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基于Pro_E的汽车变速器装配及运动仿真的动画实现_冯樱_图文

制造业信息化
MANUFACTURING INFORMATIONALIZATION



基于 Pro/E 的汽车变速器装配及运动仿真的动画实现
冯樱 , 刘加华 , 刘成武 ( 湖北汽车工业学院 汽车工程系 , 湖北 十堰 442002)



要 : 探 讨 了 在 Pro/E 的 Anim ate 模 块 中 制 作 A121 变 速 器 拆 装 动 画 的 方 法 ; 并 利 用 Pro/E 的 Me chanis m 模 块 对

A121 变速器换档过程进行运动仿真。该装配动画 及 运 动仿 真 的 实现 对 其 它用 Pro/E 设 计 总成 的 动 画制 作 和 运动 仿 真
具有借鉴意义。

关键词 : 变速器 ; 装配动画 ; 运动仿真 中图分类号 : U463 文献标识码 : A 文章编号 : 1002- 2333 ( 2007) 03- 0063- 03

Realization of Assembling Animation and Shifting Simulation of Automobile Tr ansmission on Pr o/E
FENG Ying, LIU J ia- hua, LIU Cheng- wu
( Dept of Automotive Engineering ,Hubei Automotive Industries Institute, Shiyan 442002, China)

Abstr act : This paper describes how to make the animation of assembling and dismantling the A121 transmission in the Animation module of Pro/E. Then it introduces the simulation of the motion of the transmission in the Mechanism module of Pro/E. These can be used for reference for other animation and simulation of assembly which are designed in the Pro/ENGNIEER. Key wor ds : transmission; animation; simulation







以参数化为核心 的 设 计 软 件 Pro/E 提 供 了 三维 实 体 设计功能后 , 很快被广大用户接受。其中的 Animate 和 Mechanism 模 块 可 以 在 Pro/E 的 装 配 环 境 中 把 零 件 的 现 实情景以动画的形式演示出来, 即使交流的对方没有

CAD 工作站 , 仍然可以从 Animate 和 Mechanism 输出的 MPG 或 JPG 将其传递出去 , 这大大丰富了信息交流传递
的内容和方式 [ 1] 。在动画制作的过程中 , 及时发现设计不 合理的结构和部件干涉 , 保证产品的装配关系、 产品的运 动间隙、 产 品 理 论 尺寸 的 正 确 性 , 提 高 产 品 的 设 计 质 量 、 减少不必要的设计协调、 设计反复时间 , 极大地缩短了产 品设计周期。



A121 变速器拆装动画的制作 Pro/E 的 Animate 是一种让组件运动起来的技 术 , 用



A121 变速器结构介绍
主要为 EQ1092 系 A121 变速器是中心距为 121mm、

户可以在不设定运动副的情况下 , 通过运动性质的指定 , 仿照动画影片的制作过程 , 一步步快拍产生关键帧 , 最后 连续播放这些关键帧制作影像。优点如下 : ( 1) 能 够 形 象 地 显 示 装 配 结 构 , 动 画 的 定 义 相 当 自

列车型配套的五档变速器。其传动机构布置方案简图如 图 1 所示。 变速器基本参数及其结构型式如下表所示。

!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
业大学学报 , 2002 , 21 ( 4) : 8- 10. [ 4] [ 5] [ 6] 韩 克 平 , 李 平 . 基 于 ANSYS 环 境 下 结 构 的 模 态 分 析 [ J] . 内 蒙 古 农业大学学报 , 2002 , 23 ( 3) : 85- 88. 王 琳.大 型 水 轮 发 电 机 不 平 衡 磁 拉 力 数 值 计 算 [ J] . 华 中 理 工 大 学学报 , 1997 ( 12) : 73- 75. [ 9] [ 8] 分析、 仿真、 修改、 控制、 优化 [ M ] . 北京 : 机械工业出版社 , 2003. 张如一 , 沈观林 , 李朝弟 . 应变电测与传感器 [ M ] . 北京 :清华 大学 出版社 , 1999. 沈炜良 , 等 . 大 轴径 分体轴 通式 碳刷 集流 器的设 计与 制造 [ J] . 机 械工程师 , 2005 ( 10) : 106- 108. ( 编辑 明 涛)

He Guo Ren , Huang Fu Wen. Research and Testing of the Hydraulic Performance of S- type Tubular Turbine [ J] . ASME , Fluids Engineering Division , 2001 , 43:11- 17.

