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標(biāo)題: 小型甘蔗收割機(jī)臺(tái)架優(yōu)化設(shè)計(jì)以及仿真分析.pdf [打印本頁(yè)]

作者: 滾刀魚(yú) 時(shí)間: 2009-5-3 09:24
標(biāo)題: 小型甘蔗收割機(jī)臺(tái)架優(yōu)化設(shè)計(jì)以及仿真分析.pdf
小型甘蔗收割機(jī)臺(tái)架優(yōu)化設(shè)計(jì)以及仿真分析.pdf

作者: 偃武 時(shí)間: 2009-5-24 23:09
可惜,，沒(méi)有看到下載文件,。

作者: symin56 時(shí)間: 2009-8-25 13:58
沒(méi)內(nèi)容啊,。

作者: 御天羽化 時(shí)間: 2014-4-16 00:55
謝謝分享

作者: yzb510 時(shí)間: 2014-5-7 11:55
看不到下載文件呀，求分享,！

作者: liuwen830122 時(shí)間: 2014-5-13 16:56
履帶式小型甘蔗收割機(jī)底盤(pán)和鋼架設(shè)計(jì)與分析
姓名:徐錫晨
履帶式小型甘蔗收割機(jī)底盤(pán)及鋼架的設(shè)計(jì)與分析摘要小型甘蔗收割機(jī)對(duì)加快我國(guó)西南各省甘蔗種植的機(jī)械化,，減輕農(nóng) 民在收割收割環(huán)節(jié)的開(kāi)支，增強(qiáng)我國(guó)制糖業(yè)國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力具有極其重要的意義,。本文基于國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目“基于知識(shí)的甘蔗收獲機(jī)械智能設(shè)計(jì)系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究”的建造模型及其仿真的基礎(chǔ)部分,，主要運(yùn)用虛擬設(shè)計(jì)及虛擬仿真技術(shù)，通過(guò)對(duì)虛擬甘蔗收割機(jī)模型進(jìn)行計(jì)算和設(shè)計(jì),，搭建虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái),，為將來(lái)的物理樣機(jī)建造提供指導(dǎo)性建議。其中具體包括以下工作: (1)分析國(guó)內(nèi)外甘蔗收割機(jī)研發(fā)和使用的現(xiàn)狀,，根據(jù)我國(guó)西南地區(qū)的地形,、地貌,，借鑒成功的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)國(guó)外機(jī)械在我國(guó)的“水土不服”和國(guó)內(nèi)機(jī)械在技術(shù)方面的不足,，設(shè)計(jì)了適合我國(guó)丘陵地帶的小型甘蔗收割機(jī),。應(yīng)用虛擬設(shè)計(jì)技術(shù)，通過(guò)虛擬仿真以驗(yàn)證設(shè)計(jì)方案的正確與否,，對(duì)物理樣機(jī)起到指導(dǎo)性作用,。 (2)應(yīng)用履帶式小型機(jī)械的設(shè)計(jì)方法，根據(jù)廣西甘蔗種植的實(shí)際情況,，設(shè)計(jì)和計(jì)算了履帶式底盤(pán)的主要參數(shù),。并根據(jù)計(jì)算得出的主要參數(shù)，選擇了適合本機(jī)的履帶行走裝置,。在此基礎(chǔ)上,，計(jì)算了小型甘蔗收割機(jī)的兩種不同布置方案的重心位置、傾翻角,，并給出指導(dǎo)性建議,。 (3)在ADAMS模型中，使用宏命令完成了對(duì)象履帶中數(shù)量龐大的碰撞力,、約束等的添加,。并在此基礎(chǔ)上，設(shè)定甘蔗收割機(jī)的實(shí)際運(yùn) 行參數(shù),，對(duì)平穩(wěn)地面,， 20度斜坡和原地轉(zhuǎn)彎四種情況進(jìn)行了仿真計(jì) 算，并對(duì)驅(qū)動(dòng)輪扭矩,、受力,，支重輪受力,，導(dǎo)向輪受力以及張緊彈簧受力進(jìn)行了測(cè)量,，并給出指導(dǎo)性數(shù)據(jù)。 (4)利用ANSYS模型,，進(jìn)行靜力學(xué)仿真,，通過(guò)現(xiàn)實(shí)情況下的整機(jī)鋼架的受力分析，對(duì)鋼架的變形以及受力進(jìn)行計(jì)算,，并在基礎(chǔ)上選擇整機(jī)鋼架的材料,。總之，本文結(jié)合甘蔗物理特性對(duì)甘蔗收獲機(jī)整機(jī)的運(yùn)動(dòng)學(xué),、動(dòng)力學(xué)仿真進(jìn)行了較為深入的研究,，并實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了部分仿真結(jié)果，得出了對(duì)今后進(jìn)行物理樣機(jī)研制和產(chǎn)品系列化開(kāi)發(fā)有價(jià)值的結(jié)構(gòu),、參數(shù)和分析方法,。關(guān)鍵詞:履帶底盤(pán);動(dòng)力仿真分析: 履帶式小蠡已甘-}收毫-豐『U董盤(pán)A鋼萊的設(shè)爿.j盼析 §1.1課題的提出第一章緒論 §1.1.1課題的來(lái)源‘1】本課題來(lái)源于廣西科技廳攻關(guān)項(xiàng)目“虛擬樣機(jī)技術(shù)的甘蔗收獲機(jī)及其動(dòng)力技術(shù)研發(fā)”和國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(編號(hào)50365001)--“基于知識(shí)的甘蔗收獲機(jī)械智能設(shè)計(jì)系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)的研究”,，該項(xiàng)目研究擬對(duì)甘蔗收獲機(jī)械整機(jī)及其部件的運(yùn)動(dòng)、動(dòng)靜力特性進(jìn)行模擬仿真和動(dòng)力方面的匹配,。 §1.1.2課題研究的目地及意義剛3114】甘蔗是我國(guó)南方地區(qū)的主要經(jīng)濟(jì)作物之一,，隨著人們生活水平的提高，糖的需求量越來(lái)越大,，與此同時(shí),，甘蔗種植面積也不斷增加。蔗糖生產(chǎn)是我國(guó)主要產(chǎn) 業(yè)之一,，在2002年,，全國(guó)甘蔗種植面積128.2萬(wàn)hm2，其中,，廣西作為我國(guó)甘蔗的主要產(chǎn)區(qū),，蔗糖生產(chǎn)已成為廣西的支柱產(chǎn)業(yè)，甘蔗種植面積45~50萬(wàn)hm2,，占全國(guó)甘蔗種植面積的42.9%,，為全國(guó)甘蔗種植第一大省區(qū)。在2001~2002年榨季,，我國(guó)蔗糖產(chǎn)量達(dá)747萬(wàn)噸,，廣西年產(chǎn)糖量450萬(wàn)噸左右，占全國(guó)總產(chǎn)糖量的 50%以上,，相當(dāng)于世界產(chǎn)糖大國(guó)古巴的產(chǎn)量,。但是，廣西甘蔗種植機(jī)械化程度遠(yuǎn) 遠(yuǎn)落后于糖業(yè)發(fā)展的需要,。廣西地處祖國(guó)的南疆,，山多，丘陵多,，其中甘蔗種植地很大一部分是丘陵地帶,。而丘陵地帶的一個(gè)主要特點(diǎn)就是沙石多，地勢(shì)起伏不平,，有坡度,，交通也不便利，甘蔗種植也大多是小塊種植,。