虛擬樣機機械設計方法研究論文

虛擬樣機機械設計方法研究論文

　　摘要：當前，我國正處于快速發(fā)展階段，在輔助工程技術(shù)的基礎上，在機械設計的過(guò)程中，虛擬樣機技術(shù)被廣泛應用�；�于虛擬樣機的機械設計方法比傳統機械設計方法質(zhì)量更好，設計效率更高。主要探析了優(yōu)化機械設計、聯(lián)合設計控制系統和機械系統、機械系統所含有的有限元、機械系統的三維建模、機械系統的靜力學(xué)計算和動(dòng)力學(xué)仿真的相關(guān)內容，以期為日后的相關(guān)工作提供參考。

　　關(guān)鍵詞：虛擬樣機；機械設計；動(dòng)力學(xué)；機械系統

　　之前，機械設計都必須在現場(chǎng)才能夠完成樣機試驗，所以，應用這樣的設計方法將會(huì )消耗更多的時(shí)間和大量的資金，而且設計效果也不會(huì )很好。但是，在機械設計的過(guò)程中，應用虛擬樣機技術(shù)能夠在設計階段全面分析好機械系統的特征。這樣就能在制造樣機之前處理好原本的設計問(wèn)題，并且還可以減少資金的投入，節約更多的時(shí)間，提高機械設計的整體效率。由此可知，有關(guān)人員只有深入研究基于虛擬樣機的機械設計方法，才能夠設計出更好的機械產(chǎn)品。

　　1優(yōu)化機械設計分析

　　在整個(gè)機械設計的過(guò)程中，設計者結束設計的基本工作后，一般需要采取某些有效的措施優(yōu)化設計。針對當前的實(shí)際狀況，在優(yōu)化機械設計的過(guò)程中，常見(jiàn)的問(wèn)題是求取目標函數的最大值。在滿(mǎn)足控制變量的變化范圍和設計條件的情況下，設計者能夠根據選擇設計變量和分析函數來(lái)優(yōu)化機械設計。但是，通過(guò)計算機所具有的強大計算功能，利用設計變量改變再迭代求解的方法來(lái)仿真機械設計，這樣就能夠求取目標函數的最優(yōu)值�？偠�言之，在每一次仿真的過(guò)程中，只需要改變其中一個(gè)模型的設計變量，并且觀(guān)察仿真的結果，就能夠獲得物理量設定的最優(yōu)解。

　　2聯(lián)合設計控制系統和機械系統

　　在之前很長(cháng)的一段時(shí)間中，設計者經(jīng)常需要測試、設計控制系統和機械系統。但是，控制系統與機械系統之間不存在任何聯(lián)系，而是兩個(gè)相互獨立的個(gè)體。因此，在聯(lián)合控制系統和機械系統以后，設計效果很難達到預期要求。針對當前的實(shí)際狀況，能夠通過(guò)機構控制一體化虛擬樣機技術(shù)來(lái)實(shí)現聯(lián)合機械系統和控制系統。這樣，要獲取更好的設計效果就非常簡(jiǎn)單。在設計思路方面，聯(lián)合仿真設計實(shí)質(zhì)上是借助動(dòng)力學(xué)、運動(dòng)學(xué)仿真軟件，創(chuàng )建與機械系統設計同樣含有控制目標的動(dòng)畫(huà)、動(dòng)力學(xué)模型和三維實(shí)體模型。另外，在這樣的設計基礎之上，其基本條件就是得到相應的電機模型和控制算法。

　　3機械系統所含有的有限元分析

　　機械系統所含有的有限元實(shí)質(zhì)上是指一種現代化用作分析結構件的動(dòng)態(tài)特性、結構強度的設計方法。由于有限元法有很好的通用性，能夠隨意用在任何的力學(xué)問(wèn)題中，所以，有限元法在整個(gè)機械設計的過(guò)程中都得到了非常廣泛的使用。另外，有限元法屬于比較可靠的一種計算方法，通過(guò)有限元法能夠得知邊界條件和機械結構形狀。由此可知，有限元法相對于虛擬樣機而言，是一種不能夠缺少的工具。

