畢業(yè)論文：液壓油泵虛擬裝配及部件有限元分析

1、摘 要YOTCHP8756液壓油泵是大連液壓機械廠的主要產品之一。它的工作效率和容積效率都比較高，可以廣泛應用于很多場合。但該廠產品開發(fā)手段基本是傳統(tǒng)的串行方法，設計試制出原型樣機，然后測試、驗證并分析它們，但是由于工程師設計出產品，往往要經過多次反復的試制才能成功進入市場，產品開發(fā)時間長；在對設計大型、復雜程度較高的產品時，由于設計手段及生理因素的限制，設計易出錯和人為疏漏，并缺乏對產品的制造、裝配工藝性的預見，影響設計質量；產品設計、制造費用高，產品成本上升，缺乏市場競爭力。通過使用虛擬裝配技術能夠更加真實生動的反應液壓油泵的裝配過程，為了能夠了解在實際載荷下關鍵部位的變形和應力的情況還需

2、要使用到有限元分析技術。本次畢業(yè)設計是在3ds max 軟件環(huán)境下對液壓油泵進行虛擬裝配動畫制作，通過三維動畫生動的描述液壓油泵的裝配過程。同時在HyperMesh 軟件下環(huán)境下進行單元網(wǎng)格劃分和有限元分析，通過分析的結果真實反映出液壓油泵的軸受力及載荷的狀況。關鍵詞：液壓油泵 虛擬裝配 液壓泵軸 有限元分析AbstractThe YOTCHP8756 hydraulic pressure pump is the main products of the Dalian hydraulic pressure machine factory. Its work efficiency and the

3、 capacity efficiencies are all high, and can be used in lots of situations. But the factory's products development is basic on a traditional method. first, they design manufactures as a prototype machine on a trial basis, then make the test、verify and analyze. Because engineers design the produc

4、es usually base on many times manufacture trial, only after the manufacture trial, the produces can succeed put into the market, it means the time of product developing is too long; Because of the design restrict and the physiology factor, then when they design the more large and complicated product

5、, design would make mistakes and artificial careless easily, and lack the foresee of the product manufacture and assemble craft ,this can be a influence to design quantity; It also make more designing 、manufacturing expense of the product, the product's cost would be rising, then the produces la

6、ck the competition ability.Through the use of more realistic virtual assembly vivid response to hydraulic pump assembly process, in order to understand the key parts in the actual load of the deformation and stress of the situation also need to use finite element analysis techniques.The graduation p

7、roject is the environment in 3ds max software, virtual assembly of hydraulic pump animation, animated by a vivid description of three-dimensional hydraulic pump assembly. While under the HyperMesh software environment for cell mesh and finite element analysis, reflected through the true results of H

8、ydraulic pump shaft by the force and load conditions.Key words: hydraulic pressure pump virtual assemble Hydraulic pump shaft FEA目 錄引 言 . 3第一章 緒論 . 41.1液壓油泵的基本原理 . 41.2液壓油泵的發(fā)展情況 . 41.3 YOTCHP8756液壓油泵特點 . . 51.3.1液壓油泵的優(yōu)缺點 . 51.32該廠產品內容簡介 . 61.4設計研究的內容 . 7第二章 相關軟件介紹 . 82.1 3DS MAX軟件介紹 . 82.2 H YPER M

9、ESH 軟件介紹 . . 82.3 A NSYS 軟件簡介 . . 9第三章 液壓油泵虛擬裝配 . . 103.1虛擬現(xiàn)實技術與虛擬裝配簡介 . 103.1.1虛擬現(xiàn)實技術 . 103.1.2虛擬裝配 . 103.2虛擬裝配的方案和步驟 . 113.2.1液壓油泵泵軸裝置裝配順序 . 113.2.2裝配動畫的具體步驟 . 113.2.3 動畫生成 . . 143.3 液壓油泵虛擬裝配總結 . . 15第四章 液壓油泵的軸有限元分析 . 164.1 有限元基本理論簡介 . . 164.2 有限元分析基本步驟 . . 174.3 液壓油泵的軸有限元分析主要步驟 . . 174.3.1 有限元網(wǎng)格的

10、創(chuàng)建 . . 174.3.2 剛性單元的創(chuàng)建 . . 184.3.3 相關屬性的創(chuàng)建 . . 194.3.4 約束和載荷的創(chuàng)建 . . 194.3.5 工況的創(chuàng)建 . . 214.3.6 計算及結果分析 . . 214.4 有限元分析小結 . . 26結論與展望 . 27謝 辭 . 28參考文獻 . 29大連交通大學2010屆本科生畢業(yè)設計 (論文引 言我國液壓件生產起步較早， 20世紀80年代后期，我國液壓組件的生產逐步市場化，近幾年在主機行業(yè)的帶動下，發(fā)展速度加快，每年的增速都在30%左右，現(xiàn)在已有大小規(guī)模的專業(yè)生產廠家六百多家。當前國內對液壓泵的需求正在不斷地增長，不僅在數(shù)量上，而且還對

