2以"虛擬設(shè)計(jì)"的理論確立問(wèn)題解決方案
   
    應(yīng)用SolidWorks三維CAD軟件對(duì)斷路器產(chǎn)品的構(gòu)型進(jìn)行數(shù)字化設(shè)計(jì)，為"虛擬設(shè)計(jì)"奠定了基礎(chǔ)，完成了力學(xué)模型的建立。
   
    選擇DDM(Dynamic De．signer／Motion for solidWorks)運(yùn)動(dòng)與動(dòng)力學(xué)分析軟件對(duì)SolidWorks三維CAD軟件所生成的數(shù)字模型進(jìn)行運(yùn)動(dòng)與動(dòng)力學(xué)仿真，得到產(chǎn)品在各尺寸和外力作用下的性態(tài)。選擇CoSMOS結(jié)構(gòu)分析軟件對(duì)運(yùn)動(dòng)與動(dòng)力學(xué)分析合格后的產(chǎn)品進(jìn)行固有頻率等參數(shù)的計(jì)算，實(shí)現(xiàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)的目的。
   
    由于運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)、有限元、邊界元等理論的發(fā)展，使得分析方法實(shí)現(xiàn)了程式化，出現(xiàn)了SAP、NASTAN、ANSYS、ADAMS等一系列具有良好用戶界面的分析軟件。DDM和COSMOS軟件是其中的佼佼者，并以其與CAD軟件的高度集成和較高的性／價(jià)比成為我們的首選。工程技術(shù)人員只需按照軟件要求的操作方法，為三維模型加載邊界條件，數(shù)學(xué)模型的建立和數(shù)值分析過(guò)程均由計(jì)算機(jī)自動(dòng)完成，并將分析結(jié)果以數(shù)據(jù)文件、圖表、動(dòng)畫(huà)等直觀的形式提供給用戶。這樣，工程技術(shù)人員可將主要精力用在對(duì)結(jié)果的分析與提出改進(jìn)的對(duì)策上。
   

    3某型系列航空斷路器產(chǎn)品各種狀態(tài)下的性態(tài)分析
   
    3．1邊界條件的設(shè)置
   
    做運(yùn)動(dòng)與動(dòng)力學(xué)分析前需在Solidworks環(huán)境中選擇DDM插件，為某型系列斷路器總裝配體名義尺寸的三維模型加載DDM軟件邊界條件。邊界條件包括：
   
    a．定義裝配體中參與運(yùn)動(dòng)的零部件和相對(duì)不動(dòng)的零部件。
   
    b．將SOlid、Ⅳorks中裝配體的配合關(guān)系帶人DDM環(huán)境，并重新整理為DDM中的鉸鏈關(guān)系。因?yàn)镈DM軟件區(qū)分運(yùn)動(dòng)和相對(duì)不動(dòng)的零部件后，將對(duì)其分別處理，建立不同的姿態(tài)坐標(biāo)矩陣和關(guān)系矩陣，矩陣的復(fù)雜程度和運(yùn)算量決定于零部件的數(shù)量和鉸鏈關(guān)系，所以設(shè)定時(shí)遵循了"將沒(méi)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的零件鎖定于運(yùn)動(dòng)部件，使其成為一個(gè)整體的定義原則"和"零部件自由度最小原則"。
   
    C．定義各零部件間的剛性碰撞，即在產(chǎn)品接通和斷開(kāi)的工作過(guò)程中，相互間的剛性阻擋關(guān)系。因DDM軟件解決剛性碰撞需根據(jù)碰撞物體的材料考慮摩擦力、反彈力等因素，故系統(tǒng)需為每個(gè)碰撞關(guān)系創(chuàng)建并解算大量的方程。這將嚴(yán)重耗費(fèi)系統(tǒng)資源，所以理論上不可能發(fā)生的碰撞關(guān)系應(yīng)不予定義。
   
