基于SOLIDWORKS的千斤頂運(yùn)動(dòng)仿真

1、 目目 錄錄 1 緒論.1 2 模擬仿真概述.1 2.1 模擬仿真的概念 .1 2.2 模擬仿真的產(chǎn)生與發(fā)展 .2 2.3 國(guó)內(nèi)的模擬仿真技術(shù) .3 3 千斤頂.4 3.1 千斤頂?shù)亩x及分類 .4 3.2 千斤頂?shù)陌l(fā)展現(xiàn)狀 .5 4 solidworks 概述 .6 5 基于 solidworks 的模擬仿真實(shí)例.6 5.1 基于 solidworks 的千斤頂三維實(shí)體建模的基本過(guò)程 .7 5.2 零件三維實(shí)體建模過(guò)程的基本步驟 .7 5.3 螺旋千斤頂?shù)娜S實(shí)體建模的過(guò)程 .8 5.3.1 底座的畫法極其過(guò)程 .8 5.3.2 起重螺桿的畫法及其過(guò)程 .10 5.3.3 頂蓋的畫法和過(guò)程

2、.11 5.3.4 旋轉(zhuǎn)桿的畫法及其過(guò)程 .13 5.4 千斤頂裝配體的裝配方法 .15 5.5 千斤頂爆炸視圖的制作過(guò)程 .16 5.6 千斤頂三維動(dòng)畫的制作過(guò)程 .18 6 結(jié)論.19 致謝.20 參考文獻(xiàn).21 1 1 緒論緒論 計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)是世界各國(guó)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(guò)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

3、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(guó)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(lái)越廣泛的應(yīng)用。美國(guó) 1992 年提出的 22 項(xiàng)國(guó)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(guó)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)。足見(jiàn)其在現(xiàn)代科學(xué)技 術(shù)領(lǐng)域中的重要地位1。 傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法是首先在設(shè)計(jì)者頭腦中建立起產(chǎn)品的三維實(shí)體形狀后借助 于正投影方法，把頭腦中的三維實(shí)體投影為多二維視圖。在讀圖時(shí)又需要將各 個(gè)視圖的信息通過(guò)想象加以綜合，在頭腦中恢復(fù)回原來(lái)的三維實(shí)體形狀，再進(jìn) 行工藝設(shè)計(jì)、

4、加工等工作。這樣一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，大大降低工作效率，且容易 出錯(cuò)。運(yùn)用 solidworks 系統(tǒng)進(jìn)行三維實(shí)體設(shè)計(jì)技術(shù)，采用新的三維-二維-三維 的新模式，通過(guò)計(jì)算設(shè)計(jì)訓(xùn)練，培養(yǎng)了空間想象能力和設(shè)計(jì)思想表達(dá)能力2。 solidworks 以其優(yōu)異的三維設(shè)計(jì)功能 ,操作簡(jiǎn)單等一系列的優(yōu)點(diǎn) ,極大地 提高了設(shè)計(jì)效率。利用 solidworks 不僅可以生成二維工程圖，而且可以生成三 維零件，實(shí)現(xiàn)零件的三維實(shí)體建模。用戶還可以利用其運(yùn)動(dòng)仿真功能，通過(guò)動(dòng) 畫來(lái)展現(xiàn)零件的三維造型和運(yùn)動(dòng)仿真。 2 模擬仿真概述模擬仿真概述 2.12.1 模擬仿真的概念模擬仿真的概念 模擬仿真的意思就是用模型（物理模型或數(shù)學(xué)

5、模型）來(lái)模仿實(shí)際系統(tǒng)，代 替實(shí)際系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和研究。事實(shí)上，習(xí)慣定義的模擬仿真，即用模型來(lái)模 仿實(shí)際系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和研究，從來(lái)就是產(chǎn)品開(kāi)發(fā)中的常用技術(shù)手段3。 計(jì)算機(jī)運(yùn)動(dòng)仿真作為計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的一個(gè)重要分支，可以歸入虛擬現(xiàn)實(shí) 技術(shù) vr(virtual reality)的范疇，它匯集了計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、多媒體技術(shù)、實(shí) 時(shí)計(jì)算技術(shù)、人機(jī)接口技術(shù)等多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。作為一門新興的高技術(shù)，己經(jīng)成 為工程技術(shù)領(lǐng)域計(jì)算機(jī)應(yīng)用的重要方向。 2 2.22.2 模擬仿真的產(chǎn)生與發(fā)展模擬仿真的產(chǎn)生與發(fā)展 近些年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)圖形處理能力日益增強(qiáng)，以計(jì) 算機(jī)為主要工具的仿真技術(shù)也迅速發(fā)展起來(lái)，并很快應(yīng)用

6、于工程領(lǐng)域。在計(jì)算 機(jī)輔助下進(jìn)行機(jī)械零件的設(shè)計(jì)、校核，并進(jìn)行系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)仿真己經(jīng)逐漸成為機(jī)械 設(shè)計(jì)的發(fā)展方向。 在傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)與制造過(guò)程中，首先是方案設(shè)計(jì)及論證，然后進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)。 在設(shè)計(jì)完成后，為了驗(yàn)證設(shè)計(jì)，通常要制造樣機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)，有時(shí)這些試驗(yàn)甚至 是破壞性的。當(dāng)通過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)缺陷時(shí)，又要回頭修改設(shè)計(jì)并再用樣機(jī)驗(yàn)證。只 有通過(guò)周而復(fù)始的設(shè)計(jì)一試驗(yàn)一設(shè)計(jì)過(guò)程，產(chǎn)品才能達(dá)到要求的性能。這一過(guò) 程是冗長(zhǎng)的，尤其對(duì)于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的系統(tǒng)，設(shè)計(jì)周期無(wú)法縮短，更不用談對(duì)市場(chǎng) 的靈活反應(yīng)了。在大多數(shù)情況下，工程師往往為了保證產(chǎn)品按時(shí)投放市場(chǎng)而中 斷這一過(guò)程，使產(chǎn)品在上市時(shí)便有先天不足的毛病。在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的背景下，基 于實(shí)

