第4章产品装配设计导入案例4.1 装配建模技术装配建模就是CAD系统建立产品的三维装配模型，利用它观察和分析产品的工作原理和装配关系，设置零件材料属性，进行产品的质量特性分析、运动仿真与分析、动力学分析等，进行零件之间的干涉检查、碰撞检测。

进而生成装配分解图即爆炸视图，创建产品的二维装配图。

有了这一模型，我们就构建出了产品的虚拟样机，前述的很多工作都可以在计算机上先进行分析和验证，大大缩短了设计周期，降低成本，同时提升了模型的价值。

验证完毕的最终零件模型还可以继续输出到CAM模块进行加工仿真等，这些都是二维软件难以做到的。

4.1.1产品结构树与BOM表1. 产品结构树产品结构树是描述某一产品的物料组成及各部分文件组成的层次结构树状图。

它将产品数据管理中的产品信息，结合各个零部件之间的层级关系，组成一种有效的属性管理结构。

物料在企业资源计划ERP中泛指的是各种零件、组件、产品以及生产这些物料所使用的设备、工具等。

图4.1给出了一个产品结构树的示例。

利用产品结构树可以快速掌握产品的构成，计算所需各种物料的数量，它是物料需求计划MRP乃至整个ERP的基础。

图4.1产品结构树示例2. BOM表图4.1那样的树状图直接放到计算机里面不能充分利用，为了便于计算机识别，必须把产品结构图转换成规范的数据格式，这种用规范的数据格式来描述产品结构的文件就是物料清单。

它必须说明组件(部件)中各种物料需求的数量和相互之间的组成结构关系。

图4.2是完成减速器装配后由Pro/E直接生成的物料清单报告。

一般BOM表应该具有能显示物料层级关系的字段，零件名称以及数量等信息，根据企业需要还可以加上自制件还是外协件、标准件类型字段，以及供货商、单价、零件编号等信息，便于进行各种统计。

图4.2减速器Pro/E模型BOM表4.1.2自底向上与自顶向下装配建模方法从产品装配设计的方法上看，主要有“自底向上（bottom-up）”和“自顶向下（top-down）”两种装配建模方法。

1.自底向上装配建模方法自底向上的装配建模方法是模仿产品制造过程的建模方法。

首先完成零件的建模，再从零件装配组件，最后组装成产品。

这种方法适用于零件数量不多，标准件所占比重较大的产品。

2.自顶向下装配建模方法自顶向下的装配建模方法是模仿产品设计开发过程的建模方法。

首先确定产品的功能要求与整体外形，再逐层确定下一级的部件，并勾画出这些部件的大致结构与尺寸，直至最底层的零件。

Pro/Engineer对以上两种装配建模方式均支持。

4.1.3Pro/E装配建模基本知识Pro/Engineer装配建模是在其装配模块Pro/ASSEMBL Y中进行的，Pro/E中称装配体为“组件”，一个组件可以作为子组件装配到另一个组件中去。

装配模块的主要功能有：1.把零件放进组件，装配零件元件和子组件构成一个组件；2.零件修改，包括特征构造；3.修改装配放置偏距，创建及修改装配的基准平面、坐标系、剖面视图；4.构造新的零件，包括镜像零件；5.运用“移动”和“复制”创建零件；6.构造钣金件；7.构建可互换的零件自动更换零件，创建在装配零件下贯穿若干零件的装配特征；8.用“族表”建立装配图族；9.生成组件的分解视图；10.装配分析，获取组件工程信息，执行视图和层操作，创建参照尺寸和操作界面；11.删除或替换装配元件；12.简化装配图；13.通过“程序”用户可以根据提示来更改模型的生成效果。

装配模块可以通过新建组件文件进入。

选择“文件”菜单中的“新建”命令，打开如图4.3所示的“新建”对话框，点选“组件”，系统自动给出文件名称为asm0001，后缀名缺省为“.asm”。

去掉“使用缺省模板”的勾选，单击“确定”，弹出“新文件选项”对话框，在其中选择文件模板为“mmns_asm_design”即公制模板后确定。

图4.3“新建”对话框和“新文件选项”对话框进入装配界面后可以看到在“工程特征”工具栏上多了三个按钮，从上到下分别为：装配、Manikin和创建，自底向上的装配建模一般使用“装配”即把已有元件添加到组件中；自顶向下的装配建模使用“创建”即在组件中创建新元件，配合骨架模型、布局、族表等工具进行TOP-DOWN设计；而Manikin是将Pro/E自带的人体模型载入组件并打开相应设计模块。

