生產(chǎn)全過(guò)程集成到一

32、起，實(shí)現(xiàn)并行工程設(shè)計(jì)。它不但可以應(yīng)用于工作站，而且也可以應(yīng)用到單機(jī)上。 　　Pro/E采用了模塊方式，可以分別進(jìn)行草圖繪制、零件制作、裝配設(shè)計(jì)、鈑金設(shè)計(jì)、加工處理等，保證用戶(hù)可以按照自己的需要進(jìn)行選擇使用。Pro/Engineer基本特征如下： 　　1．參數(shù)化設(shè)計(jì)和特征功能 　　Pro/Engineer是采用參數(shù)化設(shè)計(jì)的、基于特征的實(shí)體模型化系統(tǒng)，工程設(shè)計(jì)人員采用具有智能特性的基于特征的功能去生成模型，如腔、殼、倒角及圓角，可以隨意勾畫(huà)草圖，輕易改變模型。這一功能特性給工程設(shè)計(jì)者提供了在設(shè)計(jì)上從未有過(guò)的簡(jiǎn)易和靈活。 　　2．單一數(shù)據(jù)庫(kù) Pro/Engineer是建立在統(tǒng)一基層上的數(shù)據(jù)

33、庫(kù)上，不象一些傳統(tǒng)的CAD/CAM系統(tǒng)建立在多個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)上。所謂單一數(shù)據(jù)庫(kù)，就是工程中的資料全部來(lái)自一個(gè)庫(kù)，使得每一個(gè)獨(dú)立用戶(hù)在為一件產(chǎn)品造型而工作，在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程的任何一處發(fā)生改動(dòng)，亦可以前后反應(yīng)在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程的相關(guān)環(huán)節(jié)上[12]。這種獨(dú)特的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與工程設(shè)計(jì)的完整的結(jié)合，使得一件產(chǎn)品的設(shè)計(jì)結(jié)合起來(lái)。這一優(yōu)點(diǎn)，使得設(shè)計(jì)更優(yōu)化，成品質(zhì)量更高，產(chǎn)品能更好地推向市場(chǎng)。Pro/Engineer功能如下： 　　(1)特征驅(qū)動(dòng)(例如：凸臺(tái)、槽、倒角、腔、殼等)。 　　(2)參數(shù)化(參數(shù)=尺寸、圖樣中的特征、載荷、邊界條件等)。 　　(3)通過(guò)零件的特征值之間，載荷/邊界條件與特征參數(shù)之間(如表面積等

34、)的關(guān)系來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)。 　　(4)支持大型、復(fù)雜組合件的設(shè)計(jì)(規(guī)則排列的系列組件，交替排列，各種能用零件設(shè)計(jì)的程序化方法等)。 (3)貫穿所有應(yīng)用的完全相關(guān)性(任何一個(gè)地方的變動(dòng)都將引起與之有關(guān)的每個(gè)地方變動(dòng))。其它輔助模塊將進(jìn)一步提高擴(kuò)展Pro/ENGINEER的基本功能。 2.3 建模過(guò)程綜述 對(duì)于一個(gè)復(fù)雜機(jī)構(gòu)，其建模的方法一般是先創(chuàng)建多個(gè)零件，然后將這些零件裝配在一起。Pro/ENGINEER 基于特征的零件建模過(guò)程就是模仿零件的加工過(guò)程，即各特征的建立順序應(yīng)盡可能與零件的加工順序一致。一般零件建模的方法就采用以上介紹的建模方法，建模過(guò)程如下： (1)根據(jù)零部件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，先建立

35、一個(gè)基本體素或掃描特征作為零件的毛坯； (2)再參照零件的粗加工過(guò)程逐步創(chuàng)建零件的孔、鍵槽、型腔、凸臺(tái)、凸墊及用戶(hù)定義等特征； (3)最后參照零件的精加工過(guò)程創(chuàng)建倒圓、倒角、螺紋、修剪和陣列等特征。由于圓柱、塊和錐等基本體素屬非關(guān)聯(lián)性特征，它們不與已建立的幾何對(duì)象關(guān)聯(lián)。因此，為了保證模型的可修改性，在一個(gè)零件模型中創(chuàng)建的基本體素不要超過(guò)1個(gè)，而且基本體素一般被作為第一個(gè)特征。下面具體以“一二擋零件總成”來(lái)詳細(xì)說(shuō)明建模過(guò)程。 2.3.1 一二擋換擋總成的建模 1．一二擋換擋軸建模 (1)運(yùn)行Pro/E。單擊新建“文件”工具欄中的新建工具，彈出“新建”對(duì)話(huà)框，如圖2.1所示。 (2)點(diǎn)

