（机械设计及理论专业论文）工程车辆行走机构参数化仿真设计.pdf

捅要为改变工程车辆传统设计计算与绘图的繁复和难以形式化的不足及其设计、制造依赖于二维工程图的落后现状，探求速度快、质量优的机器设计、制造理论方法，以铲土运输机械典型机种轮式装载机为例，结合与陕西新黄工机械有限责任公司研究所合作“工程机械c a d 系统研究课题，综合运用仿真设计理论和参数化设计软件p r o e n g i n e e r三维实体造型系统，依据新黄工生产z l 5 0 c 装载机驱动桥和前后车架的技术与图纸资料，进行了工程车辆行走机构技术形态计算机辅助参数化仿真设计研究，为实现工程车辆自动化设计与制造作了探讨和研究。( 1 ) 综述了工程车辆传统仿真设计与机械c a d c a m 发展概况，紧密联系装载机行走机构的结构性能特点，阐明了课题研究的目的意义和思想方法；论述了参数化设计理论、p r o e n g i n e e r 二次开发和创建p r o t o o l k i t 应用程序的关键技术；阐述了利用p r o t o o l k i t 实现p r o e n d n e e r 与m f c 接口的过程，介绍了v i s u a lc + + 6 0 环境下，p r o t o o l k i t 程序头文件、库文件路径设置以及程序注册与运行的方法和原理，为装载机行走机构参数化仿真设计研究奠定了理论基础。( 2 ) 综合运用参数化设计理论和p r o e n g i n e e r ，进行了行走机构零部件计算机辅助参数化仿真设计研究，重点研究了在v i s u a lc + + 6 0 环境下，运用p r o t o o l k i t 对p r o e n 西n e e r进行二次开发，开发出了具有直观、友好对话框的界面，输入基本参数即可生成相应机件三维模型的交互式工程车辆行走机构参数化仿真设计体系；运用该体系，根据z l 5 0 c装载机行走机构的技术与图纸资料，完成了行走机构零件3 d 实体参数化造型设计与2 d工程图制作、部件总成虚拟装配设计，获得了行走机构的结构形态；利用p r o m e c h a n i s m进行了行走机构运动仿真，对检验机件合理装配结构和机构运动性能具有意义。研究结果表明，运用参数化设计理论和p r o e n g i n e e r 进行的工程车辆行走机构参数化仿真设计研究，使机器产品无纸自动化设计与运动性能仿真达到了实用阶段，对于改变传统设计方法的繁复与难以形式化的不足，提高机器设备的设计与绘图速度、降低研制费用和加快机器产品的更新换代、提高工程车辆质量、性能和可靠性水平及其市场竞争力具有重要作用。关键词：机械设计及理论，参数化仿真设计，p r o e n g i n e e r & p r o t o o l k i t ，装载机行走机构，二次开发，运动仿真a b s t r a c tf o rt h ep u r p o s eo fo v e r c o m i n gt h eh e a v ya n dc o m p l i c a t e dc a l c u l a t i o na n dd r a f t i n ga n df o r m a l i z a t i o nd i f f i c u l t yo fc o n v e n t i o n a ld e s i g no fc o n s t r u c t i o nv e h i c l e ，c h a n g i n gt h eb a c k w a r ds i t u a t i o nt h a tt h ed e s i g na n dm a n u f a c t u r eo fc o n s t r u c t i o nv e h i c l es t i l ld e p e n do nt h et w o -d i m e n s i o n a le n g i n e e r i n gd r a w i n g sa n ds e e k i n gat h e o r yo raw a yt od e s i g na n dm a n u f a c t u r eam a c h i n eq u i c k l ya n d 谢t l ll l i 班- q u a l i t y ，t a k i n gt h ew h e e ll o a d e ra sa ne x a m p l e ，w h i c hi sat y p i c a lm o d e lo fs h o v e l t r a n s p o r tm a c h i n e r y ，a n dc o m b i n i n gt h er e s e a r c hs u b j e c t - - t h ec a ds y s t e mo fc o n s t r u c t i o nm a c h i n e r y ，c o o p e r a t e dw i t l lt h er e s e a r c hs e c t i o no ft h en e wy e l l o wr i v e rc o n s t r u c t i o nm a c h i n e r yl i