馬自達6轎車自動變速器虛擬仿真裝配研究本科生畢業論文-文庫吧

【正文】 裝配技術 虛擬制造技術簡介 虛擬制造 技術（ virtual manufacturing technology， VMT,也被稱為數字化制造技術）是以 虛擬現實 和仿真技術為基礎，對產品的設計、生產過程進行統一模型的構建，在虛擬設備上實現產品從設計、生產、裝配、檢驗、調試以及整個生命周期的模擬和仿真，在現如今的生產制造行業的快速發展中起著至關重要的作用。 虛擬仿真（ Virtual Reality）技術，又稱為仿真（ simulation）技術，就是在計算機中運用相應的軟件（本文中運用 CATIA 和 3DMAX）或虛擬工具作為一個虛擬化的系統，仿真另外一個真實存在的系統，虛擬仿真是一種可以能夠創建和體驗虛擬世界（ Virtual World）的計算機系統，它以仿真的方式給用戶創造一個實時反映實體對象變化與相互作用的三維虛擬世界 ,并通過一些顯示傳感設備，提供給用戶一個觀測與該虛擬世界交互的計算機三維界面，用戶可以通過視覺、聽覺及觸覺等多種感官與虛擬世界進行直接的交互， 用戶直接參與在這個虛擬的世界中，與實時仿真對象 進行交互 ，身臨其境，體驗虛擬仿真技術帶來的美 ，圖 為各種硬件關系與虛擬現實之間的一種交互關系，展現了虛擬技術中所必須的本體以及所要借助的媒質。 圖 虛擬現實技術關系圖 虛擬制造技術 應用計算機仿真技術，對零件的加工方法、工序順序、工裝和工藝參數的選用以及加工工藝性、裝配工藝性等均可 進行 建模仿真， 相比于傳統的制造行業，它具有許多優勢，它 可以提前發現加工缺陷，提前發現裝配時出現的問題，從而能夠優化制造過程，提高加工效率。 虛擬仿真裝配技術 虛擬仿真裝配技術 裝配在產品生命周期中起著很重要的作用，也是產品功能實現的主要過程，總而言之，就是將加工出的零件，按照一定的順序和要求安裝在一起，實現整體的功能。據統計，在工業化的國家，大約百分之三十左右的人力從事和裝配有關的活動，在整個 生產過程中，裝配所占的時間占總生產制造時間的 40%— 60%，用于產品裝配的成本占總生產成本的 40%以上，所以裝配在整個生產制造過程中是很重要的一部分，但是傳統的手工裝配由于存在著一定的缺陷，滿足不了顧客日益增加的多樣化需求，傳統的手工裝配方法存在一定的缺陷，如下： ?零件加工完成后才可以進行裝配，如需修改，還需重新制造零件，而且整個裝配過程消耗一定的時間。 ?不能體現并行設計的思想，若有新的思想，再去更改，過程繁瑣。 基于以上手工裝配為主的傳統裝配方法存在著諸多缺陷，所以在計算機技術，信息化技術，自動化技術 的快速發展過程中，提出了虛擬仿真裝配技術。 虛擬仿真裝配（ Virtual Assembly）是基于制造過程現代化、信息化、自動化的快速發展，而逐漸發展的一種先進制造裝配理念，虛擬裝配是利用計算機工具，而不需要產品或者支持過程的物理實現，通過分析、預建模、可視化以及數據表示等進行或者輔助進行裝配相關的工程活動。在虛擬的環境中，設計人員可以像操作真實零件一樣，先對裝配過程進行規劃，然后對虛擬的零件進行裝配操作，通過一系列的裝配過程，建立產品的裝配模型，再去檢查裝配過程中的存在的問題，提高產品裝配的正 確性，這個過程中，主要以提高產品質量，減少設計成本，節約設計時間，提高設計效率和運用現代化科學技術為其要求，在這五個基于仿真技術的快速發展前提下，實現對三維實體零部件的優化定位組裝，并且對完成虛擬裝配的產品進行實時的零部件檢測、裝配約束處理、裝配路徑與序列處理等進行的實體仿真過程。 本文結合 Mazda 6 轎車自動變速器的機構及裝配特點給出如下定義：汽車自動變速器虛擬仿真裝配是在 CATIA 軟件和 3DMAX 軟件系統上完成發動機主要非標準零部件實體建模，對零件模型按約束關系在 3DMAX 上進行裝配，并根據 此前完成的工作，運用 FLASH 進行裝配系統過程的制作，并將其展示出來。 虛擬仿真裝配技術在國內外的研究運用現狀 虛擬裝配是近十幾年中虛擬制造技術研究的重要方向之一 ,虛擬裝配技術已成為數字化制造技術在制造業中研究和應用的典范， 對于更復雜的產品結構，使用該技術可以優化產品設計，以避免或減少物理模型的制作，縮短開發周期，降低成本，從而實現產品的優化開發，提高裝配質量和效率，改善產品的售后服務。