基于SOLIDWORKS的千斤顶运动仿真.doc

www.88doc88.comwww.yanziedu.com目录1绪论.12模拟仿真概述.12.1模拟仿真的概念.12.2模拟仿真的产生与发展.22.3国内的模拟仿真技术.33千斤顶.43.1千斤顶的定义及分类.43.2千斤顶的发展现状.54SOLIDWORKS概述.65基于SOLIDWORKS的模拟仿真实例.65.1基于SOLIDWORKS的千斤顶三维实体建模的基本过程.75.2零件三维实体建模过程的基本步骤.75.3螺旋千斤顶的三维实体建模的过程.85.3.1底座的画法极其过程.85.3.2起重螺杆的画法及其过程.105.3.3顶盖的画法和过程.115.3.4旋转杆的画法及其过程.135.4千斤顶装配体的装配方法.155.5千斤顶爆炸视图的制作过程.165.6千斤顶三维动画的制作过程.186结论.19致谢.20参考文献.2111绪论计算机仿真技术是世界各国十分重视的一项高新技术。仿真是以计算机系统为基础，根据用户的要求，建立实际系统的数学模型，并使之转换为仿真模型，在不同的工况下，在计算机系统中运行演示，从而真实地展现实际系统运行状态的过程。它是涉及计算数学、工程控制、各种实际系统的专业知识、计算机软硬件技术等多学科领域的一项综合性高科技技术。是科学工作者、工程技术人员、运行操作人员进行系统分析、优化设计、性能评估、运行试验、教育培训、操作训练的有力工具。它在国防、能源、交通、航空航天等重要的军事与非军事领域，得到了越来越广泛的应用。美国1992年提出的22项国家重点发展的关键技术报告中，计算机仿真技术被列为第16项。同年提出的21项国防及军事重点发展的关键技术报告中，被列为第6项。足见其在现代科学技术领域中的重要地位1。传统的设计方法是首先在设计者头脑中建立起产品的三维实体形状后借助于正投影方法，把头脑中的三维实体投影为多二维视图。在读图时又需要将各个视图的信息通过想象加以综合，在头脑中恢复回原来的三维实体形状，再进行工艺设计、加工等工作。这样一个复杂的过程，大大降低工作效率，且容易出错。运用Solidworks系统进行三维实体设计技术，采用新的三维-二维-三维的新模式，通过计算设计训练，培养了空间想象能力和设计思想表达能力2。SolidWorks以其优异的三维设计功能,操作简单等一系列的优点,极大地提高了设计效率。利用SolidWorks不仅可以生成二维工程图，而且可以生成三维零件，实现零件的三维实体建模。用户还可以利用其运动仿真功能，通过动画来展现零件的三维造型和运动仿真。2模拟仿真概述2.1模拟仿真的概念模拟仿真的意思就是用模型（物理模型或数学模型）来模仿实际系统，代替实际系统来进行实验和研究。事实上，习惯定义的模拟仿真，即用模型来模仿实际系统进行实验和研究，从来就是产品开发中的常用技术手段3。计算机运动仿真作为计算机仿真技术的一个重要分支，可以归入虚拟现实技术VR(VirtualReality)的范畴，它汇集了计算机图形学、多媒体技术、实时计算技术、人机接口技术等多项关键技术。作为一门新兴的高技术，己经成为工程技术领域计算机应用的重要方向。22.2模拟仿真的产生与发展近些年来，随着计算机技术的发展，计算机图形处理能力日益增强，以计算机为主要工具的仿真技术也迅速发展起来，并很快应用于工程领域。在计算机辅助下进行机械零件的设计、校核，并进行系统运动仿真己经逐渐成为机械设计的发展方向。在传统的设计与制造过程中，首先是方案设计及论证，然后进行产品设计。在设计完成后，为了验证设计，通常要制造样机进行试验，有时这些试验甚至是破坏性的。当通过试验发现缺陷时，又要回头修改设计并再用样机验证。只有通过周而复始的设计一试验一设计过程，产品才能达到要求的性能。