基于SolidWorks的手動(dòng)氣閥的模擬仿真畢業(yè)論文設(shè)計(jì)

河南科技學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）論文題目：基于SolidWorks的手動(dòng)氣閥的模擬仿真

摘要本文探究了計(jì)算機(jī)模擬仿真技術(shù)的概念、特點(diǎn)和分類、關(guān)鍵技術(shù)以及在現(xiàn)實(shí)生活中的幾個(gè)典型應(yīng)用，同時(shí)介紹基于SolidWorks的手動(dòng)氣閥的模擬仿真。詳細(xì)分析了手動(dòng)氣閥的各個(gè)組成零件和工作原理，完成了手柄球、閥體、氣閥桿、芯桿、密封圈和螺母的三維實(shí)體建模與實(shí)體零件裝配以及利用Animator插件對(duì)手動(dòng)氣閥進(jìn)行了爆炸演示和模擬仿真。關(guān)鍵詞:模擬仿真,手動(dòng)氣閥,SolidWorks軟件SimulationofmanualairvalveBasedonSolidworksAbstractThisarticleexploresthecomputersimulationtechnology,abouttheconcept,characteristicsandclassification,thekeytechnologies,aswellasafewtypicalapplicationsinthelife,AtthesametimeitintroducesthesimulationofmanualairvalvebasedonSolidWorks.Thedetailedanalysisofthemanualairvalveofthevariouscomponentspartsandtheprincipleofwork,hascompletedthree-dimensionalsolidmodelingofhandleballvalve,thevalvechest,gasvalvestem,corerod,sealringandnut,entityoftheassemblypartsandusedofplug-Animatortomanualairvalveforexplosiondemoandsimulation.Keywords:Simulation,Manualairvalve,SolidWorkssoftware目錄1緒論 12仿真技術(shù)的概述 13仿真模擬技術(shù)的特點(diǎn)與分類 23.1仿真模擬的分類 23.2仿真模擬與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù) 24仿真模擬中的關(guān)鍵技術(shù) 34.1動(dòng)態(tài)環(huán)境建模技術(shù) 34.2交互設(shè)備和工具 44.3仿真場景管理技術(shù) 44.4網(wǎng)絡(luò)環(huán)境技術(shù) 44.5應(yīng)用環(huán)境系統(tǒng) 45仿真模擬技術(shù)的幾個(gè)典型應(yīng)用 55.1制造工業(yè)中的模擬仿真技術(shù) 55.2作戰(zhàn)演習(xí)的仿真模擬 56基于SolidWorks的手動(dòng)氣閥的模擬仿真 66.1SolidWorks概述 66.2手動(dòng)氣閥的基本工作原理 66.3手動(dòng)氣閥組成零件的實(shí)體建模 76.3.1閥體的實(shí)體建模 86.4手動(dòng)氣閥的裝配 136.5手動(dòng)氣閥的動(dòng)畫演示 146.5.1手動(dòng)氣閥的爆炸演示的制作過程 156.5.2手動(dòng)氣閥的模擬仿真動(dòng)畫演示的制作過程 167結(jié)論 18致謝 19參考文獻(xiàn) 201緒論計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)是世界各國十分重視的一項(xiàng)高新技術(shù)。仿真是以計(jì)算機(jī)系統(tǒng)為基礎(chǔ)，根據(jù)用戶的要求，建立實(shí)際系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，并使之轉(zhuǎn)換為仿真模型，在不同的工況下，在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中運(yùn)行演示，從而真實(shí)地展現(xiàn)實(shí)際系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的過程。它是涉及計(jì)算數(shù)學(xué)、工程控制、各種實(shí)際系統(tǒng)的專業(yè)知識(shí)、計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)等多學(xué)科領(lǐng)域的一項(xiàng)綜合性高科技技術(shù);是科學(xué)工作者、工程技術(shù)人員、運(yùn)行操作人員進(jìn)行系統(tǒng)分析、優(yōu)化設(shè)計(jì)、性能評(píng)估、運(yùn)行試驗(yàn)、教育培訓(xùn)、操作訓(xùn)練的有力工具。