虛擬裝配在航空航天、汽車、船舶、工程機械等領域的復雜產品設計及其裝配工藝規劃占據著主導位置，所以一直深 受到國內外各行各業人士的關注與參虛擬仿真裝配技術 與。 虛擬裝配技術的發展和應用是基于虛擬現實技術、計算機技術、人工智能技術、網絡技術、產品設計等多種學科領域的快速發展，在總體上，國內外學者對于虛擬仿真裝配的研究是圍繞虛擬裝配核心技術、虛擬裝配環境 2 方面展開研究。 （ 1）虛擬裝配核心技術 虛擬裝配的核心技術是開發虛擬裝配應用系統時最為重要的一部分，包含零部件建模、裝配序列規劃及優化、可行裝配路徑規劃、裝配合理性評價、決策支持、裝配誤差分析、干涉分析等內容。 ?零部件建模：零部件建模是完成整個裝配任務的必 要貯備工作，它要求所建模型合理，而且對于細節的處理也有一定的要求，所以需要建模人員需要較高的軟件使用水平，本文中，主要針對 Mazda 6 轎車自動變速器的零部件進行建模，包括液力變矩器中的殼體、泵輪、渦輪以及行星齒輪組等零部件進行建模，這個過程主要是運用計算機軟件 CATIA 進行建模，然后運用 3DMAX 進行物體與場景渲染的一個過程。 ?裝配 / 拆卸規劃技術：通過運用機械原理方面裝配的知識，對于所建的模型進行合理的裝配，以及優化裝配方案，以及警惕其中許多的注意事項。 ④ 裝配過程中的人因分析：通過虛擬現實技術，開發 人員可以在產品開發階段就對產品裝配過程中涉及的人機因素（如裝配所需時間、裝配操作的舒適程度、安全性）進行分析，從而可以在裝配過程中避免錯誤。 （ 2） 虛擬裝配環境 虛擬裝配環境確定虛擬裝配應用，投資規模，功能，對于不同的應用，虛擬裝配環境是不同的。 在本論文中，運用了現如今機械制造也中常用的 CATIA和多種行業運用較廣的 3DMAX 軟件，從而很好的完成 Mazda 6 轎車自動變速器的建模以及裝配過程，使裝配成的模型在計算機上以很強的沉浸感展現給用戶。 在國內，國內對虛擬裝配技術的研究起步于 20 世 紀 90年代末期 ,發展速度比較快 ,取得了不少研究成果，并提出了許多有價值的新理論和新方法。近幾年浙江大學 CADamp。CG 國家重點實驗室建立了 M I V S，用于裝配工藝規劃和裝配過程評價。清華大學開發的 VASS 為設計師和裝配工程師提供了一個產品的可裝配性 / 可拆卸性仿真和評價系統。西安交通大學著力于 DFA集成規劃與裝配系統的開發和研究； 2020 年哈爾濱工業大學基于 SolidWorks 開發了“渦輪泵三維數字化裝配工藝系統、、 國外， 1997 年，英國的 HeriotWatt 大學開發了虛擬 裝配規劃系統 UVAVU，虛擬仿真裝配技術 意大利 Bologna 大學開發了基于 CAD 的裝配規劃與驗證系統。葡萄牙的 C C G 公司開發了 ITS(Immersive Training System) 虛擬系統，用于裝配培訓。德國Bielefeld 大學人工智能與虛擬現實實驗室將虛擬現實交互技術與人工智能技術相結合 ,基于構造工具箱 (Const ruction Kit s) 的概念 ,建立了一個虛擬裝配系統(CODY Virt ual Const ructor ) 。 在國外，虛擬仿真裝配技術在各大汽車生產廠商廣泛運用， 如 BMW為利用虛擬仿真裝配技術對 X系列 SUV汽車裝配工藝流程進行合理性測試而建立的Virtual Process Week體系（簡稱 VPW） 。日本豐田汽車株式會社基于 CATIA平臺開發的汽車發動機可裝配性驗證系統與汽車整體裝配設備可視化綜合系統??除此之外，虛擬仿真裝配技術在其他企業和領域也被廣泛運用，而隨著計算機技術、信息化技術以及自動化技術等多種高新技術的快速發展，虛擬仿真技術在未來會得到更多的突破發展。 虛擬仿真裝配技術主要特點 由于我們在本文中研究的是虛擬仿真技術在馬自達 6轎車自動變速器裝 配方面的運用，下面我們來看看虛擬仿真技術在自動變速器虛擬仿真裝配方面哪些主要卓越高效的特點 1） 沉浸性（ immersion） 虛擬仿真裝配技術是用計算機軟件進行模擬現實裝配的一種特殊方法，用戶可以通過使用虛擬設備將自己“投射”到這個環境中，并操作、控制環境，實現特殊的目的，在本文中，通過 3DMAX對 FE5AEL自動變速器零件的模型進行渲染和裝配工作，通過計算機頁面反映給用戶，用戶可以得到與現實生活中一般的自動變速器模型，可以去感知它，然后根據相應的資料去調整。 