同時(shí),，加入WTO后，相對(duì)于澳大利亞,、美國(guó),、巴西等機(jī)械化程度高、效率高、成本低的產(chǎn)糖國(guó),，我國(guó) 蔗糖業(yè)面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn),，由于我國(guó)甘蔗生產(chǎn)機(jī)械化程度較低，制約了良種良法,、深耕深松等先進(jìn)農(nóng)業(yè)技術(shù)的應(yīng)用,，勞動(dòng)效率低、生產(chǎn)成本高,，己成為我國(guó)蔗糖業(yè) 與國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)的障礙,。 §1.2甘蔗收割機(jī)研發(fā)的歷史及現(xiàn)狀 §1.2.1國(guó)外甘蔗收割機(jī)研發(fā)的歷史及現(xiàn)狀Ⅲ6】【7】【8】 (1)國(guó)外甘蔗收獲機(jī)械的初級(jí)階段履帶式小型甘蘑收材審U董盤(pán)反鋼架的蕾時(shí)卜與分析國(guó)外的甘蔗收割機(jī)研究始于19世紀(jì)80年代。1888年,，T.A.Silverwood提出一種“實(shí)用的收割甘蔗工具”模型,。1890年，JohnRowland設(shè)計(jì)并制造了世界上第一臺(tái)甘蔗收割機(jī),，并為之申請(qǐng)了專(zhuān)利,。該機(jī)器長(zhǎng)27m，由蒸汽機(jī)驅(qū)動(dòng),，割收系統(tǒng)很特殊:由一個(gè)長(zhǎng)割刀安裝在機(jī)器前部的擺臂上,，擺臂擺動(dòng)，帶動(dòng)割刀完成甘蔗的收獲動(dòng)作,。1894年,，工程師JamesPeel制造了一臺(tái)收割機(jī)，其收割機(jī)構(gòu) 由兩個(gè)直徑為1.Sin輪子驅(qū)動(dòng),，收割器的典型特征是由兩片鋸齒轉(zhuǎn)盤(pán)構(gòu)成,。1901 年，SorenTaldt設(shè)計(jì)的由一匹馬拉動(dòng)的收割機(jī),，利用齒條傳動(dòng),，將割下的蔗稈輸送到后面的拖車(chē)上，這種物料輸送動(dòng)作為蔗稈的割后處理提供了一種原始功能模型,。同年,，JamesEdwards申請(qǐng)的專(zhuān)利是一個(gè)大彈簧驅(qū)動(dòng)的收割機(jī)，該機(jī)由一個(gè) 大五齒轉(zhuǎn)輪帶動(dòng)彈簧,，將動(dòng)力傳給收割機(jī)前部的梳狀割刀,。 (2)拖拉機(jī)的出現(xiàn)推動(dòng)了甘蔗收獲技術(shù)的發(fā)展低設(shè)備成本為主導(dǎo)思想,，使收割機(jī)結(jié)構(gòu)更加緊湊,。由Bristane設(shè)計(jì)，KilnerPty 有限公司生產(chǎn)的收割機(jī),，其主體結(jié)構(gòu)是水平置于地面的割刀和相應(yīng)的支撐架,。收割時(shí)，前部導(dǎo)向桿將甘蔗向一側(cè)推倒,，割刀將其割下,，側(cè)置的推桿將蔗稈推成堆,。收割器安裝方便，可以隨時(shí)從拖拉機(jī)上卸下,。但田間作業(yè)時(shí),，該收割機(jī)要求非常整齊，在倒伏地中無(wú)法正常工作;另外甘蔗堆中會(huì)混有許多雜物,，如土塊,、石頭等。與之相比,，F(xiàn)airymead型收割機(jī)盡管在外形上看上去有些雜亂,，它卻有較好地工作性能。它采用雙轉(zhuǎn)盤(pán)割刀,，用齒鏈,、鋼板進(jìn)行蔗稈的導(dǎo)向傳輸。在1941~ 1986年間,，F(xiàn)airymead是較成功的整桿式收割機(jī),，其生產(chǎn)率是200~400噸/天。 (3)割后處理技術(shù)的研究二十世紀(jì)50年代以后,，人們更注重割后處理技術(shù)的研究,。這時(shí)的主流收割方式是整桿式收獲，同時(shí)在去稍除葉,、輸送蔗稈方面有了很大的發(fā)展,。1950年， W.Rasmussen設(shè)計(jì)的收割機(jī)引起了轟動(dòng),。該機(jī)設(shè)有切除嫩梢的旋轉(zhuǎn)切刀,，由水平放置的木支架支撐。收獲時(shí),，切刀先將直立狀態(tài)的甘蔗頭部嫩梢切除,，然后將甘蔗割下并整齊地?cái)[放在地面。該收獲機(jī)在一個(gè)收獲季節(jié)可以收割12000t,。二十世紀(jì)70年代,，Massey Ferguson一甘蔗青稈收獲(Green Cane Harvester)的先驅(qū)，為蔗糖工業(yè)帶來(lái)了普遍接受的,、多樣化的割后處理技術(shù),。 MasseyFerguson復(fù)活了30年代出現(xiàn)的切段式收獲技術(shù)，并將此技術(shù)變成現(xiàn)代收割機(jī)具備的關(guān)鍵功能之一,。KenGaunt從這一技術(shù)中得出結(jié)論:“收獲倒伏或纏繞廣西大掣嘎●士掣啦崔.文履帶式d嘎甘囊}坩潮胡_|l盤(pán)a鋼弈}的設(shè)科.jE鏟析的蔗稈唯一辦法就是將蔗稈切成段,，并將重的蔗段從雜葉中分離出來(lái)”。 (4)現(xiàn)代收割技術(shù) 二十世紀(jì)80~90年代，西方甘蔗收獲技術(shù)獲得了更大的發(fā)展,。技術(shù)主流是連續(xù)的切斷式收獲,。可用于焚燒的(Burning CaneHarvester)或青稈甘蔗收獲,。隨著配備功率的增大,，機(jī)械的工作效率得到了很大的提高。現(xiàn)在,，~臺(tái) Austofl7000或7700的生產(chǎn)率為2~3.5t/min,，在提升機(jī)前端與末端設(shè)置兩臺(tái)風(fēng)機(jī) (功率都在25.74KW以上)，使得分離效果越來(lái)越好,。 §1.2.2國(guó)內(nèi)甘蔗收割機(jī)研發(fā)的歷史及現(xiàn)狀Ⅲo】【111 國(guó)內(nèi)甘蔗收獲機(jī)的發(fā)展較為緩慢,，基本上是從20世紀(jì)70年代才開(kāi)始進(jìn)行甘蔗的自動(dòng)化收獲。其中比較成熟的機(jī)型有以下幾種: (1)4GZ.35型側(cè)掛式甘蔗整桿收獲機(jī) 該機(jī)由廣東農(nóng)機(jī)所研制,，半懸掛于拖拉機(jī)的右側(cè),，外端支撐在一個(gè)側(cè)輪上。配套動(dòng)力為豐收.35或紅衛(wèi).40等中型輪式拖拉機(jī),。屬剝?nèi)~式整桿收獲機(jī)型,，能一次完成扶蔗、切割,、喂送,、剝?nèi)~、分離清理等工序,。但該機(jī)適應(yīng)性較差,，只能適應(yīng)于1.2~1.4m行距、蔗莖彎曲倒伏不嚴(yán)重,、田間雜草較少地旱地,、面積較大的蔗地，且機(jī)器靈活性不好,。 (2)4GZ.12小型甘蔗收割機(jī) 該機(jī)由福建農(nóng)學(xué)院與仙游縣農(nóng)機(jī)廠研制,，是一種新型的立式割臺(tái)整桿鋪放式收割機(jī)，配用東風(fēng).12型手扶拖拉機(jī)的動(dòng)力和底盤(pán),，采用輕型金屬履帶行走裝置,。由于專(zhuān)用底盤(pán)為全懸掛式，故操作靈活,，轉(zhuǎn)彎半徑小,，且配備了撥指鏈?zhǔn)椒龅蛊鳎?可收獲倒伏不太嚴(yán)重的甘蔗，對(duì)交叉倒伏,、倒伏嚴(yán)重的甘蔗仍不能收獲,，且功率不足,。 (3)隴農(nóng)一號(hào)甘蔗收獲機(jī) 該機(jī)由云南農(nóng)墾國(guó)營(yíng)隴川農(nóng)場(chǎng)研制,，屬剝?nèi)~式整桿收獲機(jī)型,，半懸掛于拖拉機(jī)右側(cè),。可一次完成打頂、切割,、剝?nèi)~、清凈,、集堆等工序,。但該機(jī)生產(chǎn)率偏低，同時(shí)亦不能收獲嚴(yán)重倒伏的甘蔗,。 (4)4GZ一100型甘蔗收獲機(jī) 該機(jī)由湛江農(nóng)機(jī)所研制,，亦屬于剝?nèi)~式整桿收獲機(jī)型�,？膳c國(guó)內(nèi)外多種輪式拖拉機(jī)配套作業(yè),，完成切稍、扶倒,、切割,、剝?nèi)~、清凈,、集堆等工序,。同樣，該廣薯r^眉¨蠹士學(xué)位論衰疆靠・式小型甘囊}Ilt斟審U蕾■o反鋼架的設(shè)孛Iu稻礦析機(jī)在蔗株縱橫交錯(cuò)且倒伏較嚴(yán)重的情況下工作時(shí)存在漏扶,、漏割現(xiàn)象嚴(yán)重,。