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基于ProE的微型车变速器操纵机构及模拟装配的设计【带Proe三维+动画】【9张CAD图纸】【优秀】

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关键词：: 基于 proe 微型车变速器操纵机构模拟装配设计三维动画 cad图纸

资源描述：

基于ProE的微型车变速器操纵机构及模拟装配的设计

35页 15000字数+说明书+任务书+开题报告+Proe建模及装配动画+9张CAD图纸【详情如下】

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一二档拨叉.dwg

三四档拨叉.dwg

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五倒挡换挡凸轮.dwg

五倒挡换挡臂.dwg

五档拨叉.dwg

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变速器操纵机构总装配图.dwg

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倒挡拨叉.jpg

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倒五挡装配.jpg

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一二挡装配.jpg

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自锁装配.jpg

总成装配.jpg

摘要I

ABSTRACTII

第1章绪论1

1.1 引言1

1.2 设计研究背景1

1.3 虚拟现实技术概述2

1.3.1 虚拟现实技术概念2

1.3.2 虚拟装配技术2

1.4 虚拟装配技术关键技术4

1.4.1 虚拟环境的建模及数据传递机制4

1.4.2 虚拟装配关键环节4

1.5 虚拟装配的发展4

1.6 本设计主要研究内容及意义5

1.6.1 本设计主要内容5

1.6.2 本设计研究意义5

第2章变速器操纵机构零件三维建模7

2.1 三维建模技术7

2.2 建模软件介绍7

2.3 建模过程综述8

2.3.1 一二挡换挡总成的建模9

2.3.2其他零件建模13

2.4 本章小结16

第3章变速器操纵机构虚拟装配17

3.1 建立装配体概述17

3.1.1 Pro/E建立装配体概述17

3.1.2 建立装配类型的确定18

3.2 装配工艺制定18

3.2.2 要有正确的装配基准19

3.3 装配顺序生成20

3.4 典型零件装配过程综述20

3.4.1 装配过程20

3.4.2 创建装配动画25

3.5 干涉检查26

3.6 本章小结27

结论28

考参文献29

摘要

　　　微型汽车在我国有很大市场，从0.9L到1.6L，价格适合我国国情，适合正在发展的中国的现况。变速器作为传动系统的重要部件之一, 其操纵机构更是车辆操纵中最频繁的装置，因此变速器操纵机构的装配质量和效率直接关系到变速器本身乃至整车性能发挥和制造质量的好坏。针对这一问题，虚拟样机技术的成功应用不仅可以提高装配精度，而且可以缩短产品设计周期，对于工程实际具有重要的应用价值。本设计通过运用Pro/E软件，在Pro/ENGINEER参数化建模的基础上，对变速器操纵机构各零部件进行实体建模，虚拟其装配过程，并实现汽车变速器操纵机构的动态仿真。从而对变速器操纵机构的装配进一步了解；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设计、制造及应用的过程。　　

关键词：变速器操纵机构；建模：仿真；装配；设计

1.1 引言

　　　随着科学技术和经济全球化的高速飞猛发展，对21世纪的制造环境提出了更高、更精确的要求：提高设计生产效率、缩短产品生命周期，成为主要的竞争因素；用户需求的多样化，使得多品种小批量生产比例增大[1]。企业若想提高自身竞争力，必须从缩短新产品的研制和开发周期，降低产品的开发成本，提高产品的设计质量，加速产品的创新设计等方面入手，这样才能满足市场不断变化的需求。虚拟现实技术（Virtual Reality Technology）就是在这种大市场大竞争的迫切形势下产生的。它综合了多种先进方法和技术，并在缩短产品的研发周期、降低成本、提高企业效率等方面的推动作用明显而快速发展。

随着虚拟现实技术在企业的实施推广发展和应用，对产品装配设计提出了更高的要求：在协同的产品开发环境中，在产品设计阶段就要求有关的工艺人员加入进来，对产品有关制造与装配工艺可行性、最优性进行分析，协助产品设计工作，装配设计作为产品开发的重要环节，除了需要先进的技术工具支持及其它环节集成之外，还需要考虑按照并行工程的思想来规划装配设计的全过程，并协调与其他环节的关系。装配环节面对的是最终产品，装配技术直接影响着最终产品的性能。

1.2 设计研究背景

　　　我国从20世纪80年代初引进微型车，目前已经形成了年产54.6万辆能力的微型车行业，基本上具备了迎接国际挑战的能力[2]。微型车已经稳稳地成为中国汽车市场中的主力车型。变速器是汽车结构中的重要部分，而变速器操纵机构性能的好坏将直接影响到汽车产品的质量。根据汽车使用条件的需要，驾驶员利用变速器的操纵机构完成选挡和实现换挡或退到空挡的工作。

变速器操纵机构应当满足如下主要要求：换挡时只能挂入一个挡位，换挡后应使齿轮在全齿长上啮合，防止自动脱挡或自动挂挡，防止误挂倒挡，换挡轻便。

用于机械式变速器的操纵机构，常见的是由变速杆、拨块、拨叉、变速叉轴及互锁、自锁和倒挡锁装置等主要件组成，并依靠驾驶员手力完成选挡、换挡或退到空挡工作，称为手动换挡变速器。　　　各种校核和优化，快速接近理想的设计目标；在产品功能分析阶段，测试工程师可以通过对虚拟样机施加载荷，设置不同的工况参数对产品运动仿真，从而进行全方位的功能检验，以检测新产品的主要功能。因而，用虚拟现实技术开发产品可使开发周期缩短，设计质量和效率得到提高同传统的基于物理样机的产品开发过程相比，虚拟样机的优势主要体在[4]：

(1)有利于对设计进行优化，虚拟样机易于修改，可以利用虚拟样机对各种设计方案进行综合比较，并选出最优设计。 (2)成本更低，速度更快，节省了制造实际产品模型的昂贵费用。并且在计算机上建立虚拟模型的时间远远小于物理样机的制作时间(3)可以有效支持并行设计，可以方便地实现上下游并行设计和多专家协同设计。

1.3 虚拟现实技术概述

1.3.1 虚拟现实技术概念

　　　虚拟现实(VR，Virtual Assembly)是以利用先进计算机辅助设计技术建立起来的主模型为中心，将其扩展衍生到产品生命周期的不同阶段，建立与现实相一致的数字化仿真模型，并对该模型进行评估和测试，通过对不同候选模型的筛选、更改和优化将设计思路转化为正确的数字原型。虚拟现实技术涉及到诸如先进三维建模技术、虚拟装配技术、计算机辅助工程技术和计算可视化多个领域[5]。其开发以Interne／Intranet构成的计算机网络为平台，通过信息共享和数据分权开放的格局，以并行协同的方式使各设计小组共同完成新产品的从概念设计、初步设计、详细设计、装配检验、性能评估、制造性加工仿真一直到物理样机试制等工作。

