基于CATIA的DSG湿式双离合器的虚拟装配技术

张永锁 张佳音 郑泠汐

摘 要：雙离合自动变速器是汽车自动变速器的主要品种之一，其性能直接影响汽车的起步质量、换档品质、行驶平顺性、燃油经济性和动力性。本文利用CATIA软件对DSG湿式双离合器进行了实体建模、虚拟装配，并制作装配动画的视频文件。通过三维CAD软件对湿式双离合器进行设计分析及虚拟装配，对于缩短汽车零部件产品开发周期、降低生产成本等具有十分重要的意义。

关键词：DSG湿式双离合器;CATIA;三维建模;虚拟装配

中图分类号：TP391.72 文献标识码：A DOI：10.3969/j.issn.1003-6970.2021.02.051

本文著录格式：张永锁，张佳音，郑泠汐.基于CATIA的DSG湿式双离合器的虚拟装配技术[J].软件，2021，42（02）：167-170

Virtual Assembly Technology of DSG Wet Dual Clutch Based on CATIA

ZHANG Yongsuo， ZHANG Jiayin， ZHENG Lingxi

（College of Home and Industrial， Nanjing Forestry University， Nanjing  Jiangsu  210037）

【Absrtact】：The Double Clutch automatic transmission is one of the main vehicle automatic transmission， its performance directly affects the vehicle's starting quality， shift quality， ride comfort， fuel economy and power performance. This paper uses CATIA software to model DSG wet dual clutch， make virtual assembly， and make assembly animation video file. It is very important to design， analyze and virtual assemble the wet dual clutch by 3D CAD software in order to shorten the development cycle and reduce the production cost.

【Keywords】：DSG;wet dual clutch;CATIA;three-dimensional modeling;virtual assembly

随着社会发展、科技的进步，汽车技术得到飞速的发展，其中自动变速器技术的出现对于汽车的发展具有里程碑式的意义[1]。双离合自动变速器是汽车自动变速器的主要品种之一，其性能直接影响汽车的起步质量、换档品质、行驶平顺性、燃油经济性和动力性，因此双离合自动变速器是汽车设计工作的一个重点和难点[2]。本文采用三维CAD软件对双离合自动变速器中的湿式双离合器进行设计分析，利用三维CAD建模软件CATIA对DSG湿式双离合器进行了实体建模、虚拟装配，并制作装配动画的视频文件[3]。将计算机辅助产品设计技术融入汽车设计的基础环节，对于缩短汽车零部件产品开发周期、降低生产成本等具有十分重要的意义[4]。

1 DSG湿式双离合器

DSG变速器的多片湿式双离合器内部主要由两个离合器组成：离合器K1和离合器K2。纵观DSG变速器的工作原理，多片湿式双离合器的作用等同于普通手动变速器中机械式离合器的作用，对于有级的液力机械式自动变速器来讲，其作用相当于液力变矩器的作用，多片湿式双离合器实际为一个自动变速器[5]。

离合器K1如图1所示，主要由内片壳体、外片壳体、活塞、活塞密封圈、油压室、膜片弹簧等元件组成[6]。离合器K1内片壳体和变速器输入轴1通过花键配合联接在一起，其外片壳体是双离合器的外壳，而外壳则是和与发动机曲轴相连接的双质量飞轮通过螺栓联接为一体[7]。离合器K1的主要作用是：其工作以后，可以让曲轴与变速器输入轴1实现联接或分离[8]。

离合器K2如图2所示的结构与离合器K1基本相似，同样由内片壳体、外片壳体、活塞、活塞密封圈、油压室、螺旋弹簧等元件组成[9]。离合器K2与离合器K1结构不同的是：离合器K2内片壳体和变速器输入轴2通过花键配合联接在一起[10]。离合器K2的主要作用：其工作以后，可以让曲轴与变速器输入轴2实现连接或分离[11]。

离合器K1与离合器K2的实质作用如下：离合器K1主要负责1档、3档、5档和倒档，在汽车行驶中一旦用到上述档位中的任何一档，离合器K1接合;离合器K2主要负责2档、4档和6档，当使用2、4、6档中的任一档时，离合器K2接合[12]。

2 CATIA软件与虚拟装配技术

CATIA软件是CAD领域集成了曲面设计、实体造型、模具设计为一体的高级软件，具有功能强大、易学易用和技术创新三大特点。这使得CATIA成为领先的、主流的三维CAD解决方案[13]。作为PLM协同解决方案的一个重要组成部分，它可以帮助制造厂商设计可靠的产品，并支持从项目前阶段、具体的设计、分析、模拟、组装到维护在内的全部工业设计流程[14]。该软件在航空航天、汽车制造、机械制造、消费品行业等大量涉及复杂外形设计和精密结构的工作领域展现了复合多面的功能[15]。本文选用的CATIA V5软件是基于Windows平台的全参数化和以特征建模技术为核心的特征造型软件，它可以十分方便地实现复杂的三维零件实体造型、虚拟装配和工程图制作，为设计人员提供了良好的设计环境[16]。

