基于Pro-E和PDM系统的汽车传动轴三维参数化建模.doc

基于Pro/E和PDM系统的汽车传动轴三维参数化建模摘要:汽车传动轴是需要在多种产品中以三维空间不同姿态安装的组件。由于其在PDM系统中只能保存一个实体(状态)组件,因此不论用Pro/E普通装配模式或是用机构模式建立的传动轴组件模型均极不便在其上级部件的模型中实现“规范装配”; 并且在检出PDM系统时无法保持检入前的装配状态,导致其上级部件打开“报错”。本文介绍一种通过建立参数骨架并设置挠性值的传动轴组件三维参数化建模方法，能较完美地解决汽车传动轴在其上级部件模型中空间装配的问题。并为在Pro/E和PDM系统中创建其它需要在多状态中使用的类似组件如扣压油管、推拉软轴等，提供了一种解决问题的思路。关键词: 传动轴组件 装配姿态 规范装配 参数化骨架模型 挠性汽车传动轴(以下简称传动轴)具有一定的通用性，即同一型号的传动轴可能在不同的车型中使用，这时其空间装配姿态(安装长度、法兰叉座与万向节轴叉、万向节管叉之间的空间偏角)往往是不同的;甚至在同一个产品的不同位置,同一根传动轴也会有不同的装配姿态。但由于在PDM(Product Data Manager）系统中一根传动轴只能有一个编号，也就是只能有一个实体组件。因此不论是用Pro/E的普通装配模式或是用Pro/E机构模式建立传动轴组件模型，均极不便于在其上级部件模型中实现“规范装配”（即传动轴组件两端法兰盘与被联接的两个法兰同时实现“插入”和“匹配”完全约束）;当同一产品中两根传动轴装配姿态不同时,甚至将无法 “规范装配”。而且即便是已实现的传动轴组件的“规范装配”,但在其上级部件模型检入PDM系统后再次检出时,因传动轴组件将自动回复到其本身第一次检入PDM系统时的原始状态,往往会导致上级模型中所装配的传动轴组件“约束无效”,上级部件打开失败。显然用普通组件建模方式构建的传动轴组件不能满足多姿态装配要求。考虑到传动轴要多姿态装配的情况。本文探讨了构建骨架并定义挠性参数,再组装成传动轴组件三维模型;然后通过测量被传动轴组件联接的上级部件(变速器或车桥等)的两个法兰间的距离、相互角度等数据,重定义骨架模型中尺寸参数的挠性值,以实现同一根传动轴组件在不同产品中多装配姿态使用的方法。一、建模原理：传动轴按结构主要分为两类：带中间支承无伸缩传动轴和无中间支承可伸缩的传动轴。两类传动轴的建模方法稍有不同，下面以无中间支承可伸缩的传动轴为例说明其建模原理和方法。传动轴装车后,一般可简化为由三个空间直线段组成的空间折线，其转折点是两个十字轴的中心。假定在与传动轴第一个法兰叉座端面贴合的(变速器或车桥)法兰端面的中心点建立坐标系，其中心点的坐标为O（0，0，0），并使坐标系Z轴沿将被贴合的两法兰中心点连线。则第二个法兰安装后其中心点的坐标为P（x,y,z）。故为此应设置三个可变的长度参数。 假设第一个法兰叉座已完全约束，那么第二个法兰叉座轴线与轴管轴线的空间角度由a、b两个正投影角合成，装配时为了实现空间角度，十字轴应该仰起b角，而轴管应绕十字轴转过a角。显然为此应设置两个可变的角度参数。然后通过对这5个尺寸参数设置挠性即可实现同一根传动轴组件在不同产品中的不同的装配姿态。 二、三维建模步骤（一）.创建传动轴组件及骨架1.新建组件模型，命名TRANS_SHAFT.asm，传动轴。进入Pro/E的“装配”模式。2.工具栏中点击“创建” ;打开元件创建对话框,选择类型为“骨架模型”,子类型为“标准”并命名为TRANS_SHAFT_skel.prt后点击“确定”,在打开的创建选项 对话框中选择“空”后点击确定。3.然后打开骨架模型TRANS_SHAFT_skel.prt。点击工具栏中“平面”,建立三个相互垂直平面并重命名为RIGHT、TOP、FRONT；点击工具栏中“坐标系”，建立骨架原点坐标系并重命名为CO。