由此可見(jiàn)，我國(guó)目前白行研制的甘蔗聯(lián)合收割機(jī)在蔗株大小均勻,，倒伏不嚴(yán) 重的情況下,，基本上能正常的工作。但在倒伏嚴(yán)重,、雜草從生的惡劣條件下,，則不能正常工作。在我國(guó)南方以及東南亞大部份國(guó)家等甘蔗種植主要地區(qū)受臺(tái)風(fēng),、季風(fēng)影響,，甘蔗倒伏現(xiàn)象較為嚴(yán)重，甘蔗生長(zhǎng)較為雜亂,，以上機(jī)型的應(yīng)用和推廣有一定的限制性,。 §1.3計(jì)算機(jī)仿真在制造業(yè)的應(yīng)用與發(fā)展 §13.1系統(tǒng)仿真類(lèi)型介紹 “仿真”一詞來(lái)自英語(yǔ)單詞“simulation＇’，有時(shí)候也譯作“模擬”,，是模仿真實(shí)世界的意思,。在工程技術(shù)領(lǐng)域,，系統(tǒng)仿真是通過(guò)對(duì)系統(tǒng)模擬實(shí)驗(yàn)，去研究一個(gè)存在或者設(shè) 計(jì)中的系統(tǒng),，表1.1所列是系統(tǒng)仿真的仿真類(lèi)型,、模型類(lèi)型、計(jì)算類(lèi)型和經(jīng)濟(jì)性,。表1-1系統(tǒng)仿真分類(lèi)表仿真類(lèi)型模型類(lèi)型計(jì)算機(jī)類(lèi)型經(jīng)濟(jì)性物理仿真物理模型模擬計(jì)算機(jī) 費(fèi)用很高 (模擬仿真) 半物理仿真物理一數(shù) 混合計(jì)算機(jī) 費(fèi)用中等 (混合仿真) 學(xué)模型計(jì)算機(jī)仿真數(shù)學(xué)模型數(shù)字計(jì)算機(jī) 費(fèi)用不高 (數(shù)字仿真) 由表1-1可見(jiàn),，計(jì)算機(jī)仿真已成為系統(tǒng)仿真的一個(gè)重要分支，系統(tǒng)仿真很大程度上指的就是計(jì)算機(jī)仿真,。計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的發(fā)展與控制工程,、系統(tǒng)工程及計(jì) 算機(jī)工程的發(fā)展有著密切的聯(lián)系。一方面,，控制工程,、系統(tǒng)工程的發(fā)展，促進(jìn)了仿真技術(shù)的廣泛應(yīng)用;另一方面,，計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)以及計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,，又為仿真技術(shù)的發(fā)展提供了強(qiáng)大的支撐。計(jì)算機(jī)仿真一直作為一種必不可少的工具,，在減少損失,、節(jié)約經(jīng)費(fèi)開(kāi)支、縮短開(kāi)發(fā)周期,、提高產(chǎn)品質(zhì)量等方面發(fā)揮著重要的作用,。 f-冒r，叫煳士掣啦論文履帶式小型咱.蘑收科事u蕾盤(pán)a鋼榮的設(shè)爿-J可分析 §13.2計(jì)算機(jī)仿真在制造業(yè)的應(yīng)用和發(fā)展現(xiàn)狀【12】制造業(yè)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中一般都占有最大的比重,，自70年代以來(lái),，全球性的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日益激烈，產(chǎn)品消費(fèi)結(jié)構(gòu)不斷向多元化,、個(gè)性化方向發(fā)展,，產(chǎn)品的更新期和交貨期都在縮短，一些自動(dòng)化技術(shù)如CAD,、CAM,、CAPP、NC,、FMS,、MRPII 及CIMS都得到快速發(fā)展。系統(tǒng)仿真作為一種重要手段,，通�,？梢詽B透到它們當(dāng) 中去，并幫助它們實(shí)現(xiàn)集成,，從而促進(jìn)了一些先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展,。在50年代,，最引入注目的仿真領(lǐng)域是火炮控制和飛行控制系統(tǒng);60年代，是火箭和導(dǎo)彈控制系統(tǒng);70年代是航天,、核能和經(jīng)濟(jì)管理系統(tǒng);到80年代,，最引人注目的仿真領(lǐng)域就逐步轉(zhuǎn)向了制造系統(tǒng)，并且呈現(xiàn)出一種生機(jī)勃勃的局面,。從本質(zhì)上講,，仿真技術(shù)就是建立仿真模型和對(duì)模型實(shí)驗(yàn)的一種技術(shù),。計(jì)算機(jī) 仿真過(guò)程的實(shí)現(xiàn)一般都可由計(jì)算機(jī)高級(jí)語(yǔ)言,、仿真語(yǔ)言和仿真軟件來(lái)完成(如圖1 所示)。典型的仿真軟件有仿真環(huán)境,、仿真語(yǔ)言和程序包3種形式,，其功能覆蓋是不完全相同的。從下到上,，大體反映了仿真軟件的發(fā)展過(guò)程,。到80年代中后期，開(kāi)始出現(xiàn)了一體化仿真環(huán)境�,，F(xiàn)在,，面向制造系統(tǒng)的仿真出現(xiàn)了一體化支撐軟件，實(shí)現(xiàn)了仿真建模,、仿真運(yùn)行,、輸出分析的集成環(huán)境，仿真監(jiān)控運(yùn)用了并發(fā) 執(zhí)行機(jī)制,，在數(shù)據(jù)庫(kù)管理的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了模型數(shù)據(jù),、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、仿真結(jié)果的統(tǒng)一管理,，人工智能技術(shù)也應(yīng)用在仿真建模,、仿真運(yùn)行和仿真結(jié)果的分析中。此外,，廣義制造系統(tǒng)仿真器的出現(xiàn),，實(shí)現(xiàn)了對(duì)某類(lèi)制造系統(tǒng)的非語(yǔ)言建模、模型數(shù)據(jù)驅(qū) 動(dòng)等功能,。這類(lèi)典型的一體化仿真軟件有TESS,，IBIS;廣義仿真器有 AUTOMODII，F(xiàn)ATOR,，GEMS,，WITNESS等。圖1-1典型仿真軟件的功能覆蓋 Figl-1.adaitinal simulationsoftware’sfuction 屬朔-式小型甘,，}收制審U蕾j‘覆鋼架的尉∽h與分析 §133計(jì)算機(jī)仿真的研究熱點(diǎn)及對(duì)制造業(yè)的影響113】l“l(fā) 80年代以來(lái),，系統(tǒng)仿真不斷地朝著縱,、橫方向發(fā)展，在制造業(yè)方面,，一個(gè) 比較明顯的進(jìn)展就是“虛擬制造”,。根據(jù)虛擬制造的概念，整個(gè)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和制造首先在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行,，這樣可以發(fā)現(xiàn)并解決該產(chǎn)品在制造之前可能出現(xiàn)的各種問(wèn)題,。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)(vR--_VjmlalReal塒)亦稱(chēng)虛擬環(huán)境技術(shù)、靈境技術(shù),，是一種最有效地模仿人在自然環(huán)境中的視,、聽(tīng)、動(dòng)等行為的高級(jí)人機(jī)交互技術(shù),。它是在綜合計(jì)算機(jī)圖形學(xué),、計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)、傳感技術(shù)等多門(mén)科學(xué)技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的,。