m i t e dc o ( n y r c m l c ) ，s t u d i e do nt h ec o m p u t e ra i d e dp a r a r n e t e r i z e ds i m u l a t i o nd e s i g no ft h ed r i v i n gb r i d g e st e c h n i q u es h a p eo ft h ew h e e ll o a d e rb yc o m p r e h e n s i v eu t i l i z a t i o no ft h es i m u l a t i o nd e s i g nt h e o r ya n dt h ep a r a r n e t e r i z e dd e s i g ns o f t w a r ep r o e n g i n e e r ，at y p eo ft h r e e - d i m e n s i o n a le n t i t ym o d e l i n gs y s t e ma c c o r d i n gt ot h et e c h n i q u ea n dd r a w i n gd a t ao f t h ew h e e ll o a d e rz l 5 0 c sd r i v i n gb r i d g ea n dt h ef r o n ta n dr e a rf r a m e sm a d ei nt h en y r c m l ct or e a l i z et h ea u t o m a t e dd e s i g na n dm a n u f a c t u r eo fc o n s t r u c t i o nv e h i c l e ( 1 ) g e n e r a l i z e dt h ed e v e l o p m e n to f c o n v e n t i o n a ld e s i g no f c o n s t r u c t i o nv e h i c l ea n dt h em e c h a n i c a lc a d c a m k e e p i n gc l o s ec o n n e c t i o nw i t ht h ec h a r a c t e r i s t i c so fs t r u c t u r ea n dp e r f o r m a n c eo ft h ew h e e ll o a d e r d r i v i n gb r i d g e ，c l a r i f i e dc l e a r l yt h ep u r p o s e ，s i g n i f i c a n c ea n db a s i ct h i n k i n gw a yo fs t u d y i n gt h es u b j e c t ；s t a t e dt h ep a r a m e t e r i z e dd e s i g nt h e o r y , t h es e c o n d a r yd e v e l o p m e n to fp r o e n g i n e e ra n dt h ek e yt e c h n i q u et od e v e l o pt h ea p p l i c a t i o np r o g r a mo fp r o t o o l k i ta n dm a d ei tc l e a rt or e a l i z et h ei n t e r f a c eb e t w e e np r o e n g i n e e ra n dm f c ；i n t r o d u c e dt h ep r i n c i p l ea n dw a yt ol a yo u tt h ep a t ho f h e a df i l e sa n dl i b r a r yf i l e so fp r o t o o l k i tp r o g r a m ，r e g i s t e ra n dr u nt h ep r o g r a mi nv i s u a lc + + 6 0 t h e s er e s e a r c hw o r kl a yt h et h e o r e t i c a lf o u n d a t i o nf o rt h es t u d yo nt h ec o m p u t e ra i d e dp a r a m e t e r i z e ds i m u l a t i o nd e s i g no fd r i v i n gb r i d g eo ft h ew h e e ll o a d e r ( 2 ) c o m p r e h e n s i v e l yu s i n gt h ep a r a m e t e r i z e dd e s i g nt h e o r ya n dp r o e n g i n e e r , c a r r i e do nt h