它在國防、能源、交通、航空航天等重要的軍事與非軍事領(lǐng)域，得到了越來越廣泛的應(yīng)用。美國1992年提出的22項(xiàng)國家重點(diǎn)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)報(bào)告中，計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)被列為第16項(xiàng)。同年提出的21項(xiàng)國防及軍事重點(diǎn)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)報(bào)告中，被列為第6項(xiàng)。充分說明了模擬仿真技術(shù)在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域中的重要地位。Solidworks軟件是一種強(qiáng)大的虛擬樣機(jī)設(shè)計(jì)和仿真平臺(tái),具有方便易用、直觀簡單、功能豐富等優(yōu)點(diǎn)。利用該項(xiàng)技術(shù)可以快速地發(fā)現(xiàn)機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的缺陷,并可以直接更改模型,大大地減少了設(shè)計(jì)中的錯(cuò)誤,縮短了新產(chǎn)品的開發(fā)周期;同時(shí)基于該軟件的模擬仿真可以在教學(xué)上直觀形象的演示給學(xué)生，使學(xué)生通過通俗易懂的畫面，快捷、高效地接受新知識(shí)。2仿真技術(shù)的概述仿真(emulation)是指用一個(gè)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng),來全部或部分地模仿某一數(shù)據(jù)處理系統(tǒng),使得模仿的系統(tǒng)能像被模仿的系統(tǒng)一樣接受同樣的數(shù)據(jù),執(zhí)行同樣的程序,獲得同樣的結(jié)果。模擬(simulation,有時(shí)也譯作仿真)是指用一個(gè)數(shù)字處理系統(tǒng)表達(dá)某個(gè)物理系統(tǒng)或抽象系統(tǒng)中選取的行為特征[1]。但在習(xí)慣上我們總是將仿真模擬兩個(gè)詞連用,有時(shí)也簡稱為仿真,以simulation來表示,是用模型(物理模型或數(shù)學(xué)模型)來模仿實(shí)際系統(tǒng),代替實(shí)際系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和研究,是產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造中的常用技術(shù)手段。確切地說,仿真模擬技術(shù)是以數(shù)學(xué)理論、相似原理、信息技術(shù)、系統(tǒng)技術(shù)及其應(yīng)用領(lǐng)域有關(guān)的專業(yè)技術(shù)為基礎(chǔ),以計(jì)算機(jī)和各種物理效應(yīng)設(shè)備為工具,利用系統(tǒng)模型對(duì)實(shí)際或者設(shè)想的系統(tǒng)進(jìn)行試驗(yàn)研究的一門綜合性技術(shù)[2]。它綜合了計(jì)算機(jī)、信息處理、自動(dòng)控制等等多個(gè)高新領(lǐng)域的技術(shù),已經(jīng)成為科學(xué)研究中除理論研究和科學(xué)實(shí)驗(yàn)以外的第三種方法[3,4]前的廣泛應(yīng)用不僅有力地推動(dòng)了計(jì)算機(jī)、電子和控制技術(shù)等相關(guān)學(xué)科的發(fā)展,其應(yīng)用成果也產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。用仿真模擬系統(tǒng)進(jìn)行試驗(yàn),不受氣候、場地和時(shí)間等客觀條件限制,具有經(jīng)濟(jì)、靈活、可多次重復(fù)使用的優(yōu)點(diǎn),尤其適用于航空、航天、國防、航海及其他大規(guī)模復(fù)雜系統(tǒng)的分析、設(shè)計(jì)、試驗(yàn)和評(píng)估過程,已經(jīng)成為許多復(fù)雜系統(tǒng)必不可少的輔助設(shè)計(jì)手段中著名的有美國NASA在航天器外的空間活動(dòng)和哈勃天文望遠(yuǎn)鏡修復(fù)的地面仿真模擬訓(xùn)練系統(tǒng)[3]此,美國國防部將建模和仿真技術(shù)列為21世紀(jì)保證美軍優(yōu)勢(shì)地位的七大關(guān)鍵技術(shù)之一[4]外產(chǎn)業(yè)界也將其視為一項(xiàng)參與新世紀(jì)競爭的重要技術(shù)。