基于机构运动方案仿真系统的研究

DOI：10.19392/j.cnki.16717341.201720164

摘要：在我國信息化建设力度的不断加大之下，在各行各业以及各领域当中均已经普及使用了计算机，尤其是在近些年来虚拟现实技术的进一步发展下，仿真系统的开发与使用也得到了极大的发展。在工业设计制造当中运用计算机仿真能够有效帮助其优化调整设计制造方案，提升产品开发生产的质量与效率。因此本文将在此背景之下，从机构运动方案的角度出发，着重围绕基于机构运动方案仿真系统进行探究。

关键词：机构运动；仿真系统；剑杆织机

自从计算机运动仿真技术出现以来，其通过与虚拟现实技术等当前最为先进的科学技术进行有机整合，使得产品设计师和制造人员可以在计算机当中模拟出高仿真的现实环境，以及在这一环境下的系统受力情况、运动特点等等，从而在此基础之上对设计制造方案进行优化调整，这对于产品的生产开发有着极为重要的帮助作用。基于此，本文将简要分析研究基于机构运动方案仿真系统。

一、建立基于机构运动方案的仿真系统

（一）前期工作

在建立其基于机构运动方案的仿真系统过程当中，本文将结合当前使用比较广泛的Solid Works分析软件，因其采用的是Windows界面，并且运用了OLE技术以及大量的API函数，因此用户通过对函数进行调用即可有效控制Solid Works。而运用其完成三纬零件的实体造型，能够使得原本分散的各个零件被统一规划整理至一个零件库当中[1]。另外，工作人员在制定机构运动设计方案的过程当中，其可以将当前的设计要求和相关信息与以往的设计方案进行比照，若存在相似之处即可直接使用以前的设计方案作为模板，并在此基础之上结合实际情况进行相应修改的调整。通过此种方式不仅能够有效提升建立机构运动方案的仿真系统的效率，同时也可以确保仿真系统能够与标准要求完全吻合。

（二）虚拟装配

在正式进行虚拟装配前工作人员需要在磁盘上新建一个专门用来存储已选零件以及最终装配体的文件夹。此后将确定好的零件插入重新打开的装配体文件当中，并为零件之间附上与之相对应的装配配合关系。在转动副的情况下，需要将端面贴合及同轴心关系加至相邻零件之间的连接位置处。而如果是在移动副的情况之下，则需要将平面贴合关系加在相邻零件的接触位置处。对于固定构件，譬如说机架、导轨等等，则需要直接点击Solid Works的特征管理树，选择与零件相对应的实体名，并在菜单当中选择固定即可。

（三）参数调整

利用Solid Works本身带有的自检功能，在形成最终的装配体后，工作人员可以直接对整个装配体进行观察，并通过拖拽其中某一构件，从而对其实际运动状态等进行观察分析。如果零件存在重叠，运动出现干涉的情况，则需要重新为装配体机构进行建模，并运用Solid Works当中大量的API函数调整零件的尺寸参数。

（四）仿真分析

在完成机构运动方案的仿真系统建立之后，工作人员只需要在相关约束的要求之下，在指定位置处依次摆放好各构件即可。根据实际情况也可以自行调整机架位置坐标，外部机构分析程序则能够根据构件的具体运动情况，随时提供相应的数据信息，因此最终其将生成大量不同的运动数据分析结果。而受此影响，机构的运动也将变得更加自由。

二、实例分析

（一）机构造型

为有效检验基于机构运动方案的仿真系统确实具有较高的应用价值，笔者选择将这一仿真系统应用在剑杆织机上。本文选择的剑杆织机，其运动机构主要是由引纬和打纬凸轮机构以及四杆机构等组合而成。此外，在剑杆织机当中还拥有打纬架、主传动轴等其他相关构件。在使用仿真系统的过程当中，系统会给出不同的对话框，根据各机构对于位置以及尺寸等方面提出的相关要求，依次在对话框当中调整参数后便完成了剑杆织机机构造型的基本建立[2]。

（二）运动关系

笔者在观察仿真界面时发现，界面被均等分为三个部分，中间界面为对话框的显示位置，主要用于对整个仿真界面进行有效控制，并分析同步曲线规律运动等。而在左界面位置处则运用动态化的显示方式，实时展现机构的运动情况。界面的右边则负责显示选取机构的位置、角度、速度等数据和相应的曲线图。通过结合仿真界面显示出的剑杆织机的曲线规律分析图，我们可以直接观察了解到剑杆织机各个机构的具体位置以及速度等，包括交接纬情况下，剑杆织机的实际速度以及其送纬位置、接纬位置、二者的实际配合情况等等。在此基础上我们便可以对各机构配合关系进行有效分析。

（三）仿真分析

在运用以机构运动方案为基础的仿真系统对剑杆织机的运动机构进行仿真分析的过程当中，首先对机构运动是否存在干涉进行分析。仿真系统在对凸轮和连杆机构、齿轮机构等运动空间进行逐一分析的过程中发现在连杆机构以及打纬凸轮的左边位置处均存在空间干涉的问题。而笔者在对仿真系统给出的分析结果进行深入分析时，还发现连杆曲柄以及凸轮摆杆在第175步时也同样出现了干涉的情况[3]。此时在仿真系统的界面当中自动显示出了指示实际干涉位置的对话框，与此同时在界面的左边位置处也采用了可视化的动画将连杆机构等具体的运动干涉情况清晰无误地显示出来。而笔者通过在仿真系统界面显示出的对话框当中，根据连杆机构的正确情况将其位置参数等一一进行调整，再次进行仿真分析后发现运动干涉的情况彻底消失。

三、结语

总而言之，本文通过对建立基于机构运动方案的仿真系统进行分析，提出可以通过在建立数据库和优化设计方案的基础之上，进行虚拟装配，并结合实际情况调整机构运动的参数，即可进入到仿真分析的环节。此后以剑杆织机为例，明确其机构造型和运动关系之余，验证了基于机构运动方案的仿真系统确实能够真实地模拟出机构运动情况，对于设计人员优化和评估产品方案等具有极为重要的帮助意义。

参考文献：

[1]王菲菲，陈延伟.自动机机构运动可靠性仿真试验系统应用研究[J].兵工自动化，2017，36（06）：7579.

[2]文清平.典型运动机构的虚拟仿真系统开发[J].技术与市场，2014，21（05）：4041.

[3]王慧，喻天翔，雷鸣敏，宋笔锋.运动机构可靠性仿真试验系统体系结构研究[J].机械工程学报，2011，47（22）：191198.

作者简介：梁小冬（1988），男，江苏东台人，硕士，助理工程师，研究方向：机械设计。