36、選“類(lèi)型”選項(xiàng)中的“零件”單選按鈕，點(diǎn)選子類(lèi)型選項(xiàng)中的“實(shí)體”按鈕，并在名稱(chēng)文本框中輸入新建文件的名稱(chēng)，取消勾選“使用默認(rèn)模板”復(fù)選框，單擊確定彈出新建文件選項(xiàng)的對(duì)話(huà)框。 (3)選擇“mmns_part_solid”模板，確定單位為毫米/牛頓/秒，單擊確定完成如圖2.2所示。 圖2.1 新建窗口 圖2.2 選擇單位類(lèi)型 (4)創(chuàng)建草繪圖形。選擇TOP面為基準(zhǔn)平面，Right為基準(zhǔn)平面，單擊確定進(jìn)入草繪截面如圖2.3所示。 (5)根據(jù)二維圖紙繪制出換擋軸的草繪圖，繪圖時(shí)要選取相應(yīng)的旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)，以旋轉(zhuǎn)出三維模型，如圖2.4所示。

37、 圖2.3 “草繪屬性”窗口 圖2.4 “草繪”窗口 (6)繪出草圖后單擊右下角圖標(biāo)，完成三維建模，進(jìn)行倒圓角處理得到實(shí)體模型，如圖2.5所示。 圖2.5 一二擋撥叉軸 2．一二擋換擋撥叉建模 (1)創(chuàng)建新文件與前面介紹撥叉軸建模類(lèi)似，只是將名稱(chēng)命名為“一二擋撥叉”。 (2)利用拉伸工具繪制出撥叉外輪廓，如圖2.6所示。 圖2.6 繪制一二擋撥叉外輪廓 (3)利用拉伸去除材料，作出撥叉軸孔，如圖2.7所示。 圖2.7 繪制一二擋撥叉軸孔 (4)修剪實(shí)體初步得到撥叉外形，并修剪倒角得到撥叉實(shí)體，如圖2.8所示。 圖2.8 繪制一二擋撥叉實(shí)體 3．一二擋

38、換擋臂建模 (1)創(chuàng)建新文件與前面介紹兩個(gè)實(shí)體建模類(lèi)似，將名稱(chēng)命名為“一二擋換擋臂”。 (2)利用拉伸工具得到換擋臂粗外輪廓，如圖2.9，圖2.10所示。 (4)修剪實(shí)體初步得到換擋臂外形，并修剪倒角得到換擋臂實(shí)體，如圖2.11所示。 圖2.9 一二擋換擋臂粗輪廓圖 2.10 一二擋換擋臂粗輪廓 圖2.11 一二擋換擋臂 2.3.2其他零件建模 1．彈簧的建模 (1)單擊新建按鈕，在“新建”對(duì)話(huà)框中輸入文件名“tanhuang”。 按照上述零件建模方法，創(chuàng)建變速器操縱機(jī)構(gòu)模型的零件，包括：然后單擊確定。 (2)在主菜

39、單中依次單擊“插入”“螺旋掃描”“伸出項(xiàng)”按鈕，彈出對(duì)話(huà)框，如圖2.12所示。 圖2.12 菜單管理器 (3)根據(jù)管理器選項(xiàng)依次選取“常數(shù)”“穿過(guò)軸”“右手定則”“完成”命令，選取“Front”面為草繪平面，系統(tǒng)彈出“方向”選擇正向，單擊缺省設(shè)置進(jìn)入草繪環(huán)境。 (4)繪制草繪線(xiàn)，單擊確定輸入節(jié)距，得到草繪軌跡。 (5)繪制截面，如圖2.13所示。 圖2.13 彈簧絲截面 (6)掃描實(shí)體，完成建模，效果如圖2.14所示。 圖2.14 彈簧 2．殼體的建模 (1)單擊新建按鈕，在“新建”對(duì)話(huà)框中輸入文件名“keti”。 (2)在Front面上進(jìn)行草繪1，畫(huà)出底

40、面1，在Front面上進(jìn)行草繪2，畫(huà)出底面2；建立平面DTM1//Front平面，以DTM1為基準(zhǔn)平面，以草繪1為基準(zhǔn)剖面，拉伸殼體底座。 (3)以殼體底座上表面為草繪平面進(jìn)行草繪3，以草繪3為拉伸截面，拉伸實(shí)體2。 (4)建立平面DTM2//TOP平面，偏移49，以草繪2為拉伸截面，去除材料建模殼體底部；拉伸實(shí)體10，去材料形成主殼體輪廓。 (5)利用筋特征作出兩端筋板，拉伸孔，利用孔特征作出兩端孔、兩底孔，進(jìn)行局部倒圓角。 (6)利用拉伸工具拉伸出實(shí)體，拉伸圓去除材料（φ16.5，D=1），進(jìn)行局部倒圓角修整。 (7)利用孔工具作出標(biāo)準(zhǔn)孔；拉伸殼體底孔（4φ14），拉伸底座對(duì)角凸