作者简 介 : 温 洁明 ( 1974- ) , 男 , 工 程 师 , 主 要 从 事 材 料 力 学 性 能 检 测 及工程结构测试方面研究。 收稿日期 : 2006- 11- 17

!!!!!!!!!!

[ 7]

廖伯瑜 , 周新 民 , 尹 志宏 . 现 代机 械动 力学 及其工 程应 用 : 建 模、

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变速器基本参数及其结构型式表
项目 中心距 /mm 档位设置 档型式 齿轮型式 润滑型式 密封型式 内容

张照片之间的时间间隔 , 影响着装配动作的快慢 , 也就是 说它影响着整个装配过程的节奏。 ( 4) 视图与时间 View@Time、 时间与透明 Trans@Time、 显示方式与时间 Display@Time 关系的添加。它们综合决 定了视觉效果。 如恰当地定义时间与透明的关系 , 能使零 部件及总成的出现和消失产生渐变过程 , 还能更清楚地 表达各总成及整个变速器的内部构造 , 使用户更好地了 解装配体的结构。 ( 5) 对由旋转动作装配的零件需加伺服电机。如螺母 在拆装时有旋转动作 , 螺母要加伺服电机 , 对伺服电机的 旋转速度和方向要进行定义 , 装配与拆卸旋向应相反。 在变速器装配动画制作中 , 为了保证合适的装配速 度 , 在定义关键帧序列时 , 主要零件的装配时间间隔保持 在 3 ̄4s 左右 ; 像 端 盖 及 轴 承 等 次 要 的 零 部 件 装 配 , 其 节 奏可稍微加快 , 定义关键帧序列时 , 时间间隔保持在 2s 即可 , 同时还要考虑零件的装配行程。距离较远时 , 可稍 微加大时间间隔。定义视图时 , 尽量少进行视图的变化。 定义显示样式时 , 要保证没有装配的零件全部遮蔽。

121. 125 5 个前进档 1 个倒档
倒档滑动齿轮换档 , 其它用同步器换档 倒档用直齿轮 , 其它为斜齿轮 无特殊要求的飞溅润滑 根据部位的不同分别采用涂胶密封、 纸垫密封 和橡胶油封密封 一轴前、 后轴承均采用滚珠轴承 , 二轴前轴承 采用滚针轴承 , 后轴承采用滚珠轴承 , 中间轴 前、 后轴承均采用滚珠轴承 带功率输出窗口

最大输出扭矩 /N ? m 580.9

轴承型式 其它

由 , 如 果 只 定 义 了 装 配 结 构 , 而 没 有 定 义运 动 的 运 动 副 , 可以方便地通过拖动结构体到指定位置的方式获得动画 帧来制作动画。 ( 2) 动画的显示符号是一条时间线 , 可以方便地用鼠 标对时间线进行编辑修改。 ( 3) 可以为一个装配 (或分解 )结构制作动画演示。 ( 4) 简单 的 动 画 可 以 帮 助 设 计 者 在 设 计 的 过 程 中 不 断地完善产品的设计。 ( 5) 可以处理高复杂的运动仿真。