3仿真模擬技術(shù)的特點(diǎn)與分類傳統(tǒng)上,仿真模擬技術(shù)是探討系統(tǒng)、模型、仿真三者之間的關(guān)系,仿真就是對(duì)模型的實(shí)驗(yàn),模型是系統(tǒng)的抽象,仿真建模就是對(duì)不同形式的系統(tǒng)模型研究其求解算法代的仿真技術(shù),更多的是根據(jù)物理規(guī)律通過計(jì)算機(jī)的程序計(jì)算,建模方法和手段更為豐富,如通過基于模型庫的結(jié)構(gòu)化建模,采用面向?qū)ο蠼７椒?在類庫的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)模型拼合與重用等軟件工程技術(shù)。由此涌現(xiàn)出來的眾多的新算法和新軟件,大大加快了仿真模擬過程要想通過仿真模擬得出正確、有效地結(jié)論,必須對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行科學(xué)的分析?，F(xiàn)代仿真軟件廣泛采用了可視化技術(shù),通過圖形、圖表,甚至動(dòng)畫生動(dòng)逼真地顯示出被仿真對(duì)象的各種狀態(tài),使模擬仿真的輸出信息更加豐富、更加詳盡、更加有利于對(duì)仿真結(jié)果的科學(xué)分析。3.1仿真模擬的分類仿真模擬技術(shù)在不同的應(yīng)用領(lǐng)域和應(yīng)用中,具有不同的實(shí)現(xiàn)形式,主要體現(xiàn)在系統(tǒng)模型或者仿真模型的不同實(shí)現(xiàn)形式,根據(jù)系統(tǒng)模型中是否包含隨機(jī)因素,可分為隨機(jī)型和確定型模型;根據(jù)模型是否具有時(shí)變性,可分為動(dòng)態(tài)模型和靜態(tài)模型;從仿真模擬的形態(tài)區(qū)分,通常有實(shí)物仿真和半實(shí)物仿真甚至全軟件仿真等形式;從系統(tǒng)狀態(tài)來區(qū)分主要可以分為離散事件仿真、Monte-Carlo仿真和連續(xù)仿真等形式。3.2仿真模擬與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在有關(guān)文獻(xiàn)中,我們經(jīng)?？梢钥吹椒抡婺M技術(shù)與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)等表達(dá)方式密切相關(guān),虛擬現(xiàn)實(shí)和仿真模擬是從不同的角度、不同的對(duì)象或者不同的應(yīng)用范圍來闡述實(shí)物虛化和虛物實(shí)化的控制操作過程間的研究目標(biāo)和實(shí)現(xiàn)手段等大部分是相似的。虛擬現(xiàn)實(shí)從用戶感受角度分為桌面級(jí)虛擬現(xiàn)實(shí)和沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)兩種類型,從研究對(duì)象角度分為仿真虛擬現(xiàn)實(shí)和假想性虛擬現(xiàn)實(shí),還有其他依據(jù)不同的背景和要求對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)研究方法和表現(xiàn)形式的各種分類[5]。通常我們要求虛擬環(huán)境滿足三要素:沉浸感(immersion)、互動(dòng)性(interaction)和構(gòu)想性(imagination),但是對(duì)于不同的應(yīng)用目標(biāo),虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)對(duì)三個(gè)要素的實(shí)現(xiàn)要求也有很大的不同。仿真模擬技術(shù)按照技術(shù)交互手段和實(shí)現(xiàn)目的不同分為過程仿真和結(jié)果仿真,前者側(cè)重在系統(tǒng)行為過程活動(dòng)的真實(shí)性驗(yàn)證,它與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)聯(lián)系更為緊密,后者側(cè)重在對(duì)系統(tǒng)模型計(jì)算結(jié)果的驗(yàn)證,通常借助于高性能計(jì)算機(jī)等設(shè)備獲得數(shù)據(jù),再對(duì)計(jì)算結(jié)果作可視化重現(xiàn)。而通常我們所說的計(jì)算機(jī)仿真更側(cè)重在利用計(jì)算機(jī)軟件模擬環(huán)境與真實(shí)環(huán)境結(jié)合進(jìn)行的操作和推演,因此仿真模擬更注重于系統(tǒng)中的一些物理特性或真實(shí)特性,有時(shí)并不注重系統(tǒng)的沉浸感。但是目前越來越多的仿真模擬技術(shù)與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)相結(jié)合以提高仿真模擬的沉浸感,虛擬現(xiàn)實(shí)也越來越多地使用仿真模擬常用的設(shè)備和裝置來提高虛擬現(xiàn)實(shí)的真實(shí)感,因此兩者的界限也越來越模糊。這里我們不對(duì)兩者作清晰的區(qū)分,這里所說的仿真模擬技術(shù)就是綜合使用這兩種技術(shù)的統(tǒng)稱。