es t u d yo nt h ec o m p u t e ra i d e dp a r a m e t e r i z e ds i m u l a t i o nd e s i g no f t h ed e t a i l sa n dc o m p o n e n t so ft h ed r i v i n gb r i d g eo ft h ew h e e ll o a d e r p u te m p h a s i so nt h es e c o n d a r yd e v e l o p m e n to fp r o e n g i n e e rb yp r o t o o l k i ti nv i s u a lc + + 6 0a n dd e v e l o p e dap a r a m e t e r i z e ds i m u l a t i o nd e s i g ns y s t e mo ft h ed r i v i n gb r i d g eo fc o n s t r u c t i o nv e h i c l e ，w h i c hi so fa u d i o v i s u a la n df r i e n d l yd i a l o g u ei n t e r f a c et h a tt h en e e d e dm a c h i n ep a r t s t h r e e d i m e n s i o n a lm o d e l sa r eg e n e r a t e di m m e d i a t e l yw h e nt h ec o r r e s p o n d i n gb a s i cp a r a m e t e r si n p u t t e d t h e nm a k i n gu s eo ft h es y s t e m ，c o m p l e t e dt h et h r e e - d i m e n s i o n a ls o l i dp a r a m e t e r i z e dm o d e l i n gd e s i g na n dt h ei i ig e n e r a t i o no ft w o d i m e n s i o n a le n g i n e e r i n gd r a w i n g so ft h ed e t a i l sa sw e l la st h es u b je c t i v ea s s e m b l yo ft h ed r i v i n gb r i d g ea c c o r d i n gt ot h et e c h n i q u ea n dd r a w i n gd a t ao ft h ew h e e ll o a d e rz l 5 0 c sd r i v i n gb r i d g e ，f i n a l l yo b t a i n e dt h es t r u c t u r a ls h a p eo f t h en e w l yd e s i g n e dd r i v i n gb r i d g e ；f u r t h e r m o r e ，c a r r i e do u tt h ek i n e m a t i c a ls i m u l a t i o no ft h ew a l k i n gm e c h a n i s mo ft h ew h e e ll o a d e ra c c o r d i n gt oi t ss u b j e c t i v ea s s e m b l yc o n s t r u c t i o nb yu s eo ft h ep r o m e c h a n i s mt oc h e c kt h em a c h i n ep a r t sr e a s o n a b l ea s s e m b l ys t r u c t u r ea sw e l la st h ek i n e m a t i c a lp e r f o r m a n c eo ft h em e c h a n i s m t h er e s e a r c hr e s u l t si n d i c a t et h a tt h es t u d yo nt h ec o m p u t e ra i d e ds i m u l a t i o nd e s i g no ft h ec o n s t r u c t i o nv e h i c l e sd r i v i n gb r i d g eb yu s i n gt h ep a r a m e t e r i z e dd e s i g nt h e o r ya n dt h ep r o e n g i n e e rm a k e st h en o - p a p e ra u t o m a t e dd e s i g na n dt h ec o m p u t e ra i d e dp e r f o r m a n