基于UG的机构运动创新设计和仿真.doc

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1、第一章绪论1.1虚拟样机技术简介虚拟样机技术（VirtualPrototyping,VP）是一门综合多学科的技术。该技术以机械系统运动学，动力学和控制理论为核心，加上成熟的三维计算机图形技术和基于图形的用户界面技术，以及广泛应用网络技术、计算机技术、信息技术、集成技术等，将产品的设计开发和分析过程集成在一起，把虚拟技术与仿真方法相结合，为产品的研发提供了一个全新的设计方法，可以显著的提高设计质量、降低开发成本，极提高企业地创新能力、竞争能力和经济效益。虚拟样机技术是通过一个统一的实体数字化模型并与产品开发技术集成为三维的，动态的仿真过程。应用虚拟样机技术，可以产品的使设计者、使用

2、者和制造者在整个系统研制的早期，在虚拟环境中直观形象地对虚拟的产品原型进行设计优化、性能测试、制造仿真和使用仿真，这对启迪设计创新、提高设计质量、减少设计错误、加快产品开发周期有重要意义。虚拟样机技术在设计的初级阶段―――概念设计阶段就可以对产品进行完整的分析，可以观察并试验各组成部件的相互运动情况。使用仿真软件在各种虚拟环境中真实地模拟系统的运动，它可以在计算机上方便的修改设计缺陷，仿真实验不同的设计方案，对整个系统不断改进，直至获得最优设计方案。由于虚拟样机是一种计算机模型，它能够反映实际系统的特性，包括外观、空间关系以及运动学和动力学的特性，借助于这项技术，设计师可以在计算

3、机上建立产品的模型，伴之以三维可视化处理，模拟在真实环境下系统的运动和运动特性，并根据仿真结果精化和优化系统。1.2虚拟样机技术国外的现状综述虚拟样机技术是20世纪80年代随着计算机技术的发展而迅速发展起来的一种计算机辅助工程(CAE)技术。其研究和应用迅速得到许多研究机构及软件供应商的重视。随着近代科学技术的发展，工程设计的理论、方法和手段都发生了巨大变化。特别是近30年来，工程设计手段的先进与否、数字化程度的高低，在很大程度上决定了产品设计开发的周期、质量和成本。CAD技术是计算机应用于工程设计中最早和最成功的典，它将设计人员从枯燥的重复劳动中解放出来，为设计人员将更多的时间

4、和精力用于创造性的工作提供了条件。虚拟设计技术在工程设计过程中的应用，再次极改进了产品的设计手段，它可以帮助设计人员分析机械系统零部件的结构强度、刚度、热特性和动态特性，不但进一步推动了CAD技术在各行业的应用，而且解决了许多以前难以处理的工程问题。日前，国外虚拟样机相关技术的软件化过程已经完成，较有影响的有美国机械动力公司的ADAMS，德国航天局的SIMPACK,美国EDS公司的UG、I-Deas等等。美国VPI公司目前已经开发出了商业性的虚拟样机系统，在国防、航空、航大等领域得到广泛的应用。虚拟样机技术在一些较发达国家，如美国、德国、日本等己得到一泛的应用，应用领域从汽车制造

5、业、土程机械、航空航大业、造船业、机械电子土业、国防土业、通用机械到人机土程学、生物力学、医学以及土程齐询等很多方面。国虚拟样机技术的应用研究刚刚开始，一些大学和科研院所正在进行这一方面的土作，主要是对虚拟样机概念和结构的研究，对虚拟样机要求的相关技术如数据库技术、CAD/CAM技术、网络技术、分布交互仿真技术等己有一定的基础。如将虚拟样机技术应用十航空发动机、武器装备、机械系统等方面的研究。但整体上与国外相比还有很大差距，属于起步阶段。1.3课题研究的目的及意义传统机械设计总是先制定设计方案，然后再采用理论力学的方法计算其运动学或者动力学特性，而后再进行优化、强度分析及结构设计

6、等。这个过程单就运动学或者动力学特性分析而言，要经过大量的理论分析及计算。同传统的基于物理样机的设计开发方法相比，虚拟样机技术以全新的设计方逐步取代传统机械设计。1)全新的研发模式。传统的研发方法从设计到生产是一个串行过程，这种方法存在很多弊端。而虚拟样机技术真正地实现了系统级的产品优化，它基于并行工程(ConcurrentEngineering)，使产品在概念设计阶段就可以迅速地分析、比较多种设计方案，确定影响性能的敏感参数，并通过可视化技术设计一产品、预测产品在真实工况下的特征以及所具有的响应，直至获得最优工作性能。2)更低的研发成本、更短的研发周期、更高的产品质量。采用虚拟

7、样机设计方法有助于摆脱对物理样机的依赖。通过计算机技术建立产品的数字化模型(即虚拟样机)，可以完成无数次物理样机无法进行的虚拟试验(成本和时间条件不允许)，从而无需制造及试验物理样机就可获得最优方案，因此不但减少了物理样机的数量，而且缩短了研发周期、提高了产品质量。1.4本课题研究的要求和容根据《基于UG的机构运动创新设计与仿真》纲要，设计可完成规定的探宝机模型一台，可完成课题中所提出的任务和要求，并做出书面机械设计方案，完成探宝机模型机构的3D虚拟设计与关键机构的运动仿真。具体