1、西安航空职业学院毕业论文基于虚拟装配技术的内燃机总装装配仿真研究姓 名： 专 业： 航空电子 班 级： 完成日期： 指导教师: 摘要：运用基于虚拟装配技术的装配仿真软件，通过调用 Pro-e原始 CAD模型，建立内燃机的总装数字样机，通过虚拟装配模拟仿真完成总装装配工艺流程的优化和验证，并生成装配指导视频，提高产品装配质量。关键词：虚拟装配技术；内燃机；仿真；碰撞干涉检查； 结构树；0 引言：近年来，国内外对车辆工程内燃机领域数字化虚拟制造技术的研究主要集中在虚拟装配分析与仿真、装配工艺顺序验证与防治、装配工夹具制造以及自动化装配等方面。目前国际上大型复杂产品研制企业都已将虚拟装配技术应用于生
2、产中，并取得显著的效益。本文提出将虚拟装配技术应用于与内燃机总装过程，通过虚拟装配技术对内燃机总装装配工艺流程、装配过程可装配性以及装配路径进行分析、验证与优化，生成装配指导视频，并结合装配工艺卡片，生成一套合理高效的装配工艺流程解决方案，有效提高内燃机总装装配效率，避免或减少装配质量问题。1 虚拟装配技术简介虚拟装配（irtual Assembly，VA）是虚拟制造的关键技术之一。虚拟装配是在一个计算机生成的环境中，利用装配操作模型，将模拟出的零部件装配成产品，检查产品零部件之间的正确装配关系，包括可达性、顺序性、方向性、干涉情况以及公差配合等方面的内容。利用计算机工具，实现虚拟装配，创建真
3、实产品的可视化数字模型虚拟样机，这在产品设计和制造中既兼顾了性能又保证了可行性，在计算机屏幕上装配零部件，查看和分析零件的配合情况，可削减开发费用，缩短产品开发周期，降低产品开发和制造成本。虚拟装配的意义主要体现在以下几个方面：（1）通过虚拟装配分析，可在虚拟环境中对机构的各个零件进行运动分析，能进行产品生产的可行性分析，从而降低研制费用。（2）采用廉价的数字模型，设计人员可以从多方面对产品进行观察和分析，预见生产和装配过程中出现的问题，并能节约制造实物样机的费用。（3）通过虚拟装配，能分析维修过程中可能出现的问题，可以考虑所需工具以及安全性、视线和拆卸等方面情况，这样有利于提高产品的质量和可
4、靠性等。（4）通过虚拟装配，从设计到生产制造整个过程可制定更周密的计划，有利于减少材料和产品库存，降低成本。（5）在虚拟环境中对不同装配方案进行比较，选择最佳方案，可完善装配系统，保证产品的合格率和优质率。（6）进行装配序列和装配路径规划。（7）虚拟环境和 CAD/CAM 的集成有利于快速引入先进设计方法和技术。2 基于 IC.IDO 虚拟装配软件的内燃机总装装配仿真过程2.1 内燃机整机数字化大模型读取对于内燃机制造业的产品创新开发来说，大模型的数字样机的创建、分析、仿真工具是十分重要的。它应具有下列基本功能：1) 可以形成表示内燃机整机及全部零部件细节的巨大模型; 能以真实尺寸和高分辨率地
5、进行三维立体实时动态显示；2) 必须能与国际上的 CAD 软件，如 UG、CATIA 、Pro/E 等进行无缝连接。我单位内燃机模型尤其是多缸内燃机模型，结构复杂，零件众多，全机模型在 Pro/E 中运转往往比较卡顿，通过法国 ESI 集团的 IC.IDO 虚拟装配软件可轻松读取来自 Pro/E 格式的内燃机完整样机模型，在此基础上可实现对于整机的动态装配验证。图 1 内燃机总装模型2.2 内燃机产品结构树调整原始的 Pro/E 模型自带的结构树往往根据零部件的属性、特征进行划分，但在装配过程中，很多零部件的从属关系便要发生更改。Pro/E 中对象位置关系通过配合约束定义，更改一个零部件的位置