c ei m i t a t i o n sr e a c ht h ep r a c t i c a la p p l i c a t i o n ，w h i c hi so fi m p o r t a n c ef o ro v e r c o m i n gt h eh e a v ya n dc o m p l i c a t e dc a l c u l a t i o na n dd r a f t i n ga n df o r m a l i z a t i o nd i f f i c u l t yo fc o n v e n t i o n a ld e s i g nm e t h o d ，s p e e d i n gu pt h ed e s i g na n dd r a f t i n go f m a c h i n e r ya n de q u i p m e n t s ，l o w e r i n gt h ed e v e l o p m e n te x p e n s e ，a d v a n c i n gt h er e n e w a lo fm a c h i n ep r o d u c t s ，i m p r o v i n gt h em a c h i n e sq u a l i t y ，p e r f o r m a n c e sa n dr e l i a b i l i t ya sw e l la st h e i rc o m p e t i t i o ni nt h em a r k e t k e yw o r d s ：m e c h a n i c a ld e s i g na n dt h e o r y ；p a r a m e t e r i z e ds i m u l a t i o nd e s i g n ；p r o e n g i n e e r &p r o t o o l k i t ；t h ew h e e ll o a d e r sd r i v i n gb r i d g e ；s e c o n d a r yd e v e l o p m e n t ；k i n e m a t i cs i m u l a t i o ni v论文独创性声明本人声明：本人所呈交的学位论文是在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除论文中已经注明引用的内容外，对论文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本论文中不包含任何未加明确注明的其他个人或集体己经公开发表的成果。本声明的法律责任由本人承担。做作者躲叶智盼m 海月矽日论文知识产权权属声明本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属学校。学校享有以任何方式发表、复制、公开阅览、借阅以及申请专利等权利。本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成果时，署名单位仍然为长安大学。( 保密的论文在解密后应遵守此规定)论文作者签名：导师签名：叩匆码溯哆降上月矽日刁钉月7 日长安大学硕士学位论文第一章绪论为了改变工程机械常规设计计算与绘图的繁复和难以形式化的不足及其设计、制造依赖二维工程图的落后现状，探求速度快、质量优的机器设计、制造理论方法，本文进行工程车辆行走机构计算机仿真设计研究。探讨和研究利用参数化设计软件p r o e n g i n e e r - - - 维实体造型功能及其基于v i s u a lc + + 6 0 的二次开发功能来实现工程车辆的自动化与参数化设计，以铲土运输机械的典型机种轮式装载机为例，结合与陕西新黄工机械有限责任公司研究所合作的“工程机械c a d 系统 研究课题，综合运用仿真设计理论和参数化设计软件p r o e n g i n e e r 三维实体造型系统，依据新黄工实际生产的z l 5 0 c轮式装载机驱动桥的技术与图纸资料，进行轮式装载机行走机构计算机辅助参数化仿真设计研究，试就如何实现工程机械的快速自动化、优化设计进行实际探讨和研究。下面，本章节综述课题文献即装载机的结构功能特点、工程机械常规设计、仿真设计和机械c a d 的发展概况以及参数化设计理论，并在此基础上提出课题并论述课题的研究思想方法与内容，进一步阐明课题的研究任务及其目的意义。1 1 装载机的结构性能特点及其研制发展概况1 1 1 装载机的结构性能特点装载机作为铲土运输机械的典型机种，性能优越，研制、生产竞争激烈。近年来，随着国家西部大开发战略以及南水北调工程、西电东送工程、振兴东北老工业基地等众多发展战略的实施，为国内工程机械产品市场的发展提供了良好的发展空间，我国的工程机械产业进入了加速增长阶段，呈现出前所未有的繁荣态势，工程机械装备已经成为国民经济发展的支柱产业之一，占据世界工程机械总量第七位。同时，亚洲其他国家、拉丁美洲和非洲的一些国家也在积极地大规模扩大公路建设及其他公共设施建设，这些都为我国工程机械全球市场策略提供了良好但又充满竞争的发展机遇【1 , 2 , 3 】。