摘 要

在产品设计和开发的过程中，装配是需要重视的一个环节。一方面，作为产品生产周期的最终环节，装配的好坏对产品的质量影响是直接性的，另一方面，在产品的生产工程中，装配作业在生产总成本中占据很大一部分。当今社会，面对日益剧烈的市场竞争现状，企业对产品的装配性能提出了更高的要求，不仅是产品装配质量的要求，降低装配成本的要求也日益凸显。

虚拟装配技术的不断完善和发展对于企业的这种要求无疑是一种利好。运用虚拟装配技术创造一个近乎真实的虚拟环境，在这个条件下创建零件模型，用户进而与虚拟零件进行交互。对于企业，虚拟装配的人机交互作用，可以帮助新员工较快的熟悉装配过程，同时也可以用来发现装配规划存在的问题，从而对装配进行改进。因此对行星齿轮减速器进行建模和交互式虚拟装配, 有着较好的实用性和经济性。

本课题以行星齿轮减速器为研究对象，对其进行三维建模和交互式虚拟装配研究，具体研究内容主要包括以下几个方面：

1）根据已知参数，参考《轮系的分析和设计》手册，完成了行星齿轮减速机典型零部件的主要参数设计计算；

2）运用Solidworks软件，建立行星齿轮减器的三维模型，并完成装配及干涉检测；

3）利用3dsMax完成零件模型的初始位置分配和重新命名及分组；

4）研究OSG（OpenSceneGraph）的模型操作功能，完成了行星齿轮的交互式虚拟装配；

关键词：行星齿轮减速器；虚拟装配；交互式；OSG;

Abstract

In the process of product design and development, assembly is a link that needs to pay attention to. On the one hand, as the final link of the production cycle, the assembly affects the quality of products directly;on the other hand, the production of products in the project, the assembly often occupies a lot in the total production cost. In today's society, in the face of the growing market competition, enterprises put forward higher requirements for the assembly performance of the product. Not only the requirements of product assembly quality requirements, but also reducing the assembly cost are a increasingly prominent.

Virtual installation With the development and perfection of technology is undoubtedly a positive demand for such enterprises. The use of virtual assembly technology creates a near real virtual environment, creating models in this condition, the user can interact with the virtual parts. For the enterprise, the man-machine interaction of virtual assembly can help new employees be familiar with the assembly process quickly, it also can be used to find the problems of assembly plan. Carrying out modeling and interacticing virtual assembly to the planetary gear reducer has better practicability and economy.

This subject takes planetary gear reducer as the object of study, and carries out 3D modeles and interactive virtual assembly research. The specific research contents include the following aspects:

1. According to the known parameters, refering to "gear analysis and Design manual", the design and calculation of the main parameters of typical parts of planetary gear reducer are completed;

2) Use SolidWorks software to establish three-dimensional model of planetary gear reducer, and complete assemblye and interference detection;

3) Use 3dsmax to complete the initial allocation, rename and grouping of the part model;

4) Study the model operation function of OSG(OpenSceneGraph) and completes the interactiving virtual assembly of planetary gears;

Key words: planetary gear reducer; virtual assembly; interactive; OSG;

目 录

第1章 绪论 1

1.1 课题提出的目的及意义 1

1.2 本课题国内外研究现状 1

1.3 论文研究的内容 2

1.4 本章小结 3

第2章 行星齿轮减速器的设计计算 4

2.1 行星传动系统概述 4

2.2 总体设计 4

2.3 主要参数的计算和校核 5

2.3.1 初始参数 5

2.3.2 几何尺寸计算 6

2.3.3 啮合参数的计算 7

2.3.4 齿数及行星轮数应满足的条件 8

2.4 本章小结 10

第3章 行星齿轮减速器三维建模及模型转换 11

3.1 行星齿轮减速器三维建模 11

3.1.1 行星齿轮减速器零件建模 11

3.1.2 行星齿轮减速器的装配模型 13

3.2 行星齿轮减速器模型转换 14

3.2.1 规划行星齿轮减速器模型的装配位置 15

3.2.2 行星齿轮减速器三维模型的分组 15

3.4 本章小结 16

第4章 基于OSG的交互式仿真装配实现 17

4.1 图形程序OSG简介 17

4.2 实现鼠标拖拽的人机交互 17

4.2.1 读取模型 17

4.2.2 获取分组模型节点 18

4.2.3 鼠标拖拽式人机交互的实现 20

4.3 碰撞检测 23

4.4 漫游 25

4.5 本章小结 25

第5章 行星齿轮减速交互式虚拟装配的应用 27

5.1 机械装配的基本原则 27

5.2 行星齿轮减速器的装配序列 27

5.3 演示和验证 28

5.3.1 装配起始位置的配置展示 28

5.3.2 装配序列的展示 28

5.3.3 改进和建议 29

5.4本章小结 30

第6章 结论与展望 31

6.1 经济性和环境影响分析 31

6.1.1 经济性分析 31

6.1.2 环境影响分析 31

6.2 全文小结 32

6.3 工作展望 32

主要参考文献 34

致 谢 35

第1章 绪论

1.1 课题提出的目的及意义

在产品设计和开发的过程中，装配是需要引起重视的环节。一方面，作为产品生产周期的最终环节，装配的好坏对产品的质量影响是直接性的，另一方面，在产品的生产工程中，装配作业往往占据了很大的生产总成本。目前，企业进行产品的仿真来对产品的设计合理性进行验证都是基于CAD进行的。由于只考虑了零件间的约束关系，而且只能将零件定位到最终位置，忽略了零件间复杂的碰撞和接触过程，CAD技术的仿真缺乏装配真实感，对于装配路径的可行性难以验证。

虚拟装配技术的不断完善和发展对于企业的这种要求无疑是一种利好。虚拟装配技术创造一个近乎真实的虚拟环境，在这个条件下建立零件模型，用户进而与虚拟零件进行交互^[2]。本次行星齿轮减速器的交互式虚拟装配是基于OSG开发的，其重要的特性就是交互性的特性体现，利用C 语言的编写，实现用户运用键盘和鼠标对零件进行操作。交互式的实现可以增加用户对装配工作的真实感受，从而使使用者对装配环节有更加直观的感受，增强教学和演示效果。同时，OSG中可以实现装配零件模型的漫游及碰撞检测，进而做到对装配路径进行验证，并使虚拟装配效果更加真实和实用。

对于行星齿轮减速器的建模及交互式虚拟装配研究，在本质上就是对装配过程更趋于现实，从而达到教学或者演示目的，并且在设计和装配研究过程中提供借鉴。通过行星齿轮减速器的交互式装配仿真，可以对行星齿轮减速器装配过程进行评价，及早发现在装配过程中存在的问题。在虚拟装配过程中，通过对装配过程的还原，结合产品的设计目标和应用需求，发现问题并改进，在保证装配性能和装配质量的前提下，起到降低装配成本的作用。

1.2 本课题国内外研究现状

虚拟装配技术是虚拟现实技术在工业领域的应用，虚拟装配技术的研究涉及多个学科，如虚拟现实技术、机械优化设计、工艺制定技术等^[1]。随着许多国家的研究机构及大学对虚拟装配的研究，虚拟装配技术的应用在生产装配环节越来越深入。