机械设计中虚拟样机技术的有效应用

机械设计中虚拟样机技术的有效应用 陈凯敏 (浙江菲达环保科技股份有限公司，浙江 杭州 311800) 摘 要:虚拟样机技术已经成为一种新兴的产品设计方法，它在缩短产品开发周期，简化复杂机械系统设 计，降低研发成本，提高产品设计质量等方面有重要突破。本文以自身实践为参照，主要阐述了虚拟样机 技术的概念、特点以及主要的软件技术，并就其在机械设计中的应用做了简单分析介绍。 关键词:机械 设计;虚拟样机技术;有效应用 虚拟样机技术是一种在建造物理样机前，设计师先利用1.2 虚拟样机技术的优点 计算机技术建立机械系统的数字化模型，并对其进行仿真分 虚拟样机其实就是实际产品在计算机上显现出的模型， 析，用图形的方式显示出该系统在实践过程中所具有的各种 又称为数字化样机。首先，本质上，虚拟样机技术是一种模 特性和缺陷，从而解决问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 ，修改设计并得到最优设计 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 拟仿真技术，涉及到多体系统运动学、动力学建模理论及其 的技术。这不仅降低了研发成本，而且也无需浪费大量的人 技术实现等方面，是在先进的建模技术、信息管理技术、多 力、物力来生产出具有缺陷的样机。虚拟样机技术为复杂机 领域仿真技术、交互式用户界面介绍和虚拟现实技术的基础 械产品的设计提供了重要工具。在复杂机械产品设计中应用 上的综合应用技术。其次，虚拟样机的智能性是实现人机交 虚拟样机已经成为一种趋势，并可以缩短研发周期、降低产 互的一种机械设计技术，是计算机辅助 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 师进行设计，而 品研发成本，提高产品的设计质量等。 不是完全由计算机程式化的进行产品设计分析。第三，虚拟 样机并不会因其虚拟性而在功能方面与物力样机存在差距， 1 虚拟样机技术简介及相关软件 而是在一定程度上拥有与物力样机相似的功能，其检测的真 1.1 虚拟样机技术简介 机械设计是机械产品研发过程中的 实度具有可信性。第四，利用相关分析软件，结合机械设计 一个重要组成部分， 等方面知识，可通过分析产品虚拟模型，预测产品性能(包 是机械生产的第一步，同时还是决定机械性能的最主要因 括运动学特性、动力学特性、强度分析、疲劳寿命等)，为 素。随着科学技术的发展，试验手段的加强，以及新兴学科 优化产品提供依据。 和技术的不断涌现，乃至学科之间的交叉与综合，使得原有 1.3 虚拟样机技术相关软件 的生产方法适应不了当今瞬息万变的时代发展大潮。与传统 1.3.1 Pro/Engineer(Pro/E) 相比二维绘图软件，三维建模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 工具所独具的优点使得其 拟产品具有很大的优越性。虚拟样机在对产品进行创新设 计、测试和评估等方面可以代替物理样机，由此，不仅可以 正越来越多地得到应用。就目前市场上存在的三维建模软件 缩短开发周期，改进产品设计质量，还能节约研发成本。 来说，Pro/E 软件，尤其是第三代产品 Pro/E wildfire 版 本，其所具有的强大的参数化特征造型功能(现代 CAD 技术 机械工程中的虚拟样机技术又可以称为机械系统动态 的一个主要发展方向)而受到企业界的一致认同。它改变了 仿真技术，是国际上 20 世纪 80 年代随着计算机技术的发展 传统的设计方法和过程。通过 Pro/E 设计出来的与物理样机 而迅速发展起来的一项计算机辅助工程(CAE)技术。机械 完全相同的虚拟样机，其零部件之间的装配和嵌合一目了 工程师在计算机上设计样机模型，并对模型进行各种动态性 然，而且通过它的运动仿真分析功能可以把设计错误消灭在 能分析，用数字化形式代替传统的实物样机试验，然后改进 设计的初始阶段，还可以简化复杂的设计工作，把设计人员 样机性能欠缺的地方，优化设计方案，进而生产出最优的机 从繁琐的工作中解放出来，使设计人员把精力放在机械产品 械产品。 的结构优化和创新上。由以上分析可以看出，ADAMS 和 Pro/Engineer 软件可 以图形的方式在计算机上显示出减速器，很方便的帮助设计 1.3.2 ADAMS 者评估出产品设计方案的优劣，并能把虚拟样机中存在的缺 虚拟样机技术的典型应用软件是 ADAMS 软件。 