关于农业机械底盘机械式变速箱虚拟装配的研究

陈志学

摘要：对农机设备底盘机械式变速箱虚拟装配的研究，利用CAD技术通过和虚拟装备系统模型数据的转换来得到相应的模型信息，然后建立对应的装配模型，通过基于空间位置以及几何约束的分析方法来实现对变速箱虚拟装配过程的约束，并且借助虚拟现实软件以及二次开发技术来构建装配模型，最终实现虚拟装备过程。

关键词：农业机械；变速箱；虚拟装配

中图分类号：S2203；TP39172文献标识码：A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2017.10.010

1机械式变速箱虚拟装配模型

变速箱虚拟装配模型是对整个过程的记录，结合了装配零件的信息和关系信息，对于装配模型的构建主要从对象信息、层次信息以及约束信息三个方面进行入手。

首先虚拟装配对象信息，主要包含了对象名称、几何模型、显示模型、碰撞模型、运动信息、物理属性等，其中运动信息主要指的是装配对象的运动速度、角速度以及自由度，具体的结构如图1所示。

其次是虚拟装配层次信息，虚拟装配层次结构信息体现的是装配模块之间的层次逻辑关系，按照装配树模型的方式对整个模块进行描述，总共分为两个层次，以某设备变速箱为例，第一个层次主要包含变速箱总装配体的各个轴总成以及箱体部分，第二层是输出轴总成、中间轴总成、输入轴总成以及箱体的具体结构。

再者是虚拟装配约束信息，变速箱机械设备装配关系主要取决于具体设备的配合类型和结合元素，而装配的约束信息除了这些因素以外，还需要考虑不同零件的物理属性以及操作特征，图1中不同零件的位姿信息就是通过约束关系来确定的，所以说虚拟装配对象的运动属性以及装配都要取决于装配约束关系，模型结构如图2所示。

图2中每一个单元都代表相应的对象，其中的数字代表不同对象的编号，不同单元之间的箭头关系表示相互之间的约束，其中这些单元主要有装配配合的类型、名称、几何元素、约束参照、状态以及配合参数。

2CAD技术系统和装配系统信息数据

利用CAD技术系统的建模功能不仅可以节省虚拟装配模型开发的成本，也更利于使用和推广，对于虚拟装配模型的转换就是通过CAD三维立体模型通过二次开发来实现装配模型的转化，利用Pro/E软件将具体的模型转化到软件中，在转化导入的过程中，最终得出的装配模型出入设备零件几何模型和其他的特征信息以外，其余的装配信息都消失了，而这些消失的信息则利用CAD模型Pro/E软件的二次开发技术进行提取，最终将提取的信息导入到虚拟装配模型中。

对于装配信息的二次提取主要是利用Pro/E软件特征树信息提取算法进行，首先总装配体会访问装配模型的所有特征信息，然后获取到下一个特征，如果这个特征信息类型为元件信息，那么软件会进一步的获得对应原件的模型以及相关信息，如果这个特征信息不是元件信息那么系统会继续获取下一个特征，读取到的元件模型和信息如果是子装配体，则软件会直接访问这些装配体的所有特征，通过这个软件的算法过程来对装配零部件丢失的属性、层次、位姿、零部件关系、特征等信息进行获取。

3虚拟装配约束和虚拟装配的实现

基于配合约束识别虚拟装配方法为基础，使用基于虚拟空间位置以及几何约束的自由度分析方法，变速箱虚拟装配环节，装配约束识别需要根据具体零件的位姿坐标以及约束来完成，按照装配约束识别得出的关系结构进行自由度分析，然后根据最终的分析结果按照实际的约束关系对装配元件空间运动做出相应的限制，这个过程中使用最为广泛的就是自由度分析和约束定位求解，如果对于相关元件的结合约束检测结果显示其存在约束那么就需要进行约束度分析，同样在对驱动交互设备几何模型以及装配元件变换位姿碰撞检测和约束识别中如果存在约束也需要进行自由度分析和约束定位求解，所以说这个流程中驱动交互设备几何模型和装配元件交换位姿相互之间的转换必须通过自由度分析和约束定位求解来完成。

对于变速箱虚拟装配实现来说，可以在EON的基础上，通过工具包二次开发，来设计相应的虚拟装配模块，重新组装农机底盘机械式变速箱零件，然后在此基础上，使用已经开发的虚拟装配节点，利用虚拟现实软件EON实现对机械式变速箱轴总成的装配，首先利用三维软件技术将变速箱齿轮和轴套零件安置在具体的位置，将中间轴移动到轴承孔，在进行碰撞检测的过程中，如果软件检测到轴承和变速箱产生摩擦碰撞，要及时的取消检测，然后要对轴以及轴承孔的装配约束关系作出识别，如果两者满足预设的阈值，并且也满足同轴关系，则轴和轴承孔之间是存在同轴关系的，系统会自动的给出识别结果，显示两者是同轴关系，然后再通过计算来调整设备中间轴的具体位置，最终要最大限度的提高同軸的精确度，其次在这种同轴关系约束条件下，持续的控制设备中间轴的位置，让其沿着轴承孔中心线进行移动，然后逐个的识别出中间轴和设备齿轮、轴套等装配的约束关系，最终通过计算来满足相互之间的同轴关系，按照这种关系将其安装到最终的位置。对于变速箱的最终装配就是按照上面的方法依次对输出和输入轴总成进行装配。

4结论

本文基于层次结构的变速箱装配模型、虚拟现实软件技术以及CAD模型Pro/E软件的二次开发技术最终开发机械式变速箱虚拟装配模型，从最终的结果可以看出这种模型可以实现对机械变速箱装配过程的有效建模。

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