7、際樣機(jī)上的設(shè)計(jì)驗(yàn)證過(guò)程嚴(yán)重地制約了產(chǎn)品的質(zhì)量的提高、成本的降低和 對(duì)市場(chǎng)的占有。隨著經(jīng)濟(jì)貿(mào)易的全球化，要想在競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈的市場(chǎng)上取勝， 縮短開(kāi)發(fā)周期，提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低成本以及對(duì)市場(chǎng)的靈活反應(yīng)都已成為競(jìng)爭(zhēng) 者們所追求的運(yùn)營(yíng)方式，誰(shuí)早推出產(chǎn)品，誰(shuí)就占有市場(chǎng)。然而，傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)與 制造方式卻無(wú)法滿足這些要求5。 虛擬模型技術(shù)應(yīng)當(dāng)屬于計(jì)算機(jī)輔助工程(cae)的一個(gè)分支，它的核心部分是 多體系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)建模理論及其技術(shù)實(shí)現(xiàn)。作為應(yīng)用數(shù)學(xué)一個(gè)分支的數(shù) 值算法及時(shí)地提供了求解這種問(wèn)題的有效的快速算法。近年來(lái)的計(jì)算機(jī)可視化 技術(shù)以及動(dòng)畫技術(shù)的發(fā)展為這項(xiàng)技術(shù)提供了友好的用戶界面，cad/fea 等技術(shù) 的

8、發(fā)展為虛擬模型技術(shù)的應(yīng)用提供了技術(shù)環(huán)境。借助于虛擬模型技術(shù)，設(shè)計(jì)過(guò) 程先從整機(jī)開(kāi)始，按照“由上至下”的順序進(jìn)行，這樣可以避免由于系統(tǒng)設(shè)計(jì) 方面的失誤而付出的昂貴代價(jià)。 目前, 計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)已經(jīng)廣泛地應(yīng)用在各個(gè)領(lǐng)域里:汽車制造業(yè)、工程機(jī) 械、航天航空業(yè)、國(guó)防工業(yè)及通用機(jī)械制造業(yè);所涉及到的產(chǎn)品從龐大的卡車到 照相機(jī)的快門，天上的火箭到輪船的錨機(jī)。在各個(gè)領(lǐng)域里，針對(duì)各種不同的產(chǎn) 品，虛擬模型技術(shù)都為用戶節(jié)省了開(kāi)支和時(shí)間，并提供了滿意的設(shè)計(jì)方案7。 在我國(guó)，對(duì)計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的研究起步較早，發(fā)展很快。1995 年 6 月國(guó)防 科技大學(xué)研制成功的銀河仿真 l 型計(jì)算機(jī)，標(biāo)志著我國(guó)計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)取得了

9、突破性進(jìn)展，跨入了國(guó)際的先進(jìn)行列。在研制新一代的運(yùn)載火箭、飛航導(dǎo)彈等 重要科研項(xiàng)目中，多次用計(jì)算機(jī)仿真進(jìn)行預(yù)測(cè)性試驗(yàn)，確保了實(shí)際發(fā)射的成功 率。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，近幾年有關(guān)科研院所，運(yùn)用銀河仿真機(jī)進(jìn)行科學(xué)研究，節(jié) 省科研經(jīng)費(fèi)近 10 億元，取得了巨大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。 3 近年來(lái)由于計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)的突飛猛進(jìn)帶動(dòng)了很多相關(guān)學(xué)科的飛速進(jìn)步， 仿真技術(shù)就是有代表性的一個(gè)。計(jì)算機(jī)所提供的資源環(huán)境、條件，使仿真技術(shù) 的開(kāi)發(fā)環(huán)境大為改善，有了更多可供選擇和馳聘的平臺(tái)。使仿真裝置的逼真度 和實(shí)時(shí)性大為提高，性能價(jià)格比更加優(yōu)越。 就仿真技術(shù)而言，仿真建模方法學(xué)、仿真計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、仿真支持軟件等方 面始終是仿真

10、技術(shù)發(fā)展的重要課題。近幾年來(lái)，涉及上述領(lǐng)域的多項(xiàng)新技術(shù)、 新成果已經(jīng)展示了良好的發(fā)展前景。面向?qū)ο蟮姆抡娼?，仿真科技界人士?直在致力于研究面向?qū)ο蟮母鞣N建模技術(shù)，主要方向是面向工程圖、面向方框 圖、面向方程式、面向工藝過(guò)程的建模方法，這些方法雖然本質(zhì)上仍屬于將人 們對(duì)實(shí)際系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)檫m宜于計(jì)算機(jī)符號(hào)處理的模式，但較之傳統(tǒng)的采用 fortran 語(yǔ)言的人工建模前進(jìn)了一大步。它充分調(diào)動(dòng)了計(jì)算機(jī)本身的符號(hào)處理 能力，加速了人們對(duì)仿真對(duì)象的認(rèn)識(shí)和轉(zhuǎn)換過(guò)程。這種方法將進(jìn)一步改善系統(tǒng) 的建模能力、縮短球棋時(shí)間.犬其可貴的是它使具有實(shí)際系統(tǒng)工程技術(shù)知識(shí)的用 戶技術(shù)人員，更容易掌握和使用仿真技術(shù)，使仿

