關(guān)于農(nóng)業(yè)機(jī)械底盤(pán)機(jī)械式變速箱虛擬裝配的研究

陳志學(xué)

摘要：對(duì)農(nóng)機(jī)設(shè)備底盤(pán)機(jī)械式變速箱虛擬裝配的研究，利用CAD技術(shù)通過(guò)和虛擬裝備系統(tǒng)模型數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換來(lái)得到相應(yīng)的模型信息，然后建立對(duì)應(yīng)的裝配模型，通過(guò)基于空間位置以及幾何約束的分析方法來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)變速箱虛擬裝配過(guò)程的約束，并且借助虛擬現(xiàn)實(shí)軟件以及二次開(kāi)發(fā)技術(shù)來(lái)構(gòu)建裝配模型，最終實(shí)現(xiàn)虛擬裝備過(guò)程。

關(guān)鍵詞：農(nóng)業(yè)機(jī)械；變速箱；虛擬裝配

中圖分類(lèi)號(hào)：S2203；TP39172文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2017.10.010

1機(jī)械式變速箱虛擬裝配模型

變速箱虛擬裝配模型是對(duì)整個(gè)過(guò)程的記錄，結(jié)合了裝配零件的信息和關(guān)系信息，對(duì)于裝配模型的構(gòu)建主要從對(duì)象信息、層次信息以及約束信息三個(gè)方面進(jìn)行入手。

首先虛擬裝配對(duì)象信息，主要包含了對(duì)象名稱(chēng)、幾何模型、顯示模型、碰撞模型、運(yùn)動(dòng)信息、物理屬性等，其中運(yùn)動(dòng)信息主要指的是裝配對(duì)象的運(yùn)動(dòng)速度、角速度以及自由度，具體的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

其次是虛擬裝配層次信息，虛擬裝配層次結(jié)構(gòu)信息體現(xiàn)的是裝配模塊之間的層次邏輯關(guān)系，按照裝配樹(shù)模型的方式對(duì)整個(gè)模塊進(jìn)行描述，總共分為兩個(gè)層次，以某設(shè)備變速箱為例，第一個(gè)層次主要包含變速箱總裝配體的各個(gè)軸總成以及箱體部分，第二層是輸出軸總成、中間軸總成、輸入軸總成以及箱體的具體結(jié)構(gòu)。

再者是虛擬裝配約束信息，變速箱機(jī)械設(shè)備裝配關(guān)系主要取決于具體設(shè)備的配合類(lèi)型和結(jié)合元素，而裝配的約束信息除了這些因素以外，還需要考慮不同零件的物理屬性以及操作特征，圖1中不同零件的位姿信息就是通過(guò)約束關(guān)系來(lái)確定的，所以說(shuō)虛擬裝配對(duì)象的運(yùn)動(dòng)屬性以及裝配都要取決于裝配約束關(guān)系，模型結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2中每一個(gè)單元都代表相應(yīng)的對(duì)象，其中的數(shù)字代表不同對(duì)象的編號(hào)，不同單元之間的箭頭關(guān)系表示相互之間的約束，其中這些單元主要有裝配配合的類(lèi)型、名稱(chēng)、幾何元素、約束參照、狀態(tài)以及配合參數(shù)。

2CAD技術(shù)系統(tǒng)和裝配系統(tǒng)信息數(shù)據(jù)

利用CAD技術(shù)系統(tǒng)的建模功能不僅可以節(jié)省虛擬裝配模型開(kāi)發(fā)的成本，也更利于使用和推廣，對(duì)于虛擬裝配模型的轉(zhuǎn)換就是通過(guò)CAD三維立體模型通過(guò)二次開(kāi)發(fā)來(lái)實(shí)現(xiàn)裝配模型的轉(zhuǎn)化，利用Pro/E軟件將具體的模型轉(zhuǎn)化到軟件中，在轉(zhuǎn)化導(dǎo)入的過(guò)程中，最終得出的裝配模型出入設(shè)備零件幾何模型和其他的特征信息以外，其余的裝配信息都消失了，而這些消失的信息則利用CAD模型Pro/E軟件的二次開(kāi)發(fā)技術(shù)進(jìn)行提取，最終將提取的信息導(dǎo)入到虛擬裝配模型中。

