机电产品虚拟样机技术研究与展望

虚拟样机技术是一种崭新的产品开发方法,涉及多体系统运动学与动力学建模理论及其技术实现,通过对虚拟样机系统总体技术、系统建模／仿真等关键技术的研究,提出了产品虚拟样机技术的发展趋势．     

磁悬浮转子系统中柔性转子建模与联合仿真

为了更准确反映磁悬浮转子系统中转子的运行状态,建立了磁悬浮转子系统机电模型,采用虚拟样机技术,提出并建立了柔性磁悬浮转子系统的联合仿真模型;利用SolidWorks建立了系统的三维CAD实体模型,用ANSYS进行有限元分析并生成模态中性文件,用Matlab建立控制系统模型,采用基于接口的方法在ADAMS与Matlab仿真环境下,建立了涉及多学科多领域的磁悬浮柔性转子系统的协同仿真模型,为磁悬浮柔性转子系统的研究和设计提供了一个有效的方法。     

基于虚拟样机的数控铣床伺服控制系统

为了获得伺服控制系统的参数,综合运用自动控制理论、系统建模与仿真以及虚拟样机技术等知识,分别在ADAMS和MATLAB平台上建立数控铣床工作台的三维机械模型和控制系统模型,并进行了控制系统的联合仿真.通过对工作台进行速度仿真控制,取得了良好的仿真效果,证明了该系统模型的有效性.这种方法可用于数控铣床的设计和调试.     

挖掘机器人虚拟样机建模策略与仿真技术研究

为了全面分析挖掘机器人的综合性能,提出基于数字化虚拟样机的虚拟测试评估方法.以一台3.5 t试验型挖掘机器人为对象,系统研究挖掘机器人虚拟样机的子系统建模及模型集成技术.利用Pro/E和ADAMS软件建立机械子系统、液压子系统、伺服控制子系统、节能控制子系统以及土壤挖掘阻力模型,并在ADAMS环境中利用参数关联和模型集成技术,将各个子系统模型集成,构成机电液一体化的挖掘机器人虚拟样机模型.最后通过实验证明了样机模型的精确性.该集成样机模型能够代替实际物理样机对各个子系统的性能进行仿真分析,并从系统的角度对挖掘机器人的性能进行综合评估,提高了产品开发速度和精度,降低了开发成本.     

基于Petri网的计算机支持的协同设计仿真技术研究

协作模型的分析和优化是提高协同工作效率的关键技术,可以广泛应用于协同设计等工程领域。利用贴近度理论和Petri网技术,分析了协同活动事件间的模糊时间关系,研究了协同设计过程建模方法,采用面向对象方法描述模型元素的数据结构,设计了系统仿真算法。实验表明,该建模和仿真方法提高了对协同设计过程的描述能力,实现了对协同设计过程时序推理和定量分析。     

基于虚拟样机的原子滑车的建模与仿真研究

介绍了原子滑车的工作原理和轨道类型,给出了原子滑车车厢、轨道的建模方法和约束方式.对所设计的实验型原子滑车进行了虚拟样机的建模与仿真,得到了运行过程中的速度和加速度,并进行了相应的分析,结果表明用虚拟样机技术可以实现对原子滑车的建模与仿真.     

基于Pro/E的装载机工作装置仿真研究

通过对装载机工作装置各构件及铰接点的分析,在Pro/E平台下对装载机工作装置进行了实体建模、虚拟装配、动态模拟、干涉检查、运动仿真和动力学分析,实现了在Pro/E环境下的装载机工作装置的虚拟样机设计.这种基于虚拟样机模型的建模方法对装载机工作装置的设计具有普遍的适用性.仿真表明本研究方案可以提高设计效率,缩短产品设计、试制周期,对于设计工作有一定的指导意义.     

CATIA环境下船舶机舱虚拟环境的构建

在CATIA环境下,探讨了基于虚拟样机的船舶主动力装置机械领域仿真及其实现方法,完成了主动力装置部件三维实体建模。用视景生成、三维建模及纹理映射基础理论,实现了CATIA环境下基于虚拟样机的船舶主动力装置机械领域仿真。主要包括：部件建模、纹理贴图及材质处理、虚拟环境的构建,并以实船的动力装置设计为实进行了验证,构建了机舱虚拟环境。     

基于虚拟样机技术的深海采矿主动式升沉补偿系统设计

在分析已有海洋钻井平台、钻探船的升沉补偿系统特性的基础上,依据中国大洋协会(COMRA)的大洋多金属结核中试采矿系统及1 km深范围海试状况,提出了双油缸主动控制升沉补偿系统设计方案,创建了该系统的虚拟样机.对该虚拟样机进行参数化设计、工作过程模拟和模糊控制仿真研究,结果表明,此虚拟系统设计方案可行;基于该虚拟样机的模糊控制策略,在仿真研究中能有效提高升沉补偿效果,达到系统设计要求.     