41、緣。 (8)對(duì)兩筋特征進(jìn)行完全倒圓角修整（即最大倒圓角）；對(duì)其余部位進(jìn)行倒圓角修整。 (9)得到殼體三維模型效果圖，如圖2.15所示。 圖2.15 換擋軸導(dǎo)向殼體 3．變速器操縱機(jī)構(gòu)零件三維效果圖 變速器操縱機(jī)構(gòu)的零部件建模主要包括前進(jìn)五個(gè)擋及倒擋相應(yīng)的換擋軸、撥叉軸、換擋撥叉、換檔臂、選檔彈簧、螺釘、銷(xiāo)、換擋撥塊、殼體等，部分零件三維視圖如圖2.16到圖2.20所示。 圖2.16 換擋導(dǎo)向軸 圖2.17 變速器后殼體 　 圖2.18 換擋臂 圖2.19 螺釘 圖2.20 彈性銷(xiāo) 2.4 本章小結(jié) 本節(jié)介紹了三維建模技術(shù)的概念、應(yīng)用發(fā)

42、展三維建模技術(shù)，作為一種先進(jìn)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造方法，虛擬樣機(jī)技術(shù)有傳統(tǒng)的方法不可比擬的優(yōu)點(diǎn)，是現(xiàn)代產(chǎn)品研發(fā)的一種趨勢(shì)；三維建模技術(shù)是虛擬樣機(jī)技術(shù)一個(gè)重要基礎(chǔ)。本章對(duì)Pro/E軟件介紹，概述建立三維模型的方法和過(guò)程，利用三維軟件建立了轎車(chē)變速器操縱機(jī)構(gòu)的三維模型，并闡述了典型零件的建模過(guò)程。 第3章 變速器操縱機(jī)構(gòu)虛擬裝配 3.1 建立裝配體概述 3.1.1 Pro/E建立裝配體概述 建立零件實(shí)體模型后，下一步需要將它們裝配起來(lái)成為裝配體。大多數(shù)CAD/CAM系統(tǒng)有兩種不同的裝配模式，即多組件裝配和虛擬裝配[13]。 1．虛擬裝配的特點(diǎn)

43、 Pro/E軟件采用的裝配模式是虛擬裝配模式，即裝配件中的零件與原零件之間是指針引用鏈接關(guān)系，對(duì)原零件的修改會(huì)自動(dòng)反映到裝配件中，采用此種裝配方法，具有以下特點(diǎn)： (1)裝配的內(nèi)存需求減少。 (2)因?yàn)椴恍枰庉嫽編缀误w，裝配的顯示被簡(jiǎn)化。 (3)如果組成裝配的零件有所改變，則裝配會(huì)自動(dòng)更新。 運(yùn)用Pro/E虛擬裝配技術(shù)進(jìn)行裝配建模，還可以及時(shí)檢查裝配模型是否存在設(shè)計(jì)尺寸干涉，為將來(lái)實(shí)際裝配的順利進(jìn)行提供可靠保證。因此所產(chǎn)生的裝配信息可以方便地繪制裝配圖，并能快速生成裝配分解圖，節(jié)省繪制裝配圖和零件圖的時(shí)間和成本。 2．裝配過(guò)程 在Pro/E軟件中，任何一個(gè).prt文件都既可以作

44、為裝配文件，也可以作為零件文件，通常將.prt文件稱(chēng)為部件[14]。當(dāng)新建零件文件時(shí)，接著要選擇下拉式菜單Application中的Modeling選項(xiàng)；新建裝配文件時(shí)，要選擇Application中的Assemblies選項(xiàng)。 (1)裝配建模的大概過(guò)程。選擇新建菜單中的組件選項(xiàng)，進(jìn)入裝配界面出現(xiàn)裝配工具條；點(diǎn)擊下拉菜單裝配命令圖標(biāo)，向新打開(kāi)的裝配文件中添加第一個(gè)已創(chuàng)建的零件模型(可以將這個(gè)添加的零件模型定位在圖形區(qū)域的原點(diǎn))；向裝配文件中添加第二個(gè)零件模型；點(diǎn)擊隱藏圖標(biāo)，在進(jìn)行裝配操作前，先按正確的裝配位置給第二個(gè)零件重新定位并隱藏不需要顯示的曲線(xiàn)、草圖、對(duì)稱(chēng)軸和坐標(biāo)系等；點(diǎn)擊約束圖標(biāo)，選

