Alliance車鉤內(nèi)腔裝配體約束關(guān)系求解

汪 洋任克京

（1．遼寧軌道交通職業(yè)學(xué)院，遼寧 沈陽 110036；遼寧省安全科學(xué)研究院，遼寧 沈陽110004）

Alliance車鉤內(nèi)腔裝配體約束關(guān)系求解

汪 洋1任克京2

（1．遼寧軌道交通職業(yè)學(xué)院，遼寧 沈陽 110036；遼寧省安全科學(xué)研究院，遼寧 沈陽110004）

虛擬裝配仿真作為虛擬制造實(shí)施的核心技術(shù)之一，其主要任務(wù)是用可視化手段研究和解決產(chǎn)品的可裝配性問題。文中在Pro/E參數(shù)化建模的基礎(chǔ)上，應(yīng)用其裝配模塊，以Alliance車鉤各零部件模型為應(yīng)用對象，進(jìn)行內(nèi)腔裝配體約束關(guān)系求解。

Alliance車鉤；虛擬裝配；模型校驗(yàn)；運(yùn)動(dòng)仿真

Alliance車鉤外形尺寸較大，內(nèi)腔結(jié)構(gòu)復(fù)雜。測量人員在采集車鉤鉤體尺寸數(shù)據(jù)時(shí)發(fā)現(xiàn)在實(shí)際測量過程中如果不切割模型，車鉤鉤體內(nèi)腔中的局部數(shù)據(jù)無法采集與測量。鉤體的內(nèi)腔空間與車鉤性能關(guān)聯(lián)很大，車鉤內(nèi)腔空間關(guān)系必須有足夠并且恰好合適的空間來保證車鉤內(nèi)腔中各零件的運(yùn)動(dòng)以實(shí)現(xiàn)車鉤功能。通過分析內(nèi)腔中各零件在裝配中的功能和約束，本課題提出了基于Pro/Engineer的Assembly模塊的虛擬裝配求解鉤體內(nèi)腔的方法。

1 內(nèi)腔裝配體約束關(guān)系分析

裝配模型所包含的基本裝配信息主要有兩類：一是裝配體的分組和層次信息；二是裝配體之間的裝配關(guān)系信息。產(chǎn)品裝配模型中的裝配關(guān)系是裝配信息的重要組成部分，裝配關(guān)系直接體現(xiàn)了產(chǎn)品的功能，而且約束下層零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。它描述了零部件之間的相對位置、定位方向和配合關(guān)系等裝配約束信息。

在Alliance車鉤實(shí)際的裝配過程中，車鉤各零件受到多個(gè)幾何約束的作用。一個(gè)幾何約束是確定兩個(gè)約束幾何元素之間相對運(yùn)動(dòng)的規(guī)則，這個(gè)規(guī)則減少了包含所涉及面的零件的自由度，約束了零件的運(yùn)動(dòng)。并且Alliance車鉤作為一個(gè)裝配體是由多層次的零部件在多種約束下按一定關(guān)系組合起來的有機(jī)整體，而在Alliance車鉤的反求工程中，該車鉤各零件具體是在哪些約束下有機(jī)組合的是不確定的。這即是Alliance車鉤反求的一個(gè)重要任務(wù)，因此需要通過虛擬裝配來進(jìn)一步分析確定車鉤各零件之間的裝配關(guān)系。

圖1 推鐵與鉤體的裝配關(guān)系

2 內(nèi)腔裝配體約束關(guān)系求解

本課題Alliance車鉤的虛擬裝配是通過定義Alliance車鉤零件重構(gòu)模型之間的裝配約束來實(shí)現(xiàn)的，也就是在各零件模型之間建立的一定的連接關(guān)系，并對其進(jìn)行約束，從而確定各零件模型在空間的具體位置關(guān)系。可以說，各零件之間的裝配約束關(guān)系就是實(shí)際環(huán)境中零件之間的設(shè)計(jì)關(guān)系在虛擬環(huán)境的映射。因此通過虛擬裝配來分析求解Alliance車鉤各零件重構(gòu)模型間的裝配約束關(guān)系實(shí)際上就是對Alliance車鉤實(shí)際零件之間的設(shè)計(jì)關(guān)系的一個(gè)反求和還原。