1.3.2 虚拟装配技术

　　　将虚拟现实技术集成到零件装配过程中，就形成了虚拟装配技术。它是虚拟制造的关键技术。基于虚拟现实技术的虚拟装配技术，是在—个统一模型之下，对设计和制造等过程进行集成，它将与产品制造相关的各种过程与技术集成在三维的、动态的仿真真实过程的实体数字模型之上。其目的是在产品设计阶段，借助建模与仿真技术及时、并行地模拟出产品未来制造及装配过程，乃至产品全生命周期的各种活动，对产品设计的影响，预测、检测、评价产品性能和产品的可制造性等等。从而更加有效、经济、柔性地组织生产，增强决策与控制水平，有力地降低由于前期设计给后期制造带来的回溯更改。达到产品的开发周期和成本最小化，产品设计质量的最优化，生产效率的最大化。

　　虚拟装配技术可以使得装配人员在计算机创建的虚拟环境中对虚拟模型进行产品装配，在设计阶段初期就检验产品结构设计是否合理、是否方便装配和维修，从而验证和改进产品的可装配性[6]。并给出评价和分析结果。虚拟装配以装配工艺为核心，以装配仿真、干涉碰撞检查、装配规划的形成与可装配性评价等单元技术模块为支撑，以三维建模软件和数据库为基础，涉及到虚拟现实技术、计算机图形学和仿真技术等多学科领域。虚拟装配技术以其能缩短产品生产周期，降低成本，提高产品质量的优势，成为国内外制造业实施CIMS研究和应用的热点。虚拟装配技术被视为目前唯一可对企业经营环境进行有效控制和大幅度改善的技术。　　　装配工艺规划对产品的制造成本有很大影响，较少的装配方向和装夹工具等将明显地缩短装配时间和降低装配成本。计算机辅助装配工艺规划是面向虚拟装配设计过程的关键环节，其任务就是对装配过程进行描述，以保证装配的质量和效率[20]。它主要研究装配顺序、路径、方法、手段及工具的描述问题，其中装配顺序的确定是装配工艺规划的核心。装配顺序是描述产品装配过程的一个重要信息，虚拟装配流程对于实现装配顺序优化和缩短装配顺序规划时间具有重要意义。

　　　因此本设计以变速器操纵机构为研究对象，运用Pro/E三维软件对其零部件进行三维实体建模并模拟装配，对装配顺序进行了系统的研究，并结合实例进行了运动仿真分析。但由于时间和篇幅限制，本设计仅进行了初步的研究和探索，以后有待于进一步研究。

　　　1．本设计主要完成的研究工作与结论

　　　(1)对变速器操纵机构进行三维实体建模；

　　　(2)在零部件实体建模的基础上，针对装配顺序的优化选择，建立了装配顺序体系，从而建立起该装配体的实体模型；

　　　(3)分析了装配模型的建立，包括装配模型的表达方法、信息组成以及数据结构，在此基础上，详细论述了装配动画的制作过程，为工程技术人员分析打下基础；

　　　(4)基于虚拟现实技术的装配，对汽车变速器操纵机构动态装配过程中的干涉进行检查；

(5)对变速器操纵机构进行了仿真分析，完成了变速叉轴的受力分析；

　　　2．后续的研究工作可望在以下几个方面展开

　　　(1)对变速器操纵机构的装配工艺流程进行具体分析包括装配工位的安排与调整、装配夹具的利用、装配工具(如扳手、螺丝刀等)的介入、操作和退出等。

　　　(2)在动态分析中，对变速叉轴的弯矩曲线只是提出了浅显的看法与分析，分析是否合乎曲线变化的真实原因，还有待于进一步的研究。

　　　(3)如果在将来有机会进行与变速器相关的运动仿真与分析研究，我会在完成操纵机构进行进一步分析的基础上，对整个变速器做动态仿真，测量变速器中各齿轮、各轴、轴承、变速叉等零件的承受的载荷，分析结果并对其进行优化。

考参文献

[1]周尔民.基于Pro/ENGINEER的汽车变速器虚拟装配仿真技术[J].汽车工程,2007.06

[2]冯樱.基于Pro/E的汽车变速器装配及运动仿真的动画实现[J].机械工程师,2007.03

[3]王斌,蒋孝军.虚拟现实技术虚拟装配的构建[J].信息技术与信息化,2005.04

[4]郑铁,宁汝新,刘检华,王莉娟.面向虚拟装配的计算机辅助装配工艺规划系统体系研究[J].北京理工大学学报,2005.05

[5]徐灏.机械设计手册[M].机械工业出版社,2002.08

[6]王宝玺.汽车拖拉机制造工艺学[M] 机械工业出版社,2002.10

[7]成大先.机械设计手册[M].化学工业出版社,2002.11

[8]张德永. Pro/ENGINEER数控加工(基础篇) [M].清华大学出版社,2005.10

[9]李云,杨丰.虚拟装配技术的研究和发展[J].科技资讯,2008.05

[10]岳陆游,胡天策,储亚峰.基于Pro/E三维夹具设计研究[J].机械工程师,2006.03

[11]田文明.变速器操纵机构过程策划[J].现代零部件.2007.05

[12]王霄,刘会霞.典型机械零件设计手册[M].化学工业出版社,2006.12

[13]薛源顺.机床夹具设计[M].机械工业出版社,2000.11

[14]王宁,王兴权,魏晓波,张国宏,周立楠.基于ProE减速器的虚拟装配及运动仿真[J]. 新技术新工艺.2008.03

[15]卢小平.面向虚拟装配的装配顺序规划研究[J].系统仿真学报,2003.l 5

[16]吴修义.汽车机械变速器结构的装配工艺性[J].通用机械,2007.04

[17]杨晓辉,王耀锋.浅析变速器结构的装配工艺性[J].重型汽车,2005.05

[18]姚永玉,李凌.基于虚拟装配技术的连杆机械手运动干涉研究[J].装备制造技术,2009.3

[19] Jayaram S, et al. A Virtual Assembly 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.