这一过程是冗长的，尤其对于结构复杂的系统，设计周期无法缩短，更不用谈对市场的灵活反应了。在大多数情况下，工程师往往为了保证产品按时投放市场而中断这一过程，使产品在上市时便有先天不足的毛病。在市场竞争的背景下，基于实际样机上的设计验证过程严重地制约了产品的质量的提高、成本的降低和对市场的占有。随着经济贸易的全球化，要想在竞争日趋激烈的市场上取胜，缩短开发周期，提高产品质量，降低成本以及对市场的灵活反应都已成为竞争者们所追求的运营方式，谁早推出产品，谁就占有市场。然而，传统的设计与制造方式却无法满足这些要求5。虚拟模型技术应当属于计算机辅助工程(CAE)的一个分支，它的核心部分是多体系统运动学与动力学建模理论及其技术实现。作为应用数学一个分支的数值算法及时地提供了求解这种问题的有效的快速算法。近年来的计算机可视化技术以及动画技术的发展为这项技术提供了友好的用户界面，CAD/FEA等技术的发展为虚拟模型技术的应用提供了技术环境。借助于虚拟模型技术，设计过程先从整机开始，按照“由上至下”的顺序进行，这样可以避免由于系统设计方面的失误而付出的昂贵代价。目前,计算机仿真技术已经广泛地应用在各个领域里:汽车制造业、工程机械、航天航空业、国防工业及通用机械制造业；所涉及到的产品从庞大的卡车到照相机的快门，天上的火箭到轮船的锚机。在各个领域里，针对各种不同的产品，虚拟模型技术都为用户节省了开支和时间，并提供了满意的设计方案7。在我国，对计算机仿真技术的研究起步较早，发展很快。1995年6月国防科技大学研制成功的银河仿真l型计算机，标志着我国计算机仿真技术取得了突破性进展，跨入了国际的先进行列。在研制新一代的运载火箭、飞航导弹等重要科研项目中，多次用计算机仿真进行预测性试验，确保了实际发射的成功率。据不完全统计，近几年有关科研院所，运用银河仿真机进行科学研究，节省科研经费近10亿元，取得了巨大的社会效益和经济效益。3近年来由于计算机软硬件技术的突飞猛进带动了很多相关学科的飞速进步，仿真技术就是有代表性的一个。计算机所提供的资源环境、条件，使仿真技术的开发环境大为改善，有了更多可供选择和驰聘的平台。使仿真装置的逼真度和实时性大为提高，性能价格比更加优越。就仿真技术而言，仿真建模方法学、仿真计算机系统、仿真支持软件等方面始终是仿真技术发展的重要课题。近几年来，涉及上述领域的多项新技术、新成果已经展示了良好的发展前景。面向对象的仿真建模，仿真科技界人士一直在致力于研究面向对象的各种建模技术，主要方向是面向工程图、面向方框图、面向方程式、面向工艺过程的建模方法，这些方法虽然本质上仍属于将人们对实际系统的认识转变为适宜于计算机符号处理的模式，但较之传统的采用Fortran语言的人工建模前进了一大步。它充分调动了计算机本身的符号处理能力，加速了人们对仿真对象的认识和转换过程。这种方法将进一步改善系统的建模能力、缩短球棋时间.犬其可贵的是它使具有实际系统工程技术知识的用户技术人员，更容易掌握和使用仿真技术，使仿真技术这一先进的手段更好地为实际系统服务。2.3国内的模拟仿真技术虚拟模型和计算机仿真技术是一项涉及多个学科领域的前沿技术，发达国家于20世纪80年代提出了相关概念，这项技术在过去的10年里获得了迅速发展并达到实用阶段。和一些先进国家相比，我国在这个领域还有一定差距，但已经引起了国家有关部门和科学家们的重视，九五规划、国家自然科学基金、国家高技术产业规划都把虚拟现实技术VR列入了研究项目。国内一些高校和研究部门在紧跟国际先进技术的同时，积极投入到了这一领域当中，并且取得了一定的研究成果。清华大学计算机科学与技术系对虚拟现实和临场感方面进行了研究，在克服立体图闪烁的措施和深度感试验方面采用了一些独特的方法。