Alliance車鉤中由裝配體分解約束分析得到的裝配約束關(guān)系有下鎖銷與下鎖銷桿之間的約束關(guān)系、下鎖銷與鉤鎖鐵之間的約束關(guān)系、鉤舌與鉤舌推鐵之間的約束關(guān)系等。由于在車鉤中特別是內(nèi)腔內(nèi)零件在運(yùn)動(dòng)過程中多屬自適應(yīng)零件，因此在關(guān)鍵工作位置的位姿是未知的，需要進(jìn)行求解。在虛擬裝配過程中，通過對運(yùn)動(dòng)過程零件所在各位置的模擬，實(shí)時(shí)、交互地進(jìn)行約束識(shí)別、定位，使零部件在滿足所有約束的基礎(chǔ)上精確地到達(dá)最終的裝配位置。

由于鉤鎖鐵、下鎖銷及鉤舌推鐵都是在鉤體內(nèi)腔內(nèi)活動(dòng)，在非破壞性的零件分解時(shí)無法獲知它們在內(nèi)腔中的裝配關(guān)系。以鉤舌推鐵為例，它不僅與鉤體橫梁接觸，還與鉤體槽接觸，并與鉤舌接觸，但具體是在什么位置、以什么姿態(tài)與這些零件約束并使其在車鉤閉鎖狀態(tài)下處于相對靜止?fàn)顟B(tài)，需要通過虛擬裝配進(jìn)行求解。 將Alliance車鉤各零件重構(gòu)模型在Pro/ Assembly中 裝配，其中鉤舌推鐵與鉤體槽先是由插入及面對齊來約束，這只是先保證推鐵在鉤體槽軸方向的面與鉤舌槽面先平行，即先確定此約束，然后就要在取消插入約束下先將推鐵轉(zhuǎn)動(dòng)并使其與橫梁曲面相接觸，再調(diào)整到與鉤舌凹槽面相接觸，且基本與內(nèi)腔壁接觸。在這三個(gè)條件都滿足的情況下使鉤舌推鐵達(dá)到一個(gè)平衡，處于相對靜止?fàn)顟B(tài)。實(shí)際經(jīng)過鉤舌推鐵位姿的不斷調(diào)整，鉤舌推鐵兩耳是其上部的表面與鉤體槽的上部內(nèi)表面相接觸，并且鉤舌推鐵與鉤舌接觸處在閉鎖狀態(tài)下不是鉤舌推鐵尾端與鉤舌凹槽接觸，而是在鉤舌凹槽靠近鉤舌上表面處與鉤舌推鐵相接觸，即下面右圖箭頭所指處。如圖1裝配模型中能清晰直觀的體現(xiàn)閉鎖狀態(tài)下鉤舌推鐵與鉤體、鉤舌之間的相互裝配約束關(guān)系及裝配位置。

結(jié)語

本文利用Pro/E提供的“組件”模塊實(shí)現(xiàn)模型的組裝。在Pro/E系統(tǒng)中，模型裝配的過程就是按照一定的約束條件或連接方式，將各零件組裝成一個(gè)整體并能滿足設(shè)計(jì)功能的過程。總的來說，裝配體反求設(shè)計(jì)中裝配約束求解的目的是求出滿足裝配關(guān)系的各個(gè)零件之間的相對位置和方向，從而使零件通過一定的約束關(guān)系裝配起來，使整個(gè)產(chǎn)品滿足特定的功能要求，裝配體約束求解問題的實(shí)質(zhì)是滿足一組幾何裝配約束的推理過程。

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