内容简介：: SY-025-BY-5毕业设计（论文）中期检查表填表日期2011年 04月20日迄今已进行 8周剩余 9周学生姓名全越院系汽车与交通工程学院专业、班级车辆工程、07-03指导教师姓名张德生职称副教授从事专业汽车工程是否外聘是否题目名称基于Pro/E的微型车变速器操纵机构及模拟装配的设计学生填写毕业设计（论文）工作进度已完成主要内容待完成主要内容工艺规程装配序列CAD的部分零件二维图纸Proe的三维建模大部分零件以及部分装配实体模型全部的CAD二维图纸 Proe的装配实体模型及设计说明书存在问题及努力方向Pore和CAD的运用不熟练装配序列的部分不明确部分装配时发生干涉 CAD图纸标注等不明确学生签字：指导教师意见指导教师签字：年月日教研室意见教研室主任签字：年月日SY-025-BY-2毕业设计（论文）任务书学生姓名全越院系汽车与交通学院专业、班级车辆工程指导教师姓名张德生职称副教授从事专业车辆工程是否外聘是否题目名称基于Pro/E的微型车变速器操纵机构及模拟装配的设计一、设计（论文）目的、意义微型汽车在我国有很大市场，从0.9L到1.6L，价格适合我国国情，适合正在发展的中国的现况。变速器作为传动系统的重要部件之一, 变速器操纵机构的装配质量和效率直接关系到变速器本身乃至整车性能的发挥和制造的质量, 装配是产品生命周期的重要环节,面对顾客需求日益多样化的市场现状，以手工装配为主的传统装配方法逐步暴露出其缺陷: (1)零件全部加工完成之后才可进行装配; (2)不能体现并行设计的思想。针对这一问题,致力于产品的模拟装配技术的研究。虚拟样机技术的成功应用不仅可以提高装配精度，而且可以缩短产品设计周期，对于工程实际具有重要的应用价值。虚拟装配作为虚拟制造实施的核心技术之一，通过运用Pro/E进行变速器操纵机构的模拟装配设计，从而达到对变速器操纵机构的装配工艺进一步更深了解；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,该毕业设计可以加强国内外流行三维Pro/E软件的使用与掌握。二、设计（论文）内容、技术要求（研究方法）收集有关国内外微型及普及型汽车变速器操纵机构工艺相关资料,通过对变速器操纵机构工作条件的了解，提出变速器操纵机构的装配工艺方案，符合装配工艺设计方法规定，提出问题，提出自己的观点，解决问题，在Pro/ENGINEER参数化建模的基础上 ,进行装配建模虚拟装配过程,从而实现汽车变速器操纵机构的动态装配。其主要任务是用可视化手段研究和解决产品的可装配性问题。从设计方法、结构原理、材料及应用等方面分析微型车变速器操纵机构装配技术，提出自己的设计思想及加工方法。对不同挡位的拔叉、操作壳体、及相应的部件装配图等进行零件建模，对操纵机构的部件的基于Pro/E三维图建模；技术要求：1、用三维软件Pro/E建立汽车变速器操纵机构零部件的三维几何模型和装配模型；2、在Pro/E的环境中,首先建立起变速器操纵机构各个零部件的三维实体模型,再在零部件的实体模型的基础上,定义各个零部件之间的装配配合关系,从而建立起该装配体的实体模型3、基于虚拟现实技术的装配，汽车变速器操纵机构动态装配过程中的干涉检查；4、图纸和说明书要符合规范、标准化、清晰；三、设计（论文）完成后应提交的成果1、变速器操纵机构零件的三维视图；2、变速器操纵机构的三维装配图；3、变速器操纵机构零件的二维视图；4、变速器操纵机构的二维装配图；5、设计说明书1份(1.5万字以上)6、所有设计资料的电子文稿；四、设计（论文）进度安排1、熟悉设计任务书，并了解相关材料(网上查阅)，准备资料，填写开题报告：第4周（3月24日3月30日）2、熟悉零件图纸(提出有相应问题)，熟练掌握工艺学、Pro/E：第56周（3月31日4月13日）3、据自已所学知识及实习工厂或其它修配厂提出装配工艺规划、装配序列，输助工具excel或word要有一定使用能力：第78周（4月14日4月28日）4、在Pro/E的环境中,建立起各个零部件的三维实体模型及中期检查：第912周（4月29日5月25日）5、建立各个零部件之间的装配配合关系与装配体的实体模型：第1314周（5月19日6月8日）6、总结毕业设计及编写说明书、后期检查审核及修改不足：第1516周（6月9日6月22日）7、毕业设计准备答辩及答辩：第17周（6月23日6月29日）五、主要参考资料1周尔民.基于Pro/ENGINEER的汽车变速器虚拟装配仿真技术J.汽车工程,2007.62冯樱.基于Pro/E的汽车变速器装配及运动仿真的动画实现J.机械工程师,2007.33富成科.机械制造基础M.人民交通出版社,1999.14沈宜慧.机械工程材料M.人民交通出版社,1998.15徐灏.机械设计手册M.机械工业出版社,2002.86王宝玺.汽车拖拉机制造工艺学M 机械工业出版社,2002.107成大先.机械设计手册.化学工业出版社,2002.118张德永. Pro/ENGINEER数控加工(基础篇 ).清华大学出版社,2005.109熊志旺.SEAT发动机曲轴的结构及工艺性能分析研究D.南京理工大学,200410岳陆游,胡天策,储亚峰.基于Pro/E三维夹具设计研究J.机械工程师,2006.03六、备注指导教师签字：年月日教研室主任签字：年月日毕业设计（论文）开题报告设计（论文）题目：基于Pro/E的微型车变速器操纵机构及模拟装配的设计院系名称：汽车与交通工程学院专业班级：车辆工程B07-3班学生姓名：导师姓名：开题时间： 2011年3月21 指导委员会审查意见：签字：年月日SY-025-BY-2毕业设计（论文）开题报告学生姓名系部汽车与交通工程学院专业、班级车辆工程B07-3班指导教师姓名职称副教授从事专业车辆工程是否外聘是否题目名称基于Pro/E的微型车变速器操纵机构及模拟装配的设计一、课题研究现状、选题目的和意义1、课题研究现状装配是产品生命周期的重要环节，面对顾客需求日益多样化的市场现状，以手工装配为主的传统装配方法逐步暴露出其缺陷:(1)零件全部加工完成之后才可进行装配；(2) 不能体现并行设计的思想。针对这一问题，设计人员致力于产品的装配仿真技术的研究。利用计算机图形学和仿真技术，在计算机上模仿产品的实际装配过程就是产品的装配仿真。装配仿真作为虚拟制造技术实施的核心技术之一，其任务就是用可视化手段研究和解决产品的可装配性问题。虚拟环境中，设计人员可以象操作真实零件一样对虚拟零件进行装配操作，建立产品装配模型，进行装配规划，检查装配过程中的干涉情况，提高产品装配的一次成功率。在汽车制造业中，整个产品制造过程的性质决定了绝大部分时间是花在装配生产部门。对于汽车这样一个由上万个零部件组成的装配体，如采用传统的二维图纸进行线性设计和平面设计，将无法预先发现设计所造成的装配干扰等问题。国外对虚拟装配级数的研究起步于20实际90年代中期，由于政府及工业界对其支持力度比较大，加之研究的基础条件比较好，因此发展势头相当迅猛。德国Fraunhofer工业工程研究所虚拟实现实验室较早的进行了基于虚拟现实的装配规划系统的研究与开发。他们开发的第一个虚拟装配规划原型系统就获得了1996年慕尼黑计算机展览会的最佳系统奖。该系统可以通过虚拟人体模型在虚拟环境中交互式的进行装配操作。在用户交互的基础上产生装配前趋图，并进行装配时间和装配成本分析。