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摘要:鑒于目前機械產品裝配仿真內容不夠全面，未形成完整、通用的一般流程，提出了針對所有機械產品裝配仿真的一般方法，以二級齒輪減速器裝配仿真為例，使用Delmia軟件進行應用驗證。仿真結果表明，運用該方法可極大地提高仿真操作人員對機械產品的裝配仿真效率。

關鍵詞:機械產品;裝配仿真;二級齒輪減速器;Delmia

引言

目前，許多機械產品在設計階段就已運用到了裝配仿真技術，比如在車用空調的裝配過程中運用裝配仿真技術，可以極大地提高車用空調的裝配效率［1］。復雜結構的主減速器和差速器在運用虛擬裝配的技術后，裝配效率得到很大提高［2］。傳統的裝配仿真內容往往不夠全面，本文對機械產品裝配仿真過程進行研究，探索出一套針對所有機械產品的通用裝配仿真方法。

1機械產品裝配仿真方法

1．1仿真流程的建立

結合機械產品的特點，制定出機械產品裝配仿真的一般流程，如圖1所示。

1．2裝配仿真環境設置

裝配仿真環境設置包括:裝配仿真軟件的選擇、裝配流信息的建立、裝配模型的導入、操作者模型的建立、裝配工具模型的建立與導入、裝配空間模型的建立等。

1．3裝配順序的制定與優化

裝配順序的制定是根據裝配模型推理出無碰撞的裝配方向，進而推理出幾何和物理可行的裝配順序。在優化裝配順序時主要考慮以下因素:子裝配體的穩定性和安全性、子裝配體的模塊性、裝配序列并行度等。

1．4裝配路徑的制定與優化

1)裝配路徑的制定在機械裝配過程中，每個零部件都是沿著初始的裝配軌跡運動到目標位置，若移動過程中不和其他零部件發生碰撞，這樣的運動軌跡稱為該零部件的(可行)裝配路徑［3］。2)裝配路徑的優化裝配路徑生成后，需要從多個路徑解中選擇最優路徑，一般選擇平滑的、最短的和成本最低的路徑等作為最優路徑。

1．5干涉與碰撞分析

產品裝配過程中產生干涉的原因主要包括:1)設計錯誤導致零件形狀、尺寸不合理，造成裝配干涉;2)裝配路徑規劃不合理導致裝配干涉;3)裝配順序協調規劃不合理導致裝配干涉。

1．6人機功效分析

在裝配仿真中，利用人機工程技術，根據裝配仿真環境，通過對操作者模型的控制，模擬生產現場裝配人員在裝配時的各種實際操作，并基于此進行測試和分析，實現對已設計的裝配方案進行人機工效評估，以便及時發現產品在裝配中可能遇到的問題［4］。

2機械產品裝配仿真實例

某二級齒輪減速器主要由上蓋、底座、低速軸、中速軸、高速軸、齒輪、鍵、軸承、軸承端蓋、隔套、擋油環等組成。根據裝配結構關系將減速器分為高速級裝配體、中速級裝配體、低速級裝配體、上殼裝配體和下殼裝配體。該二級齒輪減速器的裝配關系樹如圖2所示。使用Creo三維建模軟件根據某二級齒輪減速器零件的實際尺寸建立三維模型，如圖3所示。

2．1仿真流程的建立

根據機械產品裝配仿真的一般流程，制定出二級齒輪減速器的裝配仿真流程:1)進行二級齒輪減速器裝配仿真環境的設置;2)進行裝配順序的制定與優化;3)進行裝配路徑的制定與優化;4)進行干涉和碰撞分析;5)在不產生干涉與碰撞的前提下對二級齒輪減速器裝配過程進行人機功效分析與優化;6)輸出仿真結果;7)生成可視化三維裝配文件并撰寫實驗報告。

2．2裝配仿真環境設置

利用Delmia軟件進行二級齒輪減速器的裝配仿真研究。根據裝配結構在裝配流建造模塊(processlibrary)進行裝配流信息的設置(由于選擇下殼體為基本裝配體，所以下殼體不寫入裝配流信息);在裝配仿真模塊(DPM－assemblyprocesssimulation)將裝配模型、裝配工具模型、裝配空間模型、操作者模型分別導入對應位置。裝配仿真環境設置過程如圖4所示。2．3裝配順序的制定與優化1)裝配順序的制定在裝配仿真環境中，根據裝配模型推理出無碰撞裝配方向，確定合理的裝配單元裝配方向，制定出總裝配順序、高速級裝配順序、中速級裝配順序、低速級裝配順序和上殼裝配順序(軸承端蓋采用順序裝配方法)。2)裝配順序的優化采取并行裝配的優化思路，保持高速級、中速級和低速級的裝配順序不變，將上殼裝配體中高速軸和低速軸中的兩個軸承端蓋采取并行裝配。提取出裝配時間分布情況，如圖5所示。兩種裝配類型下的裝配仿真時間對比結果如表1所示。

2．4裝配路徑的制定與優化

1)裝配路徑的制定通過選擇待裝配的零部件，給定裝配起點與終點，分析、判斷與其他零部件之間的位置關系，解出一條從裝配起點到裝配終點的無碰撞運動路徑。未優化的裝配路徑如圖6所示。2)裝配路徑的優化采取最短路徑的裝配路徑優化方法，在不引起干涉和碰撞的前提下，通過縮短路徑來優化裝配路徑。優化后的裝配路徑如圖7所示。路徑未優化和路徑優化后的總裝配時間分布情況如圖8所示。兩種裝配路徑下的裝配時間對比如表2所示。經過路徑優化后的總裝配時間減少了12s，達到了裝配路徑優化的目的。

2．5干涉與碰撞分析

將優化后的裝配仿真模型進行干涉與碰撞分析，如圖9所示。

2．6人機功效分析

根據人機功效模型分析表明:1)裝配過程中所有零部件均處于極限姿勢下的操作范圍之內。2)裝配操作空間能夠滿足人體作業需要。3結語通過分析機械產品的特點，探索出一條針對機械產品的通用裝配仿真方法。以二級齒輪減速器為例，對該機械產品的裝配仿真方法進行驗證，仿真結果表明:該裝配仿真方法具有可行性。通過仿真試驗分析，證明該方法具有系統性與高效性。運用此方法，可極大地提高仿真操作人員對機械產品的裝配仿真效率。

參考文獻:

［1］佘建國，范曉衛，劉璐璐，等．基于DELMIA的車用空調虛擬裝配過程仿真［J］．江蘇科技大學學報(自然科學版)，2012，26(3):249-253．

［2］任永強，張強強．基于DELMIA的主減速器及差速器總成裝配仿真［J］．組合機床與自動化加工技術，2016(11):122-125．

［3］周爾民．機械產品虛擬裝配仿真技術的研究與應用［J］．機械傳動，2007(3):30-33．

［4］盛選禹，盛選軍．DELMIA人機工程模擬教程［M］．北京:機械工業出版社，2009．

作者：張鑫 居里鍇 王云峰 周成 單位：南京理工大學