它有兩個(gè)基本特征,，即“靈境感(Immersive)”和“交互感 (Interactive)”。通過(guò)這兩個(gè)基本特征,，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)能描述事物內(nèi)部及其相互間真實(shí)的作用和交互,，使用戶(hù)仿佛置身于一個(gè)虛擬的世界中，從而拉近了用戶(hù)與環(huán)境之間的距離,，改變了人機(jī)交流方式,。利用VR技術(shù)的這些特性，可以對(duì)產(chǎn)品的各個(gè)階段提供支持,，例如在虛擬環(huán)境下設(shè)計(jì)產(chǎn)品及其生產(chǎn)流水線,，測(cè)試和裝配產(chǎn)品的零部件，客戶(hù)可以驗(yàn)證產(chǎn)品是否符合要求等,�,！�81 近年來(lái)，計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在制造業(yè)應(yīng)用的另一個(gè)研究熱點(diǎn)--虛擬產(chǎn)品開(kāi)發(fā) 也是引人注目的,。虛擬產(chǎn)品開(kāi)發(fā)(VP口-_ⅥrtualProductDevelopment)首先源于并行工程(CE---Concu仃emEngineer)思想,。這種思想將現(xiàn)代先進(jìn)的組織形式跟現(xiàn)代的哲學(xué)、文化混合為一體,，是對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)及其相關(guān)過(guò)程(制造過(guò)程,、使用過(guò) 程和支持過(guò)程)進(jìn)行并行的、一體化設(shè)計(jì)的一種系統(tǒng)化工作模式,。CE能在產(chǎn)品開(kāi) 發(fā)一開(kāi)始就考慮到投資,、生產(chǎn)制造、裝配,、銷(xiāo)售和維護(hù)以及報(bào)廢等產(chǎn)品的整個(gè)生命周期的所有因素,，這對(duì)解決產(chǎn)品設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)的矛盾是非常有益的,。VPD就是在CE方法論的指導(dǎo)下，把CAD,、CS和大規(guī)模產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)綜合起來(lái),，形成一個(gè)虛擬產(chǎn)品開(kāi)發(fā)環(huán)境，使產(chǎn)品開(kāi)發(fā)人員能夠在這種環(huán)境下策劃產(chǎn)品,、設(shè)計(jì)產(chǎn) 品,、預(yù)測(cè)產(chǎn)品在真實(shí)環(huán)境下的性能、特征以及真實(shí)工況下所具有的響應(yīng),，從而減少反復(fù)和變更的次數(shù),，減少甚至取消制作物理原型樣機(jī)，如此就能很好地檢驗(yàn)設(shè) 計(jì),、指導(dǎo)和優(yōu)化設(shè)計(jì),，有效地縮短產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)周期和大量地節(jié)省開(kāi)發(fā)費(fèi)用,。VPD 仿真技術(shù)是仿真技術(shù)發(fā)展的又~重要領(lǐng)域,，它能深入到各種復(fù)雜產(chǎn)品的制造中，能夠產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益,。現(xiàn)在,，仿真技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)從單一的系統(tǒng)走向開(kāi)放復(fù)雜的大系統(tǒng)。當(dāng)仿真對(duì) 6 廣西大掣啊曩士孽啦鼬曙乞 J11.帶式4,、懟憎.蔗收-垮書(shū)UE盤(pán)及鋼架的設(shè)糾■可分析象分布于廣闊的時(shí)空領(lǐng)域,，仿真任務(wù)要求將不同地理位置、不同類(lèi)型(包括人在內(nèi))的仿真對(duì)象構(gòu)成一個(gè)統(tǒng)一整體進(jìn)行仿真時(shí),，產(chǎn)生了分布交互化仿真 (DlS--Di嘶ctedInteractiveSimulation),。這種仿真系統(tǒng)里包含有不同類(lèi)型的實(shí) 體一虛體、真實(shí)實(shí)體和構(gòu)造實(shí)體,，這些實(shí)體可以基于不同目的系統(tǒng),、不同年代的技術(shù)、不同廠商的產(chǎn)品和不同產(chǎn)品組成,，并允許它們交互操作,。DIS實(shí)現(xiàn)用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)將不同地點(diǎn)的仿真設(shè)備連接起來(lái)，通過(guò)實(shí)體間的數(shù)據(jù)交換構(gòu)成時(shí)空到合成仿真環(huán)境的一種先進(jìn)仿真技術(shù),。在這種復(fù)雜的分布綜合的系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)仿真時(shí),，必須提供快速、高效,、大量的信息通道和相應(yīng)的處理,。美國(guó)是最早研究這種技術(shù) 并投入使用的國(guó)家，已經(jīng)完成了多項(xiàng)基于虛擬仿真的DIS工程項(xiàng)目,，相關(guān)的協(xié) 議與標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)完成或正在完成,。在制造行業(yè),，已經(jīng)產(chǎn)生了類(lèi)似于DIS的虛擬研究開(kāi)發(fā)中心或虛擬企業(yè)。香港生產(chǎn)力促進(jìn)局和香港城市大學(xué)共建的快速科技中心就是~個(gè)虛擬研究開(kāi)發(fā)中心,。此外,，為了適應(yīng)快速變化的世界市場(chǎng)，克服單個(gè)企業(yè)難以在短期內(nèi)具備所需資源的局限性,，出現(xiàn)了在一定時(shí)限內(nèi),，為了某一市場(chǎng)機(jī)遇，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)臨時(shí)聯(lián)結(jié)的一種動(dòng)態(tài)聯(lián)盟--虛擬企業(yè),。 §1.4本文主要研究?jī)?nèi)容本文利用虛擬樣機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)的成功的軟件,，例如三維建模軟件Pro/E，虛擬仿真軟件ADAMS,，并利用其接口Pro/Mechanical,，實(shí)現(xiàn)了對(duì)適應(yīng)廣西地形、地貌的小型甘蔗收割機(jī)的虛擬設(shè)計(jì)和仿真,，并對(duì)虛擬樣機(jī)技術(shù),，虛擬技術(shù)的實(shí)現(xiàn)手段，虛擬樣機(jī)技術(shù)的發(fā)展前景,，以及虛擬樣機(jī)技術(shù)的應(yīng)用中遇到的一些問(wèn)題,，做了詳細(xì)的介紹。通過(guò)該論文,，對(duì)小型甘蔗收割機(jī)的底盤(pán)的虛擬設(shè)計(jì),，靜力學(xué)、動(dòng) 力學(xué)方面的仿真,，提出了一些設(shè)計(jì)理念,，設(shè)計(jì)思想，并通過(guò)仿真發(fā)現(xiàn)了一些常規(guī) 設(shè)計(jì)無(wú)法預(yù)料到的問(wèn)題,。 