11、真技術(shù)這一先進(jìn)的手段更好地 為實(shí)際系統(tǒng)服務(wù)。 2.3 國(guó)內(nèi)的模擬仿真技術(shù)國(guó)內(nèi)的模擬仿真技術(shù) 虛擬模型和計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)是一項(xiàng)涉及多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域的前沿技術(shù)，發(fā)達(dá)國(guó) 家于 20 世紀(jì) 80 年代提出了相關(guān)概念，這項(xiàng)技術(shù)在過(guò)去的 10 年里獲得了迅速發(fā) 展并達(dá)到實(shí)用階段。和一些先進(jìn)國(guó)家相比，我國(guó)在這個(gè)領(lǐng)域還有一定差距，但 已經(jīng)引起了國(guó)家有關(guān)部門和科學(xué)家們的重視，九五規(guī)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金、 國(guó)家高技術(shù)產(chǎn)業(yè)規(guī)劃都把虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù) vr 列入了研究項(xiàng)目。國(guó)內(nèi)一些高校和研 究部門在緊跟國(guó)際先進(jìn)技術(shù)的同時(shí)，積極投入到了這一領(lǐng)域當(dāng)中，并且取得了 一定的研究成果。 清華大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)系對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)和臨場(chǎng)感方面進(jìn)行

12、了研究，在克 服立體圖閃爍的措施和深度感試驗(yàn)方面采用了一些獨(dú)特的方法。他們針對(duì)室內(nèi) 環(huán)境的特點(diǎn)，提出借助圖像變換，使立體視覺(jué)圖像中對(duì)應(yīng)水平特征呈現(xiàn)形狀一 致性，以利于實(shí)現(xiàn)特征匹配，并獲取物體三維結(jié)構(gòu)的新穎算法。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)機(jī)械系在機(jī)構(gòu)的三維運(yùn)動(dòng)仿真方面進(jìn)行了不少研究，他們 使用 opengl 開(kāi)發(fā)的機(jī)構(gòu)三維仿真軟件成功地模擬出了一些常用機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)， 并在此基礎(chǔ)上加入了一些計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和分析的功能。該校計(jì)算機(jī)系成功地 摹擬出了人的臉部動(dòng)作，如表情的合成和唇動(dòng)的合成。 浙江大學(xué) cad&cg 國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)出了一套桌面虛擬建筑環(huán)境實(shí)時(shí)漫游 系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了立體視覺(jué)，同時(shí)提供的交互工具使系

13、統(tǒng)的真實(shí)感達(dá)到了較高的水 平。 4 北京航空航天大學(xué)計(jì)算機(jī)系著重研究了虛擬環(huán)境中物體物理特性的表示和 處理，在虛擬現(xiàn)實(shí)的視覺(jué)接口方面開(kāi)發(fā)出了部分軟硬件，提供了用于飛行員訓(xùn) 練的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)。 西安交通大學(xué)信息工程研究所對(duì)立體顯示技術(shù)進(jìn)行了研究，提出了一種基 于 jpeg 標(biāo)準(zhǔn)壓縮編碼新方案，獲得了較高的壓縮比。 西北工業(yè)大學(xué)在基于 ug 的二次開(kāi)發(fā)方面進(jìn)行了不少研究。 西安理工大學(xué)機(jī)械與精密儀器學(xué)院在基于 solidworks 的二次開(kāi)發(fā)方面也做 了不少工作，開(kāi)發(fā)了連桿機(jī)構(gòu)和弧面分度凸輪的運(yùn)動(dòng)仿真軟件。 上海交通大學(xué)圖像處理及模式識(shí)別研究所，國(guó)防科技大學(xué)計(jì)算機(jī)研究所， 北京工業(yè)大學(xué) cad 研

14、究中心等單位也都在這一領(lǐng)域做了一定的工作，并取得了 一定的研究成果。 3 千斤頂千斤頂 3.1 千斤頂?shù)亩x及分類千斤頂?shù)亩x及分類 千斤頂是一種用鋼性頂舉件作為工作裝置，通過(guò)頂部托座或底部托爪在行 程內(nèi)頂升重物的輕小起重設(shè)備！ 按結(jié)構(gòu)特征可分為齒條千斤頂、螺旋千斤頂和液壓（油壓）千斤頂 3 種。 齒條千斤頂:由人力通過(guò)杠桿和齒輪帶動(dòng)齒條頂舉重物。起重量一般不 超過(guò) 20 噸，可長(zhǎng)期支持重物，主要用在作業(yè)條件不方便的地方或需要利用下部 的托爪提升重物的場(chǎng)合，如鐵路起軌作業(yè)。 螺旋千斤頂:由人力通過(guò)螺旋副傳動(dòng)，螺桿或螺母套筒作為頂舉件。普 通螺旋千斤頂靠螺紋自鎖作用支持重物，構(gòu)造簡(jiǎn)單，但傳動(dòng)效率

