變速器三維模型的模塊化及方法

（陜西法士特汽車傳動工程研究院,西安 710119）

0 前言

Pro/E軟件是一個(gè)面向工業(yè)廠品全生命周期的集設(shè)計(jì)、工藝、制造、工程分析、運(yùn)動仿真等于一體的PLM系統(tǒng)。該軟件一經(jīng)面世，它的尺寸驅(qū)動、基于特征設(shè)計(jì)等優(yōu)點(diǎn)深受用戶歡迎，很快就被廣泛用于自動化、機(jī)械、電子、模具、汽車、航空航天、醫(yī)療器械等領(lǐng)域。汽車公司在匹配我公司產(chǎn)品的同時(shí)，由于整車布置的需要，需要法士特提供變速器的三維模型給主機(jī)廠用于整車布置。應(yīng)用工程師通常將變速器三維裝好后，另存成通用的數(shù)據(jù)交換格式IGS、SET、VAP、中性文件等形式交付給客戶[1]。該文件總體上有以下幾個(gè)缺點(diǎn)：

（1）變速器模型沒有進(jìn)行模塊化處理，模型不能復(fù)用。

（2）所生成的文件通常為曲面文件，客戶無法出圖。

（3）變速器模型所生成的數(shù)據(jù)量較大，發(fā)送給客戶費(fèi)時(shí)費(fèi)力。

1 變速器三維圖的模塊化

圖1為基型變速器三維模型的模型樹，我們可以看到變速器每個(gè)零件都有，考慮到應(yīng)用工程師與主機(jī)廠交換數(shù)據(jù)并不需要提供變速器內(nèi)部結(jié)構(gòu)如齒輪、同步器等零件[2]。

圖1 變速器三維圖模型樹

根據(jù)主機(jī)廠只需要變速器的三維外形圖，應(yīng)用工程師可以根據(jù)變速器的特點(diǎn)將變速器分成以下幾部分：僅需要提供外連接尺寸接口，也就是應(yīng)用工程師將必須先簡化自己的三維模型后才可以給客戶提供。

以12擋變速器為例，見圖2，我們可以將變速器分成6大模塊，以變速器大殼組為例，可以將變速器大殼、雙頭螺栓、油堵等件裝為一體，做成一個(gè)實(shí)體的part文件。

圖2 變速器模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

對圖3的變速器大殼組采用收縮包絡(luò)處理后，剖切殼體會發(fā)現(xiàn)變速器大殼已全部填充，無法看到內(nèi)部結(jié)構(gòu)，滿足公司對數(shù)據(jù)交換的要求。

圖3 變速器大殼組示意圖

圖4 收縮包絡(luò)好的變速器大殼組

2 收縮包絡(luò)在變速器模型中的應(yīng)用

“收縮包絡(luò)”特征可以自動從零件或組件中選取曲面數(shù)據(jù)，并將其復(fù)制到特征中。收縮包絡(luò)特征主要用途有三種：

（1）為可用做參照封裝模型的復(fù)雜零件或組件創(chuàng)建輕量化版本。也可以將包含收縮包絡(luò)特征的模型轉(zhuǎn)化為三維模型，并在簡化表示中替代它。

（2）創(chuàng)建可用來與供應(yīng)商或客戶共享幾何的關(guān)聯(lián)模型，并去掉不希望共享的任何細(xì)節(jié)。

（3）在組件中創(chuàng)建收縮包絡(luò)特征，然后再通過排除組件中除收縮包絡(luò)特征之外的所有項(xiàng)目來創(chuàng)建輕量化簡化表示。

通過分別變速器的6大組塊創(chuàng)建收縮包絡(luò)好的子模型，做成三維模型數(shù)據(jù)庫，當(dāng)客戶需要三維模型，應(yīng)用工程師短時(shí)間即可以提供裝好的三維實(shí)體模型供客戶校核，提高工作效率。