他们针对室内环境的特点，提出借助图像变换，使立体视觉图像中对应水平特征呈现形状一致性，以利于实现特征匹配，并获取物体三维结构的新颖算法。哈尔滨工业大学机械系在机构的三维运动仿真方面进行了不少研究，他们使用OpenGL开发的机构三维仿真软件成功地模拟出了一些常用机构的运动状态，并在此基础上加入了一些计算机辅助设计和分析的功能。该校计算机系成功地摹拟出了人的脸部动作，如表情的合成和唇动的合成。浙江大学CAD&CG国家重点实验室开发出了一套桌面虚拟建筑环境实时漫游系统，实现了立体视觉，同时提供的交互工具使系统的真实感达到了较高的水平。北京航空航天大学计算机系着重研究了虚拟环境中物体物理特性的表示和4处理，在虚拟现实的视觉接口方面开发出了部分软硬件，提供了用于飞行员训练的虚拟现实系统。西安交通大学信息工程研究所对立体显示技术进行了研究，提出了一种基于JPEG标准压缩编码新方案，获得了较高的压缩比。西北工业大学在基于UG的二次开发方面进行了不少研究。西安理工大学机械与精密仪器学院在基于SolidWorks的二次开发方面也做了不少工作，开发了连杆机构和弧面分度凸轮的运动仿真软件。上海交通大学图像处理及模式识别研究所，国防科技大学计算机研究所，北京工业大学CAD研究中心等单位也都在这一领域做了一定的工作，并取得了一定的研究成果。3千斤顶3.1千斤顶的定义及分类千斤顶是一种用钢性顶举件作为工作装置，通过顶部托座或底部托爪在行程内顶升重物的轻小起重设备！按结构特征可分为齿条千斤顶、螺旋千斤顶和液压（油压）千斤顶3种。齿条千斤顶:由人力通过杠杆和齿轮带动齿条顶举重物。起重量一般不超过20吨，可长期支持重物，主要用在作业条件不方便的地方或需要利用下部的托爪提升重物的场合，如铁路起轨作业。螺旋千斤顶:由人力通过螺旋副传动，螺杆或螺母套筒作为顶举件。普通螺旋千斤顶靠螺纹自锁作用支持重物，构造简单，但传动效率低，返程慢。自降螺旋千斤顶的螺纹无自锁作用，装有制动器。放松制动器，重物即可自行快速下降，缩短返程时间，但这种千斤顶构造较复杂。螺旋千斤顶能长期支持重物，最大起重量已达100吨，应用较广。下部装上水平螺杆后，还能使重物作小距离横移。液压千斤顶:由人力或电力驱动液压泵，通过液压系统传动，用缸体或活塞作为顶举件。液压千斤顶可分为整体式和分离式。整体式的泵与液压缸联成一体；分离式的泵与液压缸分离，中间用高压软管相联。液压千斤顶结构紧凑，能平稳顶升重物，起重量最大已达1000吨，行程1米，传动效率较高，故应用较广；但易漏油，不宜长期支持重物。如长期支撑需选用自锁顶，螺旋千斤顶和液压千斤顶为进一步降低外形高度或增大顶举距离，可做成多级伸缩式的。53.2千斤顶的发展现状近年来，我国的千斤顶产业得到快速持续发展，成为全球千斤顶生产增长最快和千斤顶消耗量最大的国家之一，因而引起业界的广泛关注。千斤顶起源于20世纪初的英、美、德等国家，在逐步发展中工艺逐渐成熟，因其具有抗腐蚀、耐高温，强度高、表面精美、百分之百可回收等无与伦比的良好性能，被广泛应用于建筑、交通、能源、石化、环保、城市景观、医疗、餐饮等各个领域，逐渐被人们所接受，也越来越多地走进寻常百姓的日常生活。一、中国千斤顶产业实现了快速发展我国千斤顶产业发展进步较晚，建国以来到改革开放前，我国千斤顶的需求主要是以工业和国防尖端使用为主。改革开放后，国民经济的快速发展，人民生活水平的显著提高，拉动了千斤顶的需求。进入上世纪九十年代后，我国千斤顶产业进入快速发展期，千斤顶需求的增速远高于全球水平。1990年以来，全球千斤顶表观消费量以年均6%的速度增长，而九十年代的十年间，我国千斤顶表观消费量年均增长率达到17.73%，是世界年均增长率的2.9倍。进入二十一世纪，我国千斤顶产业高速增长。2000年2004年，我国千斤顶消费量从188万吨增长到447万吨，增加了2.3倍，年平均增长率在27%以上。