通过对真实装配环境的模拟，规划者在进行产品装配条件（如装配空间的制约，装配零件供应及必须的装配工具等）对产品装配的影响。系统的具体功能如下：通过与CAD系统的数据借口获取CAD设计模型；实际装配环境仿真；通过交互生产装配前趋图；为装配规划人员提供装配规划的知识；装配稳定性分析；自动生产装配过程文档。目前，该实验室关于虚拟装配的研究已经鲜有报道，他们当前的研究主要集中在虚拟环境以及人机交互方面，其研究成果有望应用于虚拟装配系统中。德国宝马汽车公司与德国Darm statt技术大学Fraunhofer计算机图形研究所在对基于虚拟现实的产品装配技术的研究与应用中得出结论：采用虚拟现实技术进行虚拟产品原型开发将在汽车及其他工业中起十分重要的作用。美国Washington州立大学VRCIM（virtual reality and computer integrate manufacturing）实验室是国际上较早开展虚拟装配技术研究的机构之一。他们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（virtual assembly design environment）是一个具有代表性的虚拟装配系统。该研究的主要目的是通过生成一个用于装配国画和评价的虚拟环境来探索产品制造中运用虚拟现实技术的可能性。VADE在SGI Crimson TM工作站上实现，立体视觉由HMD提供（分辨率可达800*600），设计者手的移动由Ascension公司的Flock of BirdsTM进行跟踪，所得信息用于控制虚拟环境中虚拟手的位置；手指和手腕运动由CybergloveTM数据手套监控，而TactoolsTM反馈系统用于在手指尖处产生触觉反馈。在这个虚拟装配系统中，涉及摄可以对公差进行评估，选择最理想的装配顺序，生成装配/拆卸路径规划一级观察最终结果。VADE有一下主要功能特征：从CAD系统到虚拟装配系统的信息转换；从CAD系统中获取装配意图并应用到VADE中，VADE通过对CAD系统中装配约束的捕捉，时间对零件运动的引到与装配序列的生成；可进行零件的交互式动力学模拟，在物理建模的基础上进行实施碰撞干涉检测，考虑零部件的密度，材质，重量，摩擦系数，硬度等物理特性信息对零部件在虚拟环境中的动态行为的影响；可进行零部件装配轨迹信息的创建与轨迹编辑，CADE允许用户记录，编辑零部件的装配轨迹，并在虚拟环境中显示零件的扫掠提及；可在CADE中对零件结构参数的修改，首先，VADE将CAD系统中标识的零件磨性的关键参数提取出来供用户在虚拟环境中进行修改，然后，CAD系统根据用户的修改意图对零件进行参数化修改，最后，将修改后的零件重新装入CADE；可生成装配环境与零部件初始位置，整个装配环境可以zaiCAD系统中定义，同时，永华可在制定零部件与装配工具的初始位置；可模拟交互式装配过程，VADE支持单手操作与双手操作，兵通过物理建模模拟和实现零部件的抓取；支持装配过程中装配工具的使用，VADE考虑了装配工具对装配过程的影响；基于约束的装配仿真，VADE提供了处理以及管理约束的方法，在虚拟装配过程中可以高效率地操作物理约束，通过基于约束的装配仿真不近可以展示设计者的设计意图，而且可以说明如何应用约束；可进行CAD磨性装配层次重组，提供了重组CAD磨性装配层次的方法，对从CAD系统中导入的磨性，可以修改其“父子”关系，可以创建原模型中不存在的新的子装配。日本N.Abe等开发了机械零件装配性验证和装配机器可视化系统。根据目前的理解，虚拟装配发展至今可以分为三个接管，第一阶段是虚拟装配理论的提出阶段，第二阶段是科研究机构在各自实验室复制，建立虚拟装配系统的阶段，第三阶段是各研究机构对虚拟装配各发展方向进行深入研究的阶段。目前国外虚拟装配级数的发展已经进入了第三阶段。国内对虚拟装配级数的研究起步于20世纪90年代末期，发展速度比较快，取得了不少研究成果，并提出了许多有价值的新理论和新方法。浙江大学CAD&GG国家重点实验室是国内最早开展虚拟装配研究的机构之一，他们目前的研究在国内处于领先地位。此外，华中科技大学，清华大学，北京理工大学，北京航空航天大学一级伤害交通大学等也进行了与虚拟装配相关的研究，他们已经或者正在着手建立自己的虚拟装配系统。纵览国内虚拟装配研究方面的文献报道，我们认为国内虚拟装配的研究目前正处于从第二阶段向第三阶段过渡的时期，与国外相比仍然存在5年左右的差距。2、选题的目的和意义微型汽车在我国有很大市场，从0.9L到1.6L，价格适合我国国情，适合正在发展的中国的现况。变速器作为传动系统的重要部件之一, 变速器操纵机构的装配质量和效率直接关系到变速器本身乃至整车性能的发挥和制造的质量,虚拟样机技术的成功应用不仅可以提高装配精度，而且可以缩短产品设计周期，对于工程实际具有重要的应用价值。虚拟装配作为虚拟制造实施的核心技术之一，通过运用Pro/E进行变速器操纵机构的模拟装配设计，从而达到对变速器操纵机构的装配工艺进一步更深了解；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,该毕业设计可以加强国内外流行三维Pro/E软件的使用与掌握。二、设计（论文）的基本内容、拟解决的主要问题1、本设计的主要内容:收集有关国内外微型及普及型汽车变速器操纵机构工艺相关资料，通过对变速器操纵机构工作条件的了解，提出变速器操纵机构的装配工艺方案，符合装配工艺设计方法规定，提出问题，提出自己的观点，解决问题，在Pro/ENGINEER参数化建模的基础上 ,进行装配建模虚拟装配过程,从而实现汽车变速器操纵机构的动态装配。主要任务是用可视化手段研究和解决产品的可装配性问题。从设计方法、结构原理、材料及应用等方面分析微型车变速器操纵机构装配技术，提出自己的设计思想及加工方法。对不同挡位的拔叉、操作壳体、及相应的部件装配图等进行零件建模，对操纵机构的部件的基于Pro/E三维图建模。2、拟解决的主要问题:复杂零件的三维建模；用三维软件Pro/E建立汽车变速器操纵机构零部件的三维几何模型和装配模型；在Pro/E的环境中,首先建立起变速器操纵机构各个零部件的三维实体模型,再在零部件的实体模型的基础上,定义各个零部件之间的装配配合关系,从而建立起该装配体的实体模型；基于虚拟现实技术的装配，汽车变速器操纵机构动态装配过程中的干涉检查。三、技术路线（研究方法）收集相关资料熟练掌握Pro/E的运用根据二维零件图运用Pro/E画出三维零件干涉检查报告将三维零件进行装配仿真干涉检查演示装配动画填写说明书答辩四、进度安排1、熟悉设计任务书，并了解相关材料(网上查阅)，准备资料，填写开题报告：第12周（2月28日3月13日）2、熟悉零件图纸(提出有相应问题)，熟练掌握工艺学、Pro/E：第35周（3月14日4月3日）3、据自已所学知识及实习工厂或其它修配厂提出装配工艺规划、装配序列，输助工具excel或word要有一定使用能力：第68周（4月4日4月24日）4、在Pro/E的环境中,建立起各个零部件的三维实体模型及中期检查：第912周（4月25日5月22日）5、建立各个零部件之间的装配配合关系与装配体的实体模型：第1314周（5月23日6月5日）6、总结毕业设计及编写说明书、后期检查审核及修改不足：第1516周（6月6日6月19日）7、毕业设计准备答辩及答辩：第17周（6月20日6月26日）五、参考文献1周尔民.