基于CATIA的DSG濕式雙離合器的虛擬裝配技術(shù)

張永鎖 張佳音 鄭泠汐

摘 要：雙離合自動變速器是汽車自動變速器的主要品種之一，其性能直接影響汽車的起步質(zhì)量、換檔品質(zhì)、行駛平順性、燃油經(jīng)濟性和動力性。本文利用CATIA軟件對DSG濕式雙離合器進行了實體建模、虛擬裝配，并制作裝配動畫的視頻文件。通過三維CAD軟件對濕式雙離合器進行設(shè)計分析及虛擬裝配，對于縮短汽車零部件產(chǎn)品開發(fā)周期、降低生產(chǎn)成本等具有十分重要的意義。

關(guān)鍵詞：DSG濕式雙離合器;CATIA;三維建模;虛擬裝配

中圖分類號：TP391.72 文獻標識碼：A DOI：10.3969/j.issn.1003-6970.2021.02.051

本文著錄格式：張永鎖，張佳音，鄭泠汐.基于CATIA的DSG濕式雙離合器的虛擬裝配技術(shù)[J].軟件，2021，42（02）：167-170

Virtual Assembly Technology of DSG Wet Dual Clutch Based on CATIA

ZHANG Yongsuo， ZHANG Jiayin， ZHENG Lingxi

（College of Home and Industrial， Nanjing Forestry University， Nanjing? Jiangsu? 210037）

【Absrtact】：The Double Clutch automatic transmission is one of the main vehicle automatic transmission， its performance directly affects the vehicle's starting quality， shift quality， ride comfort， fuel economy and power performance. This paper uses CATIA software to model DSG wet dual clutch， make virtual assembly， and make assembly animation video file. It is very important to design， analyze and virtual assemble the wet dual clutch by 3D CAD software in order to shorten the development cycle and reduce the production cost.

【Keywords】：DSG;wet dual clutch;CATIA;three-dimensional modeling;virtual assembly

隨著社會發(fā)展、科技的進步，汽車技術(shù)得到飛速的發(fā)展，其中自動變速器技術(shù)的出現(xiàn)對于汽車的發(fā)展具有里程碑式的意義[1]。雙離合自動變速器是汽車自動變速器的主要品種之一，其性能直接影響汽車的起步質(zhì)量、換檔品質(zhì)、行駛平順性、燃油經(jīng)濟性和動力性，因此雙離合自動變速器是汽車設(shè)計工作的一個重點和難點[2]。本文采用三維CAD軟件對雙離合自動變速器中的濕式雙離合器進行設(shè)計分析，利用三維CAD建模軟件CATIA對DSG濕式雙離合器進行了實體建模、虛擬裝配，并制作裝配動畫的視頻文件[3]。將計算機輔助產(chǎn)品設(shè)計技術(shù)融入汽車設(shè)計的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)，對于縮短汽車零部件產(chǎn)品開發(fā)周期、降低生產(chǎn)成本等具有十分重要的意義[4]。

1 DSG濕式雙離合器

DSG變速器的多片濕式雙離合器內(nèi)部主要由兩個離合器組成：離合器K1和離合器K2?？v觀DSG變速器的工作原理，多片濕式雙離合器的作用等同于普通手動變速器中機械式離合器的作用，對于有級的液力機械式自動變速器來講，其作用相當于液力變矩器的作用，多片濕式雙離合器實際為一個自動變速器[5]。

離合器K1如圖1所示，主要由內(nèi)片殼體、外片殼體、活塞、活塞密封圈、油壓室、膜片彈簧等元件組成[6]。離合器K1內(nèi)片殼體和變速器輸入軸1通過花鍵配合聯(lián)接在一起，其外片殼體是雙離合器的外殼，而外殼則是和與發(fā)動機曲軸相連接的雙質(zhì)量飛輪通過螺栓聯(lián)接為一體[7]。離合器K1的主要作用是：其工作以后，可以讓曲軸與變速器輸入軸1實現(xiàn)聯(lián)接或分離[8]。