其中，2001年，我国千斤顶表观消费量达到225万吨，超过美国成为世界第一千斤顶消费大国。同时，千斤顶进口也大幅度增加。1998年，我国千斤顶进口100万吨，由此成为世界上最大的千斤顶进口国。2004年与1998年比，千斤顶进口增长幅度年均达到27.14%。预计2005年，中国千斤顶表观消费量将达到500万吨，进口仍将保持在300万吨左右。伴随着千斤顶市场的快速发展，我国千斤顶产量也结束了长期徘徊的局面，实现了高速增长。我国千斤顶产量从2000年的46万吨增长到2004年的236万吨，年平均增长率在82.6%，占国内市场需求的比重也由2000年的24.47%提高到2004年的52.80%。而同期，世界千斤顶产量则仅以6%左右的速度增长。从九十年代后期起，我国太钢、宝钢以及宝新、张浦等国有和合资企业通过引进和技术改造，先后建成了一系列千斤顶生产线，千斤顶工艺技术装备达到国际先进水平，千斤顶生产初具规模。千斤顶品种结构也发生了积极的变化，千斤顶产品质量迅速提高。特别是国内千斤顶冷轧板增长迅速，2003年，国内冷轧板产量达到170万吨，首次超过进口量,自给率达到66%；2004年，国内冷轧板产量达到200万吨，自给率达到70%以上。从2004年底到2005年底，国内冷轧千斤顶产能将增加约150万吨，基本满足国内市场需求。到2007年，我国将成为千斤顶的净出口国。6从总体上看，我国千斤顶正在经历由规模小、水平低、品种单一、严重不能满足需求到具有相当规模和水平、品种质量显著提高和初步满足国民经济发展要求的深刻转变，千斤顶需求将逐步实现自给。4SOLIDWORKS概述SolidWorks是世界上第一款完全基于Windows的3DCAD软件,自1995年问世以来,以其优异的三维设计功能,操作简单等一系列的优点,极大地提高了设计效率,在与同类软件的激烈竞争中已经确立了它的市场地位,已经成为三维机械设计软件的标准。利用SolidWorks不仅可以生成二维工程图，而且可以生成三维零件，用户可以利用这些三维零件来建立二维工程图及三维装配体。SolidWorks采用双向关联尺寸驱动机制，设计者可以指定尺寸和各实体间的几何关系，改变尺寸会改变零件的尺寸与形状，并保留设计意图。SolidWorks的优点：(1).SolidWorks是当今世界基于NT/Windows平台的三维机械CAD软件系统的主流产品，目前己在国内外中小型企业中得到广泛应用。(2).易学、易用，操作过程直观、简单，功能强大。(3).完全汉化，使用过程中无任何语言障碍。(4).可向下兼容二维AutoCAD，使得以前采用AutoCAD进行的设计可以继续使用和转化。(5).根据需求，可以很方便地利用VB和VC+对其进行二次开发。(6).与其它三维设计软件系统具有非常好的兼容性。5基于SOLIDWORKS的模拟仿真实例为了实现机构的运动仿真，首先必须利用SolidWorks强大的实体造型功能构造出运动构件的三维模型，其中包括:：底座，起重杆，旋转杆，螺钉，顶盖。本文在SolidWorks中生成零件的三维实体模型。本文综合了各种机构的运动特点，仔细选择了每个零件的原点位置，并将完成建模的零件统一存放在专门的目录之中，完成三维零件库的建立。只有三维实体模型还不能模拟机构的运动，需要运动的零件模型必须进行装配，这种装配通常是手动完成的。这种方法不但费时费力，而且可能产生装配错误，影响后面进行的运动仿真。本文采用程序装配的方法，自动在前一个机构的输出构件上装配新的机构。如果前面的机构不存在，则自动将主动构件的坐标原点定位于装配体的坐标原点。进行运动仿真时，首先根据需要找到并打开运动构件的三维实体模型，然后根据实际情况设置各个构件在装配体中的位置，使每个