11、其品種、質量和性能都有更高的要求。液壓泵產品由于應用廣泛，隨著裝備制造業(yè)的發(fā)展，是很有潛在市場的機械基礎件產品。可以替代進口，節(jié)約外匯，并且還可以走出國門，為國創(chuàng)匯。YOTCHP8756液壓油泵是大連液壓機械廠開發(fā)的主要產品之一。它的工作效率和容積效率都比較高，可以廣泛應用于很多場合，也可組成高效的液壓傳動系統(tǒng)。虛擬裝配是虛擬制造的重要組成部分，利用虛擬裝配，可以驗證裝配設計和操作的正確與否，以便及早的發(fā)現(xiàn)裝配中的問題，對模型進行修改，并通過可視化顯示裝配過程。除了虛擬裝配技術，在畢業(yè)設計過程中還應用到了有限元分析技術, 通過有限元分析技術了解部件在實際載荷下的變形及應力情況，為檢驗設計是否符

12、合標準提供依據(jù)，而且為今后的生產和技術革新提供了技術支持。本次畢業(yè)設計是對液壓油泵進行虛擬裝配動畫制作及其關鍵部件的有限元模擬仿真分析。通過對液壓油泵虛擬裝配的動畫制作，可以使工廠維修人員對液壓油泵的實際裝配過程有直觀的認識，使轉向架這類復雜產品的結構清晰的展現(xiàn)，為接下來的分析提供了幫助。通過對液壓油泵的軸的有限元分析可以了解在載荷下液壓油泵的軸的變形及應力情況，為檢驗設計是否符合標準提供依據(jù)。第一章 緒論1.1液壓油泵的基本原理液壓傳動技術因其介質對環(huán)境無污染、來源廣泛、價格低廉、節(jié)約能源、使用安全、壓縮損失小、系統(tǒng)使用和維護成本低等一系列突出優(yōu)點, 正好滿足了人們日益強烈的環(huán)保要求, 因而

13、它具有十分廣闊的應用領域, 如:冶金、井下作業(yè)、食品、制藥、海洋開發(fā)、生物工程等行業(yè). 液壓傳動技術涉及多個學科, 是流體傳動與控制領域的前沿課題, 具有廣闊的發(fā)展前景.齒輪泵的結構和工藝在各類液壓泵中最簡單, 并在價格、可靠性、壽命、抗污染以及自吸能力（允許的吸油真空度）等方面都有很強的優(yōu)勢, 因此在液壓傳動與控制技術中, 齒輪泵的應用占很大的比重, 它廣泛應用于機床、輕工、農林、冶金、礦山、建筑、船舶、飛機、汽車、石化機械等機械產品的液壓系統(tǒng)中. 但齒輪泵也有不少缺點, 主要是流量和壓力脈動較大, 動態(tài)性能差, 噪聲較大, 排量不可變, 高溫效率較低.齒輪泵是液壓傳動系統(tǒng)中常用的液壓泵，在

14、結構上可分為外嚙合式和內嚙合式兩類，外嚙合齒輪泵的優(yōu)點是結構簡單，尺寸小，重量輕，制造方便，價格低廉，工作可靠，自吸能力強，對油液的污染不敏感，維護容易。它的缺點是一些機件承受不平衡徑向力，磨損嚴重，工作壓力提高受到限制。此外，它的流量脈動大，因而壓力脈動和噪聲都較大。內嚙合齒輪結構緊湊，尺寸小，重量輕，由于齒輪轉向相同，相對滑動速度小，磨損小，使用壽命長，流量脈動遠比外嚙合齒輪小，因而壓力脈動和噪聲都較小，內嚙合齒輪允許使用高轉速（高轉速下的離心力能使油液更好的充入密封工作腔），可獲得較高的容積效率。1.2液壓油泵的發(fā)展情況我國液壓件生產起步較早， 20世紀80代后期，我國液壓組件的生產逐步

15、市場化，近幾年在主機行業(yè)的帶動下，發(fā)展速度加快，每年的增速都在30%左右，現(xiàn)在已有大小規(guī)模的專業(yè)生產廠家六百多家。當前國內對液壓泵的需求正在不斷地增長，不僅在數(shù)量上，而且還對其品種、質量和性能都有更高的要求。液壓泵產品由于應用廣泛，隨著裝備制造業(yè)的發(fā)展，是很有潛在市場的機械基礎件產品?？梢蕴娲M口，節(jié)約外匯，并且還可以走出國門，為國創(chuàng)匯。隨著科技的發(fā)展，納米技術的應用越來越廣泛，納米技術主要是發(fā)掘了材料本身固有的一些隱含特性，有些特性可以降低或消除材料本省的一些弊端，并發(fā)揮出材料本身所具有的一些卓越特性。液壓油泵產品行銷全國各地，做工精良，廣泛用于石油、化工、油脂、食品、制藥、橡膠、塑料、紡織