4仿真模擬中的關(guān)鍵技術(shù)仿真模擬技術(shù)的關(guān)鍵是模型和環(huán)境的構(gòu)建以及實(shí)時(shí)交互和反饋技術(shù)。它涉及到數(shù)據(jù)表示、運(yùn)動(dòng)計(jì)算和實(shí)時(shí)視景生成等基本環(huán)節(jié)。數(shù)據(jù)表示與管理不僅與物理模型或者數(shù)學(xué)模型的構(gòu)建和環(huán)境生成等圖形圖像數(shù)據(jù)有關(guān),也與其他數(shù)據(jù)格式和具體應(yīng)用背景所需要的數(shù)據(jù)有關(guān)。運(yùn)動(dòng)計(jì)算不僅需要高性能的計(jì)算能力也與仿真應(yīng)用背景密切相關(guān),它包括動(dòng)力學(xué)或者運(yùn)動(dòng)學(xué)方程等具體的數(shù)學(xué)物理模型求解以及實(shí)時(shí)交互計(jì)算。實(shí)時(shí)視景生成對(duì)于強(qiáng)調(diào)過程真實(shí)感的體驗(yàn)型仿真模系統(tǒng)尤為重要。4.1動(dòng)態(tài)環(huán)境建模技術(shù)虛擬環(huán)境的建立是體驗(yàn)型虛擬仿真模擬技術(shù)的核心內(nèi)容。動(dòng)態(tài)環(huán)境建模技術(shù)的目的是根據(jù)應(yīng)用的需要獲取實(shí)際環(huán)境的三維數(shù)據(jù),建立相應(yīng)的虛擬環(huán)境模型和仿真對(duì)象。三維數(shù)據(jù)和三維對(duì)象的獲取可以采用場景建模,圖像等多種形式,有效提高數(shù)據(jù)獲取的效率。它的技術(shù)特點(diǎn)是執(zhí)行人在一個(gè)通過計(jì)算機(jī)和其他設(shè)備構(gòu)建起來的三維視覺或者聽覺、以及包括觸覺反饋在內(nèi)的操作環(huán)境中,對(duì)執(zhí)行人的反饋?zhàn)龀黾皶r(shí)響應(yīng),造成與真實(shí)場景和系統(tǒng)幾乎一樣的操作感覺,因此系統(tǒng)要求具有很強(qiáng)的實(shí)時(shí)交互性統(tǒng)計(jì),仿真模擬系統(tǒng)所提供的視景為仿真模擬提供了70%的有用信息[6],仿真模擬系統(tǒng)內(nèi)容的豐富程度、逼真度、清晰度和視場角的大小,直接影響到仿真系統(tǒng)的質(zhì)量和仿真模擬效果。盡管目前構(gòu)成的虛擬場景已經(jīng)有了較為逼真的場景效果,但是利用圖形圖像技術(shù)生成的真實(shí)感場景與真實(shí)場景相比仍有不小的差距前采用的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù),采用部分真實(shí)的場景對(duì)象代替計(jì)算機(jī)生成對(duì)象,對(duì)仿真模擬過程起到了很好的效果。三維聲音處理也是一個(gè)虛擬仿真場景所需要的,它包括聲音合成、三維聲音定位和語音識(shí)別等技術(shù)。在某些應(yīng)用中,還需要聲光電磁等環(huán)境因素的考慮。4.2交互設(shè)備和工具人與虛擬環(huán)境交互的硬件接口裝置,涉及圖形圖像硬件設(shè)備,用于產(chǎn)生沉浸感,以及跟蹤裝置,用于跟蹤用戶頭部的位置和方向及從手的位置跟蹤到全身各肢體的位置,跟蹤裝置把這些信息送入應(yīng)用軟件,以確定眼睛的位置及視線方向頭盔式顯示器(HMD)、空間沉浸式顯示器(SID,如洞穴式和圓頂式)覺和力反饋系統(tǒng)提供觸覺刺激,如三維動(dòng)作跟蹤器可提供32個(gè)關(guān)節(jié)傳感器,帶力反饋的數(shù)據(jù)手套等擬仿真模擬技術(shù)的交互能力依賴于立體顯示和傳感器技術(shù)的發(fā)展有的虛擬仿真技術(shù)還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足系統(tǒng)的需要,例如,數(shù)據(jù)手套有延遲大、分辨率低、作用范圍小、使用不便等缺點(diǎn),虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備的跟蹤精度和跟蹤范圍也有待提高。4.3仿真場景管理技術(shù)虛擬仿真中包括大量的感知信息和模型,如信息的同步技術(shù)、模型的標(biāo)定技術(shù)、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換技術(shù)、數(shù)據(jù)管理模型、識(shí)別和合成技術(shù)等等。同時(shí)需要協(xié)調(diào)景、物、事件、輸入信息等真場景的管理技術(shù)為系統(tǒng)的正常運(yùn)行提供技術(shù)保障其對(duì)于當(dāng)前的分布式模擬仿真技術(shù),仿真場景的數(shù)據(jù)組織和管理更為復(fù)雜也更為重要。