對(duì)于裝配信息的二次提取主要是利用Pro/E軟件特征樹(shù)信息提取算法進(jìn)行，首先總裝配體會(huì)訪問(wèn)裝配模型的所有特征信息，然后獲取到下一個(gè)特征，如果這個(gè)特征信息類(lèi)型為元件信息，那么軟件會(huì)進(jìn)一步的獲得對(duì)應(yīng)原件的模型以及相關(guān)信息，如果這個(gè)特征信息不是元件信息那么系統(tǒng)會(huì)繼續(xù)獲取下一個(gè)特征，讀取到的元件模型和信息如果是子裝配體，則軟件會(huì)直接訪問(wèn)這些裝配體的所有特征，通過(guò)這個(gè)軟件的算法過(guò)程來(lái)對(duì)裝配零部件丟失的屬性、層次、位姿、零部件關(guān)系、特征等信息進(jìn)行獲取。

3虛擬裝配約束和虛擬裝配的實(shí)現(xiàn)

基于配合約束識(shí)別虛擬裝配方法為基礎(chǔ)，使用基于虛擬空間位置以及幾何約束的自由度分析方法，變速箱虛擬裝配環(huán)節(jié)，裝配約束識(shí)別需要根據(jù)具體零件的位姿坐標(biāo)以及約束來(lái)完成，按照裝配約束識(shí)別得出的關(guān)系結(jié)構(gòu)進(jìn)行自由度分析，然后根據(jù)最終的分析結(jié)果按照實(shí)際的約束關(guān)系對(duì)裝配元件空間運(yùn)動(dòng)做出相應(yīng)的限制，這個(gè)過(guò)程中使用最為廣泛的就是自由度分析和約束定位求解，如果對(duì)于相關(guān)元件的結(jié)合約束檢測(cè)結(jié)果顯示其存在約束那么就需要進(jìn)行約束度分析，同樣在對(duì)驅(qū)動(dòng)交互設(shè)備幾何模型以及裝配元件變換位姿碰撞檢測(cè)和約束識(shí)別中如果存在約束也需要進(jìn)行自由度分析和約束定位求解，所以說(shuō)這個(gè)流程中驅(qū)動(dòng)交互設(shè)備幾何模型和裝配元件交換位姿相互之間的轉(zhuǎn)換必須通過(guò)自由度分析和約束定位求解來(lái)完成。

對(duì)于變速箱虛擬裝配實(shí)現(xiàn)來(lái)說(shuō)，可以在EON的基礎(chǔ)上，通過(guò)工具包二次開(kāi)發(fā)，來(lái)設(shè)計(jì)相應(yīng)的虛擬裝配模塊，重新組裝農(nóng)機(jī)底盤(pán)機(jī)械式變速箱零件，然后在此基礎(chǔ)上，使用已經(jīng)開(kāi)發(fā)的虛擬裝配節(jié)點(diǎn)，利用虛擬現(xiàn)實(shí)軟件EON實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械式變速箱軸總成的裝配，首先利用三維軟件技術(shù)將變速箱齒輪和軸套零件安置在具體的位置，將中間軸移動(dòng)到軸承孔，在進(jìn)行碰撞檢測(cè)的過(guò)程中，如果軟件檢測(cè)到軸承和變速箱產(chǎn)生摩擦碰撞，要及時(shí)的取消檢測(cè)，然后要對(duì)軸以及軸承孔的裝配約束關(guān)系作出識(shí)別，如果兩者滿足預(yù)設(shè)的閾值，并且也滿足同軸關(guān)系，則軸和軸承孔之間是存在同軸關(guān)系的，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)的給出識(shí)別結(jié)果，顯示兩者是同軸關(guān)系，然后再通過(guò)計(jì)算來(lái)調(diào)整設(shè)備中間軸的具體位置，最終要最大限度的提高同軸的精確度，其次在這種同軸關(guān)系約束條件下，持續(xù)的控制設(shè)備中間軸的位置，讓其沿著軸承孔中心線進(jìn)行移動(dòng)，然后逐個(gè)的識(shí)別出中間軸和設(shè)備齒輪、軸套等裝配的約束關(guān)系，最終通過(guò)計(jì)算來(lái)滿足相互之間的同軸關(guān)系，按照這種關(guān)系將其安裝到最終的位置。對(duì)于變速箱的最終裝配就是按照上面的方法依次對(duì)輸出和輸入軸總成進(jìn)行裝配。

4結(jié)論

本文基于層次結(jié)構(gòu)的變速箱裝配模型、虛擬現(xiàn)實(shí)軟件技術(shù)以及CAD模型Pro/E軟件的二次開(kāi)發(fā)技術(shù)最終開(kāi)發(fā)機(jī)械式變速箱虛擬裝配模型，從最終的結(jié)果可以看出這種模型可以實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械變速箱裝配過(guò)程的有效建模。

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