16、、印染、合成纖維、船舶制造、筑路養(yǎng)路、木材加工、工程機械設備配套等行業(yè)公司。在密封行業(yè)中，密封材料的研究和開發(fā)一直是行業(yè)的尖端技術領域，經國內外知名納米研究機構的長期合作，成功開發(fā)出了納米盤根系列，并向國家知識產權局申請了發(fā)明專利，同時也開辟了盤根應用的新領域，使盤根填料密封技術跨越性的提高，它的應用使設備的密封性能和使用壽命均有顯著提高，并給用戶帶來可觀的經濟效益。液壓油泵的結構形式分為三種：1. 齒輪式2.柱塞式3.轉子式液壓油泵與油馬達在使用過程中會發(fā)生故障, 這些故障的發(fā)生頻率與日常使用維護和保養(yǎng)的好壞有著密切的關系。為了能使其長期保持良好的工作狀態(tài)和較長的使用壽命, 除應建立和健全必

17、要的日常維護保養(yǎng)制度, 還應當防止使用過程中突發(fā)性事故的發(fā)生。由于工況條件的不同，盤根填料的種類也非常的繁多。為了更好的區(qū)分和選用盤根，我們通常按盤根填料的主體密封基材的材質將盤根填料分為：1. 天然纖維類主要有天然棉、麻、毛等為密封基材的盤根。2. 陶瓷和金屬纖維盤根主要有：碳化硅盤根、碳化硼盤根、中堿玻璃纖維盤根等，由于單一的纖維材料都或多或少存在一些材料本身所具有的缺點，采用單一的纖維來編織盤根，由于盤根纖維間存在著空隙，容易也引起滲漏，同時有些纖維的自潤滑性差，摩擦系數(shù)大，所以要浸漬一些潤滑劑、填充劑及特種添加劑等。來提高填料的致密性和潤滑性，如：混有石墨粉的礦物油或二硫化鉬潤滑脂，還

18、有滑石粉、云母、甘油、植物油等，還有浸漬聚四氟乙烯分散乳液，并在乳液中加以適量的表面活性劑和分散劑等。特種添加劑通常有鋅微粒、阻隔劑、鉬基緩蝕劑等等，來降低盤根填料對設備的腐蝕。3.礦物纖維類盤根礦物纖維類盤根主要有石棉類盤根等4.合成纖維類盤根合成纖維類盤根主要有：石墨類盤根、碳纖維類盤根、聚四氟乙烯類盤根、Kevlar 類盤根、亞克力夾硅膠型纖維盤根等。1.3 YOTCHP8756液壓油泵特點YOTCHP8756液壓油泵是大連液壓機械廠開發(fā)的液壓旋轉組件，是該廠的主要產品之一。它是屬于內嚙合齒輪泵，具有上述內嚙合齒輪泵的特點，工作效率和容積效率都比較高，可以廣泛應用于很多場合，也可組成高效

19、的液壓傳動系統(tǒng)。1.3.1液壓油泵的優(yōu)缺點和其他的液壓泵產品相比較，大連液壓機械廠生產的YOTCHP8756液壓油泵有以下幾個優(yōu)點：1產品的質量和可靠性比其它同類產品高，使用壽命較長，是一個比較成熟的產品。2結構合理，設計以實用為最根本訴求。3效率比其它產品高。4傳動平穩(wěn)噪音低，可提高機器性能，改善操作者的勞動條件。液壓油泵的缺點：1在惡劣的環(huán)境下容易發(fā)生故障。2由于生產設備的原因，該產品的工藝還不是很精湛。1.32該廠產品內容簡介該廠產品開發(fā)手段基本是傳統(tǒng)的串行方法，設計試制出原型樣機，然后測試、驗證并分析它們，工程師設計出產品，往往要經過多次反復的試制才能成功進入市場，產品開發(fā)時間長，無法

20、在縮短上市時間上取得實質性的突破。而且傳統(tǒng)制造業(yè)在產品設計、制造過程中存在以下問題：1. 產品設計質量不高、預見性差，主要表現(xiàn)在對設計大型、復雜程度較高的產品時，由于設計手段及生理因素的限制，設計易出錯和人為疏漏，并缺乏對產品的制造、裝配工藝性的預見，影響設計質量。2. 在傳統(tǒng)設計模式中，基本是串行的工作流程，設計、制造周期長，不能快速響應市場。3. 產品設計、制造費用高，產品成本上升，缺乏市場競爭力。由于設計中的錯誤多數(shù)只有在生產、裝配中發(fā)現(xiàn)，返工和廢品增加成本; 依靠物理原型機進行產品生產、裝配、測試和更改設計，產品開發(fā)周期長，成本高，己不能滿足當前激烈的市場競爭對產品開發(fā)的要求，企業(yè)急需