15、低，返程慢。 自降螺旋千斤頂?shù)穆菁y無(wú)自鎖作用，裝有制動(dòng)器。放松制動(dòng)器，重物即可自行 快速下降，縮短返程時(shí)間，但這種千斤頂構(gòu)造較復(fù)雜。螺旋千斤頂能長(zhǎng)期支持 重物，最大起重量已達(dá) 100 噸，應(yīng)用較廣。下部裝上水平螺桿后，還能使重物 作小距離橫移。 液壓千斤頂:由人力或電力驅(qū)動(dòng)液壓泵，通過(guò)液壓系統(tǒng)傳動(dòng)，用缸體或 活塞作為頂舉件。液壓千斤頂可分為整體式和分離式。整體式的泵與液壓缸聯(lián) 成一體；分離式的泵與液壓缸分離，中間用高壓軟管相聯(lián)。液壓千斤頂結(jié)構(gòu)緊 湊，能平穩(wěn)頂升重物，起重量最大已達(dá) 1000 噸，行程 1 米，傳動(dòng)效率較高，故 應(yīng)用較廣；但易漏油，不宜長(zhǎng)期支持重物。 如長(zhǎng)期支撐需選用自鎖頂，螺旋

16、千 斤頂和液壓千斤頂為進(jìn)一步降低外形高度或增大頂舉距離，可做成多級(jí)伸縮式 的。 5 3.2 千斤頂?shù)陌l(fā)展現(xiàn)狀千斤頂?shù)陌l(fā)展現(xiàn)狀 近年來(lái)，我國(guó)的千斤頂產(chǎn)業(yè)得到快速持續(xù)發(fā)展，成為全球千斤頂生產(chǎn)增長(zhǎng) 最快和千斤頂消耗量最大的國(guó)家之一，因而引起業(yè)界的廣泛關(guān)注。 千斤頂起源于 20 世紀(jì)初的英、美、德等國(guó)家，在逐步發(fā)展中工藝逐漸成熟， 因其具有抗腐蝕、耐高溫，強(qiáng)度高、表面精美、百分之百可回收等無(wú)與倫比的 良好性能，被廣泛應(yīng)用于建筑、交通、能源、石化、環(huán)保、城市景觀、醫(yī)療、 餐飲等各個(gè)領(lǐng)域，逐漸被人們所接受，也越來(lái)越多地走進(jìn)尋常百姓的日常生活。 一、中國(guó)千斤頂產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)了快速發(fā)展 我國(guó)千斤頂產(chǎn)業(yè)發(fā)展進(jìn)步較晚，

17、建國(guó)以來(lái)到改革開(kāi)放前，我國(guó)千斤頂?shù)男?求主要是以工業(yè)和國(guó)防尖端使用為主。改革開(kāi)放后，國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人 民生活水平的顯著提高，拉動(dòng)了千斤頂?shù)男枨?。進(jìn)入上世紀(jì)九十年代后，我國(guó) 千斤頂產(chǎn)業(yè)進(jìn)入快速發(fā)展期，千斤頂需求的增速遠(yuǎn)高于全球水平。 1990 年以來(lái)，全球千斤頂表觀消費(fèi)量以年均 6%的速度增長(zhǎng)，而九十年代的 十年間，我國(guó)千斤頂表觀消費(fèi)量年均增長(zhǎng)率達(dá)到 17.73%，是世界年均增長(zhǎng)率的 2.9 倍。進(jìn)入二十一世紀(jì)，我國(guó)千斤頂產(chǎn)業(yè)高速增長(zhǎng)。2000 年2004 年，我國(guó) 千斤頂消費(fèi)量從 188 萬(wàn)噸增長(zhǎng)到 447 萬(wàn)噸，增加了 2.3 倍，年平均增長(zhǎng)率在 27%以 上。其中，2001 年，我國(guó)

18、千斤頂表觀消費(fèi)量達(dá)到 225 萬(wàn)噸，超過(guò)美國(guó)成為世界 第一千斤頂消費(fèi)大國(guó)。同時(shí)，千斤頂進(jìn)口也大幅度增加。1998 年，我國(guó)千斤頂 進(jìn)口 100 萬(wàn)噸，由此成為世界上最大的千斤頂進(jìn)口國(guó)。2004 年與 1998 年比， 千斤頂進(jìn)口增長(zhǎng)幅度年均達(dá)到 27.14%。預(yù)計(jì) 2005 年，中國(guó)千斤頂表觀消費(fèi)量 將達(dá)到 500 萬(wàn)噸，進(jìn)口仍將保持在 300 萬(wàn)噸左右。 伴隨著千斤頂市場(chǎng)的快速發(fā)展，我國(guó)千斤頂產(chǎn)量也結(jié)束了長(zhǎng)期徘徊的局面， 實(shí)現(xiàn)了高速增長(zhǎng)。我國(guó)千斤頂產(chǎn)量從 2000 年的 46 萬(wàn)噸增長(zhǎng)到 2004 年的 236 萬(wàn) 噸，年平均增長(zhǎng)率在 82.6%，占國(guó)內(nèi)市場(chǎng)需求的比重也由 2000 年的 2

19、4.47%提高 到 2004 年的 52.80%。而同期，世界千斤頂產(chǎn)量則僅以 6%左右的速度增長(zhǎng)。 從九十年代后期起，我國(guó)太鋼、寶鋼以及寶新、張浦等國(guó)有和合資企業(yè)通 過(guò)引進(jìn)和技術(shù)改造，先后建成了一系列千斤頂生產(chǎn)線，千斤頂工藝技術(shù)裝備達(dá) 到國(guó)際先進(jìn)水平，千斤頂生產(chǎn)初具規(guī)模。千斤頂品種結(jié)構(gòu)也發(fā)生了積極的變化， 千斤頂產(chǎn)品質(zhì)量迅速提高。特別是國(guó)內(nèi)千斤頂冷軋板增長(zhǎng)迅速，2003 年，國(guó)內(nèi) 冷軋板產(chǎn)量達(dá)到 170 萬(wàn)噸，首次超過(guò)進(jìn)口量,自給率達(dá)到 66%；2004 年，國(guó)內(nèi)冷 軋板產(chǎn)量達(dá)到 200 萬(wàn)噸，自給率達(dá)到 70%以上。從 2004 年底到 2005 年底，國(guó) 內(nèi)冷軋千斤頂產(chǎn)能將增加約 150