　　4機械系統的三維建模

　　如果要在機械系統設計時(shí)實(shí)現虛擬樣機，先要創(chuàng )建出三維實(shí)體的機械系統模型。針對當前的實(shí)際情況，在創(chuàng )建三維實(shí)體的機械系統模型時(shí)，要處理好建立系統的復雜約束關(guān)系和創(chuàng )建外形復雜的零件模型這兩個(gè)主要問(wèn)題。一般情況下，使用CAD軟件能夠妥善處理好系統的復雜約束關(guān)系和創(chuàng )建外形復雜的零件模型這兩個(gè)主要問(wèn)題。對于二維CAD而言，市面上主流的三維CAD軟件可以更好地表達出產(chǎn)品的生產(chǎn)管理和技術(shù)信息。由此可知，在創(chuàng )建機械系統模型的過(guò)程中，有效應用三維CAD軟件具有十分重要的意義，同時(shí)，三維CAD軟件也將在整個(gè)建模過(guò)程中發(fā)揮十分重要的作用。在創(chuàng )建機械系統中的各零部件模型時(shí)，設計者可以使用CAD軟件，并且有效地應用實(shí)體造型技術(shù)和變量化設計技術(shù)。在完成機械系統中的各零部件模型后，還應該采取某些措施連接好各個(gè)零件的模型。這樣，有助于實(shí)現物體的相對運動(dòng)。在添加約束副的過(guò)程中，應該要確保實(shí)際情況與模型符合。這樣做，主要是為了確保實(shí)際產(chǎn)品與模型的密度、材質(zhì)、結構細節等內容一致，進(jìn)而提高建模的準確度�，F在，大部分的CAD軟件都具有運動(dòng)/運動(dòng)學(xué)插件功能，它能夠通過(guò)關(guān)系裝配之后再將其映射在約束關(guān)系上，有助于實(shí)現機械運動(dòng)的模擬。

　　5機械系統的靜力學(xué)計算和動(dòng)力學(xué)仿真

　　在創(chuàng )建了機械系統模型后，可以使用動(dòng)力學(xué)仿真方法將物理樣機實(shí)驗試驗替換掉，實(shí)質(zhì)上是指在計算機環(huán)境下完成物理樣機的數據采集和動(dòng)作實(shí)驗。而在機械系統動(dòng)力學(xué)仿真的過(guò)程中，仿真的準確性將會(huì )受到驅動(dòng)參數、三維模型和實(shí)際產(chǎn)品相似程度的直接影響。同時(shí)，動(dòng)力學(xué)仿真方法的有效應用是為了更好地計算輸出扭矩和驅動(dòng)系統功率，以及選擇傳動(dòng)系統的類(lèi)型。另外，動(dòng)力學(xué)仿真方法的有效應用，計算、校核部件的運動(dòng)慣性力和結構強度，能夠完成驅動(dòng)控制系統的設計。

　　6結束語(yǔ)

　　綜上所述，在實(shí)際工作中，應用基于虛擬樣機的機械設計方法，能夠在短時(shí)間內幫助設計人員設計出具有優(yōu)異性能的產(chǎn)品。同時(shí)，設計者利用基于虛擬樣機的機械設計方法，在虛擬的環(huán)境中能夠更加形象、直觀(guān)地實(shí)現產(chǎn)品的性能測試和設計優(yōu)化。設計者針對參考虛擬環(huán)境所獲得的計算結果，能夠根據其自身積累的設計經(jīng)驗來(lái)設計機械的系統。這樣能夠有效提高設計系統的質(zhì)量，同時(shí)，還能夠減少設計系統時(shí)出現的設計錯誤。

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