陷及时发现并优化。有了这些参数，我们就可以快速、准确 ADAMS 是美国 Mechanical Dynamics Inc 公司开发的虚 为完成物理样机设计奠定基础。 拟样机分析软件，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 3 结论 虚拟样机技术已然成为一种机械设计中必要的技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 术，不 力学方程，对虚拟机械系统进行静力学、运动学和动力学分 仅是计算机技术在机械工程领域的成功应用，更是一种全新 析，输出移、速度、加速度和反作用力曲线。 的机械产品设计理念。在今后的生产实践中，虚拟样机技术 ADAMS 一方面是虚拟样机分析的应用软件，用户可以运 有着广阔的发展前景，它必将发挥着重要的作用。一方面， 用该软件非常方便地对虚拟机械系统进行静力学、运动学和 它可以通过对虚拟样机的测试，从产品多种设计方案中评估 动力学分析。另外，又是虚拟样机分析开发工具，其开放性 出最优方案，并不断改进设计方案，直到获得最优的整机性 的程序结构和多种接口，可以成为特殊行业用户进行特殊类 能。另一方面，运用虚拟样机技术可以实现产品的并行设计， 型虚拟样机分析的二次开发工具平台。 即可以快速地建立包括控制系统、液压系统、气动系统在内 的多体动力学虚拟样机，并在产品设计初期发现问题、解决 2 虚拟样机在机械设计中的应用 虚拟样机技术的兴起，不 问题。虚拟样机技术具有如此多的优势，因此可以预见，在 仅使复杂的机械设计工序简单 本世纪虚拟样机技术必将成为机械领域产品设计研发的主 化，也为机械设计提供了全新的设计理念。设计初期直接在 流手段。国内各企业应加强对它的应用研究，使产品更具市 计算机环境中创建虚拟样机，并进行各项仿真实验和分析， 场竞争力，迎接全球经济一体化的挑战。 如此不仅可以使机械的结构和功能得到模拟，还能检测出机 械产品的缺陷，使缺陷在最初的设计阶段就能及时发现并加 以改进，实现设计与完善同步进行。 本文将以机械中的减速器为例阐述虚拟样机给机械设 计带来的巨大作用。减速器主要涉及到 ADAMS 和 参考文献Pro/Engineer 两种软件。设计者可以使用虚拟样机技术， 通过三维建模、动力学仿真分析和优化设计等三个过程，研 [1] 张 洪.冲击振动压实机[P].中国:200510012746.5,究零部件参数对减速器性能的影响并对测试结果进行分析， 2005. 依照分析结果优化设计，实现最优设计。在建模过程中，设 [2] 王国强. 虚拟样机技术及其在 ADAMS 上的实践[M]. 西 计者首先应用 Pro/E 软件建立减速器的带有质量、转动惯量 安:西北工业大学出版社,2002. 等物理特征的各个部件，并装配好零部件。减速器 Pro/E 模 [3] 王建军,张洪. 冲击振动压路机的仿真建模与分析[J]. 型建立以后，利用 IGES 接口输到入实体模型 ADAMS 软件 太原科技大学学报,2007,(6). 中，添加相应的约束与驱动后，设置仿真平台相应的输入输 [4] 王凯湛. 虚拟样机技术在农业机械设计上的应用和发 出参数，即可进行减速器动力学性能参数的分析与求解。在 展[J]. 农机化研究,2008,(4). 仿真的基础上就可以得到相关的数据，分析后进一步对所设 [5] 郑建荣. ADAMS 虚拟样机技术入门与提高[M]. 北京:机 计的机构进行结构参数优化，进而得到更为完善的减速器。 械工业出版社,2005. [6] 李增刚. ADAMS 入门详解与实例[M]. 北京:国防工业出 版社,2008. file:///D|/我的资料/Desktop/新建文本文 档.txt Appliance Error (configuration_error) Your request could not be processed because of a configuration error: "Could not connect to LDAP server." For assistance, contact your network support team. file:///D|/我的资料/Desktop/新建文本文档.txt2012-07-12 20:42:52