20、 萬(wàn)噸，基本滿足國(guó)內(nèi)市場(chǎng)需求。到 2007 年，我 國(guó)將成為千斤頂?shù)膬舫隹趪?guó)。 6 從總體上看，我國(guó)千斤頂正在經(jīng)歷由規(guī)模小、水平低、品種單一、嚴(yán)重不 能滿足需求到具有相當(dāng)規(guī)模和水平、品種質(zhì)量顯著提高和初步滿足國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā) 展要求的深刻轉(zhuǎn)變，千斤頂需求將逐步實(shí)現(xiàn)自給。 4 solidworks 概述概述 solidworks 是世界上第一款完全基于 windows 的 3d cad 軟件 ,自 1995 年 問(wèn)世以來(lái) ,以其優(yōu)異的三維設(shè)計(jì)功能 ,操作簡(jiǎn)單等一系列的優(yōu)點(diǎn) ,極大地提高 了設(shè)計(jì)效率 ,在與同類軟件的激烈競(jìng)爭(zhēng)中已經(jīng)確立了它的市場(chǎng)地位 ,已經(jīng)成為 三維機(jī)械設(shè)計(jì)軟件的標(biāo)準(zhǔn)。利用 solidw

21、orks 不僅可以生成二維工程圖，而且可 以生成三維零件，用戶可以利用這些三維零件來(lái)建立二維工程圖及三維裝配體。 solidworks 采用雙向關(guān)聯(lián)尺寸驅(qū)動(dòng)機(jī)制，設(shè)計(jì)者可以指定尺寸和各實(shí)體間的幾 何關(guān)系，改變尺寸會(huì)改變零件的尺寸與形狀，并保留設(shè)計(jì)意圖。 solidworks 的優(yōu)點(diǎn)： (1).solidworks 是當(dāng)今世界基于 nt/windows 平臺(tái)的三維機(jī)械 cad 軟件系 統(tǒng)的主流產(chǎn)品，目前己在國(guó)內(nèi)外中小型企業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。 (2).易學(xué)、易用，操作過(guò)程直觀、簡(jiǎn)單，功能強(qiáng)大。 (3).完全漢化，使用過(guò)程中無(wú)任何語(yǔ)言障礙。 (4).可向下兼容二維 autocad，使得以前采用 aut

22、ocad 進(jìn)行的設(shè)計(jì)可以繼 續(xù)使用和轉(zhuǎn)化。 (5).根據(jù)需求，可以很方便地利用 vb 和 v c+對(duì)其進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)。 (6).與其它三維設(shè)計(jì)軟件系統(tǒng)具有非常好的兼容性。 5 基于基于 solidworks 的模擬仿真實(shí)例的模擬仿真實(shí)例 為了實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)仿真，首先必須利用 solidworks 強(qiáng)大的實(shí)體造型功能 構(gòu)造出運(yùn)動(dòng)構(gòu)件的三維模型，其中包括:：底座，起重桿，旋轉(zhuǎn)桿，螺釘，頂蓋。 本文在 solidworks 中生成零件的三維實(shí)體模型。本文綜合了各種機(jī)構(gòu)的運(yùn) 動(dòng)特點(diǎn)，仔細(xì)選擇了每個(gè)零件的原點(diǎn)位置，并將完成建模的零件統(tǒng)一存放在專 門的目錄之中，完成三維零件庫(kù)的建立。 只有三維實(shí)體模型還不能

23、模擬機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)，需要運(yùn)動(dòng)的零件模型必須進(jìn)行 裝配，這種裝配通常是手動(dòng)完成的。這種方法不但費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且可能產(chǎn)生裝 配錯(cuò)誤，影響后面進(jìn)行的運(yùn)動(dòng)仿真。本文采用程序裝配的方法，自動(dòng)在前一個(gè) 機(jī)構(gòu)的輸出構(gòu)件上裝配新的機(jī)構(gòu)。如果前面的機(jī)構(gòu)不存在，則自動(dòng)將主動(dòng)構(gòu)件 的坐標(biāo)原點(diǎn)定位于裝配體的坐標(biāo)原點(diǎn)。進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真時(shí)，首先根據(jù)需要找到并 7 打開(kāi)運(yùn)動(dòng)構(gòu)件的三維實(shí)體模型，然后根據(jù)實(shí)際情況設(shè)置各個(gè)構(gòu)件在裝配體中的 位置，使每個(gè)構(gòu)件都正確的安裝在裝配體之中。 5.1 基于基于 solidworks 的千斤頂三維實(shí)體建模的基本過(guò)程的千斤頂三維實(shí)體建模的基本過(guò)程 以螺旋千斤頂為例介紹基于 solidworks 的三維實(shí)

