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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_图文

制造业信息化 M
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)

摘 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

1前言 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。 2 A121 变速器结构介绍
A121 变速器是中心距为 121mm、主要为 EQ1092 系 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。

3 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
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

!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!

业大学学报, 2002, 21( 4) : 8- 10.

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及工程结构测试方面研究。

[ 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、 收稿日期: 2006- 11- 17

63 机械工程师 2007 年第 3 期

M 制造业信息化 MANUFACTURING INFORMATIONALIZATION

变速器基本参数及其结构型式表

项目

内容

中 心 距/mm

121. 125

最大输出扭矩/N·m 580.9

档位设置

5 个前进档 1 个倒档

档型式

倒档滑动齿轮换档, 其它用同步器换档

齿轮型式

倒档用直齿轮, 其它为斜齿轮

润滑型式

无特殊要求的飞溅润滑

密封型式

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

轴承型式

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

其它

带功率输出窗口

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。 3.1 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
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 → New→Edit 可先完成各种大小 、方 位 的 视 图 创 建 , 视图 大 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

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。

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。

图 3 二轴装配前效果图

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, 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。

( 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

64 机械工程师 2007 年第 3 期

制造业信息化 M
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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 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。 4 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。 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 型, 包括建立联接、设置联接轴、运动副和伺服电机; 然后 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。 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

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。

5结论 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
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 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。

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( 编辑 立 明)

!!!!!!!!!! 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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