3.2機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)方案的確定
   
    在擬訂方案之前,首先可以從過去成功的設(shè)計(jì)案例中進(jìn)行檢索,看是否有與設(shè)計(jì)要求類似的設(shè)計(jì)案例.如果有,則以這個(gè)案例為模板,并對(duì)其作適當(dāng)?shù)男薷?以滿足當(dāng)前的設(shè)計(jì)要求.這樣做即可以保證設(shè)計(jì)要求,還可提高設(shè)計(jì)效率.如果沒有類似的設(shè)計(jì)案例,則利用所掌握的專業(yè)知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行新的設(shè)計(jì).機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方案的設(shè)計(jì)具體由以下幾個(gè)步驟組成:
   
    1)輸入設(shè)計(jì)要求(包括輸入輸出間的函數(shù)關(guān)系和工藝動(dòng)作要求等等)以及外部的各種約束條件.
    2)將設(shè)計(jì)要求及外部條件分解成各個(gè)基本動(dòng)作、基本運(yùn)動(dòng)及其約束條件
    3)初步選定能完成設(shè)計(jì)要求的基本機(jī)構(gòu)或已有案例.
    4)將初步選定的基本機(jī)構(gòu)進(jìn)行組合,得到多種可能的設(shè)計(jì)方案.
    5)對(duì)各種方案進(jìn)行初步的尺度綜合.
    6)對(duì)各種方案的機(jī)構(gòu)進(jìn)行性能分析(包括運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力性能分析).
    7)對(duì)各種方案進(jìn)行評(píng)價(jià)和排序,以選出最滿意的方案.
    8)如果所有方案均不滿意,則重新進(jìn)行機(jī)構(gòu)選型及組合、尺度綜合及性能分析、方案評(píng)價(jià)及排序等工作.其中對(duì)方案的機(jī)構(gòu)性能分析可以通過所設(shè)計(jì)的虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)來完成.
   
    學(xué)生要做的就是先按以上步驟初步確定設(shè)計(jì)方案,畫出機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖,然后利用虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行虛擬裝配,給出初始輸入條件,讓系統(tǒng)進(jìn)行分析計(jì)算,學(xué)生根據(jù)分析計(jì)算結(jié)果對(duì)設(shè)計(jì)方案優(yōu)劣作出判斷,如果滿意,則根據(jù)確定的方案進(jìn)行實(shí)際的拼接,如果不滿意,則對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行構(gòu)型演化,再裝配,再分析,直至得出滿意方案.
   
    3.3虛擬裝配
   
    在虛擬裝配之前在磁盤上新建一個(gè)文件夾,用以存放選擇的零件和最后形成的裝配體.首先選出裝配所需要的零件,從零件庫(kù)拖出相應(yīng)零件的圖標(biāo),系統(tǒng)就會(huì)打開相應(yīng)零件的編輯窗口,選擇另存為,把這個(gè)零件存放到新建的文件夾中.注意不要改變沒有保存的編輯窗口中零件的各項(xiàng)參數(shù),因?yàn)榉旁谶@個(gè)零件庫(kù)中的零件是一個(gè)參考模板文件,它的參數(shù)一旦發(fā)生改變,所有以它為參考模板文件生成的文件中的相應(yīng)參數(shù)都會(huì)發(fā)生改變,所以在拖出圖標(biāo)后,一定要將其另存到自己的文件夾中.即可以在裝配之前選好所要用的零件,也可在裝配時(shí)隨取,一般只需要選好幾類零件就可以了.SolidWorks是基于Windows操作系統(tǒng)的 ,使用起來完全和 Windows 一樣 ,可以利用復(fù)制、粘貼的形式在裝配體窗口內(nèi)生成同樣類型的多個(gè)零件.
   
    如果是初始裝配,則需打開一個(gè)新的裝配體文件,將選好的零件插入到這個(gè)裝配體文件中,在零件之間添加相應(yīng)的裝配配合關(guān)系就可以了.各構(gòu)件之間的裝配關(guān)系和其運(yùn)動(dòng)副關(guān)系是這樣定義的:若是轉(zhuǎn)動(dòng)副,則在兩零件連接處添加端面貼合和同軸心關(guān)系;若是移動(dòng)副,則在兩零件接觸處添加平面貼合關(guān)系.對(duì)于機(jī)架和導(dǎo)軌等固定不動(dòng)的構(gòu)件通過右擊SolidWorks特征管理樹(Feature manager)中相應(yīng)零件的實(shí)體名,在彈出的菜單內(nèi)選擇固定來實(shí)現(xiàn).
   