装载机是循环作业式铲土运输机械【4 】，广泛应用于建筑、矿山、公路、铁路、水电、港口、国防、矿山等基本建设的工程中，进行土石方施工作业，其优点是机动性好、作业效率高、操作方便【5 1 。作业时，装载机在行走机构产生牵引力作用下将铲斗插入堆料，或利用工作装置操纵机构将物料掘起装满铲斗，然后运输到卸载地点卸料【6 ，7 】。若换装其它工作装置还可运送木料等。装载机分为轮胎式装载机和履带式装载机，如图1 1 、1 2 所示。由于机器作业对机动性要求较高，且轮胎式底盘较履带式底盘有机动性方面的优势，因此国内外装载机多第一章绪论以轮胎式为主。图1 1 轮胎式装载机田1 2 履带式装载机1 l2 装载机研制发展概况二十世纪七十年代中期以来，国外一些大型工程机械制造商已将机械优化设计、c a d 方法等现代设计理论与方法应用于装载机的实际产品设计中，取得了较好的经济效益。国外高水平装载机生产厂家均出自美、英、日、德等国家，主要以美国卡特皮勒和日本小松为代表，如图1 3 、图1 4 所示，这些产品代表着当今工程建设机械最先进的技术水平及其发展方向。鲻舅；器图1 j 卡特皮勒9 6 6 f图1 4 小松w 4 2 0 - 3我国轮胎式装载机行业起步较晚，相当长时间内，国内各生产厂家投有自己的拳头产品，没有自身的关键技术及强有力的技术创新队伍，主导产品挡次低，企业负担重，生产成本高。装载机的研制开发主要是追随国际先进水平的发展趋势。面对激烈的竞争形势，国内装载机生产厂家、研究所、高等院校等通过不断研究合作，加大技术与资金投入，在关键部件与系统上技术创新，以期提高产品的科技含量长安大学硕学位论女提高产品在国际、国内的竞争力。国产轮式装载机正在从低水平、低质量、低价位、满足功能型向高水平、高质量、中价位、经济实用型过渡。不少厂家产品摆脱了设计雷同、无自己特色和优势的状况，开发了具有一定技术独创性、较高设计与制造水平的轮式装载机，成为装载机行业的领先者如* 0 1 1 z z l 5 0 g ，龙工z l 5 0 g ，厦工z l 5 0 c i i ，徐工z l s o g 等，如图1 5 、圈1 6 、图17 、图1 8 所示。图1 5 柳工z l s o g图1 , 6 龙工z l s o g圈】7 厦工z l 5 0 c - i i图1 8 徐工z l 5 0 g但是相对世界先进水平，目前国内工程机械制造行业的设计与制造水平存在较大差距，大多数企业沿袭常规设计与制造方法，繁复、难以形式化，即产品的设计、制造处于依赖二维工程目的落后现状，周期长费用大，不能适应市场竞争和满足工程建设急需，具备计算机辅助设计与制造( c a d c a m ) 等现代设计与制造技术和装备能力的企业仍是少数。随着我国近年来的改革开放和宏观经济发展的拉动，不少企业通过内部挖潜、技术设备的革新引进，增加了活力，工程机械产品包括装载机的质量、性能和数量有了长足发展，以优良的性价比占据了国内市场的绝大多数份额，并有少量出口，但总的利润不大。也就是说，轮式装载机一直是我国工程机械市场上产销量和保有量最大的铲运机械，但目前我国虽是世界上轮式装载机产销量最大的国家，出口销售量却很低，第一章绪论与世界先进装载机生产企业相比，高科技含量较低，设备灵活性、舒适性较差，可靠性还有待进一步提高6 ，7 1 。因此，一方面要广泛利用新材料、新工艺、新技术来提高机器零部件及整机的结构成型质量和密封、紧固等装配质量以提高机器零部件及总体的可靠性；另一方面必须积极探求速度快、质量优的新的机器设计和制造方法途径，来提高产品的开发速度，降低研制设计费用，加快产品的更新换代。只有使装载机具有极高的设计制造水平及质量，才能进一步使机器具有较高的先进性、可靠性和经济性，产品才能具有国际竞争力【l 4 】。1 。2 机械c a d 与p r o e n g i n e e r 二次开发现状1 2 1 机械c a d 概述c a d 即计算机辅助设计( c o m p u t e r a i d e dd e s i g n ) 技术是以计算机系统为支持，进行产品的方案设计、解析计算、判断优化、分析评估和详细设计的一门技术，计算机的快速计算与数据处理功能以及日臻完善的自动绘图与图形处理功能，给产品设计和结构分析中的计算与绘图提供了有力工具，为产品设计制造实现自动化创造了条件【8 ，9 】。c a d的根本任务是为产品的研制设计和制造建立一个全局信息模型。自从上世纪五十年代电子计算机问世以来，以其强大的快速计算与数据处理功能以及日臻完善的自动绘图与图形处理功能，给产品设计和结构分析中的计算与绘图提供了有力工具，为机器产品的设计制造实现自动化创造了条件。目前机械c a d 的主流应用研究方向主要是通过几个优秀的、基于参数化和特征化设计的三维实体造型软件( 如p r o e n g i n e e r ，u n i g r a p h i e s 和s o l i dw o r k s 等) 强大的多项功能模块来实现零件实体造型，并进行应力计算和有限元分析、机构仿真、虚拟装配和运动仿真、模具设计、数控加工和数据管理以及全方位的工业设计与机械设计，可从设计、绘图理论与技术上完全取代传统的由二维图形到三维模型的思维方式和方法，彻底改变机械设计及理论的既往格式。为开发者解决了由工业设计至数控加工的全套解决方案，可极大提高业界的竞争能力。