4.4網(wǎng)絡(luò)環(huán)境技術(shù)當(dāng)前,隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展和廣泛應(yīng)用,也由于各種應(yīng)用需求的驅(qū)動(dòng),分布式仿真模擬系統(tǒng)成為目前的研究熱點(diǎn)之一統(tǒng)中數(shù)據(jù)和交互命令的快速傳輸,要求分布式系統(tǒng)能夠及時(shí)響應(yīng),同時(shí)系統(tǒng)的規(guī)模還要求可擴(kuò)展、功能可擴(kuò)充、甚至要求是異構(gòu)型的軟件結(jié)構(gòu)。4.5應(yīng)用環(huán)境系統(tǒng)應(yīng)用系統(tǒng)是面向具體問題的軟件部分,描述仿真的具體內(nèi)容,包括仿真的動(dòng)態(tài)邏輯、結(jié)構(gòu)以及仿真對(duì)象與用戶之間的交互關(guān)系,與具體的應(yīng)用有關(guān),仿真對(duì)象的行為模擬的真實(shí)性和可信性很大程度上取決于對(duì)場景對(duì)象構(gòu)建的物理模型和數(shù)學(xué)模型的量化程度和模型的精度。5仿真模擬技術(shù)的幾個(gè)典型應(yīng)用仿真模擬活動(dòng)對(duì)社會(huì)和科學(xué)技術(shù)的影響體現(xiàn)在很多方面如,在軍事領(lǐng)域的應(yīng)用,有力地推動(dòng)了軍事理論和軍事思想的深刻變革,提升了國家的國防安全實(shí)力;在設(shè)計(jì)制造業(yè)中的廣泛應(yīng)用,不僅縮短了企業(yè)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造周期,而且提高了產(chǎn)品質(zhì)量,從而提高了企業(yè)的競爭力;在政府決策和管理領(lǐng)域的應(yīng)用,提高了決策管理的科學(xué)水平,減少了決策錯(cuò)誤,提高了政府管理效率;在文化娛樂方面的應(yīng)用,不僅豐富了娛樂內(nèi)容,也提高了節(jié)目的觀賞性,創(chuàng)造了更多的夢(mèng)幻效果,同時(shí)節(jié)約了娛樂節(jié)目制作的成本,提高了文化傳播能力著計(jì)算機(jī)技術(shù)和其他相關(guān)裝備技術(shù)的發(fā)展,仿真模擬技術(shù)越來越朝著真實(shí)性、實(shí)時(shí)性和隱形性方向發(fā)展真模擬技術(shù)已經(jīng)越來越多地融合到我們的生活中,并影響著我們的生活方式和生活習(xí)慣。5.1制造工業(yè)中的模擬仿真技術(shù)試驗(yàn)階段是產(chǎn)品設(shè)計(jì)完成后的關(guān)鍵階段多數(shù)企業(yè)都是先制造物理樣機(jī),投入試驗(yàn),如果某些地方試驗(yàn)失敗,則重新設(shè)計(jì)、重新制造、重新試驗(yàn),如此反復(fù),直到通過定型然,這樣反復(fù)多次的“設(shè)計(jì)、試驗(yàn)、修改”過程,耗時(shí)長,成本高造工業(yè)中的產(chǎn)品設(shè)計(jì)仿真分析,主要是為了發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)缺陷、減少重量、增加強(qiáng)度、優(yōu)化零部件尺寸、優(yōu)化性能等數(shù)字樣機(jī)的仿真試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)問題、修改設(shè)計(jì),與物理樣機(jī)相比,顯然其成本降低很多統(tǒng)計(jì),數(shù)字樣機(jī)的開發(fā)方式能夠減少一半以上的物理樣機(jī)制造和試驗(yàn),從而爭取到更多的時(shí)間,節(jié)約大量的費(fèi)用如汽車碰撞仿真,模具設(shè)計(jì)與數(shù)控加工仿真系統(tǒng)等。5.2作戰(zhàn)演習(xí)的仿真模擬現(xiàn)代作戰(zhàn)仿真模擬是計(jì)算機(jī)技術(shù)、軍事運(yùn)籌學(xué)理論和戰(zhàn)役戰(zhàn)術(shù)學(xué)等多學(xué)科相結(jié)合的產(chǎn)物[3-5]單件武器的操作訓(xùn)練發(fā)展到作戰(zhàn)協(xié)同和對(duì)抗訓(xùn)練、再到戰(zhàn)術(shù)合同演練乃至大規(guī)模高速遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)支持的多兵種多武器平臺(tái)環(huán)境下的聯(lián)合作戰(zhàn)演習(xí),仿真模擬技術(shù)都有廣泛的應(yīng)用主要功能有三:一是直接或通過導(dǎo)調(diào)人員給受訓(xùn)者提供逼真的戰(zhàn)場態(tài)勢(shì)信息,使官兵有如“身臨其境”的感受;二是接受受訓(xùn)人員對(duì)態(tài)勢(shì)信息的反饋(判斷和決策);三是通過模擬系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)果,對(duì)受訓(xùn)人員的反應(yīng)給以評(píng)估以加強(qiáng)現(xiàn)代作戰(zhàn)仿真模擬系統(tǒng)的研究開發(fā),不僅可以節(jié)約大量的資金,避免大量的物資消耗,有助于實(shí)現(xiàn)我國的國防現(xiàn)代化,也有助于改善我國國際周邊環(huán)境,改善我國的國際形象。