基于Pro/E的动态拆装虚拟模型库的创建

刘梅英，皮永飞

（华中农业大学工学院，湖北武汉 430070）

0 引言

工程实际中经常会应用实物反求技术，对已有先进产品进行拆装测绘，整理出一套完整图样，为测绘仿制或自行设计提供宝贵的资料和经验。因此测绘技术对工程技术人员而言是一项重要的基本技能。

拆装测绘是依据机械专业大学生将来的工程设计需要而设计的实践环节，目前有的高校放在工程图学课程结束后进行集中测绘，也有的高校放在机械设计课程结束后开设机构认知与拆装测绘综合实验课程。该实践环节要求学生在充分研究测绘对象的结构、原理和功能后，对部件进行系统的拆卸、测量、绘图和组装，既有徒手作图，也有尺规制图和计算机绘图的训练，充分锻炼了学生的综合制图能力，是理论与实践相结合的具体体现［1］。

为了进一步提高拆装测绘实践环节的教学效果，指导学生对测绘对象的认知及有序地拆装测绘，研究建立了基于Pro/E的动态拆装虚拟模型库。通过虚拟模型库的中的模型、运动仿真和拆装演示，了解阀、泵、减速器等部件的用途、工作原理和装配关系，了解各组成部分零件在部件中的作用及形状结构，增强学生对机械零件的感性认知。Pro/E是美国参数技术公司PTC（Parametric Technology Corporation）推出的3D CAD软件，具有基于特征、全参数、全相关和单一数据库等特点。自推出以来，由于其强大的功能，很快得到工程设计人员的欢迎，并迅速成为当今世界最为流行的CAD软件之一［2］。

1 动态拆装虚拟模型库的建立

1.1 总体结构设计

动态拆装虚拟模型库中的模型既有经典的拆装测绘部件，如齿轮油泵、手压阀、减速器、球阀、安全阀、虎钳、千斤顶等，也有部分专业课程中涉及到的部件，如双联叶片泵、农机传动装置等。每个模型下均可以查看该部件的三维模型、分解图、运动仿真动画及动态拆装动画。总体结构设计如图1所示。

图1 动态拆装虚拟模型库的总体设计

1.2 动态拆装模型的制作

动态拆装虚拟模型库中每个模型均采用自底向上的装配设计方法，即首先对拆装对象进行结构分析，根据零件的形状特点不同采用不同的建模方法，完成最底层的零件的建模。然后利用“组件”模块根据部件或设备的装配关系将多个零件进行组装，并创建爆炸分解图［2］。然后利用“机构”模块对运动部件进行运动仿真。最后利用“动画”模块创建有序地动态拆装过程的动画，模拟实际的拆装过程。其基本流程如图2所示。

图2 创建动态拆装模型的基本流程

下面以双联叶片泵为例，简要说明动态拆装虚拟模型的制作步骤。双联叶片泵由两个单级叶片泵在一个泵体内并联组成，常用于有快速进给和工作进给要求的机械加工的专用机床中。两个叶片泵的转子由同一传动轴带动旋转，有各自独立的出油口，两个泵可以是相等流量的，也可以是不等流量的。其结构由泵体、泵轴、转子、定子、配油盘及端盖组成。

1）零件建模

Pro/E建模需首先绘制二维截面草图，经过拉伸、旋转、扫描或混合等方法创建基本特征，然后利用阵列特征等工具对零件进行编辑得到零件的三维实体模型。双联叶片泵主要组成零件的三维模型如图3所示。

2）组件装配

完成零件建模后，将各个零件按设计要求装配在一起才能形成一个完整的产品或机构装置。Pro/E提供的“组件”模块是通过设置零件间的约束，来限制零件间的自由度，以模拟现实生活中机构零件的装配效果。为了便于观察内部结构，可以将外壳零件作透明化处理或生成剖视图，双联叶片泵装配模型如图4所示。利用［视图］、［分解］、［分解视图］来生成爆炸分解图（图5）。分解图对于表达装配体的结构组成和各个零件的相对位置十分有利。

图3 双联叶片泵主要组成零件的三维模型

3）运动仿真

Pro/E提供的“机构”模块可模拟模型的工作状况。在装配环境下创建连接类型、设置伺服电机，创建运动副，设置运动环境，然后运行机构分析，设计人员可以观察机构的整体运动轨迹和各零件之间的相对运动，将分析结果输出MPG格式文件保存［3］。

4）动画制作

Pro/E提供的“动画”模块可以实现部件或设备的动态拆装过程，能够将直观细致的三维实体及之间的装配关系清晰地表达出来。制作时使用鼠标直接拖动组件，仿照动画影片制作过程，一步步产生关键帧，最后连续播映这些关键制造影像。使用该功能相当自由，无需在运动组件上设定任何连接和伺服电动机［3］。

1.3 动态拆装虚拟模型库用户界面的开发

为了达到良好的教学效果，利用Visual Basic（VB）来开发动态拆装虚拟模型库用户界面，使用VB中的image控件来展示装配模型的三维模型及爆炸分解图，使用windows media player控件来展示运动仿真动画和动态拆装动画［4］。用户根据需要选定要拆装的部件，然后可选择查看该部件的三维模型图片或者爆炸分解图，也可选择查看该部件的运动仿真动画，或者动态拆装动画，整个操作过程简便、直观，动画播放速度适中，利于辅助教学和学生自学。

2 结语

拆装测绘实践环节可增强学生对机械零部件的感性认识，同时综合训练学生的制图能力。该模型库的建立不仅对于拆装测绘实验进行有效指导，提升教学效果，也为后续机械设计和专业课程学习提供了良好的素材库，从不同角度和层面认知设备，启迪学生机械设计创新思维。同时，使学生了解现代设计方法和理念，增强应用先进技术的意识和学习兴趣。

［1］王国顺，谢军.机械制图实践教程［M］.北京:清华大学出版社，2009.

［2］王咏梅，李春茂，张瑞萍，等.Pro/ENGINEER Wildfire 5.0 中文版基础教程［M］.北京:清华大学出版社，2011.

［3］乔建军，王保平，胡仁喜，等.Pro/ENGINEER Wildfire 5.0 动力学与有限元分析从入门到精通［M］.北京:机械工业出版社，2010.

［4］刘彬彬，安剑，等.Visual Basic从入门到精通［M］.北京:清华大学出版社，2010.