基于Pro/ENGINEER的汽车变速器虚拟装配仿真技术J.汽车工程,2007.62冯樱.基于Pro/E的汽车变速器装配及运动仿真的动画实现J.机械工程师,2007.33富成科.机械制造基础M.人民交通出版社,1999.14沈宜慧.机械工程材料M.人民交通出版社,1998.15徐灏.机械设计手册M.机械工业出版社,2002.86王宝玺.汽车拖拉机制造工艺学M 机械工业出版社,2002.107成大先.机械设计手册.化学工业出版社,2002.118张德永. Pro/ENGINEER数控加工(基础篇 ).清华大学出版社,2005.109熊志旺.SEAT发动机曲轴的结构及工艺性能分析研究D.南京理工大学,200410岳陆游,胡天策,储亚峰.基于Pro/E三维夹具设计研究J.机械工程师,2006.03 11李原,张涛,曹哲,等.支持操作的装配仿真技术研究J.工程设计,2000(1):32-52.12郑勇,等.可视化虚拟装配系统及其关键技术研究J.天津理工学院学报,2003,19(1):99-102.13刘振宇,谭建荣,张树有-面向虚拟装配的产品层次信息表达研究J.计算机辅助设计与图形学学报,2001,13(3):223-228.14Jayaram S,et al A Virtual A ssembly Design EnvironmentJ.Proceedings of IEEE Virtual Reality,Houston,TX,1999,19(6):172-179.15Gomes de Sa A,Zachmann G. Virtual Reality as a Tool for Verifi2cation of Assembly and MaintenanceJ.Computers and Graphics,1999,23(3):389-403.16Bullinger H J,Richer M. Virtual Assembly Planning, Human Factors and Ergonomics. Manufacturing,J2000,10(3):331-341六、备注指导教师意见：签字：年月日本科学生毕业设计基于Pro/E的微型车变速器操纵机构及模拟装配的设计院系名称：汽车与交通工程学院专业班级：车辆工程 B07-3班学生姓名：指导教师：职称：副教授黑龙江工程学院二一一年六月The Graduation Design for Bachelors DegreeBased on the mini Pro/E transmission operation and the design of the assembly simulationSpecialty：Class：B07-03Candidate：Supervisor：Associate Prof. Heilongjiang Institute of Technology2011-06目录摘要IABSTRACTII第1章绪论11.1 引言11.2 设计研究背景11.3 虚拟现实技术概述21.3.1 虚拟现实技术概念21.3.2 虚拟装配技术21.4 虚拟装配技术关键技术41.4.1 虚拟环境的建模及数据传递机制41.4.2 虚拟装配关键环节41.5 虚拟装配的发展41.6 本设计主要研究内容及意义51.6.1 本设计主要内容51.6.2 本设计研究意义5第2章变速器操纵机构零件三维建模72.1 三维建模技术72.2 建模软件介绍72.3 建模过程综述82.3.1 一二挡换挡总成的建模92.3.2其他零件建模132.4 本章小结16第3章变速器操纵机构虚拟装配173.1 建立装配体概述173.1.1 Pro/E建立装配体概述173.1.2 建立装配类型的确定183.2 装配工艺制定183.2.2 要有正确的装配基准193.3 装配顺序生成203.4 典型零件装配过程综述203.4.1 装配过程203.4.2 创建装配动画253.5 干涉检查263.6 本章小结27结论28考参文献29摘要微型汽车在我国有很大市场，从0.9L到1.6L，价格适合我国国情，适合正在发展的中国的现况。变速器作为传动系统的重要部件之一, 其操纵机构更是车辆操纵中最频繁的装置，因此变速器操纵机构的装配质量和效率直接关系到变速器本身乃至整车性能发挥和制造质量的好坏。针对这一问题，虚拟样机技术的成功应用不仅可以提高装配精度，而且可以缩短产品设计周期，对于工程实际具有重要的应用价值。本设计通过运用Pro/E软件，在Pro/ENGINEER参数化建模的基础上，对变速器操纵机构各零部件进行实体建模，虚拟其装配过程，并实现汽车变速器操纵机构的动态仿真。从而对变速器操纵机构的装配进一步了解；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设计、制造及应用的过程。关键词：变速器操纵机构；建模：仿真；装配；设计ABSTRACTMini 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 operation 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 problem, 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 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 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第1章绪论1.1 引言随着科学技术和经济全球化的高速飞猛发展，对21世纪的制造环境提出了更高、更精确的要求：提高设计生产效率、缩短产品生命周期，成为主要的竞争因素；用户需求的多样化，使得多品种小批量生产比例增大1。企业若想提高自身竞争力，必须从缩短新产品的研制和开发周期，降低产品的开发成本，提高产品的设计质量，加速产品的创新设计等方面入手，这样才能满足市场不断变化的需求。虚拟现实技术（Virtual Reality Technology）就是在这种大市场大竞争的迫切形势下产生的。它综合了多种先进方法和技术，并在缩短产品的研发周期、降低成本、提高企业效率等方面的推动作用明显而快速发展。随着虚拟现实技术在企业的实施推广发展和应用，对产品装配设计提出了更高的要求：在协同的产品开发环境中，在产品设计阶段就要求有关的工艺人员加入进来，对产品有关制造与装配工艺可行性、最优性进行分析，协助产品设计工作，装配设计作为产品开发的重要环节，除了需要先进的技术工具支持及其它环节集成之外，还需要考虑按照并行工程的思想来规划装配设计的全过程，并协调与其他环节的关系。装配环节面对的是最终产品，装配技术直接影响着最终产品的性能。1.2 设计研究背景我国从20世纪80年代初引进微型车，目前已经形成了年产54.6万辆能力的微型车行业，基本上具备了迎接国际挑战的能力2。微型车已经稳稳地成为中国汽车市场中的主力车型。变速器是汽车结构中的重要部分，而变速器操纵机构性能的好坏将直接影响到汽车产品的质量。