基于機構運動方案仿真系統的研究

DOI：10.19392/j.cnki.16717341.201720164

摘要：在我國信息化建設力度的不斷加大之下，在各行各業以及各領域當中均已經普及使用了計算機，尤其是在近些年來虛擬現實技術的進一步發展下，仿真系統的開發與使用也得到了極大的發展。在工業設計制造當中運用計算機仿真能夠有效幫助其優化調整設計制造方案，提升產品開發生產的質量與效率。因此本文將在此背景之下，從機構運動方案的角度出發，著重圍繞基于機構運動方案仿真系統進行探究。

關鍵詞：機構運動；仿真系統；劍桿織機

自從計算機運動仿真技術出現以來，其通過與虛擬現實技術等當前最為先進的科學技術進行有機整合，使得產品設計師和制造人員可以在計算機當中模擬出高仿真的現實環境，以及在這一環境下的系統受力情況、運動特點等等，從而在此基礎之上對設計制造方案進行優化調整，這對于產品的生產開發有著極為重要的幫助作用。基于此，本文將簡要分析研究基于機構運動方案仿真系統。

一、建立基于機構運動方案的仿真系統

（一）前期工作

在建立其基于機構運動方案的仿真系統過程當中，本文將結合當前使用比較廣泛的Solid Works分析軟件，因其采用的是Windows界面，并且運用了OLE技術以及大量的API函數，因此用戶通過對函數進行調用即可有效控制Solid Works。而運用其完成三緯零件的實體造型，能夠使得原本分散的各個零件被統一規劃整理至一個零件庫當中[1]。另外，工作人員在制定機構運動設計方案的過程當中，其可以將當前的設計要求和相關信息與以往的設計方案進行比照，若存在相似之處即可直接使用以前的設計方案作為模板，并在此基礎之上結合實際情況進行相應修改的調整。通過此種方式不僅能夠有效提升建立機構運動方案的仿真系統的效率，同時也可以確保仿真系統能夠與標準要求完全吻合。

（二）虛擬裝配

在正式進行虛擬裝配前工作人員需要在磁盤上新建一個專門用來存儲已選零件以及最終裝配體的文件夾。此后將確定好的零件插入重新打開的裝配體文件當中，并為零件之間附上與之相對應的裝配配合關系。在轉動副的情況下，需要將端面貼合及同軸心關系加至相鄰零件之間的連接位置處。而如果是在移動副的情況之下，則需要將平面貼合關系加在相鄰零件的接觸位置處。對于固定構件，譬如說機架、導軌等等，則需要直接點擊Solid Works的特征管理樹，選擇與零件相對應的實體名，并在菜單當中選擇固定即可。

（三）參數調整

利用Solid Works本身帶有的自檢功能，在形成最終的裝配體后，工作人員可以直接對整個裝配體進行觀察，并通過拖拽其中某一構件，從而對其實際運動狀態等進行觀察分析。如果零件存在重疊，運動出現干涉的情況，則需要重新為裝配體機構進行建模，并運用Solid Works當中大量的API函數調整零件的尺寸參數。

（四）仿真分析

在完成機構運動方案的仿真系統建立之后，工作人員只需要在相關約束的要求之下，在指定位置處依次擺放好各構件即可。根據實際情況也可以自行調整機架位置坐標，外部機構分析程序則能夠根據構件的具體運動情況，隨時提供相應的數據信息，因此最終其將生成大量不同的運動數據分析結果。而受此影響，機構的運動也將變得更加自由。

二、實例分析

（一）機構造型

為有效檢驗基于機構運動方案的仿真系統確實具有較高的應用價值，筆者選擇將這一仿真系統應用在劍桿織機上。本文選擇的劍桿織機，其運動機構主要是由引緯和打緯凸輪機構以及四桿機構等組合而成。此外，在劍桿織機當中還擁有打緯架、主傳動軸等其他相關構件。在使用仿真系統的過程當中，系統會給出不同的對話框，根據各機構對于位置以及尺寸等方面提出的相關要求，依次在對話框當中調整參數后便完成了劍桿織機機構造型的基本建立[2]。

（二）運動關系

筆者在觀察仿真界面時發現，界面被均等分為三個部分，中間界面為對話框的顯示位置，主要用于對整個仿真界面進行有效控制，并分析同步曲線規律運動等。而在左界面位置處則運用動態化的顯示方式，實時展現機構的運動情況。界面的右邊則負責顯示選取機構的位置、角度、速度等數據和相應的曲線圖。通過結合仿真界面顯示出的劍桿織機的曲線規律分析圖，我們可以直接觀察了解到劍桿織機各個機構的具體位置以及速度等，包括交接緯情況下，劍桿織機的實際速度以及其送緯位置、接緯位置、二者的實際配合情況等等。在此基礎上我們便可以對各機構配合關系進行有效分析。

（三）仿真分析

在運用以機構運動方案為基礎的仿真系統對劍桿織機的運動機構進行仿真分析的過程當中，首先對機構運動是否存在干涉進行分析。仿真系統在對凸輪和連桿機構、齒輪機構等運動空間進行逐一分析的過程中發現在連桿機構以及打緯凸輪的左邊位置處均存在空間干涉的問題。而筆者在對仿真系統給出的分析結果進行深入分析時，還發現連桿曲柄以及凸輪擺桿在第175步時也同樣出現了干涉的情況[3]。此時在仿真系統的界面當中自動顯示出了指示實際干涉位置的對話框，與此同時在界面的左邊位置處也采用了可視化的動畫將連桿機構等具體的運動干涉情況清晰無誤地顯示出來。而筆者通過在仿真系統界面顯示出的對話框當中，根據連桿機構的正確情況將其位置參數等一一進行調整，再次進行仿真分析后發現運動干涉的情況徹底消失。

三、結語

總而言之，本文通過對建立基于機構運動方案的仿真系統進行分析，提出可以通過在建立數據庫和優化設計方案的基礎之上，進行虛擬裝配，并結合實際情況調整機構運動的參數，即可進入到仿真分析的環節。此后以劍桿織機為例，明確其機構造型和運動關系之余，驗證了基于機構運動方案的仿真系統確實能夠真實地模擬出機構運動情況，對于設計人員優化和評估產品方案等具有極為重要的幫助意義。

參考文獻：

[1]王菲菲，陳延偉.自動機機構運動可靠性仿真試驗系統應用研究[J].兵工自動化，2017，36（06）：7579.

[2]文清平.典型運動機構的虛擬仿真系統開發[J].技術與市場，2014，21（05）：4041.

[3]王慧，喻天翔，雷鳴敏，宋筆鋒.運動機構可靠性仿真試驗系統體系結構研究[J].機械工程學報，2011，47（22）：191198.

作者簡介：梁小冬（1988），男，江蘇東臺人，碩士，助理工程師，研究方向：機械設計。