45、擇正確的裝配類(lèi)型進(jìn)行裝配。 (2)裝配導(dǎo)航工具。裝配導(dǎo)航工具Assembllies Navigation Tool(ANT)是將部件的裝配結(jié)構(gòu)用圖形表示，類(lèi)似于樹(shù)結(jié)構(gòu)。使用裝配導(dǎo)航工具能夠更清楚地表達(dá)裝配關(guān)系，它提供了一種裝配中選擇組件和操作組件的簡(jiǎn)單方法。例如：可以用裝配導(dǎo)航工具選擇組件、改變工作部件、改變顯示部件、隱藏與顯示組件和替換引用集等。 (3)根據(jù)模型分析，為了仿真過(guò)程方便，可以將一些零件組合成一個(gè)新的構(gòu)件。在本次建模中，為了在仿真分析中減少固定約束的數(shù)量，將模型組裝完畢后，再將其拆裝成幾部分，每一部分由一些相關(guān)零部件組成的一個(gè)新的部件，如圖3.1所示，這樣既能減少在仿真模型中

46、的約束數(shù)量，也能保證裝配坐標(biāo)的一直性。 3.1.2 建立裝配類(lèi)型的確定 Pro/E的裝配模式中有2種裝配形式，自頂向下式和自下向上式[15]。對(duì)于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、外形復(fù)雜的機(jī)械，內(nèi)部零部件的尺寸及外形很大程度上依賴(lài)于產(chǎn)品外形，可采用自頂向下式。在虛擬裝配的環(huán)境下，首先對(duì)整機(jī)外形進(jìn)行設(shè)計(jì)，確定外形后，將其中的“控制部件”輸出分發(fā)到與其相關(guān)的各個(gè)零部件中，再對(duì)零部件進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)。 對(duì)于從每個(gè)零部件的詳細(xì)設(shè)計(jì)開(kāi)始，最后進(jìn)行零部件裝配的設(shè)計(jì)過(guò)程，可采用自下向上式。零部件裝配時(shí)可采用貼合、對(duì)齊和定向3種方式約束相互配合的零件，即使某個(gè)零件作了修改，該約束關(guān)系也依然存在。這種裝配模式適用于傳動(dòng)機(jī)構(gòu)復(fù)雜、結(jié)

47、構(gòu)緊湊，形式變化多、零件之間容易發(fā)生干涉、對(duì)動(dòng)作可靠性和準(zhǔn)確性要求高的產(chǎn)品。 本設(shè)計(jì)將采用自底向上的設(shè)計(jì)方式，即先創(chuàng)建出單個(gè)零部件，然后將零部件裝配成組件。 3.2 裝配工藝制定 為提高產(chǎn)品性能，降低成本，設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，必須充分考慮其裝配的工藝性，要求裝配消耗的勞動(dòng)量較少，裝配周期短和裝配成本低等。因此必須制定合理的裝配工藝流程。 3.2.1 將裝配體分成若干個(gè)獨(dú)立裝配的單元 從裝配工藝角度來(lái)說(shuō)，一個(gè)產(chǎn)品是由若干個(gè)裝配單元組成的。一個(gè)裝配單元可劃分為5級(jí)，即零件、合件、組件、部件和產(chǎn)品，它們之間的關(guān)系如圖3.1所示。 零 件 圖3.1 裝配單元系統(tǒng)圖 針

48、對(duì)變速器操縱機(jī)構(gòu)的裝配，應(yīng)以變速器殼體為基礎(chǔ)件，裝配時(shí)，與部件裝配的同時(shí)，進(jìn)行一、二擋撥叉軸裝配、三、四擋撥叉軸裝配、倒、五擋撥叉軸裝配、撥叉架裝配等。這樣就實(shí)現(xiàn)了合件、組件和部件裝配的平行流水作業(yè)，擴(kuò)大裝配作業(yè)面積，縮短裝配生產(chǎn)周期和提高工作效率。由于在總裝之前，可以單獨(dú)進(jìn)行部件裝配，部件裝配后就可以進(jìn)行部件的試驗(yàn)和調(diào)整，為提高變速器操縱機(jī)構(gòu)的質(zhì)量和性能打下了良好的基礎(chǔ)。這樣也利于車(chē)間(企業(yè))之間的協(xié)作和產(chǎn)品配套，易于組織部件的專(zhuān)業(yè)化生產(chǎn)。 3.2.2 要有正確的裝配基準(zhǔn) 零件在裝配單元上的正確位置是靠零件的裝配基準(zhǔn)(基面)配合和接觸來(lái)實(shí)現(xiàn)[16]。因此為使零件能正確定位，應(yīng)該有正確的裝

