虚拟样机技术在机械设计中的应用

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1、虚拟样机技术在机械设计中的应用王建军1，张洪2（1.安徽机电职业技术学院，安徽芜湖241000；2.太原科技大学，山西太原030024）【摘要】将虚拟样机技术引入机械设计中，利用ADAMS软件对机构进行建模和仿真，对机构进行运动学核动力学分析，可以减少设计时间和降低成本，提高设计效果和经济效益。【关键词】虚拟样机；机械设计；建模；仿真【中图分类号】TH122【文献标识码】A【文章编号】1008-1151(2009)03-0116-01（一）虚拟样机技术简介机械设计是机械产品开发设计的一个重要组成部分，是机械生产

2、的第一步，是决定机械性能的最主要因素。随着科技的进步，试验手段的加强，新兴学科和技术的不断涌现，科学的交叉与综合，原来的一些方法已适应不了当今的时代潮流。与传统的开发物理样机的设计方法相比，利用虚拟样机技术开发虚拟产品具有很大的优越性，虚拟样机可以代替物理样机对产品进行创新设计、测试和评估，可以缩短开发周期，降低成本，改进产品设计质量。机械工程中的虚拟样机技术又称为机械系统动态仿真技术，是国际上20世纪80年代随着计算机技术的发展而迅速发展起来的一项计算机辅助工程（CAE）技术，工程师在计算机上建立样机模型，对

3、模型进行各种动态性能分析，然后改进样机设计方案，用数字化形式代替传统的实物样机试验。（二）ADAMS软件简介虚拟样机技术的典型应用软件是ADAMS软件。ADAMS软件使用交互式图形环境和零件库、约束库、力库，创建完全参数化的机械系统几何模型，其求解器采用多刚体系统动力学理论中的拉格郎日方程方法，建立系统动力学方程，对虚拟机械系统进行静力学、运动学和动力学分析，输出位移、速度、加速度和反作用力曲线。ADAMS软件的仿真可用于预测机械系统的性能、运动范围、碰撞检测、峰值载荷以及计算有限元的输入载荷等。（三）利用虚拟

4、样机技术设计介绍首先，利用对设计的机器或机构进行实体建模即建立虚拟样机，可以利用ADAMS软件自带建模工具，对于复杂的机器可以先用Pro-E建模再导入ADAMS软件；然后，按照零件间的联接情况设置运动副和相关参数，并设计驱动力或力矩。设置完成即可进行仿真，仿真的过程中可以直接观看到机构的运动过程。仿真结束可以从ADAMS/PostProcessor模块进行运动分析，得出所需的数据；如果参数不合理，可以重新修改虚拟样机参数，达到最优化设计。利用虚拟样机代替传统的物理样机对产品进行预测和试验可以大大减少开发成本，提

5、高设计质量。（四）设计实例太原科技大学张洪教授提出一种新型的压路机：冲击振动压实机专利号为200510012746.5，真实样机在制造之前先利用虚拟样机技术对其进行工作能力的测试和评估，减少了设计周期，提高了设计质量。利用动力学仿真软件ADAMS建立冲击振动压实机工作装置系统模型进行动力学仿真分析，虚拟样机模型为图1所示。图1冲击振动压路机的工作装置整体模型将模型各个部件间的运动副设置好，为了冲击压实和振动压实的最佳匹配，所以进行仿真时将压路机的行驶速度设置为5～8km/h。通过不同速度的仿真得出最佳压实速度为

6、7km/h，此速度下冲击力和牵引力大小分别如图2和图3示.图2速度为7km/h时冲击块对地的冲击力图3速度为7km/h时压路机的牵引力从冲击振动压实机的运动学和动力学出发，运用ADAMS仿真软件对冲击振动压实机进行了虚拟样机（下转第108页）【收稿日期】2008-12-24【作者简介】王建军（1980－），男，河北衡水人，安徽机电职业技术学院机械系讲师，硕士，从事机械设计研究等。-116-量积聚，导致温度过高。触摸液压油，可以感觉是否存在颗粒杂质，或感觉油品是否变质。如果感觉有异，可使用相关仪器进行确认，并针对

7、性处理。2.过滤器的安装与使用如果液压油存在颗粒杂质，有效的清除方法是安装适当的滤油器。系统油液清洁的程度要求取决于系统的复杂程度及用户对系统无故障运行时间的要求[2]。一般工业液压系统可安装如下滤油器[4]：注油滤油器：安装在油箱注油口，对于非压力油箱，选用10到20微米级别的呼吸滤油器，可以防止空气中杂质被吸入系统。油泵吸油路滤油器：作用是防止油箱中的杂质被油泵吸入进入系统。要求滤油器具有较大的通流能力和较低的压降（≤0.01～0.02MPa），以避免油泵工作条件恶化。通常采用粗糙的网式滤油器（如图1左滤油

8、器）系统回油管路滤油器：安装回油管路滤油器（如图1右滤油器）的作用是清除系统运行中产生的杂质，防止再次进入油箱。图中的压力表可以监测滤油器的堵塞程度，而单向阀是滤油器堵塞时的紧急旁路。独立滤油器：在大型液压系统中，可以采用（增加）如图2所示的独立过滤系统，即用独立的油泵和独立的过滤油路，定期开动对油液进行清洗，以保持系统油液干净。局部滤油器：在重要的机构支路上采用，如伺服装置，节流装置