1 蓋鎖虛擬樣機(jī)模型的建立

　　本文研究的發(fā)動機(jī)蓋鎖屬于卡板鎖，主要由鎖體、卡板、輔助掛鉤、鎖緊手柄、鎖環(huán)、輔助掛鉤回位彈簧、鎖緊手柄回位彈簧、卡板回位彈簧和卡板回位彈簧鉤塊組成。虛擬樣機(jī)技術(shù)的核心問題是虛擬樣機(jī)模型的建立，虛擬樣機(jī)模型應(yīng)是參數(shù)化的實(shí)體模型，只有這樣才能滿足用戶不斷修改從而最終實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的最優(yōu)設(shè)計(jì)或變形產(chǎn)品設(shè)計(jì)的要求。本文首先對已有車型卡板鎖實(shí)物模型的工作原理及結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，對其主要部件進(jìn)行測量，然后通過UG軟件建立各個(gè)部件的三維實(shí)體模型。準(zhǔn)確的物理模型和方便的建模方法是應(yīng)用虛擬樣機(jī)技術(shù)的關(guān)鍵。在各個(gè)部件的建模過程中，主要運(yùn)用了建立草圖(Sketch)、成型特征(Form Feature)、自由形狀特征(Free Form Feature)以及鈑金特征(Sheet Metal Feature)等功能。

　　1.1 汽車發(fā)動機(jī)蓋鎖的鎖體模型建立

　　汽車發(fā)動機(jī)蓋鎖的鎖體結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，是典型的鈑金部件。利用UG鈑金設(shè)計(jì)模塊創(chuàng)建和制作了汽車發(fā)動機(jī)蓋鎖的鎖體模型。Sheet Metal Feature(板金特征)菜單中的General Flange(通用彎邊)特征、Sheet Metal Bend(鈑金折彎)特征、Sheet Metal Punch(鈑金沖壓)特征、Sheet Metal Bead(鈑金筋槽)、Sheet Metal Bridge(鈑金橋接)特征等功能被廣泛地運(yùn)用到了汽車發(fā)動機(jī)蓋鎖的鎖體建模中。汽車發(fā)動機(jī)蓋鎖的鎖體模型，如圖1所示。應(yīng)用UG軟件的參數(shù)化建模方法建立各個(gè)部件的參數(shù)化實(shí)體模型，為后續(xù)的設(shè)計(jì)分析、修改模型打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，從而不斷提高汽車發(fā)動機(jī)蓋鎖的設(shè)計(jì)水平和質(zhì)量。

圖1鎖體模型

　　1.2 汽車發(fā)動機(jī)蓋鎖的虛擬裝配

　　應(yīng)用UG軟件的虛擬裝配模塊建立汽車發(fā)動機(jī)蓋鎖的虛擬樣機(jī)模型。完成發(fā)動機(jī)蓋鎖的各個(gè)部件的虛擬樣機(jī)模型的建立后，就可以進(jìn)行虛擬裝配了。本文采用自底向上的方法進(jìn)行虛擬裝配，使用配對約束、對齊約束、正交約束、角度約束、平行約束、中心對齊約束、距離約束等約束條件建立配對條件，這樣一旦部件的虛擬樣機(jī)模型改變，產(chǎn)品的虛擬裝配模型即汽車發(fā)動機(jī)蓋鎖的虛擬樣機(jī)模型將隨著改變，實(shí)現(xiàn)了真正意義的參數(shù)化設(shè)計(jì)。汽車發(fā)動機(jī)蓋鎖的虛擬樣機(jī)模型即總裝配效果圖和裝配導(dǎo)航器如圖2和3所示。

　　圖2 虛擬樣機(jī)模型　　圖3 裝配導(dǎo)航器

　　2 汽車發(fā)動機(jī)蓋鎖的虛擬分析

　　本文主要對汽車發(fā)動機(jī)蓋鎖進(jìn)行虛擬運(yùn)動分析，為了方便研究和分析，建立了四個(gè)運(yùn)動分析方案scenario1、scenario2、scenario3、scenario4。每種分析方案對應(yīng)著一個(gè)裝配排列。分析時(shí)若發(fā)現(xiàn)干涉或間隙過大等問題，可以及時(shí)修改虛擬樣機(jī)模型，然后在進(jìn)行分析直至滿意為止，充分發(fā)揮虛擬樣機(jī)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，降低產(chǎn)品開發(fā)成本。

