变速器三维模型的模块化及方法

（陕西法士特汽车传动工程研究院,西安 710119）

0 前言

Pro/E软件是一个面向工业厂品全生命周期的集设计、工艺、制造、工程分析、运动仿真等于一体的PLM系统。该软件一经面世，它的尺寸驱动、基于特征设计等优点深受用户欢迎，很快就被广泛用于自动化、机械、电子、模具、汽车、航空航天、医疗器械等领域。汽车公司在匹配我公司产品的同时，由于整车布置的需要，需要法士特提供变速器的三维模型给主机厂用于整车布置。应用工程师通常将变速器三维装好后，另存成通用的数据交换格式IGS、SET、VAP、中性文件等形式交付给客户[1]。该文件总体上有以下几个缺点：

（1）变速器模型没有进行模块化处理，模型不能复用。

（2）所生成的文件通常为曲面文件，客户无法出图。

（3）变速器模型所生成的数据量较大，发送给客户费时费力。

1 变速器三维图的模块化

图1为基型变速器三维模型的模型树，我们可以看到变速器每个零件都有，考虑到应用工程师与主机厂交换数据并不需要提供变速器内部结构如齿轮、同步器等零件[2]。

图1 变速器三维图模型树

根据主机厂只需要变速器的三维外形图，应用工程师可以根据变速器的特点将变速器分成以下几部分：仅需要提供外连接尺寸接口，也就是应用工程师将必须先简化自己的三维模型后才可以给客户提供。

以12挡变速器为例，见图2，我们可以将变速器分成6大模块，以变速器大壳组为例，可以将变速器大壳、双头螺栓、油堵等件装为一体，做成一个实体的part文件。

图2 变速器模型的数据结构

对图3的变速器大壳组采用收缩包络处理后，剖切壳体会发现变速器大壳已全部填充，无法看到内部结构，满足公司对数据交换的要求。

图3 变速器大壳组示意图

图4 收缩包络好的变速器大壳组

2 收缩包络在变速器模型中的应用

“收缩包络”特征可以自动从零件或组件中选取曲面数据，并将其复制到特征中。收缩包络特征主要用途有三种：

（1）为可用做参照封装模型的复杂零件或组件创建轻量化版本。也可以将包含收缩包络特征的模型转化为三维模型，并在简化表示中替代它。

（2）创建可用来与供应商或客户共享几何的关联模型，并去掉不希望共享的任何细节。

（3）在组件中创建收缩包络特征，然后再通过排除组件中除收缩包络特征之外的所有项目来创建轻量化简化表示。

通过分别变速器的6大组块创建收缩包络好的子模型，做成三维模型数据库，当客户需要三维模型，应用工程师短时间即可以提供装好的三维实体模型供客户校核，提高工作效率。

以变速器壳体组为例，将变速器壳体进行预处理，将变速器壳体的各个开口结合面，如与离合器大壳结合面、后盖接合面、上盖结合面等采用“拉伸特征”，拉伸厚度取10个即可，将变速器壳体做成全封闭的空腔，如图5所示，同时留下各个接口面的螺栓接口，采用“一面两销”的定位方式留下装配基准可以与其它模块定位。

图5 封闭好的变速器大壳

图5中上盖结合面拉伸好的结合面留下2个孔以便装配上盖组可以用作装配基准。对变速器中的衬垫建议按相配件的大小将衬垫按一定厚度直接做“拉伸”长在较小的零件上，如离合器壳体衬垫可以长在离合器大壳上，后盖衬垫长在后盖壳体上，上盖衬垫长在上盖上，这样做的好处是方便建模，如果长在变速器壳体上，结合面大小不好确定。

新建一个变速器大壳装配体，将封闭好的大壳装上螺栓、油堵、定位销等零件，如图6所示。

图6 变速器大壳组

单击“文件”＞“保存副本”，并在保存副本对话框中选取“收缩包络”文件类型。随后再“创建收缩包络”对话框中会显示用来创建模型的各种创建方法以及几何定义选项。

图7 收缩包络菜单

创建收缩包络模型时，有3种创建方法可以供用户使用：

（1）曲面子集-一组曲面合基准特征，表示参照模型的外部几何。曲面子集是速度最快的收缩包络方法，且产生的模型尺寸最小，因为它只包含曲面几何。

（2）多面实体-它是一个约略的多面实体模型，表示所有外部曲面，会添加附加曲面来桥接间隙和完成实体。

（3）合并的实体-非常精确的源组件的实体表示。源组件中的元件会一起合并成一个零件，该零件表示所有已收集元件的实体几何。

这里我们选合并实体，质量等级通常选3级就可以了，等级越高模型数据量越大。我们根据需要可以勾选相应的框。所选择完成后，点确定，生成一个实体的part，此时完成一个变速器大壳组的创建。按照类似方法创建变速器其它的各个模块。对于变速器的气管类、阀类可以归到其它组。

图8 按组搭好的变速器分解示意图

所有的组准备好以后，可以根据客户需求按组搭建变速器三维模型，快速提供给用户所需要的三维模型，见图8。单击“文件”＞“保存副本”，并在保存副本对话框中选取“STEP”文件类型，生成“STEP”格式的文件。打开生成的变速器三维“STEP”格式的文件，做成剖面如图9所示。

图9 提供给客户的变速器三维图

该模型方便用户做整体布置和校核，同时客户很方便生成二维图。

3 结语

本文首先按变速器功能对变速器分成了6大组块，并以变速器组模型为例介绍了如何对变速器大壳进行预处理，并阐述了收缩包络在创建变速器组模型的创建方法。在做好变速器各个组块的基础上，提供符合客户要求的三维模型，同时去掉了不必要与客户共享的任何细节。做好的模型方便用户做整体布置和校核，同时客户很方便生成二维图，提高应用工程师的工作效率。