7 廣西大掣u囑士尊啦論文履帶式小型甘囊}收剖和Ut|la鋼架的設(shè)計(jì)與分析第二章虛擬樣機(jī)技術(shù)的概念和實(shí)現(xiàn)手段 §2.1虛擬樣機(jī)技術(shù)概論 §2.1.1虛擬樣機(jī)技術(shù)產(chǎn)生背景【15l 隨著21世紀(jì)世界經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展,，全球性的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日益激烈。產(chǎn)品消耗結(jié)構(gòu)不斷向多元化,、個(gè)性化方向發(fā)展,。面對(duì)無(wú)法預(yù)測(cè)、持續(xù)發(fā)展的市場(chǎng) 需求,，企業(yè)為了提高競(jìng)爭(zhēng)力,，必須盡快改變品種，更新設(shè)計(jì),，縮短新產(chǎn)品的研發(fā) 周期,，提高產(chǎn)品的設(shè)計(jì)質(zhì)量，降低產(chǎn)品的研發(fā)成本，進(jìn)行創(chuàng)新性設(shè)計(jì),，這樣才能對(duì)快速多變的市場(chǎng)需求做出敏捷響應(yīng),，從而在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中獲得相當(dāng)?shù)氖袌?chǎng)份額和利潤(rùn)。虛擬樣機(jī)技術(shù)(VirtualPrototyping)就是在這種迫切需要的驅(qū)動(dòng)下產(chǎn)生的,。虛擬樣機(jī)技術(shù)是一項(xiàng)跨學(xué)科,、綜合性的技術(shù)，它的核心是機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)學(xué),、多體動(dòng)力學(xué)和控制理論,，再加上成熟的三維計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)和基于圖形的用戶(hù)界面技術(shù)，從系統(tǒng)的角度去思考問(wèn)題,，將分散的零部件設(shè)計(jì)和分析技術(shù)(如有限元分析技術(shù),、CAD技術(shù))整和在一起，為產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)與研制,，提供了一條全新的思路,。圍繞產(chǎn)品從概念設(shè)計(jì)到定型生產(chǎn)的整個(gè)研發(fā)周期，再?gòu)脑O(shè)計(jì)師,、決策層,、制造商、銷(xiāo)售商到用戶(hù)群等全方位地觀察和研究產(chǎn)品,，虛擬樣機(jī)技術(shù)顯示了其強(qiáng)大的優(yōu)勢(shì)和發(fā)展?jié)摿�,。面向二十一世紀(jì)，虛擬樣機(jī)技術(shù)勢(shì)必成為將來(lái)產(chǎn)品研發(fā)的主流,，特別是對(duì)成本高、系統(tǒng)復(fù)雜,、不可能制造多臺(tái)物理樣機(jī)行業(yè)的應(yīng)用前景看好,，如大型工程機(jī)械、航空航天,、深海采礦等,。作為一種先進(jìn)的設(shè)計(jì)方法，虛擬樣機(jī) 技術(shù)有助于企業(yè)作出前瞻性的決策,，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品總體優(yōu)化目標(biāo),，進(jìn)而贏得用戶(hù)和市場(chǎng)。新產(chǎn)品的研發(fā)涉及諸如機(jī)械運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué),、人機(jī)工程學(xué),、美學(xué)等多個(gè)相關(guān) 的學(xué)科，而傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法又無(wú)法使各學(xué)科理論的實(shí)現(xiàn)達(dá)到最優(yōu),。一種新設(shè)備的研發(fā),，按照傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)模式通常要經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)、樣機(jī)試制、工業(yè)性試驗(yàn),、改進(jìn)定型和批量生產(chǎn)幾個(gè)步驟,。由于這種基于物理樣機(jī)的設(shè)計(jì)研發(fā)模式的致命缺陷(成本高、周期長(zhǎng)),，往往使物理樣機(jī)的反復(fù)性試驗(yàn)不夠充分,，加上設(shè)計(jì)人員通常不愿為修改局部而給整機(jī)帶來(lái)不可欲知的結(jié)果，這就使我國(guó)的機(jī)械產(chǎn)品造型,、結(jié)構(gòu)和 .It帶式d嚕0甘-鼻峭叫甘審U董|■瑚架的設(shè)計(jì)毒r分析功能?chē)?yán)重老化,，從而在市場(chǎng)上缺乏競(jìng)爭(zhēng)能力。這種基于樣機(jī)制造,、試驗(yàn)的設(shè)計(jì)方法增加了新產(chǎn)品的研發(fā)周期和成本,，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，這種人力,、物力,、財(cái)務(wù)的浪費(fèi)越嚴(yán)重，從而嚴(yán)重地制約了產(chǎn)品質(zhì)量的提高,。虛擬樣機(jī)技術(shù)的出現(xiàn)和逐漸成熟為解決這些問(wèn)題提供了強(qiáng)有力的工具和手段,。 §2.1.2虛擬樣機(jī)技術(shù)的定義虛擬樣機(jī)技術(shù)的研究正處于探索中，目前在國(guó)內(nèi)尚沒(méi)有一個(gè)統(tǒng)一的定義,，現(xiàn) 將幾種比較有代表性的論述歸納如下:①虛擬樣機(jī)技術(shù)就是在建筑第一臺(tái)物理樣機(jī)之前,，設(shè)計(jì)師利用計(jì)算機(jī)技術(shù)建立機(jī)械系統(tǒng)的數(shù)字化模型，進(jìn)行仿真分析并以圖形方式顯示該系統(tǒng)在真實(shí)工程條件下的各種特性,，從而修改并得到最優(yōu)設(shè)計(jì)方案的技術(shù);②虛擬樣機(jī)是一種計(jì)算機(jī)模型,，它能夠反映實(shí)際產(chǎn)品的特性，包括外觀,、空間關(guān)系以及運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)的特性,。借助于這項(xiàng)技術(shù)，設(shè)計(jì)師可以在計(jì)算機(jī)上建立機(jī)械系統(tǒng)的模型,，伴之以三維可視化處理,，模擬在真實(shí)環(huán)境下系統(tǒng)的運(yùn) 動(dòng)和動(dòng)力特性并根據(jù)仿真結(jié)構(gòu)精簡(jiǎn)和優(yōu)化系統(tǒng);③虛擬樣機(jī)技術(shù)利用虛擬環(huán)境在可視化方面的優(yōu)勢(shì)以及可交互式探索虛擬物體的功能，對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行幾何,、功能,、制造等許多方面交互的建模與分析。它在CAD模型的基礎(chǔ)上,，把虛擬技術(shù)與仿真方法相結(jié)合,，為產(chǎn)品的研發(fā)提供了一個(gè)全新的設(shè)計(jì)方法【14】。虛擬樣機(jī)技術(shù)是一門(mén)綜合多學(xué)科的技術(shù),。該技術(shù)以機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)學(xué),、動(dòng)力學(xué) 和控制理論為核心，加上成熟的三維計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)和基于圖形的用戶(hù)界面技術(shù)，將分散的零部件設(shè)計(jì)和分析技術(shù)(如零部件的CAD和FEA有限元分析)集成在一起,，提供一個(gè)全新研發(fā)機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)方法,。