    d．定義作用于裝配體中的彈簧和彈簧的減振阻尼。在DDM中，彈簧和阻尼以圖1中高亮顯示的符號(hào)表示以力的形式參與運(yùn)算，SolidWorks中彈簧的模型沒(méi)有實(shí)際意義，所以應(yīng)壓縮，以減少系統(tǒng)負(fù)擔(dān)。在DDM中彈簧與阻尼必須同時(shí)成對(duì)定義，以減輕彈簧振蕩造成的能量和系統(tǒng)資源的浪費(fèi)。圖2所示為動(dòng)觸點(diǎn)彈簧片在產(chǎn)品上的安裝位置，因在產(chǎn)品的接通和斷開(kāi)過(guò)程中彈簧片均變形，所以其扭矩對(duì)產(chǎn)品參數(shù)起到了不容忽視的作用。應(yīng)作為DDM系統(tǒng)中的"Torsion"--扭矩彈簧定義。但扭矩彈簧表現(xiàn)為力的符號(hào)，不能作為剛體攜帶動(dòng)觸點(diǎn)參與產(chǎn)品運(yùn)動(dòng)。DDM軟件為剛體系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)與動(dòng)力學(xué)分析軟件，不能處理彈簧片的柔性變形問(wèn)題。所以為了較為準(zhǔn)確地計(jì)算產(chǎn)品動(dòng)、靜觸點(diǎn)的吸合壓力和彈簧片扭矩的作用，將彈簧片變形部分去掉，代之以位置約束，這樣等效處理后得到的計(jì)算結(jié)果與產(chǎn)品實(shí)測(cè)較接近，此方法證明是可行的。等效處理后的情況如圖3所示。
   
    e．定義產(chǎn)品所受外力，包括按鈕部件在產(chǎn)品接通過(guò)程中所受的按壓力、手動(dòng)斷開(kāi)時(shí)的拉拔力、產(chǎn)品電脫扣時(shí)杠桿受到的力等。
   
    力的定義，包括力的作用點(diǎn)、線或面，力的方向，力的大小等要素。其中"力的大小"項(xiàng)為力對(duì)時(shí)間的函數(shù)，可以是常數(shù)、等步長(zhǎng)變化函數(shù)、曲線、自定義函數(shù)等。按扭部件接通力為自定義函數(shù)表達(dá)式(1)，其中，每個(gè)"剛EP"項(xiàng)描述一個(gè)時(shí)間段內(nèi)力的變化規(guī)律。意即在0至0．05s的時(shí)間段內(nèi)，按壓力由0勻速增長(zhǎng)至35N。在0．05s至0．06s的時(shí)間段內(nèi)，按壓力在35N基礎(chǔ)上勻速減至0。模擬手動(dòng)接通產(chǎn)品時(shí)，先施加按壓力，接通后松手的力的變化過(guò)程。
   

    STEP(TIME，0，0，0.05，35)+STEP(TIME，0.05，0，0.06，-35) (1)
   
    同理定義拉拔力的自定義函數(shù)表達(dá)式如式(2)
   
    STEP(TIME，0，0，0.015，0)+STEP(TIME，0.015，-10，0.03，-25) (2)
   
    產(chǎn)品電脫扣時(shí)杠桿受到的力自定義函數(shù)表達(dá)式如式(3)
   
    STEP(TIME，0.009，0，0.01，8)+s1、EP(TIME，0.01，0，0.015，-8) (3)
   
    f．為需進(jìn)行尺寸變化的零部件建立相應(yīng)的配置，以便計(jì)算不同尺寸時(shí)產(chǎn)品的各項(xiàng)參數(shù)。在DDM系統(tǒng)中進(jìn)行了1～5條的邊界條件設(shè)定后，如因改變某零部件尺寸而生成不同的零部件名稱，將其重新裝入產(chǎn)品時(shí)，與其相關(guān)的邊界條件需重新設(shè)定，那將非常麻煩。而在產(chǎn)品中改換零部件的配置可繼承原來(lái)的邊界條件。針對(duì)DDM軟件的這一特點(diǎn)，我們利用SolidWorks軟件建立配置的功能，為大量的零部件建立了各尺寸下的配置，節(jié)約了寶貴的人力和計(jì)算機(jī)資源。