3.3

制作二轴相对箱体拆装动画 下面以二轴总成装

配动画的制作为例说明 拆装动画主要制作过 程。 在二轴总成装配前 , 已经完成了中间轴、 倒 档轴及其轴承、端盖的 装配。二轴总成装配前 效果如图 3 所示。 制作二轴装配动画 过程 : ( 1) 在标准模块下 , 建立所需视图和显示样 式。 此处 , 图 3 的显示样 式即为所需显示样式。 ( 2) 进入动画模块 ,
图3 二轴装配前效果图

3.1

A121 变速器拆装顺序 [ 3, 4] A121 变速器总装配顺序按图 2 流程顺序进行 , 拆分

顺序按图 2 逆向顺序进行即可。

3.2

装配动画制作要点 各总成及零部件的装配顺序确定后 , 就可根据 A121

建立新动画 , 并选择主

图4

二轴装配过程照片

体。此处 , 选择箱体为主体。 ( 3) 拍摄如图 4 所示 4 张照片。 ( 4) 建立关键帧序列。 ( 5) 定义时间和视图的关系。 ( 6) 定义时间和显示方式的关系。定义好的动画时间 线如图 5 所示。

变速器装配模型在 Pro/E 的 Animate 模块中制作动画。 要 制作一个完整流畅的装配动画 , 主要需要注意如下问题 : ( 1) 视图的确定。它影响着物体大小和视角的变化。 在 Pro/E 标 准 模 块 下 的 View→View manage →Orient → 方 位 的 视 图 创 建 , 视图 大 New→Edit 可先完成各种大小 、 小和方位的设置要符合物体的显示规律 , 可由小及大、 由 远及近或相反 , 并注意渐进性。 ( 2) 显示方式的确定。显示方式即装配体中各零件设 为显示或为遮蔽 , 显示方式与时间关联后 , 影响着装配顺 序的正确表达。 可先在标准模块下的 View→View manage→

Style 下定义不同的显示方式。
( 3) 关键帧序列 Key frame sequence 的定义。在拖动 创建快照之后 , 接着应创建关键帧序列 , 它定义了相邻两

( 7) 运行动画 , 进行分析并进行动画过程的回放检查 和捕获。 要制作 A121 变速器拆分动画 , 只需反向排列上述关

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键帧序列中的照片 , 生成与该关键帧序列相反的新关键 帧。 其它的定义不改变。 然后运行动画 , 进行分析 , 并捕捉 动画 , 即可得到 A121 变速器拆分动画。 其它总成及零部件的拆装动画制作与二轴的拆装动 画制作方法相同 , 在此不再进行详细介绍。 所 有 子 动 画 都 制 作 完 成 后 , 利 用 Premiere Pro 或

一起, 并在每个视频 文件之前加上滚动字 幕, 给动画和运动仿 真加上解说语音, 便 完成了全部工作。







Windows Movie Maker 软件把所有动画连接起来 , 即可得
到变速器的拆装过程动画。

本文基于 A121 变 速器三维装配模型 , 利 用 Pro/E 的 Animation 和 Mechanism 模 块 制 作了该变速器拆装过 程和仿真换档过程。 得到以下结论 : ( 1) 使 用 Pro/E 的



A121 变速器机械运动仿真
对 A121 变速器进行机械运动仿真 , 就是通过模拟变

速器真实运动 , 在虚拟环境下实现其换档传动的真实过 程。在仿真过程中 , 要能正确地展示 A121 变速器操纵机 构在换档过程中 , 自锁和互锁机构的作用机理 , 由拨块带 动拨叉轴、 拨 叉、 同步器结合套直至挂档, 运动从输入轴 传至输出轴的过程 , 从而准确地表达出该变速器的工作 原理。

Animation 模块实现的 A121 变速器的拆装动
画 和 利 用 Pro/E 的 Mechanism 模 块 制 作 的仿真动画, 可以清 楚 地 表 达 A121 变 速 器的具体构造、拆装 顺序和工作原理, 制 作的影像文件可用于 产品展示、构造和工 作原理的学习。 ( 2) 通过对 Pro/E 的