24、體建模的過(guò)程和運(yùn)動(dòng)仿真。 早期的計(jì)算機(jī)運(yùn)動(dòng)仿真都是以二維圖形的形式出現(xiàn)的，從最初的以簡(jiǎn)單的 線條來(lái)模擬現(xiàn)實(shí)之中的各種機(jī)構(gòu)，發(fā)展到后來(lái)精細(xì)化的二維圖形運(yùn)動(dòng)仿真，都 沒(méi)有突破二維的界限?？陀^地講，二維圖形對(duì)空間復(fù)雜機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)仿真顯得力 不從心。隨著計(jì)算機(jī)軟硬件和計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的發(fā)展，三維實(shí)體運(yùn)動(dòng)仿真成為可 能。三維仿真系統(tǒng)中的運(yùn)動(dòng)構(gòu)件都以三維實(shí)體的形式出現(xiàn)，更符合人的視覺(jué)習(xí) 慣和思維習(xí)慣，更能夠代表顯示生活中的實(shí)際情況，也使空間機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)仿真 成為現(xiàn)實(shí)。 solidworks 軟件是在 windows 環(huán)境下開(kāi)發(fā)的三維實(shí)體設(shè)計(jì)軟件，它能夠充 分利用 windows 的優(yōu)秀界面，為設(shè)計(jì)師提供了簡(jiǎn)易方便

25、的工作界面。 solidworks 首創(chuàng)的特征管理，能夠?qū)⒃O(shè)計(jì)過(guò)程的每一步記錄下來(lái)，并形成特征 管理樹(shù)，顯示在屏幕的左側(cè)。設(shè)計(jì)師可以隨時(shí)點(diǎn)取任意一個(gè)特征進(jìn)行修改，還 可以隨意調(diào)整特征樹(shù)的順序，以改變零件的形狀。由于 solidworks 全面采用 windows 的技術(shù)，因此在零件設(shè)計(jì)時(shí)可以對(duì)零件的特征進(jìn)行“剪切、復(fù)制、粘 貼”等操作。solidworks 軟件提供完整的、免費(fèi)的開(kāi)發(fā)工具(api)，用戶可以 用微軟的 visual basic, visual c+或其它支持 ole 的編程語(yǔ)言建立自己的應(yīng) 用方案。通過(guò)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換接口，solidworks 可以很容易地將目前市場(chǎng)幾乎所有的 機(jī)械

26、cad 軟件集成到現(xiàn)實(shí)環(huán)境里來(lái)。 solidworks 是 windows 原創(chuàng)的三維實(shí)體設(shè)計(jì)軟件，全面支持微軟的 ole 技 術(shù)。它支持 ole2.0 的 api 后繼開(kāi)發(fā)工具己經(jīng)改變了 cad/cae/cam 領(lǐng)域傳統(tǒng)的集 成方式，使得不同的應(yīng)用軟件能集成到同一個(gè)窗口，共享同一數(shù)信息，以相同 的方式操作，沒(méi)有文件傳輸?shù)臒?。solidworks 軟件在用戶界面方面的方便程 度是世界公認(rèn)的，該軟件自 1995 年問(wèn)世以來(lái)，先后共獲得工業(yè)界的十幾次大獎(jiǎng)， 這在同檔次軟件中獲獎(jiǎng)次數(shù)最多的軟件。 5.2 零件三維實(shí)體建模過(guò)程的基本步驟零件三維實(shí)體建模過(guò)程的基本步驟 一個(gè)零件的建模過(guò)程，實(shí)際上就是許

27、多個(gè)簡(jiǎn)單特征相互之間疊加、切割或 相交的操作過(guò)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(guò)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。 8 （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。 5.35.3 螺旋千斤頂?shù)娜S實(shí)體建模的過(guò)螺旋千斤頂?shù)娜S實(shí)體建模的過(guò)程程 本節(jié)以螺旋千斤頂為例介紹應(yīng)用 solidworks 制作三維實(shí)體的過(guò)程。 5.3.15.3.1 底座的畫法極其過(guò)程底座的畫法極其過(guò)程 (1)單擊標(biāo)準(zhǔn)工具欄中的“新建”工具，新建一個(gè)零

28、件文件 (2)在特征管理器設(shè)計(jì)樹(shù)中選擇“上視基準(zhǔn)面” ，單擊（草圖繪制）工具。 （3）單擊（圓）工具，過(guò)草圖原點(diǎn)繪制一個(gè)圓。單擊退出草圖。 (4) 單擊（拉伸凸臺(tái)） ，然后根據(jù)圖紙單擊 （智能尺寸）來(lái)設(shè)定拉伸的長(zhǎng)度，然后單擊 （確定） ，運(yùn)用此方法，畫出底座的整個(gè)框架 圖。 （5）單擊（拉伸切除） ，如圖 1，在選項(xiàng)中點(diǎn) 擊完全貫穿，在草圖基準(zhǔn)面上畫出相應(yīng)的圓，如圖 1，有智能尺寸定出尺寸，單擊（確定） 。 （6）單擊（圓心/起/終點(diǎn)圓?。┊嫵鰣D紙所要求的直線與直線之間的圓角， 在圖 2 中設(shè)定所需圓角的半 圖 1 拉伸切除選項(xiàng) 徑，然后單擊（確定） 。 （7）通過(guò)草圖繪制畫出筋的草圖，單擊退