它通過(guò)設(shè)計(jì)中的反饋信息不斷地指導(dǎo)設(shè)計(jì)，保證產(chǎn)品尋優(yōu)開(kāi)發(fā)過(guò)程順利進(jìn)行,。同傳統(tǒng)的基于物理樣機(jī)的設(shè)計(jì)研發(fā)方法相比,，虛擬樣機(jī)設(shè)計(jì)方法具有以下特點(diǎn): (1)全新的研發(fā)模式。傳統(tǒng)的研發(fā)方法從設(shè)計(jì)到生產(chǎn)是一個(gè)串行過(guò)程,，這種方法存在很多的弊端,。而虛擬樣機(jī)技術(shù)真正地實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)角度的產(chǎn)品優(yōu)化，它基于并行工程(ConcurrentEngineering),，使產(chǎn)品的概念設(shè)計(jì)階段就可以迅速地分析,、比較多種設(shè)計(jì)方案，確定影響性能的敏感參數(shù),，并通過(guò)可視化技術(shù)設(shè)計(jì)產(chǎn)品,、預(yù)測(cè)產(chǎn)品在真實(shí)工況下的特征以及所具有的響應(yīng)，直至獲得最優(yōu)工作性能,。 (2)更低的研發(fā)成本,、更短的研發(fā)周期、更高的產(chǎn)品質(zhì)量,。采用虛擬樣機(jī)設(shè) 9 廣曩r大掣嘎■士孽啦裁演履帶j0秈謄t甘-}收割書(shū)U董盤(pán)a鋼架的設(shè){I.J峁尹析計(jì)方法有助于擺脫對(duì)物理樣機(jī)的依賴(lài),。通過(guò)計(jì)算機(jī)技術(shù)建立產(chǎn)品的數(shù)字化模型 (即虛擬樣機(jī))，可以完成無(wú)數(shù)次物理樣機(jī)無(wú)法進(jìn)行的虛擬試驗(yàn)(成本和時(shí)間條件不允許),，從而無(wú)需制造及試驗(yàn)物理樣機(jī)就可獲得最優(yōu)方案,，因此不但減少了物理樣機(jī)的數(shù)量，而且縮短了研發(fā)周期,、提高了產(chǎn)品質(zhì)量,。 (3)實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)聯(lián)盟的重要手段。目前世界范圍內(nèi)廣泛地接受了動(dòng)態(tài)聯(lián)盟 (Virtual Company)的概念,，即為了適應(yīng)快速變化的全球市場(chǎng)，克服單個(gè)企業(yè)資源的局限性,，出現(xiàn)了在一定時(shí)間內(nèi),，通過(guò)Interact(或Intranct)臨時(shí)締結(jié)成的一種虛擬企業(yè)。為實(shí)現(xiàn)并行設(shè)計(jì)和制造,，參盟企業(yè)之間產(chǎn)品信息的敏捷交流尤顯重要,，而虛擬樣機(jī)是一種數(shù)字化模型，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)輸送產(chǎn)品信息,，具有傳遞快速,、反饋及時(shí)的特點(diǎn)，進(jìn)而使動(dòng)態(tài)聯(lián)盟的活動(dòng)具有高度的并行性。 §2.1.3虛擬樣機(jī)技術(shù)的應(yīng)用情況嗍Ⅷ”1 虛擬樣機(jī)技術(shù)在一些較發(fā)達(dá)國(guó)家,，如美國(guó),、德國(guó)、日本等己得到廣泛的應(yīng)用,，應(yīng)用領(lǐng)域從汽車(chē)制造業(yè),、工程機(jī)械、航空航天業(yè),、造船業(yè),、機(jī)械電子工業(yè)、國(guó)防工業(yè),、通用機(jī)械到人機(jī)工程學(xué),、生物力學(xué)、醫(yī)學(xué)以及工程咨詢(xún)等很多方面,。美國(guó)航空航天局(NASA)的噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室(JPL)成功地實(shí)現(xiàn)了火星探測(cè) 器探路者號(hào)在火星上的軟著陸,，成為轟動(dòng)一時(shí)的新聞。JPLI程師利用虛擬樣機(jī) 技術(shù)仿真研究宇宙飛船在不同階段(進(jìn)入大氣層,、減速和著陸)的工作過(guò)程,。在探測(cè)器發(fā)射以前，JPL的工程師們運(yùn)用虛擬樣機(jī)技術(shù)預(yù)測(cè)到由于制動(dòng)火箭與火星風(fēng) 的相互作用,，探測(cè)器很可能在著陸時(shí)滾翻,。工程師們針對(duì)這個(gè)問(wèn)題修改了技術(shù)方案，將靈敏的科學(xué)儀器安全送抵火星表面,，保證了火星登陸計(jì)劃的成功,。美國(guó)波音飛機(jī)公司的波音777飛機(jī)是世界上首架以無(wú)圖方式研發(fā)及制造的飛機(jī)，其設(shè)計(jì),、裝配,、性能評(píng)價(jià)及分析就是采用了虛擬樣機(jī)技術(shù)，這不但使研發(fā)周期大大縮短,、研發(fā)成本大大降低,，而且確保了最終產(chǎn)品一次接裝成功。波音777 飛機(jī)的研制,、整機(jī)設(shè)計(jì),、裝配、部件測(cè)試以及各種試飛,，都是由計(jì)算機(jī)完成的,。它能將開(kāi)發(fā)周期從原來(lái)的8年縮短到5年，節(jié)約了數(shù)百萬(wàn)美元經(jīng)費(fèi),。 Caterpillar公司是世界上最大的拖拉機(jī),、裝載機(jī)和工程機(jī)械制造商之一,，由于制造一臺(tái)大型設(shè)備的物理樣機(jī)需要數(shù)月時(shí)間，并耗資數(shù)百萬(wàn)美元,，所以,，為了提高競(jìng)爭(zhēng)力，必須大幅度削減產(chǎn)品的設(shè)計(jì),、制造成本,。Caterpillar公司采用了虛擬樣機(jī)技術(shù)，從根本上改進(jìn)了設(shè)計(jì)和試驗(yàn)步驟,，實(shí)現(xiàn)了快速虛擬試驗(yàn)多種設(shè)計(jì)方 10 廣冒,，叫煳士尊呻t論文.曩帶式寸喀2甘蔗收毫葛和U苣童■氣鋼集的由竹巾與分析案，從而使其產(chǎn)品成本低,、性能卻更加優(yōu)越,。同樣，作為生產(chǎn)工程機(jī)械的著名廠商JohnDeere公司,，為了解決工程機(jī)械在高速行駛時(shí)的蛇行現(xiàn)象及在重載下的自激振動(dòng)問(wèn)題,，JohnDeere公司的工程師利用虛擬樣機(jī)技術(shù)，不僅找到了原因,，而且提出了改進(jìn)方案,，并且在虛擬樣機(jī)上得到了驗(yàn)證。從而大大提高了產(chǎn)品的高速行駛性能與重載作業(yè)性能,。在工程咨詢(xún)方面,，可以利用虛擬樣機(jī)技術(shù)再現(xiàn)事故過(guò)程，以提供訴訟證據(jù),，或幫助制造商分析售后賠償問(wèn)題,，或?yàn)橛脩?hù)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)預(yù)試驗(yàn)。例如,，一家公司利用虛擬樣機(jī)技術(shù)進(jìn)行車(chē)輛事故仿真,，在法庭上用其仿真結(jié)果進(jìn)行辯護(hù)。法庭根據(jù)虛擬樣機(jī)技術(shù)所提供的證據(jù),，作出了客觀的判決,。國(guó)外虛擬樣機(jī)相關(guān)技術(shù)的軟件化過(guò)程已經(jīng)完成，較有影響的有美國(guó)機(jī)械動(dòng)力公司(MechanicaIDynamiesInc.)