4.1

运动仿真的工作流程 进行运动仿真时 , 一般工作流程为 : 先建立运动模

设置联接轴、 运动副和伺服电机 ; 然后 型 , 包括建立联接、 设 置 运 动环 境 , 如 设 置 重 力 阻 尼 等 ; 接 着 进 行 运动 仿 真 ; 还可做进一步的运动分析 , 包括运动学分析、动态分析 等 ; 最后获取分析结果。

4.2

换档过程的运动仿真

A121 变速器各挡位换档运动过程都很相似 , 下面只
以制作变速器由空档挂入三档时操纵机构运动过程的仿 真分析为例 , 说明机械运动仿真的制作过程。 由空档挂入三档运动仿真制作过程如下 : ( 1) 进入 Mechanism 模块。 ( 2) 定义操纵杆和拨块间的凸轮连接。完成凸轮定义 后 , 凸轮图标显示如图 6 所示。 ( 3) 定义自锁钢球和拨叉轴之间的弹簧连接。定义弹 簧连接后 , 弹簧图标显示如图 7 所示。 ( 4) 定 义 自 锁 钢 球 、 互锁钢球和拨叉轴之间的槽连 接。完成槽连接定义后 , 槽图标显示如图 8 所示。 ( 5) 定 义 操 纵 杆 绕 图 中 所 示 坐 标 系 的 y 轴 旋 转 角 速 度 , 以此作为仿真初始条件。操纵杆角速度的定义如图 9 所示。 ( 6) 对变 速 器 操 纵 机 构 由 空 档 换 入 三 档 运 动 过 程 进 行仿真分析。 ( 7) 对上 述 过 程 进 行 干 涉 检 查 并 捕 获 仿 真 分 析 结 果 影片。 同理再在 Mechanism 模块完成三档齿轮传动机构的 运动仿真 , 便可得到空档挂入三档时 , 从操纵杆到输出轴 转动整个运动仿真过程。

Animation 和 Mechanism
两大模块使用的探 索 , 为 基 于 Pro/E 所 完 成的汽车总成或整车 三维模型的装配动画 和运动仿真提供了经 验。
[ 参考文献] [ 1] 严 亭 旭 , 李 虎 元 , 金 银 镜 .Pro/ENGINEER 专 业 特 训 教 程 [ M ] .王 继新 , 马永三 , 刘小光译 . 北京 : 人民邮电出版社 ,2005. [ 2] 李 维 谔 .EQ140- 1 型 东 风 汽 车 维 修 手 册 [ M ] .武 汉 : 湖 北 人 民 出 版社 , 1992. [ 3] 石魏峰 , 深圳雅达电子公司 .Pro/ENGINEER 动画设计模 块在产 品开 发过 程中 的应用 [ C] //PTC 用户 精 英 大 会 2003 技 术 论 文 精选 , 2003. [ 4] 詹 友 刚 .Pro/ENGINEER 中 文 野 火 版 教 程 - 专 用 模 块 [ M ] .北 京 : 清华大学出版社 , 2004. [ 5] 祝 凌 云 , 李 斌 , 等 .Pro/ENGINEER 运 动 仿 真 和 有 限 元 分 析 [ M ]. 北京 : 人民邮电出版社 , 2004. ( 编辑 立 明)

A121 变 速 器 其 它 换 档 过 程 及 在 不 同 档 位 时 的 运 动
过程分析完成后 , 再利用 Pro Premiere 或 Windows Movie

Maker 软 件 把 所 有 的 仿 真 分 析 视 频 文 件 连 接 到 一 起 , 即
可得到变速器所有运动状态下的运动仿真视频。 在后期制作时可将动画装配文件和运动仿真连接在

!!!!!!!!!! 作者简介 : 冯樱 ( 1968- ) , 女 , 副教授 , 硕士 , 主要从事汽车传 动理 论方
面的研究。 收稿日期 : 2006- 09- 27

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