基于proe的微型车变速器操纵机构及模拟装配的设计毕业设计(编辑修改稿)

基于proe的微型车变速器操纵机构及模拟装配的设计毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

过程中的碰撞检测，这种表示方法容易实现异地异构环境下的产品信息共享。 从集成制造系统来考虑，虚拟装配只是虚拟产品设计的技术之一。 在分布式虚拟装配环境中， 采用三维软件对产品进行建模，再提取所需要的模型数据。 虚拟装配 关键环节 虚拟装配关键环节 包括 装配序列和路径规划 [8]。 装配序列规划是虚拟装配过程中的重要环节 ， 主要 是 研究 出 装配序列的生成和可行性分析，其目的就是找出一条合适的满足条件的装配序列，由此序列可逐步把零件装配成产品 ， 为下一步实现产品装配过程仿真提供基础。 装配路径规划在建模和序列规划的基础上 ，进行装配路径分析，确定一条没有干涉的有效装配路径。 建立虚拟装配序列和路径一是要建立合适的装配结构树，二是通过零件的装配信息生成装配序列，在零部件拆 ／ 装过程中，还要通过干涉检查来检验零件在空间位置是否发生冲突，验证产品的可装配性。 虚拟装配的发展 面向 虚拟装配技术的研究目前分为两个阶段：一是采用装配过程可视化手段并运用 干涉检查工具，直观地展示产品装配过程中零部件的运动形态和空间位置关系，并提供装配序列的性能及其优化结果。 二是基于虚拟现实技术构造虚拟的产品装配环境，操作人员 通过计算机构建的虚拟环境 来 分 析 产品的装配顺序和效果。 华盛顿州立大学与美国国家标准技术研究所 NIST合作开发的虚拟装配设计环境 VADE，通过生成一个用于装配规划和评价的虚拟环境，在虚拟环境中利用工程师的装配设计意图实现产品的装配顺序规划 [9]。 清华大学结合 863/CIMS WPD项目攻关及应用需求，在 三维 软件Pro/Engineer的基 础上，开发虚拟装配支持系统 VASS，该系统能够基于三维实体模型 5 在计算机上实施产品及其部件的数字化预装配，实现装配工艺规划，验证产品可装配性，并生成能够指导实际装配作业的装配工艺规程和卡片。 浙江大学 CAD＆ CG国家重点实验室开发了完全沉浸式虚拟装配原型系统 IVAS，提出通过“用户引导的拆卸”进行拆卸过程仿真，得到零部件的拆卸顺序和拆卸路径，从而确定产品的装配序列，通过实时碰撞检测机制自动保证拆卸过程的有效性。 从目前的现状和 发展趋势来看，国内外虚拟装配的研究和实现主要集中在以下几个方面： 1． 装配信息的获取、表达和处理 获取零件模型及其装配关系信息，在计算机内有效地表达装配体内在和外在的关系，在虚拟环境中充分利用信息存储结构表达和处理装配信息，对最终生成整个装配过程有着重要的意义。 2． 虚拟装配中信息传输和信息 集成 虚拟装配关键在于希望能够处理异构的 虚拟 环境，直接实现装配过程的动态仿真。 装配体作为产品功能的最终体现，其设计和分析要求设计者，制造商等人员的协同参与，需要有相应的工具和环境支持这种协同工作，协同装配设计正成为新的研究热点。 本 设计 主要 研究 内容及意义 本设计主要内容 汽车零部件的制造过程开发是新产品开发的重要环节之一，它将直接影响到一个产品质量的好坏和开发周期的长短，所以一个高质量的制造过程是产品质量好坏的首要前提。 变速器操纵机构是汽车的关键零部件，主要完成 2挡， 4挡， 5挡和 倒挡以及相关感应部件的功能。 本设计以某微型车变速器操纵机构为研究对象，基于虚拟现实技术原理对其 进行 三维 建模 并 虚拟装配过程 ,从而实现汽车变速器操纵机构的动态装配。 零部件三维实体建模、模拟装配和运动仿真均通过 PTC公司 Pro/ENGINEER软件实现。 本设计的主要内容包括以下部分： (1)运 用三维软件 Pro/E建立 变速器操纵机构 零部件的三维几何模型和装配模型。 (2)制定出该操纵机构最优的装配序列。 (3)基于虚拟现实技术 , 对 变速器操纵机构进行 动态装配过程中的干涉进行检查。 本设计研究意义 随着全 球市场的激烈竞争，加快产品开发速度已成为竞争的重要手段之一，快速将多样化的产品推向市场是制造商把握先机而求生存的重要保障，而传统装配 需要反复修改， 多次进行试装配，周期长，成本高，不能适应当前敏捷制造的需要。 