其强大的基于v i s u a lc h 、与软件共享地址空间并为软件直接调用的动态链接库参数化设计计算与绘图应用程序的二次开发功能，为创造性的开发、实现机器产品的快速、无纸自动化设计提供了条件。1 2 2p r o e n g i n e e r 二次开发现状p r o e n g i n e e r 二次开发是指在现有的支撑软件的基础上，为提高设计质量和完善软件的功能，使之更符合用户的需求而做的开发工作，实际上就是对通用软件的用户化、4长安大学硕士学位论文本地化的过程。随着c a d 技术的普及和广泛使用，人们逐渐的认识到：计算机绘图系统虽然好用，但是从专业角度来看，还是有很多的不足之处。因为通用的c a d 软件在设计的时候不可能考虑到每一个企业的特殊情况，要想充分地发挥c a d 软件的功能，就必须进行针对该企业专业设计的二次开发工作，从而增加企业的竞争力【1 0 l 。这也是所有的c a d 系统软件都留有开发接口的原因。同时，企业在自身发展和使用p r o e n g i n e e r 的过程之中积累了许多有用的宝贵的数据、企业自身的标准以及特殊图形等参数资料，如果能把这些参数资料整理出来，然后再把这些参数资料挂靠在p r o e n g i n e e r 软件系统的主菜单和弹出式菜单上，即编译生成应用程序与p r o e n g i n e e r 软件系统进行无缝连接，这样一来，不但能提高设计人员的设计速度，对市场需求做出快速反应，设计出满足市场需求的产品，及时赢得市场份额，而且还能够提高企业的生产能力和经济效益，这也是p r o e n g i n e e r 二次开发的首要目的【i l ，1 2 1 。1 3 课题的提出及研究思想1 3 1 课题的提出工程机械种类众多，用途广泛，效益巨大。装载机作为铲土运输机械的典型机种，性能优越，研制、生产竞争激烈。由于我国工程机械制造行业当前尚不够先进，各生产厂家的产品研制开发的设计与制造过程主要还是以二维工程图和机床手工加工为主，设计与制造水平低，周期长，费用大，不能适应市场竞争和满足工程建设急需o 自动化设计、制造技术在工业生产中广泛而有效的使用，对于提高机器产品的设计制造速度、性能和效益，降低成本，加快产品的更新换代以适应市场竞争和满足工程建设的需要，促进国民经济的发展具有重要意义。计算机的快速计算与数据处理功能以及日臻完善的自动绘图与图形处理功能，给产品设计和结构分析中的计算与绘图提供了有力工具，为产品设计制造实现自动化创造了条件。国际工程机械企业如美国c a t e r p i l l a r公司和日本k o m a t s u 制作所在产品的研制开发中广泛采用c a d 和c a m 现代设计与制造技术，保证了其产品的研制开发速度、优良使用质量、性能和可靠性水平以及更新换代的优势，占据了市场主动权，在国际同行业范围内处于领先地位。目前我国已加入世贸组织若干年，工程机械企业正面临巨大挑战。国际各国工程机械企业集团和巨头挟雄厚资金实力、先进技术设备和优越产品可靠性，关注着巨大的中国市场；国内工程机械企业必须奋起直追和抗争，倾全力从工程机械的设计理论方法和数控精密机械加工制造技术进行开发研究，提高产品的设计水平与质量，实现产品的自动化设计与制造，加快产5第一章绪论品的更新换代，提高产品的使用质量、性能和可靠性水平，缩小与国外工程机械企业产品的差距，进一步全面提升工程机械企业及其产品在国内外市场的竞争能力，争得更多的市场份额，获得较大利润，求得生存和发展。在机器产品的研制开发过程中，机械设计始终是重要的工作之一。为了改变工程机械常规设计计算与绘图的繁复和难以形式化的不足及其设计、制造依赖二维工程图的落后现状，探求速度快、质量优的机器设计、制造理论方法，本文结合与陕西新黄河工程机械有限责任公司研究所合作的“工程机械c a d 系统”研究课题，以铲土运输机械的典型机种一- - z l 5 0 c 轮式装载机为例，进行装载机行走机构计算机辅助参数化仿真设计研究，试就如何运用计算机辅助参数化设计功能实现工程机械的快速自动化、优化设计进行实际探讨和研究。1 3 2 课题的研究思想随着三维实体造型软件的广泛应用，基于二维工程图的设计工作终将被三维实体造型设计所取代。因此，运用实体参数化设计软件p r o e n 西n e c r 三维造型系统进行产品设计具有改变设计思维和过程的重要意义。工程车辆各种机型、装置均由许多零部件组成，其中存在大量相似件，在用p r o e n g i n e e r 进行设计时，如果对相似的零部件每一个都分别建模，无疑会占用很多的时间与空间；而且在对零部件进行修改时，需要改动的参数很多，也会花费大量的时间和精力。如何节约设计时间，提高设计效率，减轻机械设计人员的工作量，最终实现无纸化设计成为课题研究的最终目的。基于p r o e n g i n e e r 的v i s u a lc + + 6 0 二次开发功能，具有实现机械零件自动化设计重要意义，因此，本文主要运用该功能进行装载机驱动桥零件的自动化设计程序的二次开发来完成课题的研究任务。行走机构是装载机底盘的重要组成部分之一，其主要作用是把发动机传到驱动轮上的驱动扭矩转变为装载机工作与行驶所需的驱动力，以执行行走功能。行走机构另一作用是支撑整机重量。工程车辆行走机构主要分为履带式机械行走机构和轮胎式机械行走机构，本文以轮式装载机的行走机构为研究对象，研究工作具有代表性，通过研究行走机构，可以将研究结果向装载机其它部件、整机以及其它工程机械推广，对于实现仿真设计理论在工程机械中的应用具有一定意义。