21、根據(jù)自身特點，探索一種先進高效的設計方法和模式。要解決上述問題，制造業(yè)必須從的設計手段和方法的研究著手，加強信息技術與傳統(tǒng)產業(yè)的結合，促進傳統(tǒng)產業(yè)的技術升級。在產品實際生產前就采取預防措施，從而使產品一次性制造成功，來達到降低成本、縮短產品開發(fā)周期的目的，為企業(yè)全面采用虛擬產品開發(fā)技術設計產品，提供可行的流程和方法。對該產品的所有部件進行三維立體建模，然后進行模擬裝配，用動畫的形式把裝配過程最直觀生動的展現(xiàn)出來。該液壓泵的非標準件有：泵隔板，泵軸，泵軸承，擋圈，隔離套，密封墊，密封蓋板，內轉子，偏心套，外轉子，油泵體，左泵蓋。標準件有：墊圈，螺釘，銷，半圓鍵，鉚釘，螺堵，油封，鍵。1.4設計研

22、究的內容本次設計主要由制作液壓油泵的虛擬裝配動畫和對液壓油泵的軸的有限元分析兩方面內容組成，具體任務內容如下：1. 學習掌握虛擬裝配的理論及基本方法。2. 熟悉3ds max等軟件應用。3. 使用3ds max軟件完成液壓油泵虛擬裝配動畫圖片的渲染。4. 使用Photoshop 及Premiere 軟件將渲染的圖片制作成完整的動畫并添加字幕。5. 熟悉Hypermesh 及Ansys 軟件的應用。6. 使用Hypermesh 及Ansys 軟件完成對液壓油泵的軸的有限元網(wǎng)格劃分及施加載荷約束并進行有限元分析。第二章 相關軟件介紹本次畢業(yè)設計需要使用到3ds max ，HyperMesh 及An

23、sys 等軟件，本章內容是對相關軟件進行簡單介紹。2.1 3ds max軟件介紹3ds max是美國Autodesk 公司的電腦三維模型制作和渲染軟件，是目前最流行的三維動畫制作軟件，在電影、游戲、室內設計等眾多領域得到廣泛的應用。3DS 系列軟件在三維動畫領域擁有悠久的歷史，在1990年以前，只有少數(shù)幾種可以在PC 上可用的渲染和動畫軟件，這些軟件或者功能極為有限，或者價格非常昂貴, 或者二者兼而有之。作為一種突破性新產品，3d studio的出現(xiàn)，打破了這一僵局。3d studio為在PC 機上進行渲染制作動畫提供了價格合理、專業(yè)化、產品化的工作平臺，并且使制作計算機動畫成為一種前人所不能

24、的職業(yè)。后來隨著Windows 平臺的普及以及其他三維軟件開始向Windows 平臺發(fā)展，三維軟件技術面臨著重大的技術改革。從1993年開始，3d studio軟件所屬公司果斷地放棄了在DOS 操作系統(tǒng)下創(chuàng)建的3d studio源代碼，而開始使用全新的操作系統(tǒng)（Windows NT）、全新的編程語言（Visual C+）、全新的結構（面向對象）編寫了3d studio max。在3d studio max1.0版本問世后僅1年，該公司又重寫代碼，推出了3d studio max2.0。這次升級是一個質的飛躍，增加了上千處的改進，尤其是增加了NURBS 建模、光線跟蹤材質發(fā)及鏡頭光斑等強大功能，

25、使得該項版本成為了一個非常穩(wěn)定的三維動畫制作軟件，從而占據(jù)了三維動畫軟件市場的主流地位。隨后的幾年里，3d studio max先后升級到3.0、4.0、5.0一直到9.0版本，每一個版本的升級都包含了許多革命性的技術更新。從4.0版本開始，所屬公司發(fā)生變化，由原來的Kinetix 變?yōu)橐粯拥腄iscreet ，3d studio max的名稱也精簡為“3ds max”。2.2 HyperMesh軟件介紹HyperMesh 是一個高性能有限單元前后處理器，讓工程師在高度交互及可視化的環(huán)境下驗證各種設計條件。HyperMesh 的圖形用戶界面易于學習，并且支持直接輸入CAD 幾何模型和已有的有限

26、元模型，減少重復性的工作。先進的后處理工具保證形象地表現(xiàn)復雜的仿真結果。HyperMesh 具有無比的速度，適應性和可定制性，并且模型規(guī)模沒有軟件限制。HyperMesh 主要特點如下：1. 通過高性能的有限元建模和后處理大大縮短工程分析的周期。2. 直觀的圖形用戶界面和先進的特性減少學習的時間并提高效率。3. 直接輸入CAD 幾何模型及有限元模型，減少用于建模的重復工作和費用。4. 高速度、高質量的自動網(wǎng)格劃分極大地簡化復雜幾何的有限元建模過程。5. 在一個集成的系統(tǒng)內支持范圍廣泛的求解器，確保在任何特定的情形下都能使用適用的求解器。6. 極高的性價比使軟件投資得到最好的回報。7. 高度可定