    由于是虛擬裝配,自然比真實(shí)裝配輕松得多.因?yàn)镾olidWorks可以實(shí)現(xiàn)尺寸驅(qū)動(dòng),所以改變裝配完的機(jī)構(gòu)中構(gòu)件的某些參數(shù),如桿長(zhǎng),機(jī)架的位置后,只需要對(duì)裝配體機(jī)構(gòu)進(jìn)行重建模型,其它零件的相應(yīng)位置會(huì)根據(jù)配合關(guān)系跟著改變,而不需要拆卸后重新裝配.圖2所示為運(yùn)用此系統(tǒng)裝配好的四桿機(jī)構(gòu),并且已在SolidWorks界面上加載了自己的菜單,準(zhǔn)備進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真.
   
    3.4對(duì)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的干涉檢查
   
    在裝配體形成后,首先要對(duì)其進(jìn)行初步的干涉檢查.可以使用SolidWorks自帶的干涉檢查功能.如果覺得不夠直觀的話,則可以用拖動(dòng)其中某個(gè)構(gòu)件的方法,觀察各個(gè)構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)情況,直觀地看它們的運(yùn)動(dòng)是否會(huì)發(fā)生干涉.進(jìn)一步的干涉檢查,可以在運(yùn)動(dòng)的仿真過程中.選擇編程加載的菜單下運(yùn)動(dòng)仿真項(xiàng),對(duì)裝配搭建的機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真.在仿真過程中可以觀察到是否發(fā)生干涉,如果發(fā)生干涉,兩個(gè)零件將有重疊的部分,這就需要對(duì)機(jī)構(gòu)中的參數(shù)進(jìn)行調(diào)整.
   
    3.5機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的仿真
   
    機(jī)構(gòu)的動(dòng)態(tài)仿真的實(shí)現(xiàn)相當(dāng)于在每一運(yùn)動(dòng)時(shí)刻,將各個(gè)構(gòu)件根據(jù)約束擺放到空間的指定位置上.構(gòu)件的初始位置在裝配體裝配好以后就確定了,其中機(jī)架位置的坐標(biāo)值用戶是可以自己設(shè)定的,而構(gòu)件在運(yùn)動(dòng)當(dāng)中的各個(gè)數(shù)據(jù)是由外部機(jī)構(gòu)分析程序提供.因此,這種機(jī)構(gòu)三維仿真方法不受機(jī)構(gòu)的復(fù)雜性和自由度所限制.給出不同的輸入,外部分析程序會(huì)提供不同的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)分析結(jié)果,使機(jī)構(gòu)得以實(shí)現(xiàn)不同的運(yùn)動(dòng).運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)分析結(jié)果被存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中以便需要時(shí)進(jìn)行調(diào)用.
   
    3.6機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)特性分析和動(dòng)力學(xué)特性分析
   
    運(yùn)動(dòng)仿真之后,還需要對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)特性和動(dòng)力學(xué)特性分析.從而判斷出所設(shè)計(jì)出的機(jī)構(gòu)的優(yōu)劣.方法是輸出特征點(diǎn)的位置、速度、加速度、和力分析曲線.具體實(shí)現(xiàn)是通過VC編程繪制曲線圖,從數(shù)據(jù)庫(kù)中取出保存好的繪圖所用的數(shù)據(jù).如果所設(shè)計(jì)的方案未打到設(shè)計(jì)要求,就需要修改設(shè)計(jì)方案,進(jìn)行機(jī)構(gòu)構(gòu)型的演化.演化的方法主要有運(yùn)動(dòng)副變換、加桿組、運(yùn)動(dòng)倒置、加自由度、運(yùn)動(dòng)等效變換,不斷對(duì)方案進(jìn)行修改,然后裝配,進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)特性和力學(xué)特性分析,直到形成最滿意的方案.
   
    3.7實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)功能
   
    實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)主要是在修改設(shè)計(jì)方案時(shí),系統(tǒng)提供幫助信息,告訴以通過那些方法來優(yōu)化機(jī)構(gòu),在學(xué)生選好一種方法后,系統(tǒng)會(huì)給出方法的原理,幫助使用者快速地修改方案.