基于Pro/E的動態拆裝虛擬模型庫的創建

劉梅英，皮永飛

（華中農業大學工學院，湖北武漢 430070）

0 引言

工程實際中經常會應用實物反求技術，對已有先進產品進行拆裝測繪，整理出一套完整圖樣，為測繪仿制或自行設計提供寶貴的資料和經驗。因此測繪技術對工程技術人員而言是一項重要的基本技能。

拆裝測繪是依據機械專業大學生將來的工程設計需要而設計的實踐環節，目前有的高校放在工程圖學課程結束后進行集中測繪，也有的高校放在機械設計課程結束后開設機構認知與拆裝測繪綜合實驗課程。該實踐環節要求學生在充分研究測繪對象的結構、原理和功能后，對部件進行系統的拆卸、測量、繪圖和組裝，既有徒手作圖，也有尺規制圖和計算機繪圖的訓練，充分鍛煉了學生的綜合制圖能力，是理論與實踐相結合的具體體現［1］。

為了進一步提高拆裝測繪實踐環節的教學效果，指導學生對測繪對象的認知及有序地拆裝測繪，研究建立了基于Pro/E的動態拆裝虛擬模型庫。通過虛擬模型庫的中的模型、運動仿真和拆裝演示，了解閥、泵、減速器等部件的用途、工作原理和裝配關系，了解各組成部分零件在部件中的作用及形狀結構，增強學生對機械零件的感性認知。Pro/E是美國參數技術公司PTC（Parametric Technology Corporation）推出的3D CAD軟件，具有基于特征、全參數、全相關和單一數據庫等特點。自推出以來，由于其強大的功能，很快得到工程設計人員的歡迎，并迅速成為當今世界最為流行的CAD軟件之一［2］。

1 動態拆裝虛擬模型庫的建立

1.1 總體結構設計

動態拆裝虛擬模型庫中的模型既有經典的拆裝測繪部件，如齒輪油泵、手壓閥、減速器、球閥、安全閥、虎鉗、千斤頂等，也有部分專業課程中涉及到的部件，如雙聯葉片泵、農機傳動裝置等。每個模型下均可以查看該部件的三維模型、分解圖、運動仿真動畫及動態拆裝動畫?？傮w結構設計如圖1所示。

圖1 動態拆裝虛擬模型庫的總體設計

1.2 動態拆裝模型的制作

動態拆裝虛擬模型庫中每個模型均采用自底向上的裝配設計方法，即首先對拆裝對象進行結構分析，根據零件的形狀特點不同采用不同的建模方法，完成最底層的零件的建模。然后利用“組件”模塊根據部件或設備的裝配關系將多個零件進行組裝，并創建爆炸分解圖［2］。然后利用“機構”模塊對運動部件進行運動仿真。最后利用“動畫”模塊創建有序地動態拆裝過程的動畫，模擬實際的拆裝過程。其基本流程如圖2所示。

圖2 創建動態拆裝模型的基本流程

下面以雙聯葉片泵為例，簡要說明動態拆裝虛擬模型的制作步驟。雙聯葉片泵由兩個單級葉片泵在一個泵體內并聯組成，常用于有快速進給和工作進給要求的機械加工的專用機床中。兩個葉片泵的轉子由同一傳動軸帶動旋轉，有各自獨立的出油口，兩個泵可以是相等流量的，也可以是不等流量的。其結構由泵體、泵軸、轉子、定子、配油盤及端蓋組成。

1）零件建模

Pro/E建模需首先繪制二維截面草圖，經過拉伸、旋轉、掃描或混合等方法創建基本特征，然后利用陣列特征等工具對零件進行編輯得到零件的三維實體模型。雙聯葉片泵主要組成零件的三維模型如圖3所示。

2）組件裝配

完成零件建模后，將各個零件按設計要求裝配在一起才能形成一個完整的產品或機構裝置。Pro/E提供的“組件”模塊是通過設置零件間的約束，來限制零件間的自由度，以模擬現實生活中機構零件的裝配效果。為了便于觀察內部結構，可以將外殼零件作透明化處理或生成剖視圖，雙聯葉片泵裝配模型如圖4所示。利用［視圖］、［分解］、［分解視圖］來生成爆炸分解圖（圖5）。分解圖對于表達裝配體的結構組成和各個零件的相對位置十分有利。

圖3 雙聯葉片泵主要組成零件的三維模型

3）運動仿真

Pro/E提供的“機構”模塊可模擬模型的工作狀況。在裝配環境下創建連接類型、設置伺服電機，創建運動副，設置運動環境，然后運行機構分析，設計人員可以觀察機構的整體運動軌跡和各零件之間的相對運動，將分析結果輸出MPG格式文件保存［3］。

4）動畫制作

Pro/E提供的“動畫”模塊可以實現部件或設備的動態拆裝過程，能夠將直觀細致的三維實體及之間的裝配關系清晰地表達出來。制作時使用鼠標直接拖動組件，仿照動畫影片制作過程，一步步產生關鍵幀，最后連續播映這些關鍵制造影像。使用該功能相當自由，無需在運動組件上設定任何連接和伺服電動機［3］。

1.3 動態拆裝虛擬模型庫用戶界面的開發

為了達到良好的教學效果，利用Visual Basic（VB）來開發動態拆裝虛擬模型庫用戶界面，使用VB中的image控件來展示裝配模型的三維模型及爆炸分解圖，使用windows media player控件來展示運動仿真動畫和動態拆裝動畫［4］。用戶根據需要選定要拆裝的部件，然后可選擇查看該部件的三維模型圖片或者爆炸分解圖，也可選擇查看該部件的運動仿真動畫，或者動態拆裝動畫，整個操作過程簡便、直觀，動畫播放速度適中，利于輔助教學和學生自學。

2 結語

拆裝測繪實踐環節可增強學生對機械零部件的感性認識，同時綜合訓練學生的制圖能力。該模型庫的建立不僅對于拆裝測繪實驗進行有效指導，提升教學效果，也為后續機械設計和專業課程學習提供了良好的素材庫，從不同角度和層面認知設備，啟迪學生機械設計創新思維。同時，使學生了解現代設計方法和理念，增強應用先進技術的意識和學習興趣。

［1］王國順，謝軍.機械制圖實踐教程［M］.北京:清華大學出版社，2009.

［2］王詠梅，李春茂，張瑞萍，等.Pro/ENGINEER Wildfire 5.0 中文版基礎教程［M］.北京:清華大學出版社，2011.

［3］喬建軍，王保平，胡仁喜，等.Pro/ENGINEER Wildfire 5.0 動力學與有限元分析從入門到精通［M］.北京:機械工業出版社，2010.

［4］劉彬彬，安劍，等.Visual Basic從入門到精通［M］.北京:清華大學出版社，2010.