6基于SolidWorks的手動(dòng)氣閥的模擬仿真隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,在氣壓傳動(dòng)教學(xué)中采用計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)已成為一個(gè)發(fā)展方向。氣壓傳動(dòng)教學(xué)中很重要的內(nèi)容是介紹氣壓元件的結(jié)構(gòu)和工作原理,它涉及到氣壓傳動(dòng)工作介質(zhì)在氣壓元件內(nèi)部的流動(dòng)。在傳統(tǒng)的教學(xué)方式中,由于掛圖或膠片是靜止的,無法連貫地再現(xiàn)氣壓元件的工作過程,所以造成老師講解困難學(xué)和生理解困難,教學(xué)效果不理想。為了解決傳統(tǒng)教學(xué)的缺點(diǎn),本文針對(duì)氣壓傳動(dòng)的手動(dòng)氣閥,提出了一種基于Solidworks的結(jié)構(gòu)裝配和工作原理動(dòng)態(tài)仿真,這樣可使抽象問題直觀化，既有利于老師的教學(xué),也有助于學(xué)生的學(xué)習(xí)。從而體現(xiàn)SolidWorks的優(yōu)越性,并且縮短學(xué)生的理解時(shí)間,激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,彌補(bǔ)傳統(tǒng)教學(xué)方法的不足,提高教學(xué)效果。6.1SolidWorks概述為了開發(fā)基于微機(jī)平臺(tái)的三維CAD軟件，1993年P(guān)TC公司的副總裁與CV公司的副總裁共同成立了SolidWorks公司，并于1995年成功推出了SolidWorks軟件。該軟件具有很大的創(chuàng)新性，SolidWorks3D設(shè)計(jì)直接從三維模型入手，省去設(shè)計(jì)過程中三維視圖與二維視圖之間的轉(zhuǎn)化。設(shè)計(jì)者可以方便地運(yùn)用鼠標(biāo)通過拉伸、旋轉(zhuǎn)、薄壁特征、高級(jí)抽殼、特征陣列以及打孔等拖放式操作不斷改變其結(jié)構(gòu)，最終完成整個(gè)產(chǎn)品(或零件)的設(shè)計(jì)，直觀易學(xué)，操作方便。SolidWorks軟件采用參數(shù)驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)模式，可以通過修改相關(guān)的參數(shù)來完善設(shè)計(jì)方案，支持設(shè)計(jì)方案的動(dòng)態(tài)修改。軟件包含豐富的標(biāo)準(zhǔn)件圖庫，用戶也可任意擴(kuò)充自定義的圖庫，因而減少了不必要的重復(fù)性設(shè)計(jì)工作，有效地縮短了設(shè)計(jì)周期，提高了設(shè)計(jì)效率。SolidWorks可以通過任意旋轉(zhuǎn)和剖切對(duì)運(yùn)動(dòng)的零部件進(jìn)行動(dòng)態(tài)的干涉檢查和間隙檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)問題立即修正，把“試制過程”放在設(shè)計(jì)階段，可以避免做成實(shí)物后才發(fā)現(xiàn)問題，提高了新產(chǎn)品的設(shè)計(jì)效率。SolidWorks軟件擁有數(shù)十個(gè)黃金合作伙伴，比如美國著名的結(jié)構(gòu)研究公司的Cosmos軟件能夠和SolidWorks軟件無縫集成，實(shí)現(xiàn)機(jī)械產(chǎn)品的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)仿真，此外還可以對(duì)機(jī)械零件進(jìn)行有限元分析，從而進(jìn)一步進(jìn)行強(qiáng)度校核或優(yōu)化設(shè)計(jì)。6.2手動(dòng)氣閥的基本工作原理手動(dòng)氣閥是汽車上用的一種壓縮空氣開關(guān)的機(jī)構(gòu)，其工作原理如圖1所示。當(dāng)通過手柄球（序號(hào)1）和芯桿（序號(hào)2）將氣閥桿（序號(hào)6）拉到最上位置時(shí)，儲(chǔ)氣筒與工作氣缸相接通。當(dāng)氣閥桿被推到最下位置時(shí)，工作氣缸與儲(chǔ)氣筒的通道關(guān)閉。此時(shí)工作氣缸通過氣閥桿的中心孔道與大氣接通。氣閥桿與閥體（序號(hào)4）孔是間隙配合，裝有O型密封圈（序號(hào)5）以防止壓縮空氣泄露，螺母（序號(hào)3）氣質(zhì)固定手動(dòng)啟發(fā)位置的作用。圖1手動(dòng)氣閥工作原理6.3手動(dòng)氣閥組成零件的實(shí)體建模Solidworks2007用戶界面非常人性化,便于操作。