机械设计中虚拟样机技术的有效运用

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1、机械设计中虚拟样机技术的有效运用【】虚拟样机技术在汽车制造、机械制造、航天领域、国防工业以及机械电子和造船业等各个领域都有着广泛的应用，采用虚拟样机技术可以省去制造物理样机的成本，并且缩短工期，不仅降了产品的投入资金，而且性能还比较优越。因此本文就针对机械设计中虚拟样机技术的应用展开讨论。　　【关键词】机械设计；虚拟样机　　Mechanicaldesigncarelessfittingprototypetechnologyofefficiently　　PENGGuang-lin　　（Anhuipro

2、vincetheneentmanagementcenterJiShuKeAnHuiFengTai232170）　　【Abstract】Virtualprototypetechnologyinautomobilemanufacturing,mechanicalmanufacturing,spaceflight,nationaldefenseindustryandmechanicalelectronicsandshipbuildingindustryandotherfieldshaveaanufactu

3、ringphysicalprototype,andshortentheconstructionperiod,notonlydroptheproductinvestment,andperformanceissuperior.Thispaperaimedatmechanicaldesignofvirtualprototypetechnologyapplicationisalsodiscussed.　　【KeyechanicalDesign;VirtualPrototype　　　　1.虚拟样机的定义及优势

4、　　所谓虚拟样机是在制造物理样机前工程师利用计算机技术所建立的数字化模型，即数字模拟机械系统，然后进行仿真实验，那么该系统就可以以图形的方法显示出处于真实环境中系统的特性，工程师可以根据该仿真模型对设计方案进行修改。工程师利用该技术在计算上建立起机械系统的模型，再辅助可视化的相关处理，将系统的动力、动力特性在一个真实的环境下做模拟运行，再按照仿真结果对系统进行精化以及优化。它是以CAD模型为基础，采用仿真技术结合虚拟技术，从而为产品的研发提供一个新的设计方法。　　2.虚拟样机技术在机械设计中的应用　

5、　2.1建模　　2.1.1建立三维模型　　要实现虚拟样机的前提条件就是要建立一个机械系统的三维实体模型，所有的仿真实验都是建立在三维模型的基础上的。数字化机械系统的模型的建立是一个非常复杂的过程中，工程师常为两个问题所困扰，一是诸如齿轮、扇页等零件的外形比较复杂，二是各种驱动力、运动副等约束关系比较复杂，所以如果要建立一个复杂机械系统的虚拟样机，就要比较专业的CAD软件进行。现在市场上有多种三维的CAD软件，这些软件比二维CAD更具优势，一般二维CAD系统主要是取代手工绘图所用，但是三维CAD则更能

6、对产品的技术以及诸如转动惯量以及质心位置等相关生产管理信息进行完整的表达。　　2.1.2添加约束　　完成三维模型的建模后，为了对物体间发生的相对运动做出定义，那么就要用约束副将其进行连接。在添加约束副时要尽可能符合实际的约束情况。现在多数三维CAD软件都装有运动/动力学的插件，这些插件可以实现约束关系以及装配关系的映射，从而将虚拟装配过程和预约束添加过程进行统一。另外还有一种作法是先在CAD中完成预装配，再将其导入ADAMS中，该软件是专业分析机械系统运动/动力学的，因此分析工作可以更完备。下图为建

7、成的某蠕动泵传动部件的三维模型：　　2.1.3施加模型驱动　　如果确定了零件模型之间的各种连接关系，以及它们的相对运动，那么接下来就要给模型添加驱动力以及驱动转矩，或者让模型按照设计师所设定的运动规律运动。例如上述蠕动泵传动部件模型中，本例为凸轮轴子装配施加的驱动，促使凸轮轴按照一定的速度转动，其可以用下式表达：凸轮轴的角位移=360°×时间，完成上述步骤以后，蠕动泵传动部分的虚拟样机就建立完成了。　　2.1.4虚拟样机的仿真　　完成了上述工作后，就能对机械系统运动做仿真试验，然后求取运动的全部物理

8、量，包括位移量、速度和加速度以及作用力与反作用力等等，同时还能为后续的有限元分析提供边界条件。　　2.2有限元分析　　有限元法可以精准的分析出各结构件的动态特性以及结构的强度，它最显著的特点就是其通用性。对于结构形状以及边界条件都相对随意的力学问题都可以通过它来求解，现在在机械设计中已经被广泛的应用。而对于虚拟样机技术来说，该计算方法的可靠性高，因此也是必不可缺的工具。　　2.3优化　　机模设计中的优化是常见的问题，一般机械优化可以分为以下几种：在各种设计条件都满足的