仿真技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)制造中的運(yùn)用

1、仿真技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)制造中的運(yùn)用仿真技術(shù)是伴隨著計(jì)算機(jī)的普遍應(yīng)用而興起的，它結(jié)合了多門學(xué)科及理論，充分利用計(jì)算機(jī)和相關(guān)軟件對(duì)所需要的設(shè)計(jì)展開虛擬實(shí)驗(yàn)，是一種綜合性技術(shù)。在早期的計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)中，通過隨機(jī)數(shù)實(shí)驗(yàn)的方法解決問題，也被稱之為蒙塔卡羅方法。仿真技術(shù)的成熟與穩(wěn)定是在科技與工業(yè)的發(fā)展中進(jìn)行的，對(duì)人們的生產(chǎn)生活產(chǎn)生了不可磨滅的影響。它從出現(xiàn)到應(yīng)用普及主要經(jīng)歷了三個(gè)主要階段：模擬機(jī)仿真、模擬數(shù)字混合機(jī)仿真以及數(shù)字機(jī)仿真。 1仿真技術(shù)對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)制造行業(yè)的作用 仿真技術(shù)指的是設(shè)計(jì)人員以計(jì)算機(jī)為載體，通過利用相關(guān)軟件建立數(shù)據(jù)模型，對(duì)各性能參數(shù)進(jìn)行分析從而選擇最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案，與傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法相比安全可靠

2、、使用靈活，大大節(jié)約了資金，也節(jié)約了反復(fù)制造實(shí)物的時(shí)間，因其不需要制造實(shí)物而又被稱為虛擬樣機(jī)技術(shù)。現(xiàn)代的機(jī)械設(shè)計(jì)制造行業(yè)中，因?yàn)楹芏嘞到y(tǒng)設(shè)計(jì)非常復(fù)雜，數(shù)據(jù)量龐大，在實(shí)驗(yàn)中存在很多難題，因此需要在計(jì)算機(jī)中建立相對(duì)應(yīng)的模型對(duì)其進(jìn)行仿真，對(duì)其各項(xiàng)參數(shù)性能等進(jìn)行分析。在機(jī)械設(shè)計(jì)制造的初期，設(shè)計(jì)人員只要根據(jù)不同的方案在仿真軟件中建立虛擬樣機(jī)，便可以完成對(duì)不同假設(shè)的虛擬實(shí)驗(yàn)，選擇最優(yōu)方案或者對(duì)方案進(jìn)行改進(jìn)都非常方便。在機(jī)械設(shè)計(jì)制造行業(yè)中使用仿真技術(shù)不僅可以使計(jì)算更加精確，提升研發(fā)質(zhì)量，而且也在一定程度上提升了研發(fā)效率，節(jié)約了研發(fā)資金。 2仿真過程的實(shí)現(xiàn) 2.1模型的建立 在機(jī)械設(shè)計(jì)制作的過程中，若要使用仿

3、真技術(shù)，首先就要設(shè)計(jì)編輯條件和約束條件，確定研究目標(biāo)，進(jìn)而建立一個(gè)可以滿足系統(tǒng)要求的仿真運(yùn)行系統(tǒng)。系統(tǒng)初步建立之后，便要求設(shè)計(jì)者根據(jù)相應(yīng)的學(xué)科知識(shí)對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)字化表述，也就是對(duì)系統(tǒng)建立數(shù)學(xué)模型。通常狀況下，數(shù)學(xué)模型由于時(shí)間不同可分為動(dòng)態(tài)和靜態(tài)兩種，其中動(dòng)態(tài)模型又可以分為離散、連續(xù)和混合時(shí)間三種。 2.2模型的變換 這一步驟指的是把初步建立的模型通過數(shù)學(xué)表達(dá)式的作用變換成計(jì)算機(jī)能夠識(shí)別的樣式，這一過程運(yùn)用了部分合適的計(jì)算機(jī)算法及語言，是仿真的基礎(chǔ)，也稱之為仿真模型。若要實(shí)現(xiàn)模型的變換，設(shè)計(jì)者可以使用現(xiàn)有的仿真軟件，也可以根據(jù)系統(tǒng)需求自行開發(fā)。 2.3模型的實(shí)驗(yàn) 模型的實(shí)驗(yàn)指的是通過在計(jì)算機(jī)中運(yùn)