以變速器殼體組為例，將變速器殼體進(jìn)行預(yù)處理，將變速器殼體的各個(gè)開口結(jié)合面，如與離合器大殼結(jié)合面、后蓋接合面、上蓋結(jié)合面等采用“拉伸特征”，拉伸厚度取10個(gè)即可，將變速器殼體做成全封閉的空腔，如圖5所示，同時(shí)留下各個(gè)接口面的螺栓接口，采用“一面兩銷”的定位方式留下裝配基準(zhǔn)可以與其它模塊定位。

圖5 封閉好的變速器大殼

圖5中上蓋結(jié)合面拉伸好的結(jié)合面留下2個(gè)孔以便裝配上蓋組可以用作裝配基準(zhǔn)。對變速器中的襯墊建議按相配件的大小將襯墊按一定厚度直接做“拉伸”長在較小的零件上，如離合器殼體襯墊可以長在離合器大殼上，后蓋襯墊長在后蓋殼體上，上蓋襯墊長在上蓋上，這樣做的好處是方便建模，如果長在變速器殼體上，結(jié)合面大小不好確定。

新建一個(gè)變速器大殼裝配體，將封閉好的大殼裝上螺栓、油堵、定位銷等零件，如圖6所示。

圖6 變速器大殼組

單擊“文件”＞“保存副本”，并在保存副本對話框中選取“收縮包絡(luò)”文件類型。隨后再“創(chuàng)建收縮包絡(luò)”對話框中會顯示用來創(chuàng)建模型的各種創(chuàng)建方法以及幾何定義選項(xiàng)。

圖7 收縮包絡(luò)菜單

創(chuàng)建收縮包絡(luò)模型時(shí)，有3種創(chuàng)建方法可以供用戶使用：

（1）曲面子集-一組曲面合基準(zhǔn)特征，表示參照模型的外部幾何。曲面子集是速度最快的收縮包絡(luò)方法，且產(chǎn)生的模型尺寸最小，因?yàn)樗话鎺缀巍?/p>

（2）多面實(shí)體-它是一個(gè)約略的多面實(shí)體模型，表示所有外部曲面，會添加附加曲面來橋接間隙和完成實(shí)體。

（3）合并的實(shí)體-非常精確的源組件的實(shí)體表示。源組件中的元件會一起合并成一個(gè)零件，該零件表示所有已收集元件的實(shí)體幾何。

這里我們選合并實(shí)體，質(zhì)量等級通常選3級就可以了，等級越高模型數(shù)據(jù)量越大。我們根據(jù)需要可以勾選相應(yīng)的框。所選擇完成后，點(diǎn)確定，生成一個(gè)實(shí)體的part，此時(shí)完成一個(gè)變速器大殼組的創(chuàng)建。按照類似方法創(chuàng)建變速器其它的各個(gè)模塊。對于變速器的氣管類、閥類可以歸到其它組。

圖8 按組搭好的變速器分解示意圖

所有的組準(zhǔn)備好以后，可以根據(jù)客戶需求按組搭建變速器三維模型，快速提供給用戶所需要的三維模型，見圖8。單擊“文件”＞“保存副本”，并在保存副本對話框中選取“STEP”文件類型，生成“STEP”格式的文件。打開生成的變速器三維“STEP”格式的文件，做成剖面如圖9所示。

圖9 提供給客戶的變速器三維圖

該模型方便用戶做整體布置和校核，同時(shí)客戶很方便生成二維圖。

3 結(jié)語

本文首先按變速器功能對變速器分成了6大組塊，并以變速器組模型為例介紹了如何對變速器大殼進(jìn)行預(yù)處理，并闡述了收縮包絡(luò)在創(chuàng)建變速器組模型的創(chuàng)建方法。在做好變速器各個(gè)組塊的基礎(chǔ)上，提供符合客戶要求的三維模型，同時(shí)去掉了不必要與客戶共享的任何細(xì)節(jié)。做好的模型方便用戶做整體布置和校核，同時(shí)客戶很方便生成二維圖，提高應(yīng)用工程師的工作效率。