49、配基準(zhǔn)，而且裝配時(shí)的零件定位也應(yīng)符合定位6點(diǎn)規(guī)則。一般情況下，不要出現(xiàn)過(guò)定位現(xiàn)象。 圖3.2和圖3.3是兩種變速器操縱桿。從裝配工藝來(lái)講，圖3.3結(jié)構(gòu)明顯優(yōu)于圖3.2結(jié)構(gòu)。圖3.2結(jié)構(gòu)裝配時(shí)需要兩個(gè)工序，且3個(gè)零件之間的配合要求高，裝配比較困難，而圖4結(jié)構(gòu)就可直接裝配。從工藝性方面講。圖3.3結(jié)構(gòu)的工藝性較好，根據(jù)現(xiàn)有設(shè)備，可在數(shù)控車(chē)上將球體加工出來(lái)，省去加工時(shí)圖3.2結(jié)構(gòu)的操縱桿與定位球、圓柱銷(xiāo)與定位球及操縱桿之間裝配所需的尺寸要求，圖3.3結(jié)構(gòu)熱處理工藝簡(jiǎn)單，不必考慮定位球的縮孔現(xiàn)象等，從成本上講，圖3.3結(jié)構(gòu)亦優(yōu)于圖3.2結(jié)構(gòu)。 1 操縱桿 2 3

50、1-定位球 2-操縱桿 3-圓柱銷(xiāo) 圖3.2 變速器操縱桿圖 圖3.3 改進(jìn)后的變速器操縱桿 圖3.4是變速器操縱機(jī)構(gòu)一二擋撥叉的裝配示意圖。撥叉軸裝到變速器殼體內(nèi)，裝上后蓋，其裝配基準(zhǔn)是前后蓋和變速器殼體的兩個(gè)軸承孔。通過(guò)前后蓋和殼體的軸孔限制了5個(gè)自由度，前后平移的自由度不必限制。這樣撥叉軸在變速器殼體內(nèi)的位置就正確定位了。 　 1-1、2擋撥叉軸 2-彈性銷(xiāo) 3-1、2擋撥叉 4-1、2擋換擋臂 圖3.4 一二擋撥叉的裝配示意圖 3.3 裝配順序生成 根據(jù)裝配基礎(chǔ)件的生成和裝配優(yōu)先關(guān)系的生成制定裝配順序如表3.1。 表3.1

51、 可行的裝配順序 1 一二檔撥叉軸→一二檔撥叉→彈性銷(xiāo)→一二檔換擋臂→彈性銷(xiāo) 2 三四檔撥叉軸→三四檔撥叉→彈性銷(xiāo)→三四檔換擋臂→彈性銷(xiāo) 3 倒五檔撥叉軸→五檔撥叉→彈性銷(xiāo)→倒五檔換擋臂→彈性銷(xiāo)→倒擋導(dǎo)向軸→倒擋控制叉 4 倒擋控制叉→倒檔撥叉→倒擋撥塊→螺栓 5 換擋選擇軸→擋圈→墊片→低速回位彈簧→墊片→擋圈→互鎖總成→擋圈→墊片→倒五檔回位彈簧→墊片→彈性銷(xiāo)→彈簧座→換擋凸輪回位彈簧→倒五檔換擋凸輪 6 換擋軸總成→襯套→換擋臂→換擋選擇軸臂 3.4 典型零件裝配過(guò)程綜述 3.4.1 裝配過(guò)程 變速器操縱機(jī)構(gòu)裝配方法是先進(jìn)行子組件的裝配，再完成總體裝配。

52、裝配約束主要為旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)的重合、面的匹配以及彈簧的撓性安裝。下面詳細(xì)介紹典型固定組件組件的裝配過(guò)程。 1．變速叉軸的裝配 變速叉及其軸的裝配主要使用了放置約束，在裝配中一般先進(jìn)行軸中心線(xiàn)對(duì)齊約束，再添加相應(yīng)端面的匹配重合或?qū)R約束。圖4.1為第一、二擋的變速撥叉及其軸組成的子裝配。其裝配過(guò)程具體如下： (1)新建一個(gè)組件文件，命名為“yierdangbochazhuangpei”（一二檔撥叉軸裝配（Pro/E不能使用中文文件名）），選擇裝配單位進(jìn)入裝配模式，如圖3.5所示。 圖3.5 新建組件 (2)裝配第一、二擋撥叉軸。單擊按鈕，將第一、二檔撥叉軸添加到組件單擊【放置】按鈕，約束

53、類(lèi)型選擇“缺省”，將零件固定，狀態(tài)為完全約束，鼠標(biāo)中鍵結(jié)束，如圖3.6所示。 (3)裝配第一、二擋撥叉。單擊按鈕，將第一、二擋撥叉添加到組件，在【放置】窗口中添加兩零件旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)對(duì)齊和兩個(gè)端面匹配重合的約束，如圖3.7，圖3.8所示。 (4)裝配止動(dòng)銷(xiāo)。單擊按鈕，添加止動(dòng)銷(xiāo)到組件，在【放置】窗口中添加止動(dòng)銷(xiāo)、變速撥叉兩個(gè)零件旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)對(duì)齊和兩端面匹配重合的約束。 圖3.6 約束對(duì)話(huà)框 圖3.7 約束對(duì)話(huà)框 圖3.8 撥叉裝配圖 2．自鎖彈簧與自鎖球的裝配 在PRO/ENGINEER裝配環(huán)境下，對(duì)于彈簧類(lèi)零件，可將零件撓性化定義，從而有效地解決彈簧安裝中的伸縮問(wèn)題。