　　2.1 汽車發(fā)動機(jī)蓋鎖的運(yùn)動模擬

　　UG的Motion模塊具有強(qiáng)大的運(yùn)動仿真及分析功能，形象的運(yùn)動模擬很好地體現(xiàn)了虛擬樣機(jī)技術(shù)在設(shè)計(jì)中的運(yùn)用。運(yùn)動模擬仿真的全過程大致可以分為以下幾個(gè)步驟：創(chuàng)建連桿、建立運(yùn)動付、定義運(yùn)動驅(qū)動、創(chuàng)建運(yùn)動模擬仿真四個(gè)步驟。本文所研究的卡板鎖的運(yùn)動方式如下：發(fā)動機(jī)蓋板由開啟位置落下撞到輔助掛鉤MMSonline.com.cn版權(quán)所有，此時(shí)蓋板所帶有的勢能在鎖鉤撞擊輔助掛鉤時(shí)全部轉(zhuǎn)化為動能，從而使鎖鉤能頂開輔助掛鉤形成第一重鎖止。但此時(shí)，鎖鉤所具有的動能還不足以推動卡板帶動它一起運(yùn)動。這時(shí)候就需要人用手用力的按住發(fā)動機(jī)蓋往下運(yùn)動直到鎖構(gòu)進(jìn)入第二重鎖止位置為止;最后人手松開，鎖緊手柄在回位彈簧作用下回到初始位置并封住卡板回位的趨勢。為了方便研究和分析，本文建立了四個(gè)運(yùn)動分析方案scenario1、scenario2、scenario3、scenario4。在四個(gè)運(yùn)動方案中。在不同的方案中，發(fā)動機(jī)蓋鎖中各個(gè)部件的運(yùn)動主要是以旋轉(zhuǎn)為主，所以應(yīng)分別為發(fā)動機(jī)蓋、卡板、輔助掛鉤及鎖緊手柄加上旋轉(zhuǎn)付，并在運(yùn)動付上施加恒定驅(qū)動為運(yùn)動函數(shù)。當(dāng)創(chuàng)建好連桿、運(yùn)動付，定義好運(yùn)動驅(qū)動之后，就可以創(chuàng)建運(yùn)動模擬仿真了。本文采用關(guān)節(jié)運(yùn)動的方式來模擬機(jī)構(gòu)的運(yùn)動。關(guān)節(jié)運(yùn)動分析的優(yōu)點(diǎn)在于可以同時(shí)使多個(gè)運(yùn)動付運(yùn)動，并且每一個(gè)運(yùn)動付所給定的步數(shù)和步長可以不同。#p#分頁標(biāo)題#e#

　　2.2 裝配排列

　　由于不同的運(yùn)動分析方案所對應(yīng)的虛擬樣機(jī)模型的裝配位置各不相同，因此應(yīng)為每一種運(yùn)動分析方案建立相應(yīng)的裝配模型即虛擬樣機(jī)模型。裝配排列屬于UG軟件的虛擬裝配模塊，可在一個(gè)裝配模型中為組件提供多個(gè)可選組件位置，從而方便用戶在一個(gè)裝配模型中不同的可選組件位置之間進(jìn)行切換。可以根據(jù)需要保存多個(gè)排列，這樣就不必在打開裝配時(shí)分別指定所要參考的可變位置，還可以定義裝配排列來為部件中一個(gè)或多個(gè)組件指定可選位置，并將這些可選位置與部件存儲在一起。裝配排列是UG NX所特有的一項(xiàng)功能，它可以確定：任何子組件的可變組件定位(Variable Component Positioning ，VCP)。運(yùn)用裝配排列功能，可以建立多個(gè)組件的不同裝配位置，為實(shí)現(xiàn)多個(gè)運(yùn)動分析方案奠定基礎(chǔ)。本文根據(jù)發(fā)動機(jī)蓋鎖的運(yùn)動情況，設(shè)置了四種裝配排列位置。建立好四種裝配排列之后，可以在裝配導(dǎo)航器中根據(jù)需要任意地切換不同的裝配排列。本文建立的虛擬樣機(jī)模型包括四個(gè)裝配排列，每個(gè)裝配排列對應(yīng)著一種運(yùn)動分析方案。