根据汽车使用条件的需要，驾驶员利用变速器的操纵机构完成选挡和实现换挡或退到空挡的工作。变速器操纵机构应当满足如下主要要求：换挡时只能挂入一个挡位，换挡后应使齿轮在全齿长上啮合，防止自动脱挡或自动挂挡，防止误挂倒挡，换挡轻便。用于机械式变速器的操纵机构，常见的是由变速杆、拨块、拨叉、变速叉轴及互锁、自锁和倒挡锁装置等主要件组成，并依靠驾驶员手力完成选挡、换挡或退到空挡工作，称为手动换挡变速器。在传统的变速器操纵机构设计与制造过程中，首先是概念设计和方案论证，然后进行产品设计3。在设计完成后，为了验证设计，通常要进行制造物理样机实验，有时这些实验是破坏性的。当实验中发现缺陷时，又要回头修改设计并再制造物理样机验证。通常这样的设计实验设计的过程要进行许多次，产品才能达到操纵机构的性能要求，不仅过程冗长，设计周期无法缩短，很难对瞬变的市场做出灵活反应，而且物理样机的单机制造大大增加了成本，造成浪费。在大多数情况下，工程师为了保证产品按时投放市场而不得己尽量减少物理样机实验的次数，简化这一过程，从而使设计参数难以实现真正意义上的优化，产品在上市时很有可能就是先天不足。在激烈竞争市场背景下，这种产品开发的方式严重地制约了产品质量提高，成本降低和对市场快速响应。虚拟现实技术的应用可以贯串到整个设计过程中。在概念设计和方案论证阶段，设计师可以把自己的经验和创造性思维结合在计算机中建立虚拟的产品模型，让想象力和创造力充分发挥；在结构设计阶段，工程师可以及时修改结构参数，进行各种校核和优化，快速接近理想的设计目标；在产品功能分析阶段，测试工程师可以通过对虚拟样机施加载荷，设置不同的工况参数对产品运动仿真，从而进行全方位的功能检验，以检测新产品的主要功能。因而，用虚拟现实技术开发产品可使开发周期缩短，设计质量和效率得到提高同传统的基于物理样机的产品开发过程相比，虚拟样机的优势主要体在4： (1)有利于对设计进行优化，虚拟样机易于修改，可以利用虚拟样机对各种设计方案进行综合比较，并选出最优设计。 (2)成本更低，速度更快，节省了制造实际产品模型的昂贵费用。并且在计算机上建立虚拟模型的时间远远小于物理样机的制作时间。(3)可以有效支持并行设计，可以方便地实现上下游并行设计和多专家协同设计。1.3 虚拟现实技术概述1.3.1 虚拟现实技术概念虚拟现实(VR，Virtual Assembly)是以利用先进计算机辅助设计技术建立起来的主模型为中心，将其扩展衍生到产品生命周期的不同阶段，建立与现实相一致的数字化仿真模型，并对该模型进行评估和测试，通过对不同候选模型的筛选、更改和优化将设计思路转化为正确的数字原型。虚拟现实技术涉及到诸如先进三维建模技术、虚拟装配技术、计算机辅助工程技术和计算可视化多个领域5。其开发以InterneIntranet构成的计算机网络为平台，通过信息共享和数据分权开放的格局，以并行协同的方式使各设计小组共同完成新产品的从概念设计、初步设计、详细设计、装配检验、性能评估、制造性加工仿真一直到物理样机试制等工作。1.3.2 虚拟装配技术将虚拟现实技术集成到零件装配过程中，就形成了虚拟装配技术。它是虚拟制造的关键技术。基于虚拟现实技术的虚拟装配技术，是在个统一模型之下，对设计和制造等过程进行集成，它将与产品制造相关的各种过程与技术集成在三维的、动态的仿真真实过程的实体数字模型之上。其目的是在产品设计阶段，借助建模与仿真技术及时、并行地模拟出产品未来制造及装配过程，乃至产品全生命周期的各种活动，对产品设计的影响，预测、检测、评价产品性能和产品的可制造性等等。从而更加有效、经济、柔性地组织生产，增强决策与控制水平，有力地降低由于前期设计给后期制造带来的回溯更改。达到产品的开发周期和成本最小化，产品设计质量的最优化，生产效率的最大化。虚拟装配技术可以使得装配人员在计算机创建的虚拟环境中对虚拟模型进行产品装配，在设计阶段初期就检验产品结构设计是否合理、是否方便装配和维修，从而验证和改进产品的可装配性6。并给出评价和分析结果。虚拟装配以装配工艺为核心，以装配仿真、干涉碰撞检查、装配规划的形成与可装配性评价等单元技术模块为支撑，以三维建模软件和数据库为基础，涉及到虚拟现实技术、计算机图形学和仿真技术等多学科领域。虚拟装配技术以其能缩短产品生产周期，降低成本，提高产品质量的优势，成为国内外制造业实施CIMS研究和应用的热点。虚拟装配技术被视为目前唯一可对企业经营环境进行有效控制和大幅度改善的技术。虚拟装配的主要作用可归纳为以下几个方面：1装配设计的合理化指导从便于装配的角度实施设计活动，使产品从设计出来就具有较好的可装配性。在确保产品零部件能够装配到位的同时，保证产品装配易实现、成本低。2装配性能的系统化分析全面考虑影响产品装配的各种因素，对制造产品的可装配性进行系统化的技术经济分析，以发掘设计缺陷，从而精简产品结构，改善可装配性。产品的可装配性通过虚拟装配分析得到，不需要付出昂贵的代价。3装配性能的可行性验证技术人员可在虚拟环境中对装配体进行静态与动态分析，有利于提高产品的可装配性和可靠性；利用虚拟装配系统去分析产品维护过程中的问题，考虑装配所需工具的安全性、视线以及拆卸空间等，还可为清洁生产服务，通过合理安排工艺过程，充分利用装配资源，促进产品装配工作顺利进行。4支持产品并行化设计产品并行化设计是让下游的有关活动尽早融合到上游的过程中来，使下游的有关因素能在设计阶段相对并行地考虑。虚拟装配能在产品设计阶段通过数字化预装配展示并改进产品的可装配性，因而从装配这一重要侧面反映出产品的并行设计哲理。5虚拟产品开发(VPD)的支撑工具作为产品制造过程的终极目标，装配是生产过程中至关重要的活动。虚拟装配是VPD的重要组成部分7。虚拟装配技术使得装配人员可以在计算机构造的虚拟环境中对虚拟模型进行产品装配，在设计阶段就检验产品结构设计是否合理、是否方便装配和维修，从而验证和改进产品的可装配性，并给出评价和分析结果。1.4 虚拟装配技术关键技术1.4.1 虚拟环境的建模及数据传递机制建模作为零件特征的数字化表达，传统软件的建模方法已经比较成熟，目前有几何建模、实体建模、特征建模等。在虚拟环境中，多采用简化的多边形面片(通常为三角面片模型)构建模型，模型数据可用于虚拟环境中模型的显示绘制和装配过程中的碰撞检测，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。1.4.2 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。1.5 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CADCG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。1.6 本设计主要研究内容及意义1.6.1 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1、2挡，3、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。1.6.2 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。