54、(1)新建裝配文件命名為“zisuozhuangzhi”，單擊按鈕，然后將“自鎖彈簧” 添加到組件，再單擊【缺省】選擇約束類(lèi)型為“缺省”，將零件固定，放置狀態(tài)為完全約束。 (2)定義彈簧為撓性原件。單擊鼠標(biāo)右鍵點(diǎn)擊彈簧零件模型，選取【撓性化】命令。選取彈簧的軸向各段尺寸。在【可變項(xiàng)目】對(duì)話(huà)框中選擇【按值】方式，并輸入新值。 (3)設(shè)定后單擊【確定】，彈簧長(zhǎng)度發(fā)生變化。 (4)裝配自鎖球。單擊按鈕，添加自鎖球，在【放置】窗口中添加自鎖球與自鎖彈簧兩平面匹配，匹配距離按尺寸而定。再添加旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)對(duì)齊和約束，完成裝配。 類(lèi)似地分別裝配三、四擋撥叉和撥叉軸等。完成裝配后得到的部分子裝配

55、模型如圖3.9到圖3.15所示。 圖3.9 一、二擋變速撥叉裝配圖 圖3.10 三、四擋變速撥叉裝配圖 圖3.11 倒、五擋變速撥叉裝配圖 圖3.12 換擋選擇軸裝配圖 圖3.13 自鎖裝置 圖3.14 換擋機(jī)構(gòu)自鎖機(jī)構(gòu)總成 圖3.15 換擋機(jī)構(gòu)互鎖機(jī)構(gòu)總成 3.4.2 創(chuàng)建裝配動(dòng)畫(huà) 組件裝配完畢后，執(zhí)行【應(yīng)用程序/動(dòng)畫(huà)】命令，進(jìn)行操縱機(jī)構(gòu)虛擬裝配的下一階段的設(shè)定：裝配動(dòng)畫(huà)的創(chuàng)建。 (1)選擇菜單命令【動(dòng)畫(huà)/動(dòng)畫(huà)】或單擊按鈕，彈出【動(dòng)畫(huà)】對(duì)話(huà)框，輸入新名稱(chēng)“JSQ”，單擊【重命名】按鈕

56、，為動(dòng)畫(huà)增加新名稱(chēng)。 (2)定義主體。選取菜單命令【動(dòng)畫(huà)/主體定義】或單擊按鈕，彈出【主體】對(duì)話(huà)框，單擊【缺省主體】按鈕，再單擊【關(guān)閉】按鈕，退出【主體】對(duì)話(huà)框。 (3)拖動(dòng)模型并創(chuàng)建快照(按拆卸過(guò)程創(chuàng)建)。選取菜單【動(dòng)畫(huà)／快照】或單擊按鈕，彈出【拖動(dòng)】對(duì)話(huà)框，單擊左上角的按鈕，增加第1幅快照“Snapshotl”作為初始位置。然后單擊【高級(jí)拖動(dòng)選項(xiàng)】中的選項(xiàng)，單擊被鎖定主體中的其中一個(gè)零件，沿拆裝方向拖動(dòng)至適當(dāng)位置，單擊鼠標(biāo)中鍵，再單擊按鈕，為該位置創(chuàng)鍵一幅快照。同樣按照上述方法創(chuàng)建其它位置的快照。 (4)對(duì)快照排序(即關(guān)鍵幀排序)。選擇菜單命令【動(dòng)畫(huà)/關(guān)鍵幀序列】，彈出【關(guān)鍵幀序列】

57、對(duì)話(huà)框，單擊【新鍵】按鈕，彈出子窗口(或單擊圈按鈕)，【關(guān)鍵幀序列】欄中選取“Snapshotl”，在【時(shí)間】欄中輸入“0”，單擊按鈕，加入第1幀(“Snapshotl”的起始時(shí)間從“0”開(kāi)始)?！娟P(guān)鍵幀序列】圓欄中選“Snapshot2”，在【時(shí)間】欄中輸入“4”，單擊按鈕，加入第一幀(“Snapshot2”的起始時(shí)間從“4”開(kāi)始)。依次加入每幀，直到所有幀全部加入為止，單擊對(duì)話(huà)框下方的【反轉(zhuǎn)】按鈕，把拆卸步驟改為組裝步驟，再單擊對(duì)話(huà)框下方的【再生】按鈕，生成有序連貫的關(guān)鍵幀。 (5)播放動(dòng)畫(huà)。選取菜單命令【動(dòng)畫(huà)/啟動(dòng)】或單擊●按鈕，開(kāi)始播放動(dòng)畫(huà)。 (6)回放結(jié)果。選取菜單命令【動(dòng)畫(huà)/回