27、制性更進一步提高效率。8. 用戶可以創(chuàng)建宏以自動運行一系列操作。9. 通過模板可以將HyperMesh 數(shù)據(jù)輸出為其他求解器和程序可讀的格式。10. 通過增加個人的輸入轉換器，可以擴展HyperMesh 對其他分析軟件數(shù)據(jù)的支持11. 應用提供的工具可以創(chuàng)建專用的轉換器，將特殊的分析結果轉化成HyperMesh 結果格式。12.HyperMesh 具有工業(yè)界主要的CAD 數(shù)據(jù)格式接口。它包含一系列工具，用于整理和改進輸入的幾何模型。輸入的幾何模型可能會有間隙、重疊和缺損，這些會妨礙高質量網(wǎng)格的自動劃分。通過消除缺損和孔，以及壓縮相鄰曲面的邊界等，可以在模型內更大、更合理的區(qū)域劃分網(wǎng)格，從而提高

28、網(wǎng)格劃分的總體速度和質量。同時具有云圖顯示網(wǎng)格質量、單元質量跟蹤檢查等方便的工具，及時檢查并改進網(wǎng)格質量。2.3 Ansys軟件簡介Ansys 有限元軟件包是一個多用途的有限元法計算機設計程序，可以用來求解結構、流體、電力、電磁場及碰撞等問題。因此它可應用于以下工業(yè)領域：航空航天、汽車工業(yè)、生物醫(yī)學、橋梁、建筑、電子產品、重型機械、微機電系統(tǒng)、運動器械等。軟件主要包括三個部分：前處理模塊，分析計算模塊和后處理模塊。前處理模塊提供了一個強大的實體建模及網(wǎng)格劃分工具，用戶可以方便地構造有限元模型；分析計算模塊包括結構分析（可進行線性分析、非線性分析和高度非線性分析）、流體動力學分析、電磁場分析、聲

29、場分析、壓電分析以及多物理場的耦合分析，可模擬多種物理介質的相互作用，具有靈敏度分析及優(yōu)化分析能力；后處理模塊可將計算結果以彩色等值線顯示、梯度顯示、矢量顯示、粒子流跡顯示、立體切片顯示、透明及半透明顯示（可看到結構內部）等圖形方式顯示出來，也可將計算結果以圖表、曲線形式顯示或輸出。軟件提供了100種以上的單元類型，用來模擬工程中的各種結構和材料。該軟件有多種不同版本，可以運行在從個人機到大型機的多種計算機設備上，如PC ，SGI ，HP ，SUN ，DEC ，IBM ，CRAY 等。第三章 液壓油泵虛擬裝配3.1虛擬現(xiàn)實技術與虛擬裝配簡介3.1.1虛擬現(xiàn)實技術虛擬現(xiàn)實是利用計算機技術，對現(xiàn)實

30、的運動進行模擬和聲像演示。在虛擬機過程中，操縱者可以身臨其境地感覺到這個過程的運動情況，可以對設備進行操縱，可以查看生產過程、實驗過程、施工圖過程、供應過程、物流過程等活動的各種技術參數(shù)的動態(tài)值，從而確認現(xiàn)實的系統(tǒng)是否有能力完成預定的任務和如何去完成，也可從中發(fā)現(xiàn)運動過程的缺陷和問題，予以改進。典型的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)有以下幾部分組成：1. 效果發(fā)生器。效果發(fā)生器是完成人與虛擬環(huán)境交互的硬件接口裝置，包括人們產生現(xiàn)實沉浸感受到的各類輸出裝置，例如頭盔顯示器、立體聲耳機；還包括能測定視線方向和手指動作的輸入裝置，例如頭部方位探測器和數(shù)據(jù)手套等。2. 實景仿真器。實景仿真器是虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的核心部分，它實

31、際上是計算機軟硬件系統(tǒng)，包括的軟件開發(fā)工具及配套硬件組成，其任務是接受和發(fā)送效果發(fā)生器產生或接收的信號。3. 應用系統(tǒng)。應用系統(tǒng)是面向不同虛擬過程的軟件部分，它描述虛擬的具體內容，包括仿真動態(tài)邏輯、結構，以及仿真對象及之間和仿真對象與用戶之間交互關系。4. 幾何構造系統(tǒng)。它提供描述仿真對象物理屬性，例如形狀、外觀、顏色、位置等信息，應用系統(tǒng)在生成虛擬世界時，需要這些信息。3.1.2虛擬裝配虛擬裝配是虛擬制造的重要組成部分，利用虛擬裝配，可以驗證裝配設計和操作的正確與否，以便及早的發(fā)現(xiàn)狀配中的問題，對模型進行修改，并通過可視化顯示裝配過程。虛擬裝配系統(tǒng)允許設計人員考慮可行的裝配序列，自動生成裝配