4. 点击工具栏中“坐标系”后在屏幕中点击坐标系CO，在弹出的坐标系对话框中输入X=20Y=15，Z=-650（X、Y均可任意赋值，因预设Z轴沿传动轴轴管方向，最好赋一个绝对值较大的负数作为Z值），从坐标系CO偏移出一个坐标系并命名SECOND_CORD。在此，我们约定这两个坐标系原点分别代表两个法兰叉座的端面中心，坐标系的Z轴都是指向法兰外侧。如图1所示。 图2图15. 点击工具栏中“平面”，然后在屏幕中点击坐标系SECOND_CORD，在弹出的基准平面对话框中选择“平移”Z,并输入0,从新坐标系的Z轴上产生用于安装第二法兰叉座端面的基准面NEW_Z。注意:可以调整NEW_Z基准面和下面新建基准面、基准线的大小、长度及方位以方便察看。6. 从两个端面坐标系向内偏距创建基准点，表示两个十字轴的中心:点击工具栏中的“偏移坐标系基准点”，在打开的对话框偏移坐标系基准点的“放置”选项卡中选择“参照”为CO坐标系,在“使用非参数矩阵”的 “Z轴”输入第一个法兰叉座中心高数值,建立插入第一个法兰叉座的十字轴的中心点FIRST_CROSS;用相同的方法选择“参照”为SECOND_CORD坐标系建立插入第二个法兰叉座的十字轴的中心点SECOND_CROSS。注意: 基准点偏距与法兰叉座的中心高尺寸应一致，否则后面的装配可能会冲突。7. 点击工具栏中“轴”,并选择通过两个十字轴的中心点创建轴线A1,并重命名为轴管轴线。8. 点击工具栏中“平面”，通过轴管轴线创建与骨架基准面（如图3中Top面或Right面，已预设与第一个法兰叉座端面对齐的面为Front面）成法向关系的面并命名为十字轴定位面。用作于装配两个十字轴的定位参照。9.点击工具栏中“轴”,并通过第二个十字轴的中心点创建与NEW_Z垂直的轴并命名为第二法兰轴线。10. 点击工具栏中“平面”, 打开基准平面对话框,然后在屏幕中点击第二法兰轴线,选择“穿过”; 点击十字轴定位面, 选择“法向”,创建并命名为第二法兰叉座中心面。11. 必要时还可以用与10.类似步骤创建过第二法兰中心轴并与第二法兰叉座中心面成法向的第二法兰叉座水平面。由此即完成传动轴骨架的构建。如图2所见。图2点击工具栏中“关闭窗口”，返回组件模型TRANS_SHAFT.asm。（二）装配传动轴模型装配前应先按PRO/E零件建模方式建立法兰叉座、十字轴、万向节轴叉、万向节管叉等传动轴构件。装配顺序：两端法兰叉座两个十字轴万向节轴叉、万向节管叉。1. 装配第一个法兰叉座：点击工具栏中“装配”，在打开对话框中选择法兰叉座，在操控板中点击“放置”， 将法兰叉座的端面与Front面对齐，法兰叉座的叉口对称面和其法向平面分别与RIGHT面和TOP面对齐，实现完全约束。2. 装配第二个法兰叉座：点击工具栏中“装配”， 在打开对话框中选择法兰叉座，在操控板中点击“放置”， 将法兰叉座的端面与NRW_Z面对齐，法兰叉座的叉口对称面与第二端法兰叉中心面对齐，叉口对称面的法向平面与第二端法兰叉水平面对齐，实现完全约束。注意： 两个法兰叉座的叉口对称面均应与十字轴定位面垂直。3. 装配十字轴：点击工具栏中“装配”， 在打开对话框中选择十字轴，在操控板中点击“放置”，将十字轴插入到法兰叉孔中，并使其轴向对称定位，再使用约束“对齐(或匹配)”和约束类型“定向”让其自由端转到与十字轴定位面平行。实现两个十字轴的完全约束。4. 装配万向节轴叉、万向节管叉：点击工具栏中“装配”， 在打开对话框中选择万向节轴叉，在操控板中点击“放置”， 使用约束“插入”将万向节轴叉的轴孔插入十字轴自由端；使用约束”对齐”及约束类型”重合” 将万向节轴叉的轴线与骨架模型中的轴管轴线对齐。实现完全约束。用同样的方式可实现万向节管叉的完全约束。至此即完成传动轴组件TRANS_SHAFT.asm的装配。