在Solidworks的標(biāo)準(zhǔn)菜單中包含了各種用創(chuàng)建零件特征和基準(zhǔn)特征的命令。其中基礎(chǔ)實(shí)體特征主要有拉伸凸臺(tái)/基體、旋轉(zhuǎn)凸臺(tái)/基體等。在基礎(chǔ)實(shí)體特征上可添加圓角、倒角、肋、抽殼、拔模及異型孔、線性陣列、圓角陣列、鏡像等放置特征,這些特征的創(chuàng)建對(duì)于實(shí)體造型的完整性非常重要。在處理復(fù)雜的幾何形狀時(shí)還需要其他高級(jí)特征選項(xiàng),包括掃描、放樣凸臺(tái)P基體及參考幾何體中基準(zhǔn)軸、基準(zhǔn)面這些定位特征等。通過以上特征造型技術(shù)在Solidworks中能設(shè)計(jì)出需要的實(shí)體特征。一個(gè)零件的建模過程，實(shí)際上就是許多個(gè)簡單特征相互之間疊加、切割或相交的操作過程。按照特征的創(chuàng)建順序，構(gòu)成零件的特征可分為基本特征和構(gòu)造特征，因此一個(gè)零件的實(shí)體建模的基本過程可以由如下幾個(gè)步驟組成：（1）進(jìn)入零件設(shè)計(jì)模式。（2）分析零件特征，并確定特征創(chuàng)建順序。（3）創(chuàng)建與修改基本特征。（4）創(chuàng)建與修改其他構(gòu)造特征。（5）所有特征完成之后，存儲(chǔ)零件模型。以下以閥體的實(shí)體建模為例，介紹零件的建模過程。6.3.1閥體的實(shí)體建模在SolidWorks的環(huán)境下，單擊標(biāo)準(zhǔn)工具欄中的“新建”工具，新建一個(gè)零件文件。在特征管理器設(shè)計(jì)樹中選擇“前視基準(zhǔn)面”，單擊（草圖繪制）工具，進(jìn)行草圖1的繪制。單擊（中心線）工具，過草圖原點(diǎn)繪制一條垂直的對(duì)稱虛線。單擊（直線）工具，在草圖上畫出閥體半邊的輪廓線，利用（智能尺寸）工具使閥體輪廓修改為所要求的尺寸（如圖2）。圖2閥體的尺寸輪廓依次利用（旋轉(zhuǎn)凸臺(tái)/基體）工具和（倒角）工具，生成閥體體身。并且，在“插入”工具欄的“注解”中的裝飾螺旋線來定義要求的尺寸。圖3閥身的旋轉(zhuǎn)特征視圖生成閥體以后，在前視基準(zhǔn)面的基礎(chǔ)上，點(diǎn)擊“插入”→“參考幾何體”→“基準(zhǔn)面”，創(chuàng)造兩個(gè)基準(zhǔn)面，（如圖4）在其中的一個(gè)基準(zhǔn)面內(nèi)，建立草圖，單擊（工具），通過屬性關(guān)系和智能尺寸，確定出圓的相應(yīng)位置，利用（拉伸凸臺(tái)/基體），從該草圖的基準(zhǔn)面拉伸成形到下一個(gè)面，圖4基準(zhǔn)面的創(chuàng)建并在“插入”工具欄，“特征”的目錄下，點(diǎn)擊（孔向?qū)В?，在孔?guī)格的設(shè)計(jì)樹下，輸入要求的尺寸以及規(guī)格，生成所需要的螺紋孔。在孔內(nèi)，點(diǎn)擊（切除拉伸）創(chuàng)造草圖，利用“圓”工具在草圖上繪制出6個(gè)相應(yīng)的氣孔，利用智能尺寸進(jìn)行定型和定位，根據(jù)屬性，添加幾何關(guān)系，使6個(gè)氣孔達(dá)到所規(guī)定的要求，選擇成形到下一個(gè)面，最后點(diǎn)擊確認(rèn)。另一個(gè)基準(zhǔn)面以同樣的方法繪制。這樣閥體的實(shí)體建模就完成了（如圖5）。圖5閥體的實(shí)體模型通過以上對(duì)閥體的實(shí)體建模過程，又將手動(dòng)氣閥的手柄球、芯桿、螺母和密封圈以及氣閥桿依次進(jìn)行實(shí)體建模（如圖6-10）。圖6手柄球的實(shí)體模型圖7芯桿的尸體模型圖8螺母的實(shí)體模型圖9密封圈的實(shí)體模型圖10氣閥桿的實(shí)體模型6.4手動(dòng)氣閥的裝配創(chuàng)建了手動(dòng)氣閥的零件實(shí)體后就可以進(jìn)行手動(dòng)氣閥的裝配。先新建一個(gè)裝配體,然后在插入零部件對(duì)話框中點(diǎn)擊瀏覽依次選擇要插入的零部件即可。其中第1個(gè)加入的零件十分重要,它是整個(gè)裝配體的裝配基礎(chǔ),Solidworks軟件已默認(rèn)第1個(gè)插入零件為非運(yùn)動(dòng)體,其他所有的裝配體零件都是以此為基礎(chǔ),本裝配選擇傳動(dòng)軸為裝配參照體。調(diào)入零件后,要使零件之間達(dá)到準(zhǔn)確的裝配,必須建立準(zhǔn)確的裝配約束,2個(gè)零件之間的配合關(guān)系一般用3個(gè)坐標(biāo)方向的位移以及圍繞這3個(gè)坐標(biāo)方向的轉(zhuǎn)動(dòng),系統(tǒng)在配合菜單下提供了包括角度、重合、同心、距離、平行、垂直、相切7種標(biāo)準(zhǔn)配合和包括齒輪配合、限制配合、對(duì)稱配合及寬度配合的4種高級(jí)配合,可以使用這些配合精確地放置實(shí)體。按照Solidworks軟件中的實(shí)體裝配過程,對(duì)手動(dòng)氣閥零件實(shí)體進(jìn)行裝配,裝配后的效果如圖11所示。