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。第2章变速器操纵机构零件三维建模2.1 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。2.2 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。2.3 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；(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。2.3.1 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2.1所示。(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2.2所示。图2.1 新建窗口图2.2 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2.3所示。(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2.4所示。图2.3 “草绘属性”窗口图2.4 “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2.5所示。图2.5 一二挡拨叉轴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2.6所示。图2.6 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2.7所示。图2.7 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2.8所示。图2.8 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2.9，图2.10所示。(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2.11所示。图2.9 一二挡换挡臂粗轮廓图 2.10 一二挡换挡臂粗轮廓图2.11 一二挡换挡臂2.3.2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2.12所示。图2.12 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2.13所示。图2.13 弹簧丝截面(6)扫描实体，完成建模，效果如图2.14所示。图2.14 弹簧2壳体的建模(1)单击新建按钮，在“新建”对话框中输入文件名“keti”。(2)在Front面上进行草绘1，画出底面1，在Front面上进行草绘2，画出底面2；建立平面DTM1/Front平面，以DTM1为基准平面，以草绘1为基准剖面，拉伸壳体底座。(3)以壳体底座上表面为草绘平面进行草绘3，以草绘3为拉伸截面，拉伸实体2。(4)建立平面DTM2/TOP平面，偏移49，以草绘2为拉伸截面，去除材料建模壳体底部；拉伸实体10，去材料形成主壳体轮廓。(5)利用筋特征作出两端筋板，拉伸孔，利用孔特征作出两端孔、两底孔，进行局部倒圆角。(6)利用拉伸工具拉伸出实体，拉伸圆去除材料（16.5，D=1），进行局部倒圆角修整。(7)利用孔工具作出标准孔；拉伸壳体底孔（414），拉伸底座对角凸缘。(8)对两筋特征进行完全倒圆角修整（即最大倒圆角）；对其余部位进行倒圆角修整。(9)得到壳体三维模型效果图，如图2.15所示。图2.15 换挡轴导向壳体3变速器操纵机构零件三维效果图变速器操纵机构的零部件建模主要包括前进五个挡及倒挡相应的换挡轴、拨叉轴、换挡拨叉、换档臂、选档弹簧、螺钉、销、换挡拨块、壳体等，部分零件三维视图如图2.16到图2.20所示。图2.16 换挡导向轴图2.17 变速器后壳体图2.18 换挡臂图2.19 螺钉图2.20 弹性销2.4 本章小结本节介绍了三维建模技术的概念、应用发展三维建模技术，作为一种先进的产品设计制造方法，虚拟样机技术有传统的方法不可比拟的优点，是现代产品研发的一种趋势；三维建模技术是虚拟样机技术一个重要基础。本章对Pro/E软件介绍，概述建立三维模型的方法和过程，利用三维软件建立了轿车变速器操纵机构的三维模型，并阐述了典型零件的建模过程。第3章变速器操纵机构虚拟装配3.1 建立装配体概述3.1.1 Pro/E建立装配体概述建立零件实体模型后，下一步需要将它们装配起来成为装配体。大多数CAD/CAM系统有两种不同的装配模式，即多组件装配和虚拟装配13。1虚拟装配的特点Pro/E软件采用的装配模式是虚拟装配模式，即装配件中的零件与原零件之间是指针引用链接关系，对原零件的修改会自动反映到装配件中，采用此种装配方法，具有以下特点：(1)装配的内存需求减少。(2)因为不需要编辑基本几何体，装配的显示被简化。(3)如果组成装配的零件有所改变，则装配会自动更新。运用Pro/E虚拟装配技术进行装配建模，还可以及时检查装配模型是否存在设计尺寸干涉，为将来实际装配的顺利进行提供可靠保证。因此所产生的装配信息可以方便地绘制装配图，并能快速生成装配分解图，节省绘制装配图和零件图的时间和成本。2装配过程在Pro/E软件中，任何一个.prt文件都既可以作为装配文件，也可以作为零件文件，通常将.prt文件称为部件14。当新建零件文件时，接着要选择下拉式菜单Application中的Modeling选项；新建装配文件时，要选择Application中的Assemblies选项。(1)装配建模的大概过程。选择新建菜单中的组件选项，进入装配界面出现装配工具条；点击下拉菜单装配命令图标，向新打开的装配文件中添加第一个已创建的零件模型(可以将这个添加的零件模型定位在图形区域的原点)；向装配文件中添加第二个零件模型；点击隐藏图标，在进行装配操作前，先按正确的装配位置给第二个零件重新定位并隐藏不需要显示的曲线、草图、对称轴和坐标系等；点击约束图标，选择正确的装配类型进行装配。(2)装配导航工具。装配导航工具Assembllies Navigation Tool(ANT)是将部件的装配结构用图形表示，类似于树结构。使用装配导航工具能够更清楚地表达装配关系，它提供了一种装配中选择组件和操作组件的简单方法。例如：可以用装配导航工具选择组件、改变工作部件、改变显示部件、隐藏与显示组件和替换引用集等。(3)根据模型分析，为了仿真过程方便，可以将一些零件组合成一个新的构件。在本次建模中，为了在仿真分析中减少固定约束的数量，将模型组装完毕后，再将其拆装成几部分，每一部分由一些相关零部件组成的一个新的部件，如图3.1所示，这样既能减少在仿真模型中的约束数量，也能保证装配坐标的一直性。3.1.2 建立装配类型的确定Pro/E的装配模式中有2种装配形式，自顶向下式和自下向上式15。对于产品结构、外形复杂的机械，内部零部件的尺寸及外形很大程度上依赖于产品外形，可采用自顶向下式。在虚拟装配的环境下，首先对整机外形进行设计，确定外形后，将其中的“控制部件”输出分发到与其相关的各个零部件中，再对零部件进行详细设计。