浅谈如何做好基于虚拟装配技术的竹席编织机的设计工作

唐利平湖南汽车工程职业学院

浅谈如何做好基于虚拟装配技术的竹席编织机的设计工作

唐利平
湖南汽车工程职业学院

摘要：为与企业的实际要求相适应，应以概念设计和竹席编织的实际特点为基础，准确的总结出竹席编织机的工作原理，同时科学的采用虚拟装配技术来建立具有多种功能的三维实体模型，这样以动态演示的方式就能更加准确和有效的发现竹席编织机在功能上的问题，及时的制定改进对策，从而得出最佳的结构方案。

关键词：竹席编织机；虚拟装配；装配仿真

1　竹席编织机的实体信息

进行设计工作时，我们应以竹席编织机的实际特点和性能指标为依据，明确设计目标，即科学的应用设计方法学和机械设计学中的功能原理的设计方法，在保证设计质量和效率的前提下，高效的设计和计算设备的各个零部件，总结归纳出其工作原理。分析时采用简单评价法和技术经济评价法，确定其各类技术参数和性能指标，从而得到最为可行的结构设计方案，为之后的装配建模提供依据。采用竹席编织机编织出来的竹席应具备良好的平整性和紧密性，不能有太大的空隙，形状应为“压二挑二”形。为实现这一动作，那么顶篾和压篾之间应具备良好的间隙运动，同时为满足其间隙运动的要求，应采用槽轮机构将其转动方式转换为从动轴的单向周期间隙运动。

借助于传统的机械设计理论，我们可以对进篾机构、间歇机构、机架、间歇链轮以及打紧装置等零部件进行结构设计工作，这样就可以得到各个零部件的精度、颜色、材质以及点、线、面等物理特性和实体信息了，而竹席编织机的装配关系就是由这些信息组成的。我们可以将其关系概括为：MR=（MT，ME），在这一公式中，ME为零部件之间的配合类型，MT为零部件之间的实体信息，MR则为零部件之间的配合关系。

2　竹席编织机的虚拟模型

在虚拟环境下，只有明确了装配的途径和序列，才能真正的满足竹席编织机模型的实际要求，设计人员既要考虑到竹席编织机的实体信息，同时更要全面的考虑到零部件之间的几何约束条件以及运动关系等因素。对其进行虚拟装配的过程中，为了能够及时准确的找到存在于数据库中的竹席编织机零部件的信息和工具的信息，那么我们就需要科学的应用特定的操作界面，从而以各种形式交互的操作装配产品的每一个部分。纵观整个虚拟装配过程，采用商用CAD系统我们可以快速的建立模型，由于其特征就是参数化的，因此，工程技术人员很容易理解并消化其各类参数，并且还能够修改其形状、尺寸和位置，其附属的特性也会随之更改。这样设计人员就可以根据自己的想法来有针对性的进行新产品的开发设计工作。

在设计人员得到了竹席编织机零部件的实体信息的基础上，那么随之还能够得到设计模型的参数名称、类型以及数值，同时在用户的对话框列表中还可以将这些内容体现出来。借助于系统中装配建模功能的装配约束关系，我们可以对零部件之间的运动关系进行导航，同时根据其约束条件和装配关系，在虚拟的环境下，进行设计组装时我们可以依据构成顺序、零件方位、特征数据、公差数据以及装配轨迹等参数，在列表框中可以非常方便查阅、添加和删除各类参数，而对于修改后的参数值，设计系统也能及时的将其反映到设计模型，借助参数化的驱动程序以及族表参数化的功能就可以生成各个零部件的三维实体模型，如顶篾结构、进篾机构、槽轮机构、压篾机构以及减速器等，之后对它们进行装配就能够得到竹席编织机的三维参数化实体模型了。

3　竹席编织机的装配仿真

对竹席编织机进行虚拟装配时，零部件之间经常会出现相互干涉的问题，那么就必须对其进行动态和静态的干涉检测工作。通过准确的分析竹席编织机的工作原理和结构特点，在虚拟的环境中完整的模拟出竹席编织机的整个装配过程，并且还能够全面的掌握各类零部件的运动状态，从而确定他们之间的运动关系是否是合理的，对所确定的设计方案进行分析和评估，如果发现了不合理的设计细节，那么就应立即制定出有效的改进措施，从而保证设计方案的最优化，这样的一个过程就是虚拟装配中的仿真技术。

如果传动机构是不同的，那么其仿真步骤就也是有所区别的，但其大致的过程却是类似的：先导入零部件的几何模型，定义其实体信息和物理特性，而在记录和显示测量参数时则是以数字和图形的形式，以表格和数据的形式将约束条件输入到对话框中，从而计算出运动发生器的大小。为了保证计算结果的准确性，设计人员还应有效的控制动画步长、积分步长以及配置容差，最后则是测量模型并且播放动态的仿真效果，同时得到了相应的视频文件和图像文件。竹席编织机的装配仿真过程主要包括以下内容：进篾机构、打紧装置、间歇机构、机器主体、间歇链轮模拟以及打紧装置与进篾机构的联合等。

在竹席编织机的装配仿真设计工作中，所确定的任何设计方案都可能是存在缺陷的，那么就要及时的修改不完善的结构，同时应不断的优化和改进不稳定的性能指标和不可靠的因素。这里建议采用MSC.visualNastran4D这一软件，其将有限元分析技术和动力学仿真技术很好的结合到了一起，将各个零部件的应力水平动态的显示出来了，大大的提升了评估效果的准确性和直观性。之后会对零部件进行修改和完善并将其调入到软件中进行虚拟的装配，再对整个方案进行评估，发现问题同样采取优化措施将问题解决，这样最后才能最优化的设计方案。

4　结束语

通过以上的论述，在对竹席编织机进行设计的过程中，如果能够科学的应用虚拟装配技术，那么不但可以实现视觉、听觉和触觉一体化的设计环境，不需要再使用物理样机了，同时也大大的降低了新产品的开发成本。建立三维实体模型并进行模拟仿真，设计人员可以更全面的设计产品并对产品进行分析和评价，降低了竹席编织机的开发设计周期，提升了产品的设计质量，同时也保证了产品具有良好的人机性和可装配性，借助于这一技术所设计的竹席编织机是有着现实的指导意义的。

参考文献：

[1]严隽琪.虚拟制造的理论、技术基础与实践[M].上海:上海交通大学出版社，2005.

[2]高自成.浅谈对竹席自动编织机的运动学仿真研究[J].机床与液压，2012.

作者简介：唐利平，女，副教授，研究方向：职业教育及数控技术。

基金项目：本文系湖南教育厅的课题“智能竹席编织机的开发与研究”（编号：13C1174）科研