離合器K2如圖2所示的結(jié)構(gòu)與離合器K1基本相似，同樣由內(nèi)片殼體、外片殼體、活塞、活塞密封圈、油壓室、螺旋彈簧等元件組成[9]。離合器K2與離合器K1結(jié)構(gòu)不同的是：離合器K2內(nèi)片殼體和變速器輸入軸2通過花鍵配合聯(lián)接在一起[10]。離合器K2的主要作用：其工作以后，可以讓曲軸與變速器輸入軸2實現(xiàn)連接或分離[11]。

離合器K1與離合器K2的實質(zhì)作用如下：離合器K1主要負責1檔、3檔、5檔和倒檔，在汽車行駛中一旦用到上述檔位中的任何一檔，離合器K1接合;離合器K2主要負責2檔、4檔和6檔，當使用2、4、6檔中的任一檔時，離合器K2接合[12]。

2 CATIA軟件與虛擬裝配技術(shù)

CATIA軟件是CAD領(lǐng)域集成了曲面設(shè)計、實體造型、模具設(shè)計為一體的高級軟件，具有功能強大、易學易用和技術(shù)創(chuàng)新三大特點。這使得CATIA成為領(lǐng)先的、主流的三維CAD解決方案[13]。作為PLM協(xié)同解決方案的一個重要組成部分，它可以幫助制造廠商設(shè)計可靠的產(chǎn)品，并支持從項目前階段、具體的設(shè)計、分析、模擬、組裝到維護在內(nèi)的全部工業(yè)設(shè)計流程[14]。該軟件在航空航天、汽車制造、機械制造、消費品行業(yè)等大量涉及復雜外形設(shè)計和精密結(jié)構(gòu)的工作領(lǐng)域展現(xiàn)了復合多面的功能[15]。本文選用的CATIA V5軟件是基于Windows平臺的全參數(shù)化和以特征建模技術(shù)為核心的特征造型軟件，它可以十分方便地實現(xiàn)復雜的三維零件實體造型、虛擬裝配和工程圖制作，為設(shè)計人員提供了良好的設(shè)計環(huán)境[16]。

虛擬裝配是在虛擬現(xiàn)實環(huán)境下仿真裝配過程一項技術(shù)，是虛擬制造的重要組成部分[17]。它充分利用了計算機輔助設(shè)計技術(shù)、計算機輔助制造技術(shù)和虛擬現(xiàn)實技術(shù)的優(yōu)點。模擬出虛擬的裝配環(huán)境，用于驗證裝配設(shè)計和操作過程的合理性，并可視化地展示裝配過程，以便設(shè)計者及早發(fā)現(xiàn)裝配中的問題，對裝配設(shè)計進行修改[18]。在集成的產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)過程中，虛擬裝配仿真技術(shù)包含了設(shè)計和制造兩個方向，設(shè)計方向指的是產(chǎn)品的裝配建模，就是設(shè)計出能進行最佳裝配的產(chǎn)品[19]。制造方向指的是產(chǎn)品的裝配規(guī)劃，主要包括裝配序列規(guī)劃和裝配路徑規(guī)劃。裝配序列規(guī)劃主要包括裝配序列的幾何可行性分析，即從幾何約束的角度分析，兩個裝配單元之間的裝配操作或分解操作不存在幾何位置上的干涉現(xiàn)象[20]。裝配路徑規(guī)劃是在裝配建模和裝配序列的基礎(chǔ)上，充分利用裝配信息進行裝配路徑的分析和求解，生成一條無碰撞的從起點到終點的裝配路徑，從而達到優(yōu)化設(shè)計的效果[21]。

