關于農業機械底盤機械式變速箱虛擬裝配的研究

陳志學

摘要：對農機設備底盤機械式變速箱虛擬裝配的研究，利用CAD技術通過和虛擬裝備系統模型數據的轉換來得到相應的模型信息，然后建立對應的裝配模型，通過基于空間位置以及幾何約束的分析方法來實現對變速箱虛擬裝配過程的約束，并且借助虛擬現實軟件以及二次開發技術來構建裝配模型，最終實現虛擬裝備過程。

關鍵詞：農業機械；變速箱；虛擬裝配

中圖分類號：S2203；TP39172文獻標識碼：A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2017.10.010

1機械式變速箱虛擬裝配模型

變速箱虛擬裝配模型是對整個過程的記錄，結合了裝配零件的信息和關系信息，對于裝配模型的構建主要從對象信息、層次信息以及約束信息三個方面進行入手。

首先虛擬裝配對象信息，主要包含了對象名稱、幾何模型、顯示模型、碰撞模型、運動信息、物理屬性等，其中運動信息主要指的是裝配對象的運動速度、角速度以及自由度，具體的結構如圖1所示。

其次是虛擬裝配層次信息，虛擬裝配層次結構信息體現的是裝配模塊之間的層次邏輯關系，按照裝配樹模型的方式對整個模塊進行描述，總共分為兩個層次，以某設備變速箱為例，第一個層次主要包含變速箱總裝配體的各個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構。

再者是虛擬裝配約束信息，變速箱機械設備裝配關系主要取決于具體設備的配合類型和結合元素，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約束關系來確定的，所以說虛擬裝配對象的運動屬性以及裝配都要取決于裝配約束關系，模型結構如圖2所示。

圖2中每一個單元都代表相應的對象，其中的數字代表不同對象的編號，不同單元之間的箭頭關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型、名稱、幾何元素、約束參照、狀態以及配合參數。

2CAD技術系統和裝配系統信息數據

利用CAD技術系統的建模功能不僅可以節省虛擬裝配模型開發的成本，也更利于使用和推廣，對于虛擬裝配模型的轉換就是通過CAD三維立體模型通過二次開發來實現裝配模型的轉化，利用Pro/E軟件將具體的模型轉化到軟件中，在轉化導入的過程中，最終得出的裝配模型出入設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軟件的二次開發技術進行提取，最終將提取的信息導入到虛擬裝配模型中。

對于裝配信息的二次提取主要是利用Pro/E軟件特征樹信息提取算法進行，首先總裝配體會訪問裝配模型的所有特征信息，然后獲取到下一個特征，如果這個特征信息類型為元件信息，那么軟件會進一步的獲得對應原件的模型以及相關信息，如果這個特征信息不是元件信息那么系統會繼續獲取下一個特征，讀取到的元件模型和信息如果是子裝配體，則軟件會直接訪問這些裝配體的所有特征，通過這個軟件的算法過程來對裝配零部件丟失的屬性、層次、位姿、零部件關系、特征等信息進行獲取。

3虛擬裝配約束和虛擬裝配的實現

基于配合約束識別虛擬裝配方法為基礎，使用基于虛擬空間位置以及幾何約束的自由度分析方法，變速箱虛擬裝配環節，裝配約束識別需要根據具體零件的位姿坐標以及約束來完成，按照裝配約束識別得出的關系結構進行自由度分析，然后根據最終的分析結果按照實際的約束關系對裝配元件空間運動做出相應的限制，這個過程中使用最為廣泛的就是自由度分析和約束定位求解，如果對于相關元件的結合約束檢測結果顯示其存在約束那么就需要進行約束度分析，同樣在對驅動交互設備幾何模型以及裝配元件變換位姿碰撞檢測和約束識別中如果存在約束也需要進行自由度分析和約束定位求解，所以說這個流程中驅動交互設備幾何模型和裝配元件交換位姿相互之間的轉換必須通過自由度分析和約束定位求解來完成。

對于變速箱虛擬裝配實現來說，可以在EON的基礎上，通過工具包二次開發，來設計相應的虛擬裝配模塊，重新組裝農機底盤機械式變速箱零件，然后在此基礎上，使用已經開發的虛擬裝配節點，利用虛擬現實軟件EON實現對機械式變速箱軸總成的裝配，首先利用三維軟件技術將變速箱齒輪和軸套零件安置在具體的位置，將中間軸移動到軸承孔，在進行碰撞檢測的過程中，如果軟件檢測到軸承和變速箱產生摩擦碰撞，要及時的取消檢測，然后要對軸以及軸承孔的裝配約束關系作出識別，如果兩者滿足預設的閾值，并且也滿足同軸關系，則軸和軸承孔之間是存在同軸關系的，系統會自動的給出識別結果，顯示兩者是同軸關系，然后再通過計算來調整設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，其次在這種同軸關系約束條件下，持續的控制設備中間軸的位置，讓其沿著軸承孔中心線進行移動，然后逐個的識別出中間軸和設備齒輪、軸套等裝配的約束關系，最終通過計算來滿足相互之間的同軸關系，按照這種關系將其安裝到最終的位置。對于變速箱的最終裝配就是按照上面的方法依次對輸出和輸入軸總成進行裝配。

4結論

本文基于層次結構的變速箱裝配模型、虛擬現實軟件技術以及CAD模型Pro/E軟件的二次開發技術最終開發機械式變速箱虛擬裝配模型，從最終的結果可以看出這種模型可以實現對機械變速箱裝配過程的有效建模。

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