圖11手動(dòng)氣閥的裝配圖6.5手動(dòng)氣閥的動(dòng)畫演示SolidWorks依靠Animator插件來生成動(dòng)畫和編輯動(dòng)畫，它能將Solidworks的三維模型實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)的可視化,并且實(shí)時(shí)錄制機(jī)構(gòu)的模擬裝配過程、模擬拆卸過程和機(jī)構(gòu)的模擬工作過程,將機(jī)構(gòu)的工作情況得到更好的表達(dá),增強(qiáng)了人們對(duì)機(jī)構(gòu)的認(rèn)識(shí)和了解。在Solidworks的環(huán)境下，先啟動(dòng)Animator插件,單擊菜單“工具”→“插件”,單擊Animator前的選項(xiàng)欄。此后出現(xiàn)Animator的工具欄。在Solidworks2007中Animator的操作都是在工作區(qū)底部,可單擊工作區(qū)底部的“模型”或者“動(dòng)畫”的標(biāo)簽,單擊模型或動(dòng)畫標(biāo)簽即可實(shí)現(xiàn)模型或動(dòng)畫操作的切換（如圖12）。圖12添加Animator插件示意圖在生成仿真動(dòng)畫時(shí),用Animator插件對(duì)手動(dòng)氣閥主要零件大致進(jìn)行以下3步操作:①切換到動(dòng)畫界面;②根據(jù)氣閥運(yùn)動(dòng)的時(shí)間,拖動(dòng)時(shí)間滑桿到相應(yīng)的位置;③拖動(dòng)手柄球、芯桿，以及氣閥桿運(yùn)動(dòng),使其達(dá)到動(dòng)畫序列末端應(yīng)達(dá)到的新位置,這樣就實(shí)現(xiàn)了工作原理的動(dòng)態(tài)仿真。同時(shí)利用爆炸視圖將手動(dòng)氣閥各部零件一一拖動(dòng)到相應(yīng)位置，利用插件中的爆炸和解除爆炸生成其相應(yīng)的爆炸視圖。仿真動(dòng)畫以AVI格式保存,這樣,動(dòng)畫播放不需要專門的播放軟件,可以提高該動(dòng)畫的應(yīng)用和推廣。6.5.1手動(dòng)氣閥的爆炸演示的制作過程在SolidWork的模式下，點(diǎn)擊（爆炸視圖）工具，點(diǎn)擊實(shí)體零件會(huì)出現(xiàn)可以移動(dòng)的坐標(biāo)軸，利用該坐標(biāo)軸將手動(dòng)氣閥的各個(gè)零件移到相應(yīng)的位置上。然后點(diǎn)擊完成視圖（如圖13）。圖13手動(dòng)氣閥的爆炸視圖然后將模型模式改為動(dòng)畫模式（如圖14），點(diǎn)擊（動(dòng)畫向?qū)В┕ぞ撸谕瓿杀ㄒ晥D的基礎(chǔ)上，在選擇動(dòng)畫類型中顯示爆炸和解除爆炸的選項(xiàng)（如圖15）。圖14SolidWorks的動(dòng)畫模式圖15選擇動(dòng)畫類型示意圖先點(diǎn)取“爆炸”一項(xiàng)點(diǎn)擊“下一步”，確定時(shí)間長度和開始時(shí)間，完成之后，再次點(diǎn)擊（動(dòng)畫向?qū)В┕ぞ撸谶x擇動(dòng)畫類型點(diǎn)取“解除爆炸”，在計(jì)算好爆炸時(shí)間后在確定解除爆炸的時(shí)間長度和開始時(shí)間，這樣爆炸過程的動(dòng)畫演示就完成了。最后可以點(diǎn)擊（從頭播放）或者（播放）觀看演示過程并點(diǎn)擊保存該視圖。6.5.2手動(dòng)氣閥的模擬仿真動(dòng)畫演示的制作過程選擇點(diǎn)擊后面的下拉菜單，找到自定義，勾取一欄，使其添加到“特征”的欄目下，點(diǎn)擊（模擬）工具，選擇（線性馬達(dá)），（如圖16）。圖16線性馬達(dá)示意圖選中手動(dòng)氣閥中需要運(yùn)動(dòng)的零件，單擊確認(rèn)（如圖17、18）。圖17手動(dòng)氣閥的下運(yùn)動(dòng)圖18手動(dòng)氣閥的上運(yùn)動(dòng)這樣手動(dòng)氣閥的模擬仿真動(dòng)畫就完成了，點(diǎn)擊播放可以進(jìn)行預(yù)覽，最后保存。7結(jié)論在整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)的過程中，通過對(duì)計(jì)算機(jī)模擬仿真技術(shù)以及SolidWorks軟件等知識(shí)的學(xué)習(xí)，我從理論上了解到計(jì)算機(jī)仿真模擬技術(shù)的特點(diǎn)及其分類，而且知道了其中的關(guān)鍵技術(shù)以及在實(shí)踐中的應(yīng)用。由此看出計(jì)算機(jī)模擬仿真技術(shù)在現(xiàn)代科學(xué)領(lǐng)域中的重要地位。與此同時(shí)能夠運(yùn)用SolidWorks軟件對(duì)各種零件進(jìn)行三維實(shí)體建模，利用Animator插件對(duì)實(shí)體進(jìn)行簡單的編輯動(dòng)畫和生成動(dòng)畫。在本文中我利用SolidWorks軟件對(duì)手動(dòng)氣閥進(jìn)行了三維造型，并利用動(dòng)畫效果向大家展示了手動(dòng)氣閥的爆炸視圖演