二段式液压机械无级变速器虚拟装配设计

二段式液压机械无级变速器虚拟装配设计【摘要】虚拟装配技术应用于液压机械无级变速器的设计，可以在很大程度上缩短产品研发周期、降低成本、提高产品质量及实现产品数据的统一管理。

本文作者围绕着二段式液压机械无级变速器虚拟装配设计问题，分析了基于虚拟装配设计流程，重点介绍了虚拟装配技术在二段式液压机械无级变速器设计中的应用。

【关键词】液压机械；无级变速器；虚拟装配
中图分类号：v444文献标识码： a 文章编号：
一、引言
虚拟设计制造技术是虚拟现实技术在设计与制造领域的重要应用之一，已经引起工业界和研究机构的广泛关注。

虚拟设计制造是现实制造在虚拟环境下的映射，它以计算机仿真技术和建模技术为支持，利用虚拟产品模型，在产品的实际加工之前对产品的性能、产品的可制造性进行评价，对产品的使用过程进行仿真，采用产品性能（如可制造性、可装配性、工作性能等）均衡优化方法，提高产品预测和决策能力。

虚拟装配是虚拟设计制造的核心技术之一，它可以在产品的设计阶段对产品模型进行预装配，验证产品设计的合理性以及装配工艺的准确性，为下一步产品的实际加工制造提供生产前检验。

二、基于虚拟装配设计流程分析
目前虚拟装配技术研究的内容主要包括：（1）产品装配模型的建立；（2）装配工艺规划的制定；（3）装配模型的干涉检验等。

在产品的设计过程中，虚拟装配技术主要应用于产品设计过程的如下阶段，其流程图如图1所示。

图1 基于虚拟装配设计流程
（1）设计信息输入阶段。

包括设计要求、产品设计参数等信息的输入。

（2）产品总体设计阶段。

根据产品的设计要求，进行产品的结构、机构系统的总体布局。

（3）产品装配设计阶段。

完成产品所有零部件模型的设计，建立装配约束，完成装配区域、装配层次的划分。

（3）产品完善设计阶段。

完善产品设计。

该阶段要完成模型的装配，进行装配仿真，对装配模型进行干涉检验，发现问题及时改进，保证产品设计的准确。

（4）模型输出阶段。

输出产品完善设计阶段的产品模型。

三、二段式液压机械无级变速器虚拟装配设计应用
为了适应现代化制造及并行设计的思想，我们把虚拟装配技术应用到二段式液压机械无级变速器的设计中。

根据虚拟装配设计流程，虚拟装配技术的应用思想、方法和具体的实现途径如下。

3.1 二段式液压机械无级变速器零部件虚拟模型的建立
本文基于三维建模软件ug进行变速器零部件设计。

作为辅助设计工具，在造型功能、特征建模、基于约束的参数化和变量化设计、二次开发等方面均具有优势。

自顶向下与自底向上的装配方法可以充分体现设计者的意图，表达各零部件之间的相互关系。

本文装配
体的设计方式采用自顶向下和自底向上的混合模式完成。

由于ug中实体的建模方法有多种，同一个实体可以用不同的方法构造，不同的操作也可以完成相同的结构特征。

在零部件的建模过程中应该考虑到虽然不同的建模方法和建模顺序可以构造出
同样的实体，但不同的方法和顺序构造出的实体却具有不同的稳定性以及可修改性。

在模型的建立过程中要正确选择建模方法和建模顺序。

以变速器中的关键零件行星架实体模型为例，其建模过程为：（1）建模前首先进行行星架的结构分析，理清行星架与太阳轮、行星轮、离合器组合等零部件之间的空间位置、装配顺序、装配层次等相互关系。