　　2.3 MPEG電影文件的生成

　　在UG的Motion模塊中提供了將機(jī)構(gòu)的運(yùn)動仿真轉(zhuǎn)化為可以播放的MPEG電影文件的功能。輸出MPEG文件的過程可以分為創(chuàng)建UG/Photo Animation照相機(jī)路徑和生成運(yùn)動仿真的MPEG文件兩個(gè)步驟[3]。由于UG/Photo Animation必須在分析部件文件中創(chuàng)建，而不能在主裝配模型中創(chuàng)建。所以本文對應(yīng)發(fā)動機(jī)蓋鎖的四個(gè)運(yùn)動分析方案，分別創(chuàng)建了UG/Photo Animation照相機(jī)的視點(diǎn)或路徑，再打開MPEG Output(輸出)開關(guān)，分別生成MPEG電影文件：scenario1.mpg、scenario2.mpg、scenario3.mpg、scenario4.mpg。

　　因?yàn)榉謩e生成了四個(gè)MPEG電影文件，雖然我們可以分別在各個(gè)方案中看到蓋鎖零件在不同運(yùn)動位置的運(yùn)動模擬，但是由于發(fā)動機(jī)蓋鎖的整個(gè)工作運(yùn)動過程被分解在四個(gè)運(yùn)動分析方案中，無法串聯(lián)成全程模擬，所以使整個(gè)運(yùn)動顯得很不連貫。而一般的播放器，如Windows操作系統(tǒng)自帶的Windows Media Player等，都只能單個(gè)的播放MPEG電影，為了解決這一難題http://www.mmsonline.com.cn，使蓋鎖零件的全程工作運(yùn)動直觀地展現(xiàn)在讀者面前，本文選擇了超級解霸3000作為播放器，按順序選擇所生成的MPEG電影文件：scenario1.mpg 、scenario2.mpg、scenario3.mpg、scenario4.mpg，即可將整個(gè)發(fā)動機(jī)蓋鎖的四個(gè)運(yùn)動模擬仿真串聯(lián)起來，形成電影動畫，進(jìn)行播放。

　　3結(jié)論

　　以虛擬樣機(jī)技術(shù)為設(shè)計(jì)理念，通過UG軟件，建立汽車發(fā)動機(jī)蓋鎖的虛擬樣機(jī)模型。虛擬樣機(jī)模型應(yīng)是參數(shù)化的實(shí)體模型，從而滿足用戶不斷修改并最終實(shí)現(xiàn)最優(yōu)設(shè)計(jì)或變形產(chǎn)品設(shè)計(jì)的要求。運(yùn)用UG的Motion模塊對發(fā)動機(jī)蓋鎖進(jìn)行運(yùn)動學(xué)仿真分析，建立了四個(gè)運(yùn)動分析方案，在虛擬樣機(jī)模型中為每個(gè)運(yùn)動分析方案建立相應(yīng)的裝配排列。將發(fā)動機(jī)蓋鎖的運(yùn)動模擬以MPEG電影文件形式輸出，形成電影動畫，并用超級解霸3000播放器進(jìn)行播放。通過動畫演示，可以更直觀、正確的理解汽車發(fā)動機(jī)蓋鎖的工作原理和運(yùn)動的基本過程，提高汽車發(fā)動機(jī)蓋鎖的設(shè)計(jì)水平。虛擬樣機(jī)技術(shù)可以減少實(shí)物模型和樣機(jī)的投入，縮短產(chǎn)品開發(fā)周期、降低產(chǎn)品開發(fā)成本和制造成本，有利于實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的最優(yōu)設(shè)計(jì)或變形產(chǎn)品設(shè)計(jì)。