在本书案例中，减速器模型的各元件已经创建完成，本章进行组装，所以属于自底向上的装配过程。

第一个添加进组件的元件应该是为后续元件的装配提供安装基准或配合面的元件，它应该相对固定，不能在组件中运动。

本例中第一个元件应该是下箱体。

单击“装配”按钮添加下箱体进组件后，弹出如图4.4所示装配特征操控面板。

图4.4装配特征操控面板左侧“用户定义”区包含了表4.1所示的组件设计预定义集。

表4.1 Pro/E组件设计预定义集列表预定义集名称英文含义用户定义User Defined创建一个用户定义的约束集。

刚性Rigid在组件中不允许任何移动。

销钉Pin包含旋转移动轴和平移约束。

滑块Slider包含平移移动轴和旋转约束。

圆柱Cylinder包含360°旋转移动轴和平移移动。

平面Planar包含平面约束，允许沿着参照平面旋转和平移。

球Ball包含用于360°移动的点对齐约束。

焊缝Weld 包含一个坐标系和一个偏移值，以将元件“焊接”在相对于组件的一个固定位置上。

轴承Bearing 包含点对齐约束，允许沿直线轨迹进行旋转。

一般General 创建有两个约束的用户定义集。

6DOF Six Degree ofFreedom包含一个坐标系和一个偏移值，允许在各个方向上移动。

槽Slot 包含点对齐约束，允许沿一条非直轨迹旋转。

而“自动”一栏中包含了组件设计的约束集，如表4.2所示。

表4.2 Pro/E组件设计约束集列表约束集名称英文含义缺省Default用缺省的组件坐标系对齐元件坐标系。

固定Fix将被移动或封装的元件固定到当前位置。

曲面上的边Edge On Srf在曲面上定位边。

曲面上的点Pnt On Srf在曲面上定位点。

直线上的点Pnt On Line在直线上定位点。

相切Tangent 定位两种不同类型的参照，使其彼此相向。

接触点为切点。

坐标系CoordinateSystem用组件坐标系对齐元件坐标系。

插入Insert将旋转元件曲面插入组件旋转曲面。

配对Mate 定位两个相同类型的参照，使其彼此相向。

对齐Align 将两个平面定位在同一平面上（重合且面向同一方向），两条轴同轴或两点重合。

这些预定义集和约束集是装配元件的基本工具，需要熟练掌握。

预定义集可以使元件按“机构连接”方式装配，以实现今后的运动仿真与分析工作。

4.2 减速器装配过程如上节所述，本例中减速器装配属于自底向上装配方式。

在Pro/E中首先设置工作目录到含有各个零件文件的“jsq”文件夹，按以下步骤进行减速器的装配。

1.新建减速器装配文件按4.1.3节所述方法新建减速器装配文件jiansuqi.asm，文件模板选择mmns_asm_design，确定后进入装配界面。

2.装配下箱体下箱体为后续零件的装配提供基准，本身又不是运动件，适合作为组件的第一个零件。

单击“装配”按钮添加下箱体零件文件xiaxiangti.prt。

选择“缺省”约束使下箱体的零件坐标系和减速器组件坐标系重合。

单击确定，如图4.5所示。

图4.5缺省装配下箱体3.装配低速轴端盖虽然在真实装配中并不一定是这样，但在本例中没有调整垫片调整轴承的轴向位置，端盖即为轴系子部件的定位件，单击“装配”按钮添加端盖零件文件dsz2.prt。

按图4.6所示用三个约束对其完全定义。

其一是端盖轴线和低速轴安装孔中心线对齐；其二是作为周向定位使端盖一个安装孔和下箱体对应位置螺纹孔中心线对齐；最后是轴向定位，使端盖环面和下箱体凸台端面配对，即两平面重合且法向相反。

三个约束的顺序可以调换，约束的选择可以由系统自动进行，即直接选择要对齐或配对的图元由系统判断决定约束方式。

图4.6装配低速轴端盖4.新建低速轴子组件新建低速轴装配文件disuzhouzujian.asm，文件模板选择mmns_asm_design，确定后进入装配界面。

5.在低速轴子组件中装配低速轴单击“装配”按钮添加低速轴零件文件disuzhou.prt。

用“缺省”约束在低速轴子组件中装配低速轴。

装配过程参见第二步。

6.在低速轴子组件中装配键单击“装配”按钮添加键零件文件14x9x50.prt。

键的装配可以用图4.7所示三个约束实现，即键底面和键槽底面配对，侧面配对和圆柱面插入。

图4.7在低速轴子组件中装配键7.在低速轴子组件中装配大齿轮单击“装配”按钮添加大齿轮零件文件chilun3.prt。

齿轮轴线和低速轴轴线对齐，齿轮的轴向定位由齿轮端面与轴肩环面配对约束实现，周向定位由键侧面和对应齿轮键槽侧面配对约束实现。

共计三个约束实现完全约束，如图4.8所示。

图4.8在低速轴子组件中装配大齿轮8.在低速轴子组件中装配轴承单击“装配”按钮添加轴承组件文件6209zhuangpei.asm。

不采用销钉约束，把轴承看作固联在低速轴上的刚体，用图4.9所示两个约束将轴承定位到轴肩处。

图4.9在低速轴子组件中装配轴承19.在低速轴子组件中装配套筒单击“装配”按钮添加套筒零件文件disutaotong.prt。

用轴线对齐和端面配对两个约束装配套筒。

如图4.10所示。

图4.10在低速轴子组件中装配套筒10.在低速轴子组件中装配轴承单击“装配”按钮添加轴承组件文件6209zhuangpei.asm。

参考第8步操作，用图4.11所示两个约束将轴承定位到套筒侧面位置。

保存组件文件后退出。

图4.11在低速轴子组件中装配轴承211.装配低速轴子组件单击“装配”按钮添加低速轴组件文件disuzhouzujian.asm。

采用“销钉”预定义集，按图4.12所示将低速轴子组件装配到下箱体上，在“平移”约束中选择端盖右侧端面和轴承外圈侧面配对。

图4.12用“销钉”预定义集装配低速轴子组件12.装配低速轴法兰单击“装配”按钮添加法兰零件文件dsz1.prt。

参照第3步操作用端盖和下箱体轴承安装孔轴线对齐、螺纹孔轴线对齐以及配对三个约束装配法兰。

其中配对的两个面为图4.13所示法兰左侧端面和轴承外圈侧面。

图4.13装配低速轴法兰13.装配高速轴端盖参照第3步操作装配高速轴端盖，单击“装配”按钮添加端盖零件文件gsz2.prt。

按图4.14所示用三个约束对其完全定义。

图4.14装配高速轴端盖14.新建高速轴子组件文件新建高速轴装配文件gaosuzhouzujian.asm，文件模板选择mmns_asm_design，确定后进入装配界面。

15.在高速轴子组件中装配高速轴单击“装配”按钮添加高速轴零件文件gaosuzhou.prt。