58、放】或單擊按鈕，動(dòng)畫(huà)對(duì)話(huà)框。還可以將整個(gè)動(dòng)畫(huà)文件結(jié)果保存為Pbk文件。在回放對(duì)話(huà)框中，單擊【捕捉】可以將運(yùn)動(dòng)動(dòng)畫(huà)輸出成MPEG、JPG等格式影像文件 3.5 干涉檢查 在Pro/E中進(jìn)行產(chǎn)品裝配關(guān)系的干涉檢驗(yàn)非常簡(jiǎn)單，只需在產(chǎn)品裝配模式下點(diǎn)擊菜單中的【分析/模型分析】如圖3.16所示，選擇全局干涉選項(xiàng)，點(diǎn)擊【計(jì)算】按鈕，開(kāi)始干涉分析，分析結(jié)果為此操縱機(jī)構(gòu)無(wú)干涉如圖3.17所示。 圖3.16 干涉檢查對(duì)話(huà)框 圖3.17 干涉檢查結(jié)果對(duì)話(huà)框 3.6 本章小結(jié) 本章在Pro/E虛擬裝配平臺(tái)的基礎(chǔ)上，討論了裝配模型的建立、裝配工藝的制定和裝配序列的生成。詳細(xì)介紹了典型組件的裝配方法

59、，并進(jìn)行了干涉檢查，以及裝配完成后裝配動(dòng)畫(huà)的制作。 結(jié) 論 裝配工藝規(guī)劃對(duì)產(chǎn)品的制造成本有很大影響，較少的裝配方向和裝夾工具等將明顯地縮短裝配時(shí)間和降低裝配成本。計(jì)算機(jī)輔助裝配工藝規(guī)劃是面向虛擬裝配設(shè)計(jì)過(guò)程的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其任務(wù)就是對(duì)裝配過(guò)程進(jìn)行描述，以保證裝配的質(zhì)量和效率[20]。它主要研究裝配順序、路徑、方法、手段及工具的描述問(wèn)題，其中裝配順序的確定是裝配工藝規(guī)劃的核心。裝配順序是描述產(chǎn)品裝配過(guò)程的一個(gè)重要信息，虛擬裝配流程對(duì)于實(shí)現(xiàn)裝配順序優(yōu)化和縮短裝配順序規(guī)劃時(shí)間具有重要意義

60、。 因此本設(shè)計(jì)以變速器操縱機(jī)構(gòu)為研究對(duì)象，運(yùn)用Pro/E三維軟件對(duì)其零部件進(jìn)行三維實(shí)體建模并模擬裝配，對(duì)裝配順序進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，并結(jié)合實(shí)例進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)仿真分析。但由于時(shí)間和篇幅限制，本設(shè)計(jì)僅進(jìn)行了初步的研究和探索，以后有待于進(jìn)一步研究。 1．本設(shè)計(jì)主要完成的研究工作與結(jié)論 (1)對(duì)變速器操縱機(jī)構(gòu)進(jìn)行三維實(shí)體建模； (2)在零部件實(shí)體建模的基礎(chǔ)上，針對(duì)裝配順序的優(yōu)化選擇，建立了裝配順序體系，從而建立起該裝配體的實(shí)體模型； (3)分析了裝配模型的建立，包括裝配模型的表達(dá)方法、信息組成以及數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，在此基礎(chǔ)上，詳細(xì)論述了裝配動(dòng)畫(huà)的制作過(guò)程，為工程技術(shù)人員分析打下基礎(chǔ)； (4)基于虛擬現(xiàn)實(shí)

61、技術(shù)的裝配，對(duì)汽車(chē)變速器操縱機(jī)構(gòu)動(dòng)態(tài)裝配過(guò)程中的干涉進(jìn)行檢查； (5)對(duì)變速器操縱機(jī)構(gòu)進(jìn)行了仿真分析，完成了變速叉軸的受力分析； 2．后續(xù)的研究工作可望在以下幾個(gè)方面展開(kāi) (1)對(duì)變速器操縱機(jī)構(gòu)的裝配工藝流程進(jìn)行具體分析包括裝配工位的安排與調(diào)整、裝配夾具的利用、裝配工具(如扳手、螺絲刀等)的介入、操作和退出等。 (2)在動(dòng)態(tài)分析中，對(duì)變速叉軸的彎矩曲線(xiàn)只是提出了淺顯的看法與分析，分析是否合乎曲線(xiàn)變化的真實(shí)原因，還有待于進(jìn)一步的研究。 (3)如果在將來(lái)有機(jī)會(huì)進(jìn)行與變速器相關(guān)的運(yùn)動(dòng)仿真與分析研究，我會(huì)在完成操縱機(jī)構(gòu)進(jìn)行進(jìn)一步分析的基礎(chǔ)上，對(duì)整個(gè)變速器做動(dòng)態(tài)仿真，測(cè)量變速器中各齒輪

