【正文】 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。其開(kāi)發(fā)以 Interne／ Intra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 。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。并給出評(píng)價(jià)和分析結(jié)果。 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。 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。虛擬裝配是VPD的重要組成部分 [7。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。裝配路徑規(guī)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。華盛頓州立大學(xué)與美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究所 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]。 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。 本設(shè)計(jì)以某微型車變速器操縱機(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)汽車變速器操縱機(jī)構(gòu)的動(dòng)態(tài)裝配 。 (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 。 7 第 2 章 變速器操縱機(jī)構(gòu)零件三維建模 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。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。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。 (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) 。 建模軟件介紹 Pro/E全稱為 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。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。 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)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。 Pro/Engineer 功能如下： (1)特征驅(qū)動(dòng) (例如：凸臺(tái)、槽、倒角、腔、殼等 )。 (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) )。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)、凸墊及用戶定義等特征； 9 (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。 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。 圖 新建窗口 圖 選擇單位類型 (4)創(chuàng)建草繪圖形。 圖 一二擋撥叉軸 11 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似，只是將名稱命名為“一二擋撥叉”。 12 圖 繪制 一二擋撥叉 實(shí)體 3． 一二擋換擋臂建模 (1)創(chuàng)建新文件與前面介紹 兩個(gè)實(shí)體 建模類似，將名稱命名為“一二擋 換擋臂 ”。 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。 (5)繪制截面，如圖 。 (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。 (6)利用拉伸工具拉伸出實(shí)體，拉伸圓去除材料 （ φ ， D=1） ，進(jìn)行 局部倒圓角修整。 圖 換擋軸導(dǎo)向殼體 15 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 、 換擋撥塊 、殼體 等，部分 零件三維視 圖 如圖 。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]。 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。 (1)裝配建模的大概過(guò)程 。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。 建立裝配類型 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]。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。因此必須制定合理的裝配工藝流程 。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。因此為使零件能正確定位，應(yīng)該有正確的裝配基準(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。圖 ，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。 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。 表 可行的裝配順序 1 一二檔撥叉軸 → 一二檔撥叉 → 彈性銷 → 一二檔換擋臂 → 彈性銷 2 三四檔撥叉軸 → 三四 檔撥叉 → 彈性銷 → 三四檔換擋臂 → 彈性銷 3 倒五檔撥叉軸 → 五檔撥叉 → 彈性銷 → 倒五檔換擋臂 → 彈性銷 → 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 → 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 典型零件裝配過(guò)程 綜 述 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。圖 、二擋的變速撥叉及其軸組成的子裝配。 (3)裝配第一、二擋撥叉。 22 圖 約束對(duì)話框 圖 約束對(duì)話框 圖 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。選取彈簧的軸向 各段尺寸。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。 圖 一、二 擋 變速撥叉 裝配圖 圖 三、四 擋 變速撥叉 裝配圖 24 圖 倒、 五 擋 變速撥叉 裝配圖 圖 換擋選擇軸 裝配圖 圖 自鎖裝置 25 圖 換擋機(jī)構(gòu) 自鎖機(jī)構(gòu)總成 圖 換擋 機(jī)構(gòu)互鎖機(jī)構(gòu)總成 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。 (3)拖動(dòng)模型并創(chuàng)建快照 (按拆卸過(guò)程創(chuàng)建 )。 (4)對(duì)快照排序 (即關(guān)鍵幀排序 )。 (5)播放動(dòng)畫(huà)。還可以將整個(gè)動(dòng)畫(huà)文件結(jié)果保存為 Pbk文件。 28 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。 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。 (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、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。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。 。 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。從設(shè)計(jì)的選題到研究，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。 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)技術(shù)的裝配，對(duì)汽車變速器操縱機(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。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。 圖 干涉檢查對(duì)話框 圖 干涉檢查結(jié)果對(duì)話框 27 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。 (6)回放結(jié)果。【關(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 )。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。 (2)定義主體。 類似地分別裝配三、四擋撥叉和撥叉軸等。 (3)設(shè)定后單擊【確定】，彈簧長(zhǎng)度發(fā)生變化。 (2)定義彈簧為撓性原件。 (4)裝配止動(dòng)銷。 圖