虚拟装配是在虚拟现实环境下仿真装配过程一项技术，是虚拟制造的重要组成部分[17]。它充分利用了计算机辅助设计技术、计算机辅助制造技术和虚拟现实技术的优点。模拟出虚拟的装配环境，用于验证装配设计和操作过程的合理性，并可视化地展示装配过程，以便设计者及早发现装配中的问题，对装配设计进行修改[18]。在集成的产品设计开发过程中，虚拟装配仿真技术包含了设计和制造两个方向，设计方向指的是产品的装配建模，就是设计出能进行最佳装配的产品[19]。制造方向指的是产品的装配规划，主要包括装配序列规划和装配路径规划。装配序列规划主要包括装配序列的几何可行性分析，即从几何约束的角度分析，两个装配单元之间的装配操作或分解操作不存在几何位置上的干涉现象[20]。装配路径规划是在装配建模和装配序列的基础上，充分利用装配信息进行装配路径的分析和求解，生成一条无碰撞的从起点到终点的装配路径，从而达到优化设计的效果[21]。

3基于CATIA软件的实体建模

运行CATIA软件，进入机械设计——零件设计模块。以DSG湿式双离合器的外片壳体零件为例，选中xy平面，点击进入xy平面的草绘界面，在草绘工作区中绘制外片壳体零件的二维草绘图形。退出二维草绘模式，点击旋转命令创建360°壳体的旋转体，如图3所示。选中zx平面并进入草绘模式，绘制二维草绘图形以创建壳体内圈凹槽。 选定已绘制的凹槽特征，点击进入阵列特征命令。设置阵列参数：实例为30，角度间距为12°，参考元素设置为zx平面，创建完阵列特征，得到包含内圈凹槽特征的外片壳体实体。同理可以绘出壳体外圈的凹槽，及凹槽特征阵列后的实体。壳体的细节均通过草图、凸台、凹槽、阵列绘制而成，如图4所示。

4 基于CATIA软件的虚拟装配

进入机械设计——装配设计模块。新建文件Product，插入现有部件，选择所需装配文件（外片壳体），部件出现在相对坐标系的原点处[22]。再次进入文件选择界面，选择所需装配文件（油缸活塞），部件出现在视口界面中，点击移动操作栏的移动命令，选择y方向进行移动，移動到合适位置即可，为下步装配约束做准备。点击相合约束，分别拾取两个部件（外片壳体和油缸活塞）的轴线，实现两个部件的轴线相重合，点击更新操作，即可实现相合约束。点击接触约束，分别拾取壳体与油缸活塞相接触的两个平面[23]。点击更新操作，即可实现接触约束装配，如图5所示。重复上述操作，可以继续实现膜片弹簧、内片壳体、钢片、摩擦片、外壳等部件的装配。零部件装配后拆开的爆炸图如图6所示，实现装配后，保存为Product文件。

5基于CATIA软件的装配动画

运行CATIA 软件，进入数字化装配——DMU Navi-gator模块。点击DMU一般动画中的跟踪，选择所需移动的部件（外片壳体），该部件中心处出现可移动的相对坐标系，移动该坐标系至所需位置，点击记录，记录下移动的路径。同样步骤继续下个部件（油缸活塞）的跟踪移动和记录，如图7所示。同理，做好每个部件的跟踪移动和记录后，点击编辑序列，会话中的工作指令是刚刚记录完成的所有部件的移动追踪[24]。按实际装配顺序，点击移动，将会话中的工作指令移入右侧序列中的工作指令，编辑好所有序列后，点击确认，如图8所示。视频制作时，点击工具，进入图像——视频模块[25]。录制视频时，首先打开播放器，点击向前播放，此时播放器播放刚刚编辑好的装配序列，在此同时，点击视频录制器中的开始录制[26]。录制视频时，可以点击参数设置，自行修改动画速度。动画录制输出的格式、地址、动画每秒桢速率，通过点击视频录制器中设置视频属性来实现编辑[27]。

6结论

虚拟装配是在虚拟现实环境下仿真装配过程一项技术，是虚拟制造的重要组成部分。虚拟装配技术利用了CAD、CAM和VR技术的优点，模拟出虚拟的装配环境，可视化地展示装配过程，用于验证装配设计和操作过程的合理性[28]。有利于优化装配方案，提高装配效率。本文利用CATIA软件对DSG湿式双离合器进行了实体建模、虚拟装配，并制作装配动画的视频文件。通过三维CAD软件对湿式双离合器进行设计分析及虚拟装配，对于缩短汽车产品开发周期、降低生产成本等具有十分重要的意义。

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