6、往往带来一系列的约束和位置变动。通过 IC.IDO 软件可读取并保留原有的结构树，并可方便的进行剪切、粘贴等操作，对结构树根据装配需要进行重新划分，而不更改零部件的位置。图 2 内燃机结构树2.3 部件/组件拆装完整的总装模型总是按照一定的位置和层次进行划分，而装配流程的建立初期多数人为按照空间和层次进行拟定，然后按照拟定的顺序进行装配流程的验证。而在通常情况下，拆卸过程可以作为装配过程的逆过程，然后再借助相应调整优化，达到装配过程的可视化显示。利用 IC.IDO 软件功能模块可以关键帧的形式方便定义零部件的初始位置（装配理论位置）以及装配路径关键位置信息。子节点位置信息仅相对于上一级的从属关
7、系，这样每一个零部件的装配路径单独存在，而又同时受控于父节点，从而解决部件装配中所含零件装配和本身部件装配过程的问题。另外也可以将同系列装配路径动画按照时间节点放置到一个动画组中，作为一个完整的部件装配单元，方便后续的调整和优化。最后按照拟定顺序摆放至动画播放轨道。图 3 内燃机总装过程示意图 4 装配路径动画及调节界面2.4 复杂空间可装配性验证对于复杂装配环境中的可通过性分析，由于多物体实时干涉检查及处理对系统运算要求极高，因此一般 CAD 软件仅能实现较少零部件环境下的实时动态分析能力，无法满足实际需求；而其运动路径也多需事先人为设定，无法动态模拟部件与周边环境的动态碰撞过程，无法实现发
8、生碰撞实时避让和路径自动探索。IC.IDO 基于几何的边界算法可真实的对模型交互过程中的动态干涉进行仿真。与静态干涉扫描简单叠加的所谓动态干涉检查不同，模块提供的干涉检查具有实时性，在路径预先未知的情况下即可对交互路径进行探索，提出规避方案，无需预定义交互路径。此外，模块的干涉算法基于模型的几何边界，避免了叠加算法预定义干涉量误差导致的干涉性误判。在存在干涉的情况下，部件运动受干涉体的限制，无法穿透，避免了在仅依赖高亮提示的情况下，较隐蔽或较小干涉点对干涉性分析造成的影响。如图 5 所示，高压油泵受上方缸盖阻挡，经多次实时操作，高压油泵无法取出。图 52.5 生成总装装配工艺指导视频将调整优化
9、后的总装装配过程，利用 IC.IDO 软件生成总装装配工艺指导视频。后续借助相关视频编辑软件，添加装配工艺文字信息，用于总装装配车间指导工人操作。3. 结束语利用 IC.IDO 虚拟装配软件，建立内燃机的总装数字样机模型，通过模拟仿真完成整机大模型总装工艺装配过程验证，通过不断调整优化，得出合理有效的装配流程解决方案，并生成清晰明确的装配工艺指导视频。结果表明，基于 IC.IDO 的虚拟仿真软件可方便、快捷、精确地建立整机装配仿真模型，并在较短时间内完成总装装配的流程优化验证，有效推进内燃机总装装配工艺工作的开展。在后续的装配仿真工作中，我单位对于 IC.IDO 虚拟装配软件的应用也将借助于即
10、将完成的沉浸式虚拟现实环境，通过虚拟仿真交互操作，更直观、有效的进行内燃机设计、装配的相关仿真工作。参考文献：1杨建，谢志强，王坚，等虚拟装配技术概述J 机械制造，20132张琴舜，邓琛，何国炜. 虚拟技术在内燃机的应用. 内燃机工程，2001.3袁兆成. 内燃机设计. 机械工业出版社，2008.4雷艳. 现代内燃机设计技术. 北京工业大学出版社，2011.5杨志勇，唐胜利.虚拟样机技术在内燃机设计中的应用J.CADCAM 制造信息化，2005（7）：43-45.6彭禹.基于虚拟技术的发动机子系统设计方法研究D.杭州：浙江大学出版社，2007.致 谢感谢我的同学和朋友，在我写论文的过程中给予我了很多素材，还在论文的撰写和排版过程中提供热情的帮助。由于我的学术水平有限，所写论文难免有不足之处，恳请各位老师和学友批评和指正!