29、出草 圖。單擊（筋） ，生成實(shí)體。單擊（圓周陣列） ， 生成另外三條筋。 （8）再次單擊（草圖繪制）工具，進(jìn)行草圖 2 的 繪制，設(shè)定基準(zhǔn)面 2，單擊（直線）畫一條直線， 然后根據(jù)圖紙單擊（智能尺寸）來(lái)設(shè)定直線的尺 寸，然后單擊（確定） 。 圖 2 參數(shù)設(shè) 置 （9）根據(jù)圖紙數(shù)據(jù)畫出一個(gè)矩型，在頂部菜單中點(diǎn)擊插入曲線螺旋線， 繪制出螺旋線，根據(jù)底圓柱長(zhǎng)度選擇適當(dāng)?shù)倪x項(xiàng)畫出螺旋線，單擊（確定） 。 9 （10）單擊（退出草圖） ，單擊（掃描） ，繪制出螺紋。生成實(shí)體，如 圖 3。 圖 3 底座三維圖 10 圖 4 底座剖面圖 5.3.2 起重螺桿的畫法及其過(guò)程起重螺桿的畫法及其過(guò)程 (1)單擊標(biāo)

30、準(zhǔn)工具欄中的“新建”工具，新建一個(gè)零件文件 (2)在特征管理器設(shè)計(jì)樹(shù)中選擇“上視基準(zhǔn)面” ，單擊（草圖繪制）工具， 進(jìn)行草圖 1 的繪制。 （3）單擊（圓）工具，過(guò)草圖原點(diǎn)繪制一個(gè)圓，單擊（智能尺寸）來(lái)標(biāo) 定圓的尺寸。單擊退出草圖。 (4) 單擊（拉伸凸臺(tái)） ，然后根據(jù)圖紙單擊（智能尺寸）來(lái)設(shè)定拉伸的 長(zhǎng)度，然后單擊（確定） ，運(yùn)用此方法，畫出螺旋桿的整個(gè)實(shí)體框架圖。 （5）單擊（圓角）畫出螺旋桿上圖紙所要求的圓角。 （6）單擊（草圖繪制）工具，單擊（點(diǎn)） ，在前視基準(zhǔn)面上根據(jù)尺寸要求 選出點(diǎn)。 11 （7）在前視基準(zhǔn)面上，單擊（圓）工具，單擊（智能尺寸）來(lái)標(biāo)定圓的 尺寸。單擊退出草圖。單擊（

31、拉伸切除） ，在選項(xiàng)中點(diǎn)擊完全貫穿，單 擊（確定） 。 （8）再次單擊（草圖繪制）工具，進(jìn)行草圖繪 制，設(shè)定基準(zhǔn)面，單擊（直線）畫一條直線，然 后根據(jù)圖紙單擊（智能尺寸）來(lái)設(shè)定直線的尺寸， 然后單擊（確定） ，根據(jù)圖紙數(shù)據(jù)畫出一個(gè)矩 形，在頂部菜單中點(diǎn)擊插入曲線螺旋線，如圖 5，繪制出螺旋線，根據(jù)底圓柱長(zhǎng)度選擇適當(dāng)?shù)倪x項(xiàng) 畫出螺旋線，單擊（確定） ，單擊（退出草 圖） ，單擊（掃描） ，繪制出螺紋。生成實(shí)體， 如圖 6。 圖 5 參數(shù)設(shè)置 圖 6 起重桿三維實(shí)體圖 5.3.3 頂蓋的畫法和過(guò)程頂蓋的畫法和過(guò)程 (1)單擊標(biāo)準(zhǔn)工具欄中的“新建”工具，新建一個(gè)零件文件 (2)在特征管理器設(shè)計(jì)樹(shù)中選

32、擇“上視基準(zhǔn)面” ，單擊（草圖繪制）工具， 12 進(jìn)行草圖 1 的繪制。 （3）單擊（圓）工具，過(guò)草圖原點(diǎn)繪制一個(gè)圓，單擊（智能尺寸）來(lái)標(biāo) 定圓的尺寸。單擊退出草圖。 (4) 單擊（拉伸凸臺(tái)） ，然后根據(jù)圖紙單擊（智能尺寸）來(lái)設(shè)定拉伸的 長(zhǎng)度，然后單擊（確定） ，運(yùn)用此方法，畫出螺旋桿的整個(gè)實(shí)體框架圖。 （5）單擊（草圖繪制）工具，進(jìn)行草圖 2 的繪 制。在前視基準(zhǔn)面上，單擊（3 點(diǎn)圓弧）根 據(jù)圖紙運(yùn)用三點(diǎn)圓弧在介于兩個(gè)圓面之間畫一條 弧線。 （6）單擊（退出草圖） ，單擊（旋轉(zhuǎn)凸 臺(tái)/基體）進(jìn)行旋轉(zhuǎn)生成實(shí)體，在圖 7 中設(shè)定旋轉(zhuǎn) 范圍， 然后單擊（確定） ，生成旋轉(zhuǎn)體，生成實(shí)體。 圖 7 參

33、數(shù)設(shè)置 （7） ）單擊（中心線）工具，過(guò)草圖原點(diǎn)繪制一條垂直的對(duì)稱虛線。 （8） 以中心線作為基準(zhǔn)，單擊（直線）畫一 條直線，然后根據(jù)圖紙單擊（智能尺寸）來(lái)設(shè) 定直線的尺寸，然后單擊（確定） ，運(yùn)用此方 法，畫出所需要的兩條直線，以及確定它的尺寸。 （9）單擊（拉伸切除） ，在上面窗口中，選 擇圖中尺寸，單擊（確定） 。 （10）單擊（圓周陣列） ，如圖 8 選擇角度： 360 度；選擇個(gè)數(shù)：24；單擊（確定） 。生成 實(shí)體圖。 如圖 10。 圖 8 圓周陣列選項(xiàng) 13 圖 9 圖 10 頂蓋三維實(shí)體圖 14 5.3.4 旋轉(zhuǎn)桿的畫法及其過(guò)程旋轉(zhuǎn)桿的畫法及其過(guò)程 (1)單擊標(biāo)準(zhǔn)工具欄中的“新建