在虚拟装配中，由于没有制造真实的产品，大大减少开发成本，并且在虚拟装配时可以尽可能地解决大部分装配问题，这就使新产品开发的周期大为缩短，使企业尽早占领市 场。 6 本设计则是基于 Pro/E三维软件，以虚拟现实技术为基础进行实体建模及装配从而达到对变速器操纵机构的装配工艺进一步深入 了解； 这样可以从本质上提高制造效率 ，节省劳动力，节约生产资源 ；加快了解汽车企业生产工艺设计、制造及应用的过程。 7 第 2 章 变速器操纵机构零件三维建模 三维建模技术 三维建模技术作为虚拟 现实 技术的重要基础，经历了一个长时间的发展阶段。 计算机绘图起源于 20世纪 50年代 [10]。 20世纪 70年代及 80年代初是计算机绘图的 迅猛 发展时期 [7]。 计算机设计与制造技术的发展，使计算机的运算速度和集成化速度大大提高，成本大副下降，从而微型机得到普及，围绕微型机开发的绘图软 件和计算机辅助设计软件层出不穷。 伴随着计算机图形学的发展，在机械设计领域，设计工具经历了从图板到二维设计软件，再到三维建模软件的变革。 如果认为从图板到二维设计软件的迁移，方便了设计人员对图样信息的产生、加工、存储和传递，只是形式的改变，本质上并没有多大的进展；那么，三维造型软件的出现在设计领域中迈出了革命性的一步。 三维建模 彻底改变了传统的设计理念 — 从设计人员依靠想象力绘制各种视图，到直接绘制三维模型，再由计算机自动生成详细的视图。 这使设计人员从想象各种视图的困境中解放出来。 对于复杂的模型，更可避免传统设计 方式难以避免的错误。 而且，相对于平面模型而言，实体模型不仅可以提供集合拓扑信息 还可以包含模型的材料、质量、质心位置和转动惯量等物理信息。 实体模型有以下诸多优点： (1)实体模型可以通过投影变换转换为二维图形，稍作修改即可输出为工程图 纸。 (2)实体模型可以直接输出到数控机床或快速成型系统。 (3)实体模型包含大量的物理信息，可以作为有限元分析或动力学分析的起点。 (4)采用实体模型可以直观地模拟系统的运动，便于发现构件的干涉。 目前，比较常用的三维设计软件如： Solid Edge, Solid Works, UG 和 Pro/E等都具有相当完善的实体建模技术。 根据客观条件和 Pro/E软件的特点，本课题选择 Pro/E软件进行微型车车变速器操纵机构的实体建模。 建模软件介绍 Pro/E全称为 Pro/Engineer， 是目前国内应用最为广泛的大型 CAD/CAE/CAM集成三维参数化软件，功能强大，内容丰富，涵盖了设计、分析、加工、管理等各个领域。 在目前三维造型软件领域中占有着重要地位，并作为当今世界机 CAD/CAE/CAM领域的新标准而得到业界的认可和推广，是现今最成功的 CAD/CAM软件之一 [11]。 Pro/E运用 参数化设计 理论 ，并且采用了单一数据库来解决特征的相关性问题。 Pro/E的基于特征方式，能够将设计至生产全过程集成到一起，实现并行工程设 8 计。 它不但可以应用于工作站，而且也可以应用到单机上。 Pro/E 采用了模块方式，可以分别进行草图绘制、零件制作、装配设计、钣金设计、加工处理等，保证用户可以按照自己的需要进行选择使用。 Pro/Engineer基本特征如下： 1． 参数化设计和特征功能 Pro/Engineer 是采用参数化设计的、基于特征的实体模型化系统，工程设计人员采用具有智能特性的基于特征 的功能去生成模型，如腔、壳、倒角及圆角，可以随意勾画草图，轻易改变模型。 这一功能特性给工程设计者提供了在设计上从未有过的简易和灵活。 2． 单一数据库 Pro/Engineer 是建立在统一基层上的数据库上，不象一些传统的 CAD/CAM系统建立在多个数据库上。 所谓单一数据库，就是工程中的资料全部来自一个库，使得每一个独立用户在为一件产品造型而工作，在整个设计过程的任何一处发生改动，亦可以前后反应在整个设计过程的相关环节上 [12]。 这种独特的数据结构与工程设计的完整的结合，使得一件产品的设计结合起来。 这一优点 ，使得设计更优化，成品质量更高，产品能更好地推向市场。 