淺談如何做好基于虛擬裝配技術的竹席編織機的設計工作

唐利平湖南汽車工程職業(yè)學院

淺談如何做好基于虛擬裝配技術的竹席編織機的設計工作

唐利平
湖南汽車工程職業(yè)學院

摘要：為與企業(yè)的實際要求相適應，應以概念設計和竹席編織的實際特點為基礎，準確的總結(jié)出竹席編織機的工作原理，同時科學的采用虛擬裝配技術來建立具有多種功能的三維實體模型，這樣以動態(tài)演示的方式就能更加準確和有效的發(fā)現(xiàn)竹席編織機在功能上的問題，及時的制定改進對策，從而得出最佳的結(jié)構(gòu)方案。

關鍵詞：竹席編織機；虛擬裝配；裝配仿真

1　竹席編織機的實體信息

進行設計工作時，我們應以竹席編織機的實際特點和性能指標為依據(jù)，明確設計目標，即科學的應用設計方法學和機械設計學中的功能原理的設計方法，在保證設計質(zhì)量和效率的前提下，高效的設計和計算設備的各個零部件，總結(jié)歸納出其工作原理。分析時采用簡單評價法和技術經(jīng)濟評價法，確定其各類技術參數(shù)和性能指標，從而得到最為可行的結(jié)構(gòu)設計方案，為之后的裝配建模提供依據(jù)。采用竹席編織機編織出來的竹席應具備良好的平整性和緊密性，不能有太大的空隙，形狀應為“壓二挑二”形。為實現(xiàn)這一動作，那么頂篾和壓篾之間應具備良好的間隙運動，同時為滿足其間隙運動的要求，應采用槽輪機構(gòu)將其轉(zhuǎn)動方式轉(zhuǎn)換為從動軸的單向周期間隙運動。

借助于傳統(tǒng)的機械設計理論，我們可以對進篾機構(gòu)、間歇機構(gòu)、機架、間歇鏈輪以及打緊裝置等零部件進行結(jié)構(gòu)設計工作，這樣就可以得到各個零部件的精度、顏色、材質(zhì)以及點、線、面等物理特性和實體信息了，而竹席編織機的裝配關系就是由這些信息組成的。我們可以將其關系概括為：MR=（MT，ME），在這一公式中，ME為零部件之間的配合類型，MT為零部件之間的實體信息，MR則為零部件之間的配合關系。

2　竹席編織機的虛擬模型

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模型的實際要求，設計人員既要考慮到竹席編織機的實體信息，同時更要全面的考慮到零部件之間的幾何約束條件以及運動關系等因素。對其進行虛擬裝配的過程中，為了能夠及時準確的找到存在于數(shù)據(jù)庫中的竹席編織機零部件的信息和工具的信息，那么我們就需要科學的應用特定的操作界面，從而以各種形式交互的操作裝配產(chǎn)品的每一個部分?？v觀整個虛擬裝配過程，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，其附屬的特性也會隨之更改。這樣設計人員就可以根據(jù)自己的想法來有針對性的進行新產(chǎn)品的開發(fā)設計工作。

在設計人員得到了竹席編織機零部件的實體信息的基礎上，那么隨之還能夠得到設計模型的參數(shù)名稱、類型以及數(shù)值，同時在用戶的對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系，我們可以對零部件之間的運動關系進行導航，同時根據(jù)其約束條件和裝配關系，在虛擬的環(huán)境下，進行設計組裝時我們可以依據(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)，而對于修改后的參數(shù)值，設計系統(tǒng)也能及時的將其反映到設計模型，借助參數(shù)化的驅(qū)動程序以及族表參數(shù)化的功能就可以生成各個零部件的三維實體模型，如頂篾結(jié)構(gòu)、進篾機構(gòu)、槽輪機構(gòu)、壓篾機構(gòu)以及減速器等，之后對它們進行裝配就能夠得到竹席編織機的三維參數(shù)化實體模型了。

3　竹席編織機的裝配仿真

對竹席編織機進行虛擬裝配時，零部件之間經(jīng)常會出現(xiàn)相互干涉的問題，那么就必須對其進行動態(tài)和靜態(tài)的干涉檢測工作。通過準確的分析竹席編織機的工作原理和結(jié)構(gòu)特點，在虛擬的環(huán)境中完整的模擬出竹席編織機的整個裝配過程，并且還能夠全面的掌握各類零部件的運動狀態(tài)，從而確定他們之間的運動關系是否是合理的，對所確定的設計方案進行分析和評估，如果發(fā)現(xiàn)了不合理的設計細節(jié)，那么就應立即制定出有效的改進措施，從而保證設計方案的最優(yōu)化，這樣的一個過程就是虛擬裝配中的仿真技術。

如果傳動機構(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：先導入零部件的幾何模型，定義其實體信息和物理特性，而在記錄和顯示測量參數(shù)時則是以數(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話框中，從而計算出運動發(fā)生器的大小。為了保證計算結(jié)果的準確性，設計人員還應有效的控制動畫步長、積分步長以及配置容差，最后則是測量模型并且播放動態(tài)的仿真效果，同時得到了相應的視頻文件和圖像文件。竹席編織機的裝配仿真過程主要包括以下內(nèi)容：進篾機構(gòu)、打緊裝置、間歇機構(gòu)、機器主體、間歇鏈輪模擬以及打緊裝置與進篾機構(gòu)的聯(lián)合等。

在竹席編織機的裝配仿真設計工作中，所確定的任何設計方案都可能是存在缺陷的，那么就要及時的修改不完善的結(jié)構(gòu)，同時應不斷的優(yōu)化和改進不穩(wěn)定的性能指標和不可靠的因素。這里建議采用MSC.visualNastran4D這一軟件，其將有限元分析技術和動力學仿真技術很好的結(jié)合到了一起，將各個零部件的應力水平動態(tài)的顯示出來了，大大的提升了評估效果的準確性和直觀性。之后會對零部件進行修改和完善并將其調(diào)入到軟件中進行虛擬的裝配，再對整個方案進行評估，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)化的設計方案。

4　結(jié)束語

通過以上的論述，在對竹席編織機進行設計的過程中，如果能夠科學的應用虛擬裝配技術，那么不但可以實現(xiàn)視覺、聽覺和觸覺一體化的設計環(huán)境，不需要再使用物理樣機了，同時也大大的降低了新產(chǎn)品的開發(fā)成本。建立三維實體模型并進行模擬仿真，設計人員可以更全面的設計產(chǎn)品并對產(chǎn)品進行分析和評價，降低了竹席編織機的開發(fā)設計周期，提升了產(chǎn)品的設計質(zhì)量，同時也保證了產(chǎn)品具有良好的人機性和可裝配性，借助于這一技術所設計的竹席編織機是有著現(xiàn)實的指導意義的。

參考文獻：

[1]嚴雋琪.虛擬制造的理論、技術基礎與實踐[M].上海:上海交通大學出版社，2005.

[2]高自成.淺談對竹席自動編織機的運動學仿真研究[J].機床與液壓，2012.

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

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