32、規(guī)劃，它包括數(shù)值計算、裝配工藝規(guī)劃、工作面布局、裝配操作所模擬等?，F(xiàn)在產品的制造正在向著自動化、數(shù)字化的反向發(fā)展，虛擬裝配是產品數(shù)字化定義中的一個重要環(huán)節(jié)。近幾年虛擬裝備(VA技術在虛擬產品開發(fā)（VPD ）技術和面向裝配的設計（DFA ）技術的基礎上發(fā)展了起來。VPD 是虛擬現(xiàn)實（VR ）技術在制造業(yè)產品開發(fā)方面的具體應用。VPD 的實質，就是在設計階段對產品從設計到制造業(yè)產品開發(fā)方面的具體應用。VPD 的實質，就是在設計階段對產品從設計到制造的全過程同意建模，并通過仿真技術在計算機上對虛擬產品進行快速反復迭代，使生命周期內的各個方面如產品性能，可加工性，可裝配性，可維護性等達到均衡優(yōu)化。19

33、80年，美國馬薩諸塞大學的G.Boothroyd 和P.Dewhurst 正式提出了面向裝配的設計（DFA ）這一概念，裝配自動化的迫切雪球式這一技術產生與發(fā)展的動力。隨著信息技術的飛速發(fā)展，計算機軟件，硬件性能日益提高，為DFA 的研究提供了更好的工具和環(huán)境，CIMS 的深入，并行工程和虛擬制造（VM ）的興起也為DFA 的作用對象得以拓展為涵蓋產品開發(fā)過程中與裝配相關的所有活動，集成化，并行化和擬實化石DFA 研究發(fā)展的主要表現(xiàn)。3.2虛擬裝配的方案和步驟3.2.1液壓油泵泵軸裝置裝配順序按照廠家提供的資料中工藝規(guī)程的要求，液壓油泵的安裝順序為：泵軸擋圈泵軸承半圓鍵內轉子外轉子偏心套隔離套

34、泵隔板半圓鍵內轉子外轉子偏心套銷泵軸承油泵體左泵蓋墊圈螺栓密封蓋板墊圈螺栓鍵液壓油泵泵軸裝配完成。3.2.2裝配動畫的具體步驟1. 導入文件由于Pro/E中的整體裝配圖不能直接導入3ds MAX 軟件中，因此需要安裝PolyTrans 軟件極其插件，利用該軟件把Pro/E文件導入3ds MAX軟件中，然后才可以制作動畫。2. 建立動畫模型導入后對模型的各零件建立選擇集并根據(jù)實際零件數(shù)及每個零件裝配所用時間進行估算，確定Length （動畫長度）、Frames Per （每秒幀數(shù)）參數(shù)。本次設計Frames Per 參數(shù)為25f/s，Length 長度為1900幀。但當動畫長度不夠時可隨時通過時

35、間設置選項進行修改。3. 攝像機的建立一部影片必然要由一臺甚至多臺攝像機的拍攝而成，因此在動畫制作過程中攝像機也是場景中必不可少的組成部分，它完全可以模擬顯示生活中的攝像機。在3ds max 中，攝像機有目標攝像機和自由攝像機兩種，本課題虛擬裝配的動畫制作應用的是目標攝像機。目標攝像機由攝像機圖標，目標點和觀察區(qū)三部分組成，用戶可以分別調整攝影機目標和目標點的位置。目標攝像機的建立： 首先要點擊右側工具面板中的創(chuàng)建面板，然后選擇攝像機圖標，然后選擇目標攝像機，左鍵單擊并拖動鼠標，在適當位置后釋放鼠標左鍵， 確定攝影機圖標和目標點位置，即可創(chuàng)建一個目標攝影機。通過切換視窗操作，在攝像機窗口中可以

36、通過導航器上的一些按鈕來對攝像機進行操作以達到最佳的觀察效果。還可以在其他視窗通過調整攝影機圖標和目標點位置來調整觀察方向。在攝像機視圖導航器中常用按鈕的操作和含義如下：“推拉攝像機”該按鈕通過鼠標的上下移動來沿視線的前后移動攝像機點?！巴敢暋痹摪粹o通過鼠標的上下、左右移動來沿視線的前后移動攝像機點，并同時改變攝像機的視野。“視野”該按鈕通過鼠標的上下移動來改變攝像機的視野。 “平移攝像機”該按鈕通過鼠標的上下、左右移動來沿垂直于視線的方向來移 動攝像機點。“環(huán)游攝像機”該按鈕通過鼠標的上下、左右移動來沿攝像機點轉動攝像機目 標點。以液壓油泵泵軸裝置的泵軸承組成為例來說明該部件的裝配：1 打開

37、3dsmax 文件，建立攝像機，預先調整好攝像機角度，使油泵裝置能夠在畫面中完整顯示。先在選擇集中選定泵軸，把最后裝配位置的關鍵點挪動至75幀，記錄該時的位置，右鍵時間滑塊設置關鍵幀。修改零件在空間中的位置，泵軸至可視范圍外，挪動關鍵點滑塊至0幀，記錄該關鍵點。2 在選擇集中選定擋圈，把最后裝配位置的關鍵點挪動至125幀，記錄該時的位置。修改零件在空間中的位置，拖動擋圈至可視范圍外，挪動關鍵點滑塊至75幀，記錄該關鍵點。3 在選擇集中選定泵軸承，把最后裝配位置的關鍵點挪動至175幀，記錄該時的位置。修改零件在空間中的位置，拖動泵軸承至可視范圍外，挪動關鍵點滑塊至125幀，記錄該關鍵點。4 從選