Pro/Engineer 功能如下： (1)特征驱动 (例如：凸台、槽、倒角、腔、壳等 )。 (2)参数化 (参数 =尺寸、图样中的特征、载荷、边界条件等 )。 (3)通过零件的特征值之间，载荷 /边界条件与特征参数之间 (如表面积等 )的关系来进行设计。 (4)支持大型、复杂组合件的设计 (规则排列的系列组件，交替排列，各种能用零件设计的程序化方法等 )。 (3)贯穿所有应用的完全相关性 (任何一个地方的变动都将引起与之有关的每个地方变动 )。 其它辅助模块将进一 步提高扩展 Pro/ENGINEER的基本功能。 建模过程综述 对于一个复杂机构，其建模的方法一般是先创建多个零件，然后将这些零件装配在一起。 Pro/ENGINEER 基于特征的零件建模过程就是模仿零件的加工过程，即各特征的建立顺序应尽可能与零件的加工顺序一致。 一般零件建模的方法就采用以上介绍的建模方法，建模过程如下： (1)根据零部件的结构特点，先建立一个基本体素或扫描特征作为零件的毛坯； (2)再参照零件的粗加工过程逐步创建零件的孔、键槽、型腔、凸台、凸垫及用户定义等特征； 9 (3)最后参照零件的精 加工过程创建倒圆、倒角、螺纹、修剪和阵列等特征。 由于圆柱、块和锥等基本体素属非关联性特征，它们不与已建立的几何对象关联。 因此，为了保证模型的可修改性，在一个零件模型中创建的基本体素不要超过 1个，而且基本体素一般被作为第一个特征。 下面具体以“一二挡零件总成”来详细说明建模过程。 一二挡换挡总成的建模 1． 一二挡 换 挡 轴建模 (1)运行 Pro/E。 单击新建“文件”工具栏中的新建工具，弹出“新建”对话框，如图。 (2)点选“类型”选项中的“零件”单选按钮，点选子类型选项中的“实体”按钮，并在名 称文本框中输入新建文件的名称，取消勾选“使用默认模板”复选框，单击确定弹出新建文件选项的对话框。 (3)选择“ mmns_part_solid”模板，确定单位为毫米 /牛顿 /秒，单击确定完成如图。 图 新建窗口 图 选择单位类型 (4)创建草绘图形。 选择 TOP面为基准平面， Right为基准平面，单击确定进入草绘截面如图。 (5)根据二维图纸绘制出换挡轴的草绘图，绘图时要选取相应的旋转轴线，以旋转出三维模型，如图。 10 图 “草绘属性”窗口 图 “草绘”窗口 (6)绘出草图后单击右下角 图标，完成三维建模， 进行倒圆角处理得到实体模型， 如图。 图 一二挡拨叉轴 11 2． 一二挡换挡 拨叉 建模 (1)创建新文件与前面介绍拨叉轴建模类似，只是将名称命名为“一二挡拨叉”。 (2)利用拉伸工具绘制出拨叉外轮廓 ，如图。 图 绘制 一二挡拨叉 外轮廓 (3)利用拉伸去除材料，作出拨叉轴孔 ， 如图。 图 绘制 一二挡拨叉 轴孔 (4)修剪实体初步得到拨叉外形，并修剪倒角得到 拨叉 实体 ，如 图。 12 图 绘制 一二挡拨叉 实体 3． 一二挡换挡臂建模 (1)创建新文件与前面介绍 两个实体 建模类似，将名称命名为“一二挡 换挡臂 ”。 (2)利用拉伸工具得到换挡臂粗外轮廓， 如图 ，图。 (4)修剪实体初步得到换挡臂外形，并修剪倒角得到 换挡臂实体，如 图。 图 一二挡换挡臂粗轮廓 图 一二挡换挡臂粗轮廓 图 一二挡换挡臂 13 其他零件 建模 1． 弹簧的建模 (1)单击新建按 钮，在“新建”对话框中输入文件名“ tanhuang”。 按照上述零件建模方法，创建变速器操纵机构模型的零件，包括： 然后单击确定。 (2)在主菜单中依次单击“插入”“螺旋扫描”“伸出项”按钮，弹出对话框 ， 如图。 图 菜单管理器 (3)根据管理器选项依次选取“常数”“穿过轴”“右手定则”“完成”命令，选取“ Front”面为草绘平面，系统弹出“方向”选择正向，单击缺省设置进入草绘环境。 (4)绘制草绘线，单击确定输入节距，得到草绘轨迹。 (5)绘制截面，如图。 图 弹簧丝截面 14 (6)扫描实体，完成建模，效果如图。 图 弹簧 2． 壳体的建模 15 图 倒、五 挡 变速拨叉 装配图 图 换挡选择轴 装配图 图 自锁装置 16 图 换挡机构 自锁机构总成 图 换挡 机构互锁机构总成 创建装配动画 组 件装配完毕后，。