(三)定义挠性参数为了能在一个产品中多处或多个产品中使用这同一根传动轴，其关键是将骨架偏移坐标系SECOND_CORD的尺寸参数设置为可修改的挠性参数。设置挠性参数的具体做法如下: 1. 在“组件装配”界面下,依次单击下拉菜单“编辑” “设置” “挠性”,打开挠性:准备可变项目对话框,然后按消息区中提示单击骨架的偏移坐标系SECOND_CORD, 再按CTRL键并在屏幕绘图区中逐个选择已显示出的可变尺寸原始值,再点击对话框中“确定”。即完成挠性参数的设置。再次在“组件装配”界面下,依次单击下拉菜单“编辑” “设置” “挠性”，即可见图3所示的对话框架。2. 为了识别相关尺寸的挠性参数，可以用如下方法修改挠性参数的名称：在“组件装配”界面下，在模型树中右击SECOND_CORD坐标系，在弹出的快捷菜单中选择“编辑”,然后在屏幕区中逐个选中已显示的挠性参数当前值并右击,在弹出的快捷菜单中选择“属性”,在随之打开的尺寸属性对话框中选择“尺寸文本”选项卡,如图3修改相应的缺省尺寸名称为：水平角、俯仰角、水平偏移、垂直偏移、长度等。以上步骤参见图3所示。 6 确 图3至此传动轴组件TRANS_SHAFT.asm的参数化建模全部完成。将传动轴组件模型检入PDM系统，即可在部件设计时调用了。三、传动轴模型在其上级部件模型中的使用传动轴组件在其上级部件模型中装配时，装配方法与装配普通组件相同，然后通过测量被传动轴组件联接（贴合）的上级部件的两个法兰间的距离、相互角度等数据,重定义骨架模型中尺寸参数的挠性值,即可实现传动轴组件在其上级部件模型中“规范装配”。 (一) 初始化安装打开传动轴组件要装入的上级部件模型，单击工具栏中“装配”,在打开对话框选择待装入的传动轴组件,在弹出的 挠性确认对话框中点击“是”,在随即弹出的可变项目对话框中点击“确定”默认挠性参数原始值;在操控板中点击“放置”, 将传动轴组件的第一个法兰叉座与其要贴合的上级部件法兰用“插入”和“匹配”定位,实现完全约束。（二）测量: 测量前应选择传动轴组件并隐藏，以方便测量。1. 依次单击下拉菜单“分析” “测量” “距离”，再分别单击传动轴组件将要贴合的两个上级部件法兰（不是传动轴的法兰）端面的外圆边，则在已弹出的距离对话框中将显示两中心点的距离，点击对话框中“投影方向”, 根据消息区的提示将其投影到传动轴组件的原点坐标系ASM_DEF_CSYS上，则对话框中显示的dx、dy、dz这三个分量就是需要设置的X，Y，Z三个偏移值（注意正负）。如图4所见。图42. 依次单击下拉菜单“分析” “测量” “角”，再分别单击传动轴组件将要贴合的两个上级部件法兰的端面，测量这两个被贴合上级部件法兰面间的夹角，点击对话框中“方向”, 根据消息区中提示分别投影到传动轴组件“水平”(ASM_RIGHT)和“垂直”( ASM_TOP)两个基准面上，投影角度就是需要设置的水平转角和垂直转角。如图5所见。图5（三）重定义传动轴安装，实现规范装配选择传动轴组件并取消隐藏。右击传动轴组件，在弹出的快捷菜单中选择“编辑定义”,在随之出现的操控板中依次单击“挠性” “可变项目”,在弹出的可变项目对话框的尺寸选项卡下将“水平偏移”、“垂直偏移”、“长度”的新值分别修改为前面测得X，Y，Z三个偏移值，将 “水平角”和“俯仰角”分别修改为前面测得两个投影角。再点击可变项目对话框中的“确定”，关闭对话框。即可完成传动轴组件在上级部件中的“规范装配”。如图6所见。 图10图6四、结语1. 在Pro/E和PDM系统中, 对于像传动轴、推拉软轴这样需要在三维空间中多姿态安装的组件,不论是用Pro/E的普通装配模式或是采用Pro/E机构模式建立的模型，在装配到其上级部件模型中时均非常困难，并且在检出PDM系统时不能保持检入前的装配状态。因此有必要对类似组件探索新的建模方法。2. 通过建立参数化骨架模型并