38、擇集中選定半圓鍵，把最后裝配位置的關鍵點挪動至225幀，記錄該關鍵點。拖動半圓鍵至可視范圍外，挪動關鍵點滑塊至175幀，記錄該關鍵點。5 從選擇集中選定內轉子，把最后裝配位置的關鍵點挪動至300幀，記錄該關鍵點。拖動內轉子至可視范圍外，挪動關鍵點滑塊至225幀，記錄該關鍵點。6 從選擇集中選定外轉子，把最后裝配位置的關鍵點挪動375幀，記錄關鍵點。拖動外轉子至可視范圍外，挪動關鍵點滑塊至300幀，記錄該關鍵點。（如圖3-1）7 從選擇集中選定偏心套。把最后裝配位置的關鍵點挪動425幀，記錄關鍵點，拖動偏心套至可視范圍外，挪動關鍵點滑塊至375幀，記錄該關鍵點。8 從選擇集中選定隔離套，把最后裝

39、配位置的關鍵點挪動至475幀，記錄該關鍵點。拖動隔離套至可視范圍外，挪動關鍵點滑塊至425幀，記錄該關鍵點。9 從選擇集中泵蓋板，把最后裝配位置的關鍵點挪動至550幀，記錄該關鍵點。拖動泵蓋板至可視范圍外，挪動關鍵點滑塊至475幀，記錄該關鍵點。10 從選擇集中選定半圓鍵。把最后裝配位置的關鍵點挪動600幀，記錄關鍵點。拖動半圓鍵至可視范圍外，挪動關鍵點滑塊至550幀，記錄該關鍵點。11 從選擇集中選定內轉子。把最后裝配位置的關鍵點挪動675幀，記錄關鍵點。拖動內轉子至可視范圍外，并逆時針旋轉內轉子為720度，挪動關鍵點滑塊至600幀，記錄該關鍵點。12 從選擇集中選定外轉子。把最后裝配位置的

40、關鍵點挪動750幀，記錄關鍵點。拖動外轉子至可視范圍外，挪動關鍵點滑塊至675幀，記錄該關鍵點。按照上述方法，以先設置最后裝配位置然后設置初始位置的關鍵幀為原則。將剩余的零件設置關鍵幀。13 攝像機角度旋轉的設置，將關鍵點拖動到1525幀，選擇攝像機，右鍵時間滑塊設置關鍵幀。旋轉攝像機到適當角度，挪動關鍵點滑塊至1875幀，右鍵設置關鍵幀。 泵軸裝配完成。（如圖3-2）本次設計使用3ds MAX軟件做虛擬裝配是需要注意：一是裝配之前需建立選擇集。確定物件名稱。由于Pro/E中的零件是以BOM 表中的物料號和圖紙?zhí)杹碛涗洠越⑦x擇集會使動畫制作更加簡單。選擇集的建立必須取消設置關鍵點，因此要

41、求操作者在分析部件之后首先創(chuàng)建選擇集，否則在對選擇集做動畫時不能移動選擇集。 圖3-1油泵泵軸的部件裝配圖 圖3-2液壓油泵泵軸整體裝配圖當裝配動畫完成后還需要對零件進行附加材質，才能使整個裝配演示看起來更加逼真。點擊右側上方窗口中材質庫，選擇認為合適的材質對應的圖標就可以將相應的材質貼到零件的表面。通過調整材質庫中材質的性能參數(shù)來調節(jié)零件的光澤度，透明度等各個參數(shù)。3.2.3 動畫生成1. 渲染圖片渲染是在3ds max 中制作效果圖的最后一步工作，但也是很重要的一步，一幅效果圖如果渲染的不好，將會影響到動畫的質量。該按鈕主要是用于渲染單幀圖片，以便檢查該圖片是否符合動畫制作的標準。 該按鈕

42、主要用于對渲染條件進行重新設置，是標準的渲染工具，單擊該按鈕可 打開渲染場景對話框。渲染場景對話框打開后要對參數(shù)進行設置，在時間輸出設置中，通過不同需要對單選按鈕進行選擇。輸出大小的設置中，需要把寬度改為1024，高度改為768，將強制雙面和兩盞燈按鈕打開，設置圖片保存的路徑。完成以上工作后，點擊渲染，開始工作。2. 文字標注文字標注是在軟件中，首先載入需要進行標注的圖片（步驟1中渲染后圖片），雙擊最大后新建圖層，將前景顏色選擇為黃色，在新圖層中選擇合適的線型和文字進行標注，隱藏背景保存為psd 文件。3. 合成動畫首先運行After effect軟件，將渲染出的jpg 格式動畫圖片和psd

