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  1 虚拟装配技术

  “虚拟装配”(Virtual Assembly)是产品(汽车)数字化工程中一个极其重要的环节,在虚拟现实技术领域和过程仿真技术领域中得到了广泛的应用。“虚拟装配”的定义至今仍然是学术界讨论的热门问题之一,其内涵目前仍没有统一的定义,许多学者从不同的角度进行了探索,并给出相应的定义,比较有代表性的有两个:

  1)虚拟装配是一种零件模型按约束关系进行重新定位的过程,是有效分析产品设计合理性的一种手段。该定义强调虚拟装配技术是一种模型进行重新定位的分析过程。

  2)虚拟装配是根据产品设计的形状和精度特性,真实地模拟产品三维装配过程,并允许用户以交互方式控制产品的三维真实模拟装配过程,以检验产品的可装配性。该定义着眼于产品物理装配过程的仿真。

  很明显,这两个定义强调的方面是不同的,但是作为一项新概念和新技术,它的提出与实施,必须与具体行业的设计特性相结合才具有实际的操作意义,才能具有真正的应用内涵。因此,结合汽车设计开发的特点,给出如下的定义:虚拟装配是实际装配过程在计算机上的本质体现,即在计算机上完成产品(汽车)零部件的装配建模,进行计算机装配、干涉分析等多次协调的设计过程,并通过统一的产品数据管理(Product Data Management),实现汽车三维设计开发过程与汽车零部件制造、装配过程的高度统一。通过和CAD技术相结合,可以解决设计与装配对象在设计开发过程中难以实现的动态性能。

  虚拟装配虽然被定义为一种技术,但是实际上它是许多相关技术的综合和利用,例如可视化技术、仿真技术、决策理论、装配和制造过程的研究等等。

  虚拟装配技术的实际应用应考虑下列几个问题:

  1)虚拟装配技术如何使工程产品的设一计、加工、装配、维护等问题得到综合考虑;

  2)虚拟装配系统如何帮助工程设计开发人员做出正确决策;

  3)如何实现虚拟装配和工程设计支撑系统及制造系统间的信息准确传递。

  2 工程应用研究

  2.1 虚拟装配设计流程

  在液力变矩器设计开发过程中,根据液力变矩器这一特殊产品自身的特点,可以将虚拟装配技术的设计开发过程划分为3个阶段,即总体设计阶段、基础设计阶段和详细设计阶段,通过对这3个设计阶段的控制,实现对液力变矩器设计开发进程的控制,设计流程如图l所示。

  

  图1 虚拟装配技术设计流程

  1)总体设计阶段。为液力变矩器设计开发的初期阶段,完成初步的总体布局,主要包括:建立液力变矩器主模型空间;进行液力变矩器初步的结构、系统总体布局。

  2)基础设计阶段。为液力变矩器设计开发的主要阶段,基本完成液力变矩器的零部件装配建模设计,主要包括:液力变矩器零部件模型空间分配(虚拟装配区域和虚拟装配层次的划分);具体零部件模型定义,包括建立三维实体模型和装配约束;进行静态干涉检验,保证液力变矩器零部件三维模型干涉自由。

  3)详细设计阶段。为液力变矩器设计开发的完善阶段,完成液力变矩器装配建模的最终设计。主要包括:完成液力变矩器装配建模的最终设计;进行液力变矩器零部件三维模型的最终虚拟装配;进行动态干涉检验,保证液力变矩器零部件三维模型无干涉。

  2.2 某型轿车液力变矩器虚拟装配技术应用

  1)建立主模型

  将虚拟装配技术应用于液力变矩器设计开发的全过程中,主模型可以保证液力变矩器零部件数据结构完整一致,实现CAD/CAE/CAM系统的高度集成,为协同设计和并行工程打下良好的基础,这也是实现自顶而下设计的前提条件。图2为某型轿车液力变矩器泵轮主模型。

  

  图2 液力变矩器泵轮主模型

  2)装配层次划分

  液力变矩器是由具有层次关系的零部件组成的复杂系统。体现在虚拟装配中,一个装配体(Assembly)可以分解为若干个零件(Par)和子装配体(Subassembly),一个子装配体又可以分解为若干个更下一层的零件和子装配体。这个过程实际就是一个自上而下的设计过程.在液力变矩器结构设计应用中,通过分级式多叉树状结构来描述,即按零部件间设计的逻辑依附关系来确定各模型间的父子关系,从而实现装配设计层次的划分,如图3所示。

  

  图3 液力变矩器装配结构树

  3)建立装配约束

  装配约束管理包含对液力变矩器设计中几何模型间的关系进行控制和管理,这一机制彻底克服了自由建模的无约束状态,能确保设计的模型具有设计工程师所定义的正确的关系,如平行、共轴或共面等。通过约束管理,可使液力变矩器设计或改进、改型设计等重复过程中零部件模型特定的装配关系或约束得以保存,而与对模型所进行的修改无关。建立装配约束后,液力变矩器的总装配图如图4所示。

  

  图4 液力变矩器总装配图

  4)液力性能计算

  借助计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics,简称CFD)的数值计算方法,利用CFD软件对液力变矩器的内流场进行模拟,从而预测其原始特性。将预测性能与设计要求进行对比,并根据液力变矩器参数对性能的影响规律进行调整(主要是修改叶型),液力变矩器流场计算模拟是高速不可压缩粘性流场,流动情况相当复杂,计算网格采用高质量的六面体网格更容易达到收敛效果,如图5所示。

  

  图5 液力变矩器流道网格模型

  5)干涉分析

  装配设计完成后,需要进行静态和动态干涉检验。静态干涉检验是对液力变矩器零部件设计进行评估,在确定装配结构和总体设计后,进行零件细化设计,在装配过程中静态检验零部件之间的干涉、间隙等,并根据检验结果对零部件进行设计修改,从而得到正确的设计;动态干涉检验是对液力变矩器可装配性进行评估,在产品装配过程中,根据零部件的装配路径、装配关系和约束条件,进行装配姿态调整、修改,对液力变矩器电子样机进行运动机构定义,系统自动完成机构运动模拟运算,输出结果,直到得到正确的设计。制作运动仿真录像,其截屏图如图6所示。

  

  图6 液力变矩器运动仿真录像截屏图

  3 结束语

  通过在液力变矩器设计开发中应用虚拟装配技术,为液力变矩器后续的机构运动仿真及动力学分析、有限元建模及强度模态分析、内流场模拟及液力传动分析等计算机分析研究奠定了坚实的基础。根据虚拟装配的干涉检验报告,对相关零部件及时进行修改,为提高产品设计质量提供了强有力的技术保证。

  可以预见,虚拟装配技术将从根本上改变传统的产品设计开发模式,其目的是研究虚拟产品模型的建立和虚拟装配环境的建立,并将其应用于实际产品的设计开发中,对实际产品的性能和可装配性等进行评价,从而达到全局最优,以缩短产品设计开发周期,降低成本,提高产品快速响应市场变化的能力,获得最大的经济效益。

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     收录时间:2016-03-28 17:54 来源:智造网  作者:匿名
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