34、”工具，新建一個(gè)零件文件 (2)在特征管理器設(shè)計(jì)樹(shù)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。 （3）單擊（中心線）工具，過(guò)草圖原點(diǎn)繪制一條垂直的對(duì)稱虛線。如圖 11。 (4) 以中心線作為基準(zhǔn)，單擊（直線）畫一條直線，然后根據(jù)圖紙單擊 （智能尺寸）來(lái)設(shè)定直線的尺寸，然后單擊（確定） ，運(yùn)用此方法，畫 出所需要的所有直線，以及確定它的尺寸。 圖 11 旋轉(zhuǎn)桿草圖 （5）單擊（退出草圖） ，單擊（旋轉(zhuǎn)凸臺(tái) /基體）進(jìn)行旋轉(zhuǎn)生成實(shí)體，在圖 12 中設(shè)定旋轉(zhuǎn) 范圍，然后單擊（確定） ，生成旋轉(zhuǎn)體，生成 實(shí)體。 （6）單擊（倒角）畫出旋轉(zhuǎn)桿上圖紙所要 求的倒角。 如圖 13。

35、 圖 12 旋轉(zhuǎn)參數(shù) 圖 13 旋轉(zhuǎn)桿三維實(shí)體圖 螺釘是標(biāo)準(zhǔn)件，可直接從零件庫(kù)里找。如圖 14。 15 圖 14 螺釘 5.45.4 千斤頂裝配體的裝配方法千斤頂裝配體的裝配方法 1. 裝配體的裝配方法極其過(guò)程 （1）單擊標(biāo)準(zhǔn)工具欄中的“新建”工具，單擊（裝配體） ，新建一個(gè)裝配 體文件。 （2）單擊（插入零部件） ，瀏覽要打開(kāi)的文件，點(diǎn)擊（確定） 。 （3）首先插入千斤頂?shù)闹鞲闪慵菪龡U，然后插入底座，用移動(dòng)零件， 單擊 （配合） ，在配合列表中選擇“同心軸” ， “配合選擇”中選擇螺旋桿 和頂墊的大小相等的圓周，單擊（確定） 。 （4）再插入頂蓋，用移動(dòng)零件，單擊（配合） ，在配合列表中選

36、擇“同 心軸” ， “配合選擇”中選擇起重螺桿和頂蓋的大小相等的圓周，如圖 15。 （5）再插入螺釘，用移動(dòng)零件，單擊（配合） ，在配合列表中選擇“同 心軸”和“重合” ， “配合選擇”中選擇螺套和底座的大小相等的圓周和上表面， 單擊（確定） 。 16 （6）最后插入旋轉(zhuǎn)桿，用移動(dòng)零件，單擊（配合） ，在配合列表中選擇 “重合” ， “配合選擇”中選擇起重螺桿和旋轉(zhuǎn)桿，使旋轉(zhuǎn)桿上的圓的圓心和起 重螺桿的軸線相重合，單擊（確定） 。 （7）完成裝配體。如圖 16。 圖 15 配合選項(xiàng) 圖 16 裝配體 5.55.5 千斤頂爆炸視圖的制作過(guò)程千斤頂爆炸視圖的制作過(guò)程 （1）打開(kāi)裝配體，在界面中單擊

37、動(dòng)畫 1，將所有時(shí)間歸零，如圖 17，然 17 后界定時(shí)間。 圖 17 動(dòng)畫選項(xiàng) （2）單擊（爆炸視圖） ，然后將零件依次移動(dòng)到原定位置，如圖 18。 圖 18 裝配體分解圖 （3）單擊（動(dòng)畫向?qū)В?，在圖 19 中選擇爆炸，單擊下一步，選定時(shí)間， 單擊完成。 18 圖 19 動(dòng)畫類型選項(xiàng) （4）再單擊（動(dòng)畫向?qū)В?，在圖 19 中選擇解除爆炸，單擊下一步，選 定時(shí)間，單擊完成。 （5）單擊（保存） ，完成千斤頂?shù)谋ㄒ晥D。 5.65.6 千斤頂三維動(dòng)畫的制作過(guò)程千斤頂三維動(dòng)畫的制作過(guò)程 （1）打開(kāi)裝配體，在界面中單擊動(dòng)畫 1，將所有時(shí)間歸零，如圖 17，然后 界定時(shí)間。 （2）單擊（模擬） ，在下拉菜單中選擇旋轉(zhuǎn)馬達(dá)，單 擊確定。 19 圖 20 爆炸試圖選項(xiàng) 圖 21 軸選項(xiàng) （3） 在圖 20 中單擊旋轉(zhuǎn)模型，單擊下一步，在圖 21 中選擇 y-軸，單擊 下一步，設(shè)定時(shí)間，單擊完成。 （4）在裝配體中向上旋轉(zhuǎn)起重螺桿，單擊確定。 （5）單擊（保存） ，完成千斤頂?shù)倪\(yùn)動(dòng)視圖。 6 結(jié)論結(jié)論 在整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)階段，通過(guò)對(duì)計(jì)算機(jī)模擬仿真技術(shù)、三維實(shí)體建模及 solidworks 軟件等知識(shí)的學(xué)習(xí)，我從理論上了解到了模擬仿真的基本方法、關(guān)