唐利平湖南汽車工程職業(yè)學(xué)院

淺談如何做好基于虛擬裝配技術(shù)的竹席編織機(jī)的設(shè)計(jì)工作

唐利平
湖南汽車工程職業(yè)學(xué)院

摘要：為與企業(yè)的實(shí)際要求相適應(yīng)，應(yīng)以概念設(shè)計(jì)和竹席編織的實(shí)際特點(diǎn)為基礎(chǔ)，準(zhǔn)確的總結(jié)出竹席編織機(jī)的工作原理，同時(shí)科學(xué)的采用虛擬裝配技術(shù)來建立具有多種功能的三維實(shí)體模型，這樣以動(dòng)態(tài)演示的方式就能更加準(zhǔn)確和有效的發(fā)現(xiàn)竹席編織機(jī)在功能上的問題，及時(shí)的制定改進(jìn)對(duì)策，從而得出最佳的結(jié)構(gòu)方案。

關(guān)鍵詞：竹席編織機(jī)；虛擬裝配；裝配仿真

1　竹席編織機(jī)的實(shí)體信息

進(jìn)行設(shè)計(jì)工作時(shí)，我們應(yīng)以竹席編織機(jī)的實(shí)際特點(diǎn)和性能指標(biāo)為依據(jù)，明確設(shè)計(jì)目標(biāo)，即科學(xué)的應(yīng)用設(shè)計(jì)方法學(xué)和機(jī)械設(shè)計(jì)學(xué)中的功能原理的設(shè)計(jì)方法，在保證設(shè)計(jì)質(zhì)量和效率的前提下，高效的設(shè)計(jì)和計(jì)算設(shè)備的各個(gè)零部件，總結(jié)歸納出其工作原理。分析時(shí)采用簡(jiǎn)單評(píng)價(jià)法和技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)法，確定其各類技術(shù)參數(shù)和性能指標(biāo)，從而得到最為可行的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，為之后的裝配建模提供依據(jù)。采用竹席編織機(jī)編織出來的竹席應(yīng)具備良好的平整性和緊密性，不能有太大的空隙，形狀應(yīng)為“壓二挑二”形。為實(shí)現(xiàn)這一動(dòng)作，那么頂篾和壓篾之間應(yīng)具備良好的間隙運(yùn)動(dòng)，同時(shí)為滿足其間隙運(yùn)動(dòng)的要求，應(yīng)采用槽輪機(jī)構(gòu)將其轉(zhuǎn)動(dòng)方式轉(zhuǎn)換為從動(dòng)軸的單向周期間隙運(yùn)動(dòng)。

借助于傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)理論，我們可以對(duì)進(jìn)篾機(jī)構(gòu)、間歇機(jī)構(gòu)、機(jī)架、間歇鏈輪以及打緊裝置等零部件進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作，這樣就可以得到各個(gè)零部件的精度、顏色、材質(zhì)以及點(diǎn)、線、面等物理特性和實(shí)體信息了，而竹席編織機(jī)的裝配關(guān)系就是由這些信息組成的。我們可以將其關(guān)系概括為：MR=（MT，ME），在這一公式中，ME為零部件之間的配合類型，MT為零部件之間的實(shí)體信息，MR則為零部件之間的配合關(guān)系。

2　竹席編織機(jī)的虛擬模型

在虛擬環(huán)境下，只有明確了裝配的途徑和序列，才能真正的滿足竹席編織機(jī)模型的實(shí)際要求，設(shè)計(jì)人員既要考慮到竹席編織機(jī)的實(shí)體信息，同時(shí)更要全面的考慮到零部件之間的幾何約束條件以及運(yùn)動(dòng)關(guān)系等因素。對(duì)其進(jìn)行虛擬裝配的過程中，為了能夠及時(shí)準(zhǔn)確的找到存在于數(shù)據(jù)庫中的竹席編織機(jī)零部件的信息和工具的信息，那么我們就需要科學(xué)的應(yīng)用特定的操作界面，從而以各種形式交互的操作裝配產(chǎn)品的每一個(gè)部分?？v觀整個(gè)虛擬裝配過程，采用商用CAD系統(tǒng)我們可以快速的建立模型，由于其特征就是參數(shù)化的，因此，工程技術(shù)人員很容易理解并消化其各類參數(shù)，并且還能夠修改其形狀、尺寸和位置，其附屬的特性也會(huì)隨之更改。這樣設(shè)計(jì)人員就可以根據(jù)自己的想法來有針對(duì)性的進(jìn)行新產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計(jì)工作。

在設(shè)計(jì)人員得到了竹席編織機(jī)零部件的實(shí)體信息的基礎(chǔ)上，那么隨之還能夠得到設(shè)計(jì)模型的參數(shù)名稱、類型以及數(shù)值，同時(shí)在用戶的對(duì)話框列表中還可以將這些內(nèi)容體現(xiàn)出來。借助于系統(tǒng)中裝配建模功能的裝配約束關(guān)系，我們可以對(duì)零部件之間的運(yùn)動(dòng)關(guān)系進(jìn)行導(dǎo)航，同時(shí)根據(jù)其約束條件和裝配關(guān)系，在虛擬的環(huán)境下，進(jìn)行設(shè)計(jì)組裝時(shí)我們可以依據(jù)構(gòu)成順序、零件方位、特征數(shù)據(jù)、公差數(shù)據(jù)以及裝配軌跡等參數(shù)，在列表框中可以非常方便查閱、添加和刪除各類參數(shù)，而對(duì)于修改后的參數(shù)值，設(shè)計(jì)系統(tǒng)也能及時(shí)的將其反映到設(shè)計(jì)模型，借助參數(shù)化的驅(qū)動(dòng)程序以及族表參數(shù)化的功能就可以生成各個(gè)零部件的三維實(shí)體模型，如頂篾結(jié)構(gòu)、進(jìn)篾機(jī)構(gòu)、槽輪機(jī)構(gòu)、壓篾機(jī)構(gòu)以及減速器等，之后對(duì)它們進(jìn)行裝配就能夠得到竹席編織機(jī)的三維參數(shù)化實(shí)體模型了。