1 4 课题的任务与目的意义本文进行工程车辆行走机构计算机辅助参数化仿真设计研究，具体研究工作及其意6长安大学硕士学位论文义涉及以下内容：( 1 ) 结合工程车辆行走机构零部件的结构功能特点详细阐述工程车辆仿真设计理论、机械c a d 与基于v i s u a lc + + 6 0 的p r o e n g i n e e r 二次开发参数化设计理论，详细论述工程车辆行走机构的零件组成及其工作原理，为行走机构零件参数化设计建模、行走机构部件总成虚拟装配以及性能模拟奠定基础。( 2 ) 运用基于v i s u a lc + + 6 0 编程形成的与p r o e n g i n e e r 二次开发功能模块共享内存地址的动态链接库，通过直接函数调用来解决p r o e n g i n e e r 二次开发工具p r o t o o l k i t 与m f c 的接口问题。( 3 ) 运用基于v i s u a lc + + 6 0 的p r o e n g i n e e r 二次开发参数化设计理论进行行走机构零件参数化建模，形成行走机构零件参数化设计程序库。( 4 ) 利用p r o e n g i n e e r 的二次开发工具p r o t o o l k i t 及v i s u a lc + + 6 0 进行二次开发，设计出人机交互式的界面。( 5 ) 在p r o e n g i n e e r 环境下运用装配( a s s e m b l y ) 功能，实现工程车辆行走机构零部件的虚拟装配和运动仿真，来检验行走机构零部件及总成装配结构的合理性及相互的干涉性；亦可用于行走机构总成工作原理的演示。综上所述，本文综合运用工程机械仿真设计理论与基于v i s u a lc 卜+ 6 0 的p r o e n g i n e e r 二次开发功能的参数化设计理论，进行装载机行走机构计算机辅助参数化仿真设计研究，对于降低开发费用，提高探求机器设备新方案的设计与绘图速度具有积极意义，进一步为提高机器产品的设计水平与质量，实现产品的无纸自动化设计与数控机床自动制造奠定了基础。研究工作也对缩短机器产品开发周期，加快产品的更新换代，提高产品的使用质量、性能和可靠性水平，缩小与国外工程机械企业产品的差距，进一步全面提升工程机械企业及其产品在国内外市场的竞争能力等方面具有重要意义。7长安大学硕士学位论文第二章工程车辆计算机辅助参数化仿真设计理论2 1 工程车辆仿真设计理论2 1 1 仿真设计的概念仿真的基本含义是通过对极为复杂的现象系统高度精确的相似模拟( 物理模拟、数学模拟和综合模拟) 来获得与实际情况基本一致的结果【1 3 】。模拟仿真技术广泛地应用在机械设计、制造、分析与研究中。模拟技术是用另一种物理过程来描述、研究、分析、设计给定的对象，既可利用参量相似，又可利用数学模型相似；既可利用计算机分析，又可利用专用模拟装置加以研究。仿真技术是模拟技术的进一步发展【1 4 ，15 1 。常规设计方法主要是通过对设计规格相同或相近的机器总体参数的比较分析，来选择和确定机器的总体参数，并进一步进行机器参数的匹配验算，从而最终确定机器的总体参数。按照常规设计方法，在设计阶段对新机器的性能只能做出大致的预测。只有在样机试制后，通过实验才能测出机器的实际性能。这种设计方法周期较长、费用大、盲目性也较大f 1 4 ，1 5 1 。为了克服上述常规设计方法的缺点和局限，目前众多学者都在研究工程机械仿真设计理论方法。该方法可以在设计阶段根据现有机器的已知技术性能特点和相似系统的特征预测新设计机器的性能和效率。工程车辆是否具有优良品质、使用性能和可靠性水平取决于采用先进的设计理论方法产生的优化的零部件及机器整体的结构形状f 1 3 】。工程机械仿真设计理论方法是目前工程界广泛探讨研究的一种建立在相似与模拟理论基础上的快速计算机辅助设计方法。下面对仿真设计的基本思想方法和内容及其特点进行概述。2 1 2 仿真设计的基本思想、方法和内容建立在相似与模拟理论的基础上的仿真设计，主要适用于结构尺寸相似机器系统的研究【1 4 ，1 6 , 1 7 】，其基本思想、方法和内容是：以机器的技术经济效益综合评价指标为优化指标，在相似的使用条件下，从结构尺寸相似的现有机器产品系列中筛选出技术经济指标和效益最优的机器作为样机，或者从模型实验得出的优化模型出发，然后根据描述机器技术形态和工作过程的数学方程，运用相似理论推导出设计机器与样机( 或模型) 参数间的相似公式，利用计算机编程进行快速计算和处理，迅速将优化样机( 或模型) 参数换算到要设计的机器上，并根据所得新机器的主要参数和样机的结构与图形，绘制出9第二章工程车辆计算机辅助参数化仿真设计理论新设计机器的图纸【1 4 ，1 6 j 。即以图形和数字来仿真一个实际的机器系统。数字仿真采用能够准确反映机器系统和部件总成子系统的工作过程和结构性能形态的，建立在常规设计算法之上的各种优化设计方法和仿真算法，来获得满足设计要求的机器技术性能参数和几何参数，为机器总体的图形仿真提供数据。图形仿真采用能够逼真反映机器系统和部件总成子系统的结构性能形态的机械c a d 软件，来获得满足设计要求的机器零部件的技术性能和几何形态【1 3 】。