62、、各軸、軸承、變速叉等零件的承受的載荷，分析結(jié)果并對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化。 考參文獻(xiàn) [1]周爾民.基于Pro/ENGINEER的汽車(chē)變速器虛擬裝配仿真技術(shù)[J].汽車(chē)工程,2007.06 [2]馮櫻.基于Pro/E的汽車(chē)變速器裝配及運(yùn)動(dòng)仿真的動(dòng)畫(huà)實(shí)現(xiàn)[J].機(jī)械工程師,2007.03 [3]王斌,蔣孝軍.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)虛擬裝配的構(gòu)建[J].信息技術(shù)與信息化,2005.04 [4]鄭鐵,寧汝新,劉檢華,王莉娟.面向虛擬裝配的計(jì)算機(jī)輔助裝配工藝規(guī)劃系統(tǒng)體系研究[J].北京理工大學(xué)學(xué)報(bào),2005.05 [5]徐灝.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].機(jī)械工業(yè)出版社,2002.08 [6]王寶

63、璽.汽車(chē)拖拉機(jī)制造工藝學(xué)[M] 機(jī)械工業(yè)出版社,2002.10 [7]成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].化學(xué)工業(yè)出版社,2002.11 [8]張德永. Pro/ENGINEER數(shù)控加工(基礎(chǔ)篇) [M].清華大學(xué)出版社,2005.10 [9]李云,楊豐.虛擬裝配技術(shù)的研究和發(fā)展[J].科技資訊,2008.05 [10]岳陸游,胡天策,儲(chǔ)亞峰.基于Pro/E三維夾具設(shè)計(jì)研究[J].機(jī)械工程師,2006.03 [11]田文明.變速器操縱機(jī)構(gòu)過(guò)程策劃[J].現(xiàn)代零部件.2007.05 [12]王霄,劉會(huì)霞.典型機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].化學(xué)工業(yè)出版社,2006.12 [13]薛源順.機(jī)床夾具設(shè)

64、計(jì)[M].機(jī)械工業(yè)出版社,2000.11 [14]王寧,王興權(quán),魏曉波,張國(guó)宏,周立楠.基于ProE減速器的虛擬裝配及運(yùn)動(dòng)仿真[J]. 新技術(shù)新工藝.2008.03 [15]盧小平.面向虛擬裝配的裝配順序規(guī)劃研究[J].系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào),2003.l 5 [16]吳修義.汽車(chē)機(jī)械變速器結(jié)構(gòu)的裝配工藝性[J].通用機(jī)械,2007.04 [17]楊曉輝,王耀鋒.淺析變速器結(jié)構(gòu)的裝配工藝性[J].重型汽車(chē),2005.05 [18]姚永玉,李凌.基于虛擬裝配技術(shù)的連桿機(jī)械手運(yùn)動(dòng)干涉研究[J].裝備制造技術(shù),2009.3 [19] Jayaram S, et al. A Virtual Asse

65、mbly Design Environment[J].Proceedings of IEEE VirtualReality, Houston, TX,1999,19 : 172 - 179. [20] Gomes de Sa A, Zachmann G. VirtualReality as a Tool forVerification of Assembly and Maintenance[J]. Computers and Graphics,1999,23 : 389 - 403. 致 謝 本設(shè)計(jì)是在導(dǎo)師張德生副教授的悉心指導(dǎo)和熱情關(guān)懷下完成的。從設(shè)計(jì)的選

66、題到研究，從資料的收集到構(gòu)思，從思路的形成到設(shè)計(jì)，一步一步的進(jìn)展，一點(diǎn)一滴的收獲都傾注著導(dǎo)師的大量心血。導(dǎo)師淵博的知識(shí)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度和精益求精的工作作風(fēng)給我留下了深刻的印象，將成為我人生中的一筆寶貴財(cái)富。在此，對(duì)導(dǎo)師張老師的辛勤培養(yǎng)致以崇高的敬意和衷心的感謝。 在整個(gè)設(shè)計(jì)的研究分析過(guò)程中，得到了多位老師的熱心指導(dǎo)，在此對(duì)汽車(chē)服務(wù)教研室的各位老師；Pro/E專(zhuān)業(yè)老師王強(qiáng)老師；汽車(chē)底盤(pán)實(shí)驗(yàn)室王英璞老師；以及豐田實(shí)驗(yàn)室中心的各位老師表示深深的感謝。 四年的學(xué)習(xí)生活中，得到了學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)、老師的關(guān)心和同學(xué)們的幫助，這里一并表示感謝。最后感謝我的家人和學(xué)校領(lǐng)導(dǎo)的關(guān)愛(ài)與支持！感謝所有關(guān)心和幫助過(guò)我的師長(zhǎng)、同學(xué)和朋友們。 33