汽车电动助力转向产品计算机辅助设计系统的研究与实现

论文摘要

市场经济下的激烈竞争，要求企业以最短的周期为客户提供需要的产品，开发能适应企业个性化需求的产品CAD系统已经成为越来越多企业的选择。本文工作以浙江省重大科技攻关项目（项目编号：2004C11025）“汽车电动助力转向器开发及关键技术研究”为应用背景，在对汽车电动助力转向产品深入研究的基础上，以UG NX3.0为软件开发平台，以Visual C++6.0为编程开发环境，利用UG OPEN／API等程序编程接口，结合参数化、模块化、自动装配等快速设计技术，进行产品CAD系统的研究与开发，并最终形成EPSCAD系统。利用MATLAB实现传动机构（蜗轮蜗杆等）的优化设计。在总结前人的研究经验基础上，本文在以下方面做了一些新的尝试，并获得了预期的结果：设计实现了一套具有通用性和高适应性的参数化设计工具。利用UG提供的特征选择对话框和选择草图对话框等函数，直接获取加载在CAD软件环境下的模型草图和特征，与草图或特征对应的参数在模型中自动显示出来，解决了很难用语言清楚描述非标准件参数的意义，以及需要制作大量二维图表示零件结构的难题。利用遍历零部件和遍历表达式等函数，完成目标零件的自动切换，以及参数关联关系在装配体中传递，比单纯使用CAD软件，或二维图加数据表格的形式更灵活、功能更强大，不受产品具体结构的限制，具有广泛的通用性。提出了一套简单、有效、快速的自动装配技术。该技术引入了装配接口的概念，从装配关系出发，将产品自动装配模型划分为装配接口模型、定位关系模型和产品装配关系模型三个层次，主要解决了装配信息的提取和独立于产品模型进行表达的问题。具有实现简单，不受零件结构限制，无需编程的特点，并且将参数化技术运用到自动装配和装配干涉检查之中，提高了装配灵活性。提出了一种蜗杆建模的新方法。由于渐开线蜗杆轴截面齿廓形状的非线性，给渐开线蜗杆的精确建模造成极大的困难。通过研究发现，渐开线蜗杆，其端面齿廓为渐开线，基于此本文提出了全新的建模思路，采用端面齿廓沿螺旋线扫描的方式生成蜗杆三维模型。与已有的渐开线蜗杆建模方法相比，此法建模精确，模型的参数驱动具有很好的稳定性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 电动助力转向系统简介
• 1.2.1 EPS的基本构造和工作原理
• 1.2.2 EPS的分类
• 1.2.3 EPS的技术优势
• 1.2.4 C-EPS的组成及结构
• 1.3 相关技术国内外研究现状
• 1.3.1 参数化设计技术
• 1.3.2 模块化设计技术
• 1.3.3 产品装配建模技术
• 1.4 课题来源及任务分析
• 1.4.1 课题来源及意义
• 1.4.2 主要研究工作
• 1.5 EPSCAD系统的总体设计
• 1.5.1 EPSCAD系统开发平台的选取
• 1.5.2 基于UG的二次开发方法及开发工具
• 1.5.3 EPSCAD系统开发框架及技术路线
• 1.6 小结
• 第二章 EPS产品模块化设计
• 2.1 引言
• 2.2 EPS产品的模块化设计
• 2.2.1 EPS产品模块化设计思想
• 2.2.2 EPS产品模块化设计体系结构
• 2.3 EPS产品功能模块的划分
• 2.3.1 模块划分技术
• 2.3.2 模块划分原则
• 2.3.3 EPS的功能模块
• 2.3.4 EPS模块模型的建立
• 2.4 基于模块的EPS产品设计
• 2.5 小结
• 第三章 EPS产品参数化设计
• 3.1 引言
• 3.2 产品相关性的参数化表达
• 3.3 划分参数级别
• 3.4 设计信息的传递与控制
• 3.5 EPS产品参数化设计实例
• 3.5.1 零部件间的参数化设计
• 3.5.2 单个零件的参数化设计
• 3.5.2.1 蜗杆现有参数化建模方法介绍
• 3.5.2.2 确定蜗杆建模方法
• 3.5.2.3 确定蜗杆轮齿模型主参数
• 3.5.2.4 分析特征，建立数学模型
• 3.5.2.5 建立蜗杆参数化模型
• 3.5.2.6 建模结果的检验
• 3.5.2.6 蜗杆建模小结
• 3.6 参数化设计工具
• 3.6.1 设计参数选取功能
• 3.6.2 参数化设计工具小结
• 3.7 小结
• 第四章 EPS产品自动装配
• 4.1 引言
• 4.1 基于分离预制思想的自动装配
• 4.1.1 基于分离预制思想的自动装配策略
• 4.1.2 产品装配模型的构建
• 4.1.3 产品详细模型的构建
• 4.1.4 自动装配设计的实现流程
• 4.1.5 自动装配过程参数化
• 4.1.6 自动装配实例与讨论
• 4.2 装配干涉检查
• 4.3 小结
• 第五章 EPS产品优化设计
• 5.1 蜗轮蜗杆机构概述
• 5.2 优化设计概述
• 5.3 蜗杆传动的优化设计
• 5.3.1 设计任务
• 5.3.2 目标函数和设计变量的确定
• 5.3.3 约束条件的确定
• 5.3.4 蜗杆传动优化设计数学模型
• 5.4 蜗杆传动优化设计的MATLAB实现
• 5.4.1 MATLAB优化工具箱简介
• 5.4.2 利用MATLAB求解蜗杆传动优化设计问题
• 5.4.3 用户界面的编制
• 5.5 优化实例和结果分析
• 5.6 小结
• 第六章 EPSCAD系统的应用
• 6.1 平台的软、硬件环境
• 6.2 产品设计模块的应用
• 6.2.1 启动UG进入辅助设计系统
• 6.2.2 创建新产品
• 6.2.3 产品方案设计
• 6.2.4 功能模块主性能参数设置
• 6.2.5 功能模块设计主界面
• 6.2.6 产品设计进程检查
• 6.3 优化设计模块的应用
• 6.3.1 系统说明
• 6.3.2 启动优化设计模块
• 6.3.3 优化设计模块运行实例
• 6.3.4 优化结果输出
• 6.4 小结
• 第七章 总结与展望
• 7.1 本文工作总结
• 7.2 本文创新点
• 7.3 进一步研究工作
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文
• 致谢