2） 交互性 （ interaction） 交互性是指使用者可以通過一些操作 ,從而從模擬環境中得到反饋，達到對模擬環境的體驗。交互性是虛擬現實技術最大的一個特點，就是用戶與模擬環境之間的一種交互，相對于本文而講，通過制作自動變速器的各種零件，然后進行裝配過程，再將這個過程以及所制作的安裝系統展示出來，這樣開發者可以對自動變速器的裝配過程進行優化和可裝配性進行評價，而且可以作為一種學習的工具，這就是用戶與環境之間的一種交互。 3） 構想性（ imagination） 這一特點強調了虛擬現實技術在各行各業間都可以構想運用，它以它獨特的虛擬環境，不僅可再現真實存在的環境 ,而且其廣闊的想像空間可以拓寬人類現有的認知范圍，甚至可以超于客觀環境所能達到的寬度，虛擬現實技術給人們的無限構想提供了條件，比如對本文中的自動變速器的裝配過程可以進行構想，從虛擬仿真裝配技術 而得到最終的自動變速器安裝系統，這就是在最初的構想下所研究出來的，所以構想性提供了無限的可能，也提供了無限的認知。 本章小結 在本章中，對虛擬制造技術進行了介紹，作為制造中重要的一環，闡述了裝配在制造中的重要 性，對虛擬仿真裝配的技術進行介紹，以及當前國內的虛擬仿真裝配技術現狀和發展趨勢進行簡單介紹，最后指出虛擬仿真裝配技術在現如今各種技術行業中所呈現的特點。 虛擬仿真裝配技術 第二章 馬自達 6轎車 FS5AEL自動變速器 馬自達 6 轎車簡介 MAZDA 是 日本 最著名的汽車品牌之一， 是 日本 繼豐田，本田，日產之后的 第四大汽車制造商， 馬自達 6出廠于日本，是日本馬自達公司 21世紀的最新產品，也是第一個完整體現全新馬自達品牌的產品，它的推出完善了馬自達 1到馬自 達 9九個車系。 2020年東京車展首度亮相 ,馬自達 6 (Mazda6)是馬自達公司在 2020以后面向中級轎車市場推出的戰略化核心產品，中國于 2020年春季引進馬自達 6轎車，并且在當年末就榮膺“年度車型”稱號，在國內中高端轎車競爭激烈的背景下馬自達 6依然一直保持旺銷態勢， 2020年馬自達 6在華銷量為 ?，F在馬自達 6由合資公司一汽馬自達國產，從馬自達 6進入國內市場，一直都是許多人心目中運動中型車的代名詞，圖 6轎車 圖 馬自達６汽車 FS5AEL自動變速器簡介 自動變速器是在機械式變速器、液力變矩器等液力傳動技術和電子控制技術的基楚上發展而成的 ,它可根據發動機負荷和車速等工況的變化自動變換傳動系統的傳動比，以使汽車獲得良好的動力性和燃油經濟性，并且有效的減少發動機排放污染以及顯著地提高車輛的安全性、乘坐舒適性和操縱輕便性。 自動變速器一般是由液力變扭器、行星齒輪變速器、控制機構組成，由于液力變矩器不僅具有防止發動機過載的作用，而且還能無極地改變轉速比和轉矩比，因此在其他領域該技術也迅速得到應用，馬 自達 6搭配的變速器為 FS5AEL自動變速器，其相對于市場上眾多的變速器，具有以下幾方面明顯的特點 1)實現良好的掛擋質量 ?通過使用線型電磁線圈（壓力控制電磁線圈 A）實現電控壓力調整控制 虛擬仿真裝配技術 ?采用了由占空比型電磁線圈（換檔電磁閥 A、 B、 C，壓力控制電磁閥 B）控制的電控（直接電控換檔控制）離合器壓力 2)卓越的換檔性能 采用了離心平衡離合器室 3)高效、緊湊、輕便 采用了帶液力變矩器直接驅動的微型余擺線型齒輪油泵 4)可靠性高 采用了可變電阻器型 TR 開關 5)符合市場需求 ?采用運動 AT ?采用了子換檔機械裝置 6)可靠性高，噪音和振動低 ?采用有單行星齒輪裝置的雙作用式變速器作為主要換檔機械裝置 ?采用了單行星齒輪裝置，將其作為子換檔機械裝置 圖 FE5AEL自動變速器的總體裝配模型 圖 自動變速器總裝配模型 FS5AEL自動變速器的結構 FS5AEL自動變速器是一種液力自動變速器，它主要由電子控制系統、液壓控制系統和動力傳動系統三部分組