的ADAMS,，CADSI的DADS,，德國(guó)航天局的 SIMPACK，其它的還有Working Model,、Folw3D、IDEAS,、Phoenics,、ANSYS,、 Pamcrash等等。而在國(guó)內(nèi),，虛擬樣機(jī)技術(shù)的應(yīng)用研究才剛剛開(kāi)始,，目前，只有一些大學(xué)和科研院所在進(jìn)行這一方面的工作,。實(shí)旌這項(xiàng)技術(shù)的關(guān)鍵就是如何開(kāi)發(fā)出可信度高的數(shù)字化模型(即虛擬樣機(jī)),，如何等效簡(jiǎn)化實(shí)際工況進(jìn)行虛擬試驗(yàn)并在設(shè)計(jì)階段就能完全預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)產(chǎn)品的各項(xiàng)性能。隨著研究工作的不斷深入和相關(guān)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展,，虛擬樣機(jī)技術(shù)將得到進(jìn)一步的發(fā)展和應(yīng)用,。 §2.2虛擬樣機(jī)技術(shù)的實(shí)現(xiàn) §2.2.1 Pro/E的應(yīng)用及其特點(diǎn) §2…211實(shí)體模型技術(shù) 2D繪圖軟件與3D繪圖軟件不同的地方在于，2D繪圖軟件無(wú)法建造逼真的模型,，因此使用2D繪圖軟件來(lái)繪制立體的模型就好比用手工的方法來(lái)塑造模型,，無(wú)法將模型以精確的參數(shù)化以符合產(chǎn)品的規(guī)格。在眾多3D軟件中,，Pro/Engineer 產(chǎn)品開(kāi)發(fā)環(huán)境之所以受到眾多廠商的喜愛(ài),，就在于它能夠支持同步工程。通過(guò) Pro/Engineer及其相關(guān)軟件Pro/Designer,、Pro/Mechanica,，用戶(hù)可以同時(shí)綜合工業(yè) 設(shè)計(jì)、機(jī)械設(shè)計(jì),、功能仿真和加工制造等功能,，縮短產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)的時(shí)間和流程。相對(duì)于面模型或線框模型而言,，實(shí)體模型不僅可以提供幾何拓?fù)湫畔�,，而�?可以包含模型的材料、質(zhì)量,、質(zhì)心位置和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量等物理信息,。實(shí)體模型的優(yōu)勢(shì) 在于: 廣西夫尊嘎士掣啦詩(shī)丈履帶式小型巾.蘑收割審ut盤(pán)A鋼架的設(shè)計(jì)與仿析 (1)實(shí)體模型可以通過(guò)投影變換轉(zhuǎn)換為二維圖形，稍做修改即可輸出為工程圖紙,。 (2)實(shí)體模型可以直接輸出到數(shù)控機(jī)床或快速成型系統(tǒng),。 (3)實(shí)體模型包含大量的物理信息，可以作為有限元分析和動(dòng)力學(xué)分析的起點(diǎn),。 (4)采用實(shí)體模型可直觀地模擬系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng),，便于發(fā)現(xiàn)構(gòu)件間的干涉。現(xiàn)在的大型工程軟件如I-DEAS,、Solidworks,、Pro/E、UG等都帶有功能相當(dāng)完備的實(shí)體建模模塊,，可以快速準(zhǔn)確的完成復(fù)雜系統(tǒng)的實(shí)體建模,。在本課題的研究中,，我們運(yùn)用美國(guó)PTC公司的三維造型軟件進(jìn)行收割機(jī)系統(tǒng)零部件的建模和裝配，其理由在下一節(jié)進(jìn)行闡述”91,。 §2…2 12Pro/Engineer三維特征造型軟件簡(jiǎn)介 ParametricTechnologyCrop公司(PTC)的Pro/Engineer以其參數(shù)化,、基于特征、全相關(guān)等概念聞名于CAD界a該軟件的應(yīng)用領(lǐng)域主要是針對(duì)產(chǎn)品的三維實(shí)體模型建立,、三維實(shí)體零件的加工,、以及設(shè)計(jì)產(chǎn)品的有限元分析m】。Pro/E系統(tǒng)開(kāi)發(fā) 環(huán)境最突出的特點(diǎn)在于它支持并行工程,，可以讓用戶(hù)同時(shí)在幾個(gè)技術(shù)領(lǐng)域處理同一個(gè)產(chǎn)品模型,。它有以下幾個(gè)特性: (1)相關(guān)性。它指所有的Pro/E的信息都使用一個(gè)單一的數(shù)據(jù)庫(kù),，不論是 2D圖形還是3D圖形,，只要用戶(hù)修改某一尺寸，其相關(guān)的2D或3D實(shí)體模型均自動(dòng)修改,，同時(shí)組合,、制造等相關(guān)設(shè)計(jì)也會(huì)自動(dòng)修改，這樣既可以保證數(shù)據(jù)的正確性,，還節(jié)省了反復(fù)修改的時(shí)間,。 (2)3D實(shí)體模型。3D實(shí)體模型除了可以將用戶(hù)的設(shè)計(jì)思想真實(shí)的反映在計(jì) 算機(jī)之上外,，還可以隨時(shí)計(jì)算出模型的質(zhì)量,、質(zhì)心、面積,、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的大小,，還提供測(cè)量工具隨時(shí)測(cè)出如角度、距離等幾何參數(shù),。讓用戶(hù)減少了大量的計(jì)算時(shí)間,。 (3)以特征作為設(shè)計(jì)的單位。該軟件以最自然的思考方式從事設(shè)計(jì)工作,，它將如孔,、槽、圓角等作為零件的基本設(shè)計(jì)特征,，可以隨時(shí)對(duì)零件進(jìn)行調(diào)整,、刪除、重定義等修改,。 (4)參數(shù)式設(shè)計(jì),。配合單一式數(shù)據(jù)庫(kù)，設(shè)計(jì)過(guò)程中的所有尺寸均存在數(shù)據(jù)庫(kù) 中,，修改其中的一個(gè)尺寸,，其他相關(guān)的尺寸就會(huì)自動(dòng)修改,，避免了漏改的錯(cuò)誤 (5)裝配管理。Pro/E可以讓用戶(hù)使用貼和(Mate),、對(duì)齊、插入等直覺(jué)式命履帶式廿埋甘蔗坩洲和UtjEa稍豢的蕾巴計(jì)皇r=擴(kuò)析令,，達(dá)到對(duì)零部件的裝配目的,。同時(shí)還可以在裝配件中對(duì)零件進(jìn)行修改。 (6)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換接口,。由于各種CAD,、CAE軟件由不同的公司生產(chǎn)，數(shù)據(jù)格式不一,，所以數(shù)據(jù)在不同的CAD,、CAE軟件之中轉(zhuǎn)換是相當(dāng)困難的事。Pro/E 提供了和流行的CAD,、CAE軟件的接口,，同時(shí)支持多種數(shù)據(jù)格式，如IGES,、 STEP,、Parosolid等。另外值得一提的是它提供一個(gè)和最流行的多體動(dòng)力學(xué)仿真分析軟件ADAMS的接口,，使這兩個(gè)軟件達(dá)到了無(wú)縫連接,。正是基于這一點(diǎn)，我們才決定采用Pro/E作為三維實(shí)體建模的軟件,。 (7)版本管理,。該軟件建立的模型不同的版本都會(huì)保存下來(lái)。 (8)整個(gè)系統(tǒng)在2001版中已經(jīng)完全漢化,，使用起來(lái)沒(méi)有任何語(yǔ)言方面的困難I”12”,。 §2.2.2 ADAMS的應(yīng)用及其特點(diǎn)【22】123】虛擬樣機(jī)構(gòu)建需要性能優(yōu)越的軟件平臺(tái)的支持，小型甘蔗收獲機(jī)的設(shè)計(jì)涉及到靜態(tài)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng),、動(dòng)力設(shè)計(jì),，非常著名的虛擬樣機(jī)分析軟件--機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)自動(dòng)分析軟件ADAMS(AutomaticDynamicAnalysis ofMechanical System)成了我們的首選。這就要求對(duì)小型甘蔗收獲機(jī)地形地貌的虛擬研究必須是基于在ADAMS軟件平臺(tái)的,。 ADAMS是美國(guó)Mechanical Dynamics,，Inc.’S(MDI’S)公司生產(chǎn)的軟件，它為用戶(hù)提供了強(qiáng)大的建模,、仿真環(huán)境,，使用戶(hù)能夠?qū)Ω鞣N機(jī)械系統(tǒng)進(jìn)行建模、仿真和分析,。和其它CAD,、CAE軟件相比,，ADAMS 具有十分強(qiáng)大的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析功能。 §23軟件鏈接的問(wèn)題虛擬樣機(jī)技術(shù)的核心是虛擬模型的建模和仿真,，到目前為止,，沒(méi)有任何軟件將建模和仿真這兩個(gè)功能都做的很完善。例如,， UG,，Pro/E，IDEs等三維建模軟件在建模方面的功能強(qiáng)大,，基本上可以滿(mǎn)足工業(yè)領(lǐng)域的需要,，但是在CAE和動(dòng)力學(xué)仿真方面，其功能不夠完善,，只能進(jìn)行初步的靜力學(xué)或動(dòng) 善二￡.) 【--,。。,。,。。,。,。。,。,。。,。,。。,。,。。,。,。。,。,。。,。,。。。_一【曼畫(huà)盎亟叵卜_| -A-DA-MS矗i麗-__ 中參數(shù)設(shè)定■卜__ A,。D-A-M矗S i-而訂!!! 中進(jìn)行仿真-二!-二_ 臺(tái)理● [二j壹互] 圖2-1建模步驟 Fi醇-1 the stepofcreming model 廣西,，“蜘日I.e嘗位截”趕屬帶式4、墨t甘-}坩d瞄審ut盤(pán)a期架的設(shè)剖.J可分析力學(xué)仿真,。在動(dòng)力學(xué)仿真方面,，美國(guó)MSC公司的ADAMS(automaticdynamic analysis ofmechanical systcrns)，美國(guó)集成系統(tǒng)公司的仿真集成平臺(tái)Plug&Sim,， CADI公司的DADS等,，功能都十分強(qiáng)大，但是這些軟件的三維建模功能都不能滿(mǎn)足用戶(hù)對(duì)復(fù)雜機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需求,。由于目前沒(méi)有一種軟件同時(shí)具有專(zhuān)業(yè)CAD建模和專(zhuān)業(yè)動(dòng)力學(xué)仿真的雙重功能，通常使用的CAD軟件和動(dòng)力學(xué)仿真軟件是不同公司的產(chǎn)品,，這就存在兩個(gè) 軟件傳遞數(shù)據(jù)過(guò)程中“有縫聯(lián)接”的處理問(wèn)題,。目前國(guó)內(nèi)這方面研究的一種常見(jiàn) 組合是美國(guó)PTC公司的Pro/E和美國(guó)MSC公司的ADAMS組合。所以對(duì)于從事復(fù)雜機(jī)械動(dòng)力學(xué)仿真研究的ADAMS工程師而言,，正確處理Pro/E和ADAMS的傳遞是確保仿真效果的~項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù),。對(duì)于Pro/E和ADAMS的傳遞，用MSC公司提供的專(zhuān)用接口模塊Mechanism/Pro比較方便,，而且在很多的方面都能實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換過(guò)程中的模型數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換,，其工作步驟如圖2-1所示。雖然Pro/E和ADAMS在理論意義上是“無(wú)縫鏈接”,，但它們是不同公司的產(chǎn) 品,，兩者不同的圖形格式導(dǎo)致圖形轉(zhuǎn)換時(shí)一些圖形元素丟失，因此在建模和導(dǎo)入的過(guò)程中需要注意一些事項(xiàng): (1)單位問(wèn)題要實(shí)現(xiàn)從Pm倒頤利導(dǎo)入ADAMS,，第一個(gè)注意的問(wèn)題是把單位設(shè)定好,，也就是說(shuō)在Pro/E的Part模塊中建模的時(shí)候，首先要設(shè)定零件的尺寸,，保證所有零件的尺寸相同,，同時(shí)在Assembly模塊中設(shè)定的單位要和所有Part模塊中的單位相同。方法是用Edit一一setIlp一--Unit----New,，然后自己創(chuàng)建一個(gè)新的單位文件,，一般情況下建議設(shè)定為nlln，kg,，Newton,，sec，c,，以便和ADAMS中的單位保持一致,。 (2)裝配模塊問(wèn)題在Pro/E的裝配模塊中盡量不要使用其他Assembly模塊作為子裝配。因?yàn)槿?果這樣，在Mechanism/pro中生成剛體的時(shí)候,，利用Automatic方法,，那么子裝配的整個(gè)機(jī)構(gòu)被ADAMS系統(tǒng)視為一個(gè)零件，不能進(jìn)行動(dòng)力學(xué)仿真工作,，當(dāng)然也可以使用手工定義剛體的方法,，逐個(gè)選擇零件，這要根據(jù)系統(tǒng)的零件數(shù)量的多少而確定是否使用子裝配,。在定義剛體的時(shí)候,，由于ADAMS的導(dǎo)入，模型的許多幾何特征都會(huì)發(fā)生變化,，例如圓變成了多面體,，圓柱體的軸線丟失等問(wèn)題，因此,， J4 履帶式小越甘-}收翻事UE盤(pán)曩鋼集的設(shè)計(jì)與臂析凡是能在Pro/E下面添加的約束盡量在Mechanism/Pro下添加,。對(duì)于一些必須在 ADAMS下添加的約束，也要預(yù)先考慮,，看是否需要在Mechanism/Pro環(huán)境下預(yù)先設(shè)定參考點(diǎn)或者坐標(biāo)系,。例如，在ADAMS模型中需要采用Translational約束副,，那么就必須提前設(shè)定好兩個(gè)Marker點(diǎn),，以便用于對(duì)Translational約束副方向的定義。 (3)模型保存問(wèn)題在Mechanism/Pro下將剛體,、約束,、Marker點(diǎn)和Force等創(chuàng)建完成以后，要把模型保存為一個(gè)擴(kuò)展名為.mpr的文件,，方法是點(diǎn)擊Mechanism/Pro下的命令 File--Save,，會(huì)出現(xiàn)一個(gè)DOS界面和一個(gè)對(duì)話框，輸入文件名,，點(diǎn)擊確定即可,。目的是再次把創(chuàng)建好的模型輸入ADAMS中時(shí)，不需要再創(chuàng)建約束,、Marker并ll Force,。 (4)模型轉(zhuǎn)換問(wèn)題{241 在Mechanism/Pro下定義好模型后導(dǎo)入ADAMS時(shí)，要設(shè)定模型的一些轉(zhuǎn)換格式,。 1)GeometryQuality 一般情況下,，在硬件支持的前提下，GeometryQuality的設(shè)定值越高越好設(shè)定范圍是3~10,，設(shè)定為10效果最好,。

作者: hewei8912 時(shí)間: 2018-3-9 09:34

作者: threetigher 時(shí)間: 2018-8-2 19:57
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