Alliance车钩内腔装配体约束关系的相关分析

　Alliance车钩外形尺寸较大，内腔结构复杂。测量人员在采集车钩钩体尺寸数据时发现在实际测量过程中如果不切割模型，车钩钩体内腔中的局部数据无法采集与测量。钩体的内腔空间与车钩性能关联很大，车钩内腔空间关系必须有足够并且恰好合适的空间来保证车钩内腔中各零件的运动以实现车钩功能。通过分析内腔中各零件在装配中的功能和约束，本课题提出了基于Pro/Engineer的Assembly模块的虚拟装配求解钩体内腔的方法。
　　1 内腔装配体约束关系分析
　　装配模型所包含的基本装配信息主要有两类：一是装配体的分组和层次信息；二是装配体之间的装配关系信息。产品装配模型中的装配关系是装配信息的重要组成部分，装配关系直接体现了产品的功能，而且约束下层零部件的结构设计。它描述了零部件之间的相对位置、定位方向和配合关系等装配约束信息。
　　在Alliance车钩实际的装配过程中，车钩各零件受到多个几何约束的作用。一个几何约束是确定两个约束几何元素之间相对运动的规则，这个规则减少了包含所涉及面的零件的自由度，约束了零件的运动。并且Alliance车钩作为一个装配体是由多层次的零部件在多种约束下按一定关系组合起来的有机整体，而在Alliance车钩的反求工程中，该车钩各零件具体是在哪些约束下有机组合的是不确定的。这即是Alliance车钩反求的一个重要任务，因此需要通过虚拟装配来进一步分析确定车钩各零件之间的装配关系。
　　2 内腔装配体约束关系求解
　　本课题Alliance车钩的虚拟装配是通过定义Alliance车钩零件重构模型之间的装配约束来实现的，也就是在各零件模型之间建立的一定的连接关系，并对其进行约束，从而确定各零件模型在空间的具体位置关系。可以说，各零件之间的装配约束关系就是实际环境中零件之间的设计关系在虚拟环境的映射。因此通过虚拟装配来分析求解Alliance车钩各零件重构模型间的装配约束关系实际上就是对Alliance车钩实际零件之间的设计关系的一个反求和还原。
　　Alliance车钩中由装配体分解约束分析得到的装配约束关系有下锁销与下锁销杆之间的约束关系、下锁销与钩锁铁之间的约束关系、钩舌与钩舌推铁之间的约束关系等。由于在车钩中特别是内腔内零件在运动过程中多属自适应零件，因此在关键工作位置的位姿是未知的，需要进行求解。在虚拟装配过程中，通过对运动过程零件所在各位置的模拟，实时、交互地进行约束识别、定位，使零部件在满足所有约束的基础上精确地到达最终的装配位置。
　　由于钩锁铁、下锁销及钩舌推铁都是在钩体内腔内活动，在非破坏性的零件分解时无法获知它们在内腔中的装配关系。以钩舌推铁为例，它不仅与钩体横梁接触，还与钩体槽接触，并与钩舌接触，但具体是在什么位置、以什么姿态与这些零件约束并使其在车钩闭锁状态下处于相对静止状态，需要通过虚拟装配进行求解。将Alliance车钩各零件重构模型在Pro/Assembly中装配，其中钩舌推铁与钩体槽先是由插入及面对齐来约束，这只是先保证推铁在钩体槽轴方向的面与钩舌槽面先平行，即先确定此约束，然后就要在取消插入约束下先将推铁转动并使其与横梁曲面相接触，再调整到与钩舌凹槽面相接触，且基本与内腔壁接触。在这三个条件都满足的情况下使钩舌推铁达到一个平衡，处于相对静止状态。实际经过钩舌推铁位姿的不断调整，钩舌推铁两耳是其上部的表面与钩体槽的上部内表面相接触，并且钩舌推铁与钩舌接触处在闭锁状态下不是钩舌推铁尾端与钩舌凹槽接触，而是在钩舌凹槽靠近钩舌上表面处与钩舌推铁相接触，即下面右图箭头所指处。如图1装配模型中能清晰直观的体现闭锁状态下钩舌推铁与钩体、钩舌之间的相互装配约束关系及装配位置。
　　结语
　　本文利用Pro/E提供的“组件”模块实现模型的组装。在Pro/E系统中，模型装配的过程就是按照一定的约束条件或连接方式，将各零件组装成一个整体并能满足设计功能的过程。总的来说，装配体反求设计中装配约束求解的目的是求出满足装配关系的各个零件之间的相对位置和方向，从而使零件通过一定的约束关系装配起来，使整个产品满足特定的功能要求，装配体约束求解问题的实质是满足一组几何装配约束的推理过程。
　　参考文献
　　李强，王红梅.实物反求工程中的模型重建技术.机械制造与自动化.2003（04）：17-20.
　　 Thompson W B， Owen J C， James H， e-based reverse engineering of mechanical parts. IEEE Transaction on Robotics an Automation，1999，15（01）：57-66.