虚拟装配技术在汽车液力变矩器设计中的应用

作者：胡朝峰 过学迅 汪斌

欢迎访问e展厅 展厅 1 CAD/CAM软件展厅 CAD软件, CAD/CAM, CAM, 钣金CAD/CAM, CAI, ... 随着世界汽车制造业市场的竞争加剧，如何提高汽车产品质量，加快产品设计的研发及缩短制造周期一直是汽车制造业面临的一个问题。当今计算机技术在汽车设计和制造中发挥着重要的作用，多种设计软件如AutoCAD、UG、CATIA等在汽车设计的各方面得到了广泛的应用。计算机技术的飞速发展为汽车的制造装配集成化和智能化发展创造了条件，特别是虚拟现实技术的应用将汽车制造工艺过程可视化变为了可能。这种基于虚拟现实技术的汽车设计与制造是将计算机数字信息技术应用于汽车研发中，它为汽车研发过程实现了2个层次的飞跃：一是在设计阶段就能虚拟实现产品的装配过程；二是能预先对可视化仿真的制造过程做出分析评价。 一、虚拟装配的设计思想 所谓的虚拟装配技术就是无需产品或制造过程的物理实现，只需通过分析、模型检验、可视化和数据管理等手段，利用计算机工具来辅助与装配有关的工程决策技术。虚拟装配技术是虚拟现实技术在产品设计中的应用，是一种将CAD技术、可视化技术、仿真技术、产品数据管理（PDW，即Product Data Management）及装配和制造过程研究等多种技术加以综合运用的技术。 虚拟装配技术根据装配过程的侧重点不同，可分为以下三类： 1.以设计为中心的虚拟装配。即将数字化工程应用于新产品研发，结合产品研发的具体情况，突出以设计为核心的指导思想。其主要分类有：面向装配的设计，自顶向下的并行设计，以及与主模型相关的可制造性和装配性设计等。 2.以控制过程为中心的虚拟装配。即对产品总体设计进程和过程进行控制管理，实现虚拟装配流程控制。 3.以仿真分析为中心的虚拟装配。即在产品虚拟装配设计中进行仿真分析，用来评估主模型的装配性，它包括装配过程的优化和可装配性的评价两个方面。 二、虚拟装配技术在汽车液力变矩器设计中的应用 液力变矩器作为现代无极变速汽车重要的传动部件之一，其设计的优劣直接影响到整个汽车的性能。将虚拟装配技术应用于汽车液力变矩器的设计，可以在很大程度上缩短产品研发周期、降低成本并提高产品质量，实现了产品数据的统一管理。 1.液力变矩器进行虚拟装配的思想 对于汽车液力变矩器而言，其零部件的装配是虚拟设计技术的关键所在，必须针对液力变矩器的结构和设计特点进行虚拟装配。 2.液力变矩器实现虚拟装配的五个关键环节 1）建立液力变矩器主模型 虚拟装配技术在应用于汽车液力变矩器的研发过程中，主模型必须保证液力变矩器各个零部件数据的完整性，实现液力变矩器在CAD/CAE/CAM系统中的高度集成。根据液力变矩器的设计要求和总体参数，借助CAD设计软件UG NX建立液力变矩器各个组件的三维实体模型。 2）液力变矩器虚拟装配区域分层和划分装配层次 在建立好的液力变矩器各个组件的三维实体模型基础上，按照设计要求分出几个装配区域，然后再进一步划分装配层次。 3）装配数据管理 由于汽车液力变矩器各项设计的复杂性，所以各项设计数据的流动和对数据的有效管理是实现虚拟装配的重要环节。为了便于设计数据的管理，所有的信息都应存储在统一的数据库中，并由信息管理系统进行统一的产品数据管理，保证顺利实现整个汽车液力变矩器自顶向下的设计。 4）建立虚拟装配约束 进行液力变矩器模型虚拟装配前应该先将其功能和设计意图转化为设计约束，并进行数据管理，确保设计模型具有设计者所定义的约束关系，如平行、垂直、共轴和共面等，使液力变矩器约束模型能够管理所有的组件的形状特征和装配特征，以及它们之间的约束关系。若其中某个特征发生改变，虚拟模型能够根据设计约束关系发生相应的特征变化，从而保证整个数据流程的一致性。在三维设计软件中，UG NX提供强大的设计约束与编辑功能，图1为液力变矩器零部件装配图及装配爆破图。基本零部件是泵轮、导轮、涡轮和单向离合器等，全部几何尺寸来自二维设计数据，通过装配约束进行液力变矩器虚拟装配，装配出复杂的液力变矩器。 5）装配运动仿真和干涉分析 虚拟装配运动仿真就是对装配体中零部件的空间位置，按其装配路径连续地进行操作，并将此过程以动画的形式表示出来，以检测液力变矩器各组件在其运动轨迹上的相互干涉情况。对液力变矩器进行运动学仿真，模拟液力变矩器的实际工作状态，检查各运动机构间的协调关系。最后根据零部件的干涉和运动情况，修改原三维设计模型。在保证液力变矩器所有零件的干涉自由和运动协调时，完善液力变矩器所有零件的设计工作。 三、结束语 面对日趋激烈的市场竞争，虚拟装配技术作为虚拟化生产的核心技术之一，已在国外汽车制造业得到广泛的应用。从本文所讲述的在汽车液力变矩器虚拟装配中的应用可以看出，在建立的虚拟装配环境下，进行液力变矩器的研究与开发，可大大缩短液力变矩器的研发周期，同时还能够提高质量并降低成本，加快适应市场响应的能力，获得最优的经济效益。虚拟装配技术从实质上改变了传统设计的思想，在产品设计阶段直接检测各个零部件的装配关系和干涉情况，实现了产品设计的并行化，并进一步实现了产品的可视化设计和分析评价，从而达到最优设计。虚拟装配技术在以后的产品研发中将发挥越来越重要的作用。 作者单位：武汉理工大学汽车工程学院(end)

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