基于多体系统动力学的悬架虚拟样机库

从悬架的运动学和柔顺性(K&C)关系入手,以多体系统动力学为理论依据,建立了包含多种悬架的虚拟样机库。该虚拟样机库具有:①开放性。通过修改参数可以方便地构建用户自己的悬架虚拟样机;②实用性。虚拟样机库中的悬架都是企业实车悬架,对其仿真得出的悬架K&C特性具有重要的工程参考价值;③基础性。可快速构建多种前后悬架布置形式的整车虚拟样机。该虚拟样机为悬架产品乃至底盘产品的综合化、集成化、并行化设计打下了基础。     

下肢康复机器人机械结构设计及动力学仿真

为推动康复机器人发展,提高下肢康复训练水平,设计了一种新型下肢训练康复机器人的机械结构.设计采用新型全向移动平台机构,实现了平面内任意方向的运动,并且可以在移动过程中实现任意半径转弯.从运动学角度分析了轮速与机器人轨迹间的数学关系,并采用虚拟样机技术结合Pro/E与Adams联合建模仿真的方法,建立了精确可靠的虚拟样机模型.实验仿真结果表明,设计的虚拟样机模型与数学模型具有一致性,验证了该下肢康复机器人机械结构的实际可行性,为物理样机的建立提供了可靠依据.     

基于虚拟样机的减速器动力学分析

通过三维CAD软件SolidWorks创建了减速器的参数化实体模型;利用Parasolid文件接口在AD-AMS中实现了减速器虚拟样机的构建.基于虚拟样机的建模和仿真为机械设计提供了依据,提高了设计效率.     

基于VR的家庭机器人建模

为了缩短研制周期和降低开发成本,引入虚拟样机模型来设计家庭机器人仿真系统．利用三维实时场景建模技术在SGI工作站上建立虚拟家庭环境和虚拟家庭机器人的实体模型,推导了差速移动机器人的运动学模型,并完成了家庭机器人在虚拟家庭环境中漫游的仿真试验．结果表明,将虚拟现实和机器人学相结合是机器人研究的一种有效手段．     

虚拟样机技术在汽车悬架分析中的应用

针对某SUV车抗点头和抗抬头性能较差,运用虚拟样机技术,建立其前后悬架虚拟样机模型。通过虚拟仿真,揭示了各自的运动学和动力学规律。在较少改动零部件的前提下,对模型中前悬架导向机构的硬点进行了调整。结果表明:将下控制臂与车架前安装点向下调整20 mm,抗点头和抗抬头性能分别提高约80%和30%。为了考察此改动对操纵稳定性的影响,建立了整车虚拟样机模型,并按照国标对稳态回转特性进行了虚拟和实车试验,结果两者吻合较好,从而验证了虚拟样机模型的正确性。此外,对前悬架改进前后的整车虚拟样机模型分别进行了转向回正及阶跃输入虚拟试验。结果表明,该改动对整车性能影响很小,前悬架导向机构硬点的调整方案,是可以接受的。     

虚拟样机技术在门座起重机设计中的应用

分析门座起重机设计的现状,结合虚拟样机技术、参数化建模技术实现门座起重机的三维参数化建模,并应用虚拟装配技术生成整机系统的虚拟样机模型;通过对门座起重机虚拟样机的建模分析,为起重机有限元动力学分析提供精确的模型,减少设计开发成本.     

ADAMS 在机械原理机构教学中的应用

介绍了应用虚拟样机仿真软件——ADAMS(Automatic Dynamic Analysis of Mechanical Systems,机械系统动力学自动分析)在机械原理课程中进行机构动力学求解与机构设计优化的原理与方法,分析了传统机构教学方法的缺点以及虚拟样机仿真软件在机构教学中的应用过程。通过分别对内燃机机构、共轭凸轮机构进行仿真,说明了ADAMS软件在机械原理机构动力学教学以及机构创新设计与优化中的应用。     

基于3DS MAX的虚拟轴机床的运动学仿真

基于 3DS环境和MAXScript脚本语言开发平台 ,在虚拟环境下对该虚拟轴机床进行了样机的实体建模、运动学仿真 ,给出了样机仿真实例     

车辆平顺性的虚拟仿真及试验

运用多体动力学软件建立了包含前后悬架系统、转向系统和轮胎的整车模型,开发了偏频测试及随机路面输入测试的虚拟仿真试验台。利用该试验台对所建立的整车模型进行了偏频及随机路面输入的虚拟仿真测试,并对样车进行了相应的实车试验。仿真与试验的对比结果表明,该车平顺性能比较理想,平顺性仿真模型较为精确,所开发的虚拟仿真试验台是可行的,为分析车辆平顺性提供了一种快速便捷的方法。