对于从每个零部件的详细设计开始，最后进行零部件装配的设计过程，可采用自下向上式。零部件装配时可采用贴合、对齐和定向3种方式约束相互配合的零件，即使某个零件作了修改，该约束关系也依然存在。这种装配模式适用于传动机构复杂、结构紧凑，形式变化多、零件之间容易发生干涉、对动作可靠性和准确性要求高的产品。本设计将采用自底向上的设计方式，即先创建出单个零部件，然后将零部件装配成组件。3.2 装配工艺制定为提高产品性能，降低成本，设计人员在进行设计时，必须充分考虑其装配的工艺性，要求装配消耗的劳动量较少，装配周期短和装配成本低等。因此必须制定合理的装配工艺流程。3.2.1 将装配体分成若干个独立装配的单元从装配工艺角度来说，一个产品是由若干个装配单元组成的。一个装配单元可划分为5级，即零件、合件、组件、部件和产品，它们之间的关系如图3.1所示。零件图3.1 装配单元系统图针对变速器操纵机构的装配，应以变速器壳体为基础件，装配时，与部件装配的同时，进行一、二挡拨叉轴装配、三、四挡拨叉轴装配、倒、五挡拨叉轴装配、拨叉架装配等。这样就实现了合件、组件和部件装配的平行流水作业，扩大装配作业面积，缩短装配生产周期和提高工作效率。由于在总装之前，可以单独进行部件装配，部件装配后就可以进行部件的试验和调整，为提高变速器操纵机构的质量和性能打下了良好的基础。这样也利于车间(企业)之间的协作和产品配套，易于组织部件的专业化生产。3.2.2 要有正确的装配基准零件在装配单元上的正确位置是靠零件的装配基准(基面)配合和接触来实现16。因此为使零件能正确定位，应该有正确的装配基准，而且装配时的零件定位也应符合定位6点规则。一般情况下，不要出现过定位现象。图3.2和图3.3是两种变速器操纵杆。从装配工艺来讲，图3.3结构明显优于图3.2结构。图3.2结构装配时需要两个工序，且3个零件之间的配合要求高，装配比较困难，而图4结构就可直接装配。从工艺性方面讲。图3.3结构的工艺性较好，根据现有设备，可在数控车上将球体加工出来，省去加工时图3.2结构的操纵杆与定位球、圆柱销与定位球及操纵杆之间装配所需的尺寸要求，图3.3结构热处理工艺简单，不必考虑定位球的缩孔现象等，从成本上讲，图3.3结构亦优于图3.2结构。1操纵杆23 1-定位球 2-操纵杆 3-圆柱销图3.2 变速器操纵杆图图3.3 改进后的变速器操纵杆图3.4是变速器操纵机构一二挡拨叉的装配示意图。拨叉轴装到变速器壳体内，装上后盖，其装配基准是前后盖和变速器壳体的两个轴承孔。通过前后盖和壳体的轴孔限制了5个自由度，前后平移的自由度不必限制。这样拨叉轴在变速器壳体内的位置就正确定位了。1-1、2挡拨叉轴 2-弹性销 3-1、2挡拨叉 4-1、2挡换挡臂图3.4 一二挡拨叉的装配示意图3.3 装配顺序生成根据装配基础件的生成和装配优先关系的生成制定装配顺序如表3.1。表3.1 可行的装配顺序1一二档拨叉轴一二档拨叉弹性销一二档换挡臂弹性销2三四档拨叉轴三四档拨叉弹性销三四档换挡臂弹性销3倒五档拨叉轴五档拨叉弹性销倒五档换挡臂弹性销倒挡导向轴倒挡控制叉4倒挡控制叉倒档拨叉倒挡拨块螺栓5换挡选择轴挡圈垫片低速回位弹簧垫片挡圈互锁总成挡圈垫片倒五档回位弹簧垫片弹性销弹簧座换挡凸轮回位弹簧倒五档换挡凸轮6换挡轴总成衬套换挡臂换挡选择轴臂3.4 典型零件装配过程综述3.4.1 装配过程变速器操纵机构装配方法是先进行子组件的装配，再完成总体装配。装配约束主要为旋转轴线的重合、面的匹配以及弹簧的挠性安装。下面详细介绍典型固定组件组件的装配过程。1变速叉轴的装配变速叉及其轴的装配主要使用了放置约束，在装配中一般先进行轴中心线对齐约束，再添加相应端面的匹配重合或对齐约束。图4.1为第一、二挡的变速拨叉及其轴组成的子装配。其装配过程具体如下：(1)新建一个组件文件，命名为“yierdangbochazhuangpei”（一二档拨叉轴装配（Pro/E不能使用中文文件名），选择装配单位进入装配模式，如图3.5所示。图3.5 新建组件(2)装配第一、二挡拨叉轴。单击按钮，将第一、二档拨叉轴添加到组件单击【放置】按钮，约束类型选择“缺省”，将零件固定，状态为完全约束，鼠标中键结束，如图3.6所示。(3)装配第一、二挡拨叉。单击按钮，将第一、二挡拨叉添加到组件，在【放置】窗口中添加两零件旋转轴线对齐和两个端面匹配重合的约束，如图3.7，图3.8所示。(4)装配止动销。单击按钮，添加止动销到组件，在【放置】窗口中添加止动销、变速拨叉两个零件旋转轴线对齐和两端面匹配重合的约束。图3.6 约束对话框图3.7 约束对话框图3.8 拨叉装配图2自锁弹簧与自锁球的装配在PRO/ENGINEER装配环境下，对于弹簧类零件，可将零件挠性化定义，从而有效地解决弹簧安装中的伸缩问题。(1)新建装配文件命名为“zisuozhuangzhi”，单击按钮，然后将“自锁弹簧”添加到组件，再单击【缺省】选择约束类型为“缺省”，将零件固定，放置状态为完全约束。 (2)定义弹簧为挠性原件。单击鼠标右键点击弹簧零件模型，选取【挠性化】命令。选取弹簧的轴向各段尺寸。在【可变项目】对话框中选择【按值】方式，并输入新值。(3)设定后单击【确定】，弹簧长度发生变化。(4)装配自锁球。单击按钮，添加自锁球，在【放置】窗口中添加自锁球与自锁弹簧两平面匹配，匹配距离按尺寸而定。再添加旋转轴线对齐和约束，完成装配。类似地分别装配三、四挡拨叉和拨叉轴等。完成装配后得到的部分子装配模型如图3.9到图3.15所示。图3.9 一、二挡变速拨叉装配图图3.10 三、四挡变速拨叉装配图图3.11 倒、五挡变速拨叉装配图图3.12 换挡选择轴装配图图3.13 自锁装置图3.14 换挡机构自锁机构总成图3.15 换挡机构互锁机构总成3.4.2 创建装配动画组件装配完毕后，执行【应用程序/动画】命令，进行操纵机构虚拟装配的下一阶段的设定：装配动画的创建。(1)选择菜单命令【动画/动画】或单击按钮，弹出【动画】对话框，输入新名称“JSQ”，单击【重命名】按钮，为动画增加新名称。(2)定义主体。选取菜单命令【动画/主体定义】或单击按钮，弹出【主体】对话框，单击【缺省主体】按钮，再单击【关闭】按钮，退出【主体】对话框。(3)拖动模型并创建快照(按拆卸过程创建)。选取菜单【动画快照】或单击按钮，弹出【拖动】对话框，单击左上角的按钮，增加第1幅快照“Snapshotl”作为初始位置。然后单击【高级拖动选项】中的选项，单击被锁定主体中的其中一个零件，沿拆装方向拖动至适当位置，单击鼠标中键，再单击按钮，为该位置创键一幅快照。同样按照上述方法创建其它位置的快照。(4)对快照排序(即关键帧排序)。选择菜单命令【动画/关键帧序列】，弹出【关键帧序列】对话框，单击【新键】按钮，弹出子窗口(或单击圈按钮)，【关键帧序列】栏中选取“Snapshotl”，在【时间】栏中输入“0”，单击按钮，加入第1帧(“Snapshotl”的起始时间从“0”开始)。【关键帧序列】圆栏中选“Snapshot2”，在【时间】栏中输入“4”，单击按钮，加入第一帧(“Snapshot2”的起始时间从“4”开始)。依次加入每帧，直到所有帧全部加入为止，单击对话框下方的【反转】按钮，把拆卸

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