43、格式圖片全部導入到After effect中，然后將圖片拖入時間段模塊的視頻欄，將標注圖片拖入其上方的視頻欄，找到與部件裝配相匹配的時間點，最后對動畫進行預覽，確認無誤后輸出即可。3.3 液壓油泵虛擬裝配總結本章虛擬裝配利用導入的液壓油泵實體模型，結合3ds max 制作擬實動畫，把裝配的過程進行了三維動態(tài)處理。實現(xiàn)了液壓油泵三維虛擬動態(tài)裝配，利用這一方法可以對液壓油泵裝配進行虛擬仿真，同時可指導裝配者輕松地完成液壓油泵裝置。本次設計使用3ds max軟件做虛擬裝配時作出如下總結：1首先在導入裝配圖后，將裝配動畫所需要的部件建立集合并命名，這樣在后來裝配時便于尋找和選擇相關部件。將暫時用不到的

44、零件先予以隱藏，節(jié)省電腦資源，防止畫面運作不流暢。2盡量使零件的裝配動作和裝配位置更加明顯，清晰。這就需要當零件裝配時的鏡頭盡量顯示在屏幕的中央，而且鏡頭越近越好。零件在視窗外的位置要越遠越好，避免在旋轉鏡頭的時候出現(xiàn)無關零件。3. 為了達到更好的觀察效果，在裝配過程中要經常調整攝像機位置，在攝像機移動的前后都要記錄其關鍵點，要把攝像機也要當做一個零件一樣進行操作。4零件裝配速度不宜太急，也不宜太緩，應把握好節(jié)奏，盡量使其保持一致。5為對各部件進行更好的區(qū)分，需要對部件進行附材質操作。點擊右側上方窗口中材質庫，選擇認為合適的材質對應的圖標就可以將相應的材質貼到零件的表面。通過調整材質庫中材質的

45、性能參數(shù)來調節(jié)零件的光澤度，透明度等各個參數(shù)。第四章 液壓油泵的軸有限元分析本次設計采用HyperMesh 軟件進行液壓油泵的軸的有限元網(wǎng)格劃分，以及工況卡片的建立，然后通過Ansys 軟件對由HyperMesh 處理過的模型進行分析計算得出結論。4.1 有限元基本理論簡介有限元分析的基本概念是用較簡單的問題代替復雜問題后再求解。它將求解域看成是由許多稱為有限元的小的互連子域組成，對每一單元假定一個合適的(較簡單的）近似解，然后推導求解這個域總的滿足條件(如結構的平衡條件），從而得到問題的解。這個解不是準確解，而是近似解，因為實際問題被較簡單的問題所代替。由于大多數(shù)實際問題難以得到準確解，而有

46、限元不僅計算精度高，而且能適應各種復雜形狀，因而成為行之有效的工程分析手段。對于不同物理性質和數(shù)學模型的問題，有限元求解法的基本步驟是相同的，只是具體公式推導和運算求解不同。有限元求解問題的基本步驟通常為：第一步：問題及求解域定義：根據(jù)實際問題近似確定求解域的物理性質和幾何區(qū)域。 第二步：求解域離散化：將求解域近似為具有不同有限大小和形狀且彼此相連的有限個單元組成的離散域，習慣上稱為有限元網(wǎng)絡劃分。顯然單元越小（網(wǎng)絡越細）則離散域的近似程度越好，計算結果也越精確，但計算量及誤差都將增大，因此求解域的離散化是有限元法的核心技術之一。第三步：確定狀態(tài)變量及控制方法：一個具體的物理問題通?？梢杂靡唤M

47、包含問題狀態(tài)變量邊界條件的微分方程式表示，為適合有限元求解，通常將微分方程化為等價的泛函形式。第四步：單元推導：對單元構造一個適合的近似解，即推導有限單元的列式，其中包括選擇合理的單元坐標系，建立單元試函數(shù)，以某種方法給出單元各狀態(tài)變量的離散關系，從而形成單元矩陣（結構力學中稱剛度陣或柔度陣）。為保證問題求解的收斂性，單元推導有許多原則要遵循。 對工程應用而言，重要的是應注意每一種單元的解題性能與約束。例如，單元形狀應以規(guī)則為好，畸形時不僅精度低，而且將導致無法求解。第五步：總裝求解：將單元總裝形成離散域的總矩陣方程（聯(lián)合方程組），反映對近似求解域的離散域的要求，即單元函數(shù)的連續(xù)性要滿足一定的連續(xù)條件。總裝是在相鄰單元結點進行，狀態(tài)變量及其導數(shù)（可能的話）連續(xù)性建立在結點處。第六步：聯(lián)立方程組求解和結果解釋：有限元法最終導致聯(lián)立方程組。聯(lián)立方程組的求解可用直接法、選代法和隨機法。求解結果是單元結點處狀態(tài)變量的近似值。對于計算結果的質量，將通過與設計準則提供的允許值比較來評價并確定是否需要重復計算。簡言之，有限元分析可分成三個階段，前處