也可以对优秀样机的结构性能进行原值仿制，来获得与原机器基本相同的结构与性能。2 1 3 仿真设计的特点工程机械仿真设计的主要特点是理论性强、速度快、通用性好、费用低，是研制工程车辆的新途径【1 3 1 4 】。它通过根据相似与模拟理论建立的从样机( 模型) 向要设计机器( 原型) 演变的参数关系式进行设计计算，克服了常规设计方法理论的繁复和难以形式化的不足，而且在设计阶段，可以按照相似系统的已知特性预测新机器的性能和技术经济水平。这对提高探索机器设备新方案的设计速度具有积极意义1 7 】。由上述论述可知，工程机械仿真设计既可以根据相似公式进行，也可以对优秀样机的结构性能进行原值仿制，来获得与原机器基本相同的结构和性能，这是本文进行工程机械行走机构仿真设计研究的理论基础。2 2p r o e n g i n e e r 与p r o e n g i n e e r 二次开发理论2 2 1p r o e n g i n e e r 的功能和特点目前机械c a d 的主流应用研究方向主要是通过几个优秀的、基于参数化和特征化设计的三维实体造型软件( 如p r o e n g i n e e r ，u n i g r a p h i e s 和s o l i dw o r k s 等) 强大的多项功能模块来实现的。以下结合课题研究任务简要阐述p r o e n g i n e e r 的功能和特点。p r o e n g i n e e r 三维实体建模设计系统是美国参数化技术公司( p a r a m e t r i ct e c h n o l o g yc o r p o r a t i o n ，简称p t c 公司) 的产品。p t c 公司提出的单一数据库、参数化、基于特征和完全关联的概念从根本上改变了机械c a d 的常规概念，这种全新的设计理念已经成为当今世界机械c a d 领域的新标准f l s 】。目前，p r o e n g i n e e r 作为一个全方位的3 d 产品开发软件被广泛应用于机械、电子、家电、塑料模具、工业设计、汽车、航海和航天等领域。它与常规c a d 系统仅具有绘1 0长安大学硕士学位论文图功能明显不同，提供了一整套机械产品解决方案，包括造型设计、机械零件设计、装配设计、二维工程图绘制、结构分析、运动仿真、逆向工程、模具设计、钣金设计、管路设计、n c 加工和产品数据管理等功能【1 9 1 ，甚至包括产品生命周期管理，它使产品设计效率大大提高，使产品在设计初期具有更多的灵活性，保证设计后可根据不同目的要求进行相应更改和计算 2 0 , 2 1 1 。p r o e n g i n e e r 的主要特性如下：( 1 ) 三维实体造型( 3 ds o l i dm o d e l i n g )将三维实体模型用于机械产品的c a d c a e c a m 过程，用户可以随时计算出产品的质量、体积、惯性矩等相关物理量、几何量，迅速了解产品结构，方便掌握产品信息，减少了人为计算时间【1 8 】。( 2 ) 完全相关性( f u l la s s o c i a t i v i t y )相关性是指所有的p r o e n g i n e e r 的功能都相互关联。用户在产品开发过程的任一环节进行的修改，都将被传送到整个设计中，同时自动的将模型装配、2 d 工程图、模型加工数据等工程文档进行更新。全相关性鼓励在开发周期的任一点进行修改却没有任何损失，并使并行工程成为可甜1 引。( 3 ) 基于特征的参数化建模( f e a t u r e b a s e dp a r a m e t r i cm o d e l i n g )目前，特征造型被公认为是几何造型的发展趋势。在p r o e n g i n e e r 系统中，实体模型都是由一些工程特征组合而成的。该系统的p r o f e a t u r e 模块，提供了拉伸、旋转、扫描、孔、槽、扭曲、圆角、倒角、抽壳、管道和变截面扫描等众多特征和特征构造方法，这些都为用户提供了设计复杂零件或实体模型的强有力工具。参数化设计就是将零件尺寸的设计用参数来描述，并在设计修改时通过修改参数的数值来更改零件的外形。这项参数化设计的功能不但改变了设计的概念，并且将设计的便捷性推进了一大步 1 8 , 2 2 】。( 4 ) 装配管理( a s s e m b l ym a n a g e m e n t )p r o e n g i n e e r 能够让用户使用贴合( m a t e ) 、插入( i n s e r t ) 、对齐( a l i g n ) 等直觉式指令，轻松装配零部件，保持设计意图，达到设计目的。而高级的功能则支持大型复杂装配体的创建与管理，并且零件数目不受限制2 0 , 2 2 】。( 5 ) 工程数据库重利用( e n g i n e e r i n gd a t er e u s e ，e d r )工程数据库重利用就是为了达到大幅度提高生产力、降低成本的目的，而以标准、公认的设计作为新产品设计的基础，它能够让用户快速开发整个产品系列。p r o e n g i n e e r的基本结构使e d r 易于实现【2 0 , 2 2 1 。第二章工程车辆计算机辅助参数化仿真设计理论( 6 ) 易用性( e a s eo f u s e )p r o e n g i n e e