（2）分析行星架本身所包括的所有结构特征以及各特征的主次关系（如外花键、油孔、油槽等），按照特征的主次关系，选用合理的顺序进行建模。

（3）根据设计信息，运用ug的设计以及编辑约束功能等完成行星架的建模工作。

两端的外花键可以用表达式直接建模或者利用ug的二次开发编程工具，开发出花键模块再进行建模。

本文中行星架的建模采用齿轮花键建模模块直接完成。

行星架中间部分比较复杂，首先建立草图，对其进行拉伸、旋转、实体减等操作，然后进行特征的镜像，最后进行键槽、打孔、倒角等操作，从而完成模型的建立。

基于同样的思路，选用合适的建模方法和建模顺序完成其它零部件的实体模型构造。

3.2 二段式液压机械无级变速器的虚拟装配
在一般的新产品的设计过程中往往需要制造原型，而实际工作中不可能通过一次装配就能满足设计要求，往往会出现干涉等问题，然后重新设计和修改原型，造成成本上的浪费。

通过ug软件建立的模型，可先对产品进行装配，干涉检验，如出现问题可立即对模型进行修改，并重新生成模型和自动更新相关的零件图和装配图。

（1）三维实体装配。

装配工艺规划主要包括装配序列规划和装配路径规划等内容。

制定装配工艺规划是进行产品虚拟装配的必要前提，合理的装配规划可以为产品的后续装配工作提供便利，节省时间和计算机资源。

装配序列规划是虚拟装配过程中的重要环节，它是在虚拟装配建模的基础上，对零部件的装配序列进行推理，为下一步实现产品装配过程仿真提供基础。

装配序列规划是基于装配建模的装配工艺顺序的自动生成。

产品中零件之间的几何关系、物理结构以及功能特性等决定了零件装配的先后顺序，所有零件的装配序列形成产品的装配序列规划。

产品的虚拟装配一般以零部件装配树的形式来表示，它记录了装配基准件、装配层次、装配关系和顺序。

装配体可以分解成若干个子装配体或零件，子装配体又可以进一步分解成若干个子装配体或零件，由此表现出产品的层次性。

表现在液压机械无级变速器的产品装配上，其层次结构关系可以表示为如图2所示的装配树形
式。

树的根节点是最终的液压机械无级变速器装配模型，行星排机构、箱体、各传动轴子装配体是中间节点，叶节点是行星架、太阳轮、轴等组成产品模型的各个零件。

为了能够较好地表达出产品的层次结构和零件之间的关系，在对产品整体上采用树状模型表示的同时，对于每个子装配体，用约束关系图表达其中各零件之间的装配约束关系。

如齿圈的模型装配约束关系，齿圈由齿圈输入架、齿圈、齿圈输出架构成，齿圈两侧输入、输出架与齿圈之间都采用了面贴合、轴共线的装配约束关系，齿圈输入、输出架之间是轴共线的约束关系。

图2 变速器装配层次结构
以三维建模软件ug作为虚拟装配平台，根据所制定的装配工艺规划，完成整个变速器的装配设计工作。

行星排虚拟装配模型装配完毕，对其虚拟装配模型进行装配爆炸，可以通过编辑功能编辑爆炸后零件的位置，也可以给定一个数值，使装配模型自动爆炸。

装配爆炸视图可以让设计人员更清晰地了解装配体中零部件之间的相互关系。

（2）装配干涉检验。

装配模型的干涉检验可以验证装配模型设计的正确性，对已完成的虚拟装配模型进行干涉检验十分必要。

通过对二段式液压机械无级变速器虚拟装配模型进行干涉检验，依据零部件的干涉和运动情况，修改原产品的设计模型，最终完善液压机械无级变速器中所有零部件的设计工作。

对于检验过程发现的问题要进行细致科学的分析，确实有问题的零部件设计要进行改进
设计或者重新设计，以保证最终设计的产品的质量。

结束语
对二段式液压机械无级变速器虚拟装配模型的建立，为其运动学、动力学及模态分析奠定了基础，而虚拟装配模型的干涉检验保证了产品的质量，因此在实际生产中，加强对二段式液压机械无级变速器虚拟装配设计及研究具有十分重要的现实意义。

参考文献
［1］宁汝新，郑佚.虚拟装配技术的研究进展及发展趋势分析［j］.国机械工程，2005,15(16).
［2］朱文华，马登哲.虚拟装配技术的应用研究［j］.机械设计与研究，2004，20(6)
［3］胡朝峰，过学迅，汪斌.虚拟装配技术在液力变矩器设计中的应用［j］数字化设计，2010（1）
注：文章内所有公式及图表请用pdf形式查看。