4、行仿真模型能夠得到相應(yīng)的仿真結(jié)果。做好了模型的建立和變換這兩大步驟，也就為模型的實(shí)驗(yàn)打下了基礎(chǔ)，只要是按照預(yù)期設(shè)計(jì)目標(biāo)來展開的前幾個(gè)步驟，那么這一步驟的實(shí)現(xiàn)并不困難。在對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行衡量時(shí)，要對(duì)其可靠性進(jìn)行分析，通常使用的方法有以下兩種：置信通道法以及仿真過程的反向驗(yàn)證法。 3仿真技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)制造中的應(yīng)用 3.1在齒輪設(shè)計(jì)中的應(yīng)用 在機(jī)械裝備中，齒輪可謂是最重要的零部件之一，因此，在設(shè)計(jì)中對(duì)其性能進(jìn)行仿真意義重大，并且不少設(shè)計(jì)者也針對(duì)此問題做了大量研究。其中包括：使用visuallisp語言對(duì)齒輪端面的建模和仿真，從任意幾何角度對(duì)其性能進(jìn)行評(píng)估；用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)展開對(duì)圓弧針齒行星傳動(dòng)的研究；

5、對(duì)影響正交齒輪傳動(dòng)接觸點(diǎn)的主要參數(shù)進(jìn)行研究等等。此外，計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在齒輪泵的齒輪設(shè)計(jì)中應(yīng)用也十分廣泛。 3.2在機(jī)械結(jié)構(gòu)件設(shè)計(jì)方面的應(yīng)用 一個(gè)機(jī)械系統(tǒng)的完成需要各部分機(jī)械結(jié)構(gòu)件的組合，共同發(fā)揮它們的綜合作用。因此，在對(duì)一個(gè)新產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，各零部件的性能能否正常發(fā)揮、它們之間的配合是否得當(dāng)、如何選取組合方案等問題，都離不開事先用仿真技術(shù)進(jìn)行模擬優(yōu)化。現(xiàn)在市場主流的大型三維設(shè)計(jì)軟件都對(duì)結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)仿真功能進(jìn)行了開發(fā)，根據(jù)在該軟件中設(shè)計(jì)的裝配體的性能，對(duì)演示結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)展開模擬，如果需要運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真，只需要提前設(shè)置好主運(yùn)動(dòng)件，具有極大的便利性。此外，在這些大型三維設(shè)計(jì)軟件的仿真運(yùn)動(dòng)過程中，設(shè)計(jì)者能夠從任

6、意角度觀察運(yùn)動(dòng)結(jié)果，還能幫助設(shè)計(jì)者檢查結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)干涉等問題，功能十分強(qiáng)大。 3.3在復(fù)雜機(jī)械加工研究方面的應(yīng)用 作為機(jī)械設(shè)計(jì)制造行業(yè)的生產(chǎn)基礎(chǔ)，用仿真技術(shù)對(duì)機(jī)械加工尤其是復(fù)雜機(jī)械加工能夠幫助設(shè)計(jì)者研究深層次機(jī)理，在理論程度上提升了這一步驟的性能與質(zhì)量。在數(shù)控加工的過程中，可以使用仿真技術(shù)編寫CNC機(jī)床的零件加工程序，然后轉(zhuǎn)換成為對(duì)應(yīng)的圖形信息，通過這些信息設(shè)計(jì)者很容易對(duì)加工參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。在磨削加工中，通過磨削時(shí)間的不同展開對(duì)這一步驟的建模，以此建立的仿真模型可以對(duì)磨削的性能和質(zhì)量進(jìn)行預(yù)測(cè)，促使磨削步驟的最優(yōu)化。 4結(jié)語 隨著經(jīng)濟(jì)規(guī)模的擴(kuò)大，現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)得以迅速發(fā)展，各生產(chǎn)步驟和工藝越來越復(fù)雜，因此，必須借助自動(dòng)測(cè)試和仿真等計(jì)算機(jī)技術(shù)幫助設(shè)計(jì)者對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行優(yōu)化。尤其是伴隨著仿真技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)制造中的使用，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)者從復(fù)雜龐大的信息中對(duì)機(jī)械部件或者加工過程的最優(yōu)化控制，解決了傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)制造過程中無法實(shí)現(xiàn)的問題。 參考文獻(xiàn): 1張小亞.淺談虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)與制造中的應(yīng)用J.企業(yè)導(dǎo)報(bào),2011(16):276-