3基于CATIA軟件的實體建模

運行CATIA軟件，進入機械設(shè)計——零件設(shè)計模塊。以DSG濕式雙離合器的外片殼體零件為例，選中xy平面，點擊進入xy平面的草繪界面，在草繪工作區(qū)中繪制外片殼體零件的二維草繪圖形。退出二維草繪模式，點擊旋轉(zhuǎn)命令創(chuàng)建360°殼體的旋轉(zhuǎn)體，如圖3所示。選中zx平面并進入草繪模式，繪制二維草繪圖形以創(chuàng)建殼體內(nèi)圈凹槽。 選定已繪制的凹槽特征，點擊進入陣列特征命令。設(shè)置陣列參數(shù)：實例為30，角度間距為12°，參考元素設(shè)置為zx平面，創(chuàng)建完陣列特征，得到包含內(nèi)圈凹槽特征的外片殼體實體。同理可以繪出殼體外圈的凹槽，及凹槽特征陣列后的實體。殼體的細節(jié)均通過草圖、凸臺、凹槽、陣列繪制而成，如圖4所示。

4 基于CATIA軟件的虛擬裝配

進入機械設(shè)計——裝配設(shè)計模塊。新建文件Product，插入現(xiàn)有部件，選擇所需裝配文件（外片殼體），部件出現(xiàn)在相對坐標系的原點處[22]。再次進入文件選擇界面，選擇所需裝配文件（油缸活塞），部件出現(xiàn)在視口界面中，點擊移動操作欄的移動命令，選擇y方向進行移動，移動到合適位置即可，為下步裝配約束做準備。點擊相合約束，分別拾取兩個部件（外片殼體和油缸活塞）的軸線，實現(xiàn)兩個部件的軸線相重合，點擊更新操作，即可實現(xiàn)相合約束。點擊接觸約束，分別拾取殼體與油缸活塞相接觸的兩個平面[23]。點擊更新操作，即可實現(xiàn)接觸約束裝配，如圖5所示。重復上述操作，可以繼續(xù)實現(xiàn)膜片彈簧、內(nèi)片殼體、鋼片、摩擦片、外殼等部件的裝配。零部件裝配后拆開的爆炸圖如圖6所示，實現(xiàn)裝配后，保存為Product文件。

5基于CATIA軟件的裝配動畫

運行CATIA 軟件，進入數(shù)字化裝配——DMU Navi-gator模塊。點擊DMU一般動畫中的跟蹤，選擇所需移動的部件（外片殼體），該部件中心處出現(xiàn)可移動的相對坐標系，移動該坐標系至所需位置，點擊記錄，記錄下移動的路徑。同樣步驟繼續(xù)下個部件（油缸活塞）的跟蹤移動和記錄，如圖7所示。同理，做好每個部件的跟蹤移動和記錄后，點擊編輯序列，會話中的工作指令是剛剛記錄完成的所有部件的移動追蹤[24]。按實際裝配順序，點擊移動，將會話中的工作指令移入右側(cè)序列中的工作指令，編輯好所有序列后，點擊確認，如圖8所示。視頻制作時，點擊工具，進入圖像——視頻模塊[25]。錄制視頻時，首先打開播放器，點擊向前播放，此時播放器播放剛剛編輯好的裝配序列，在此同時，點擊視頻錄制器中的開始錄制[26]。錄制視頻時，可以點擊參數(shù)設(shè)置，自行修改動畫速度。動畫錄制輸出的格式、地址、動畫每秒楨速率，通過點擊視頻錄制器中設(shè)置視頻屬性來實現(xiàn)編輯[27]。

6結(jié)論

虛擬裝配是在虛擬現(xiàn)實環(huán)境下仿真裝配過程一項技術(shù)，是虛擬制造的重要組成部分。虛擬裝配技術(shù)利用了CAD、CAM和VR技術(shù)的優(yōu)點，模擬出虛擬的裝配環(huán)境，可視化地展示裝配過程，用于驗證裝配設(shè)計和操作過程的合理性[28]。有利于優(yōu)化裝配方案，提高裝配效率。本文利用CATIA軟件對DSG濕式雙離合器進行了實體建模、虛擬裝配，并制作裝配動畫的視頻文件。通過三維CAD軟件對濕式雙離合器進行設(shè)計分析及虛擬裝配，對于縮短汽車產(chǎn)品開發(fā)周期、降低生產(chǎn)成本等具有十分重要的意義。

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