3　竹席編織機(jī)的裝配仿真

對(duì)竹席編織機(jī)進(jìn)行虛擬裝配時(shí)，零部件之間經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)相互干涉的問題，那么就必須對(duì)其進(jìn)行動(dòng)態(tài)和靜態(tài)的干涉檢測(cè)工作。通過準(zhǔn)確的分析竹席編織機(jī)的工作原理和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在虛擬的環(huán)境中完整的模擬出竹席編織機(jī)的整個(gè)裝配過程，并且還能夠全面的掌握各類零部件的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，從而確定他們之間的運(yùn)動(dòng)關(guān)系是否是合理的，對(duì)所確定的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行分析和評(píng)估，如果發(fā)現(xiàn)了不合理的設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)，那么就應(yīng)立即制定出有效的改進(jìn)措施，從而保證設(shè)計(jì)方案的最優(yōu)化，這樣的一個(gè)過程就是虛擬裝配中的仿真技術(shù)。

如果傳動(dòng)機(jī)構(gòu)是不同的，那么其仿真步驟就也是有所區(qū)別的，但其大致的過程卻是類似的：先導(dǎo)入零部件的幾何模型，定義其實(shí)體信息和物理特性，而在記錄和顯示測(cè)量參數(shù)時(shí)則是以數(shù)字和圖形的形式，以表格和數(shù)據(jù)的形式將約束條件輸入到對(duì)話框中，從而計(jì)算出運(yùn)動(dòng)發(fā)生器的大小。為了保證計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性，設(shè)計(jì)人員還應(yīng)有效的控制動(dòng)畫步長、積分步長以及配置容差，最后則是測(cè)量模型并且播放動(dòng)態(tài)的仿真效果，同時(shí)得到了相應(yīng)的視頻文件和圖像文件。竹席編織機(jī)的裝配仿真過程主要包括以下內(nèi)容：進(jìn)篾機(jī)構(gòu)、打緊裝置、間歇機(jī)構(gòu)、機(jī)器主體、間歇鏈輪模擬以及打緊裝置與進(jìn)篾機(jī)構(gòu)的聯(lián)合等。

在竹席編織機(jī)的裝配仿真設(shè)計(jì)工作中，所確定的任何設(shè)計(jì)方案都可能是存在缺陷的，那么就要及時(shí)的修改不完善的結(jié)構(gòu)，同時(shí)應(yīng)不斷的優(yōu)化和改進(jìn)不穩(wěn)定的性能指標(biāo)和不可靠的因素。這里建議采用MSC.visualNastran4D這一軟件，其將有限元分析技術(shù)和動(dòng)力學(xué)仿真技術(shù)很好的結(jié)合到了一起，將各個(gè)零部件的應(yīng)力水平動(dòng)態(tài)的顯示出來了，大大的提升了評(píng)估效果的準(zhǔn)確性和直觀性。之后會(huì)對(duì)零部件進(jìn)行修改和完善并將其調(diào)入到軟件中進(jìn)行虛擬的裝配，再對(duì)整個(gè)方案進(jìn)行評(píng)估，發(fā)現(xiàn)問題同樣采取優(yōu)化措施將問題解決，這樣最后才能最優(yōu)化的設(shè)計(jì)方案。

4　結(jié)束語

通過以上的論述，在對(duì)竹席編織機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中，如果能夠科學(xué)的應(yīng)用虛擬裝配技術(shù)，那么不但可以實(shí)現(xiàn)視覺、聽覺和觸覺一體化的設(shè)計(jì)環(huán)境，不需要再使用物理樣機(jī)了，同時(shí)也大大的降低了新產(chǎn)品的開發(fā)成本。建立三維實(shí)體模型并進(jìn)行模擬仿真，設(shè)計(jì)人員可以更全面的設(shè)計(jì)產(chǎn)品并對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行分析和評(píng)價(jià)，降低了竹席編織機(jī)的開發(fā)設(shè)計(jì)周期，提升了產(chǎn)品的設(shè)計(jì)質(zhì)量，同時(shí)也保證了產(chǎn)品具有良好的人機(jī)性和可裝配性，借助于這一技術(shù)所設(shè)計(jì)的竹席編織機(jī)是有著現(xiàn)實(shí)的指導(dǎo)意義的。

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作者簡(jiǎn)介：唐利平，女，副教授，研究方向：職業(yè)教育及數(shù)控技術(shù)。

基金項(xiàng)目：本文系湖南教育廳的課題“智能竹席編織機(jī)的開發(fā)與研究”（編號(hào)：13C1174）科研