机械仿真设计精选(九篇)

第1篇：机械仿真设计范文

1.1模型的创建

针对要研究的目标或问题，首先需要抽象出一个能达到仿真目的的可靠系统，并且要给其加上边界条件和约束条件。然后，运用相关学科的知识把这个系统通过数学表达式准确地阐述出来，阐述的内容就是计算机仿真的核心———数学模型。数学模型根据时间的关系可划分为静态模型和动态模型，而动态模型又分为连续时间、离散时间和混合时间三种；模型分为连续变量系统模型和离散事件系统模型是以系统的状态描述和变化方式为依据的。

1.2模型的变换

模型的变换就是把抽象出来的数学表达式转换成计算机能够处理的形式，这需要运用适当的算法和计算机语言，这种形式所表达的内容就是进行计算机仿真的关键———仿真模型。实现这个过程，既可以根据自身需要研发一个新的系统，也可以把当下市面上已有的仿真软件拿来直接运用。

1.3模型的实验

将创建的仿真模型输入电脑中，运行仿真模型会获取一系列的仿真结果，这就是模型的仿真实验。由于是按照先期设计的实验方案来运行的，所以仿真实验是一件很简单的事情。但是，仿真的结果又应该按照什么标准来衡量呢？这就需要具体辩析仿真结果的可靠性，检验仿真结果可靠性主要有两种方法（置信通道法和仿真过程的反向验证法）。

2在机械设计制造行业中计算机仿真技术的广泛应用

2.1在齿轮设计研究中的应用

齿轮是机械装备的主要基础零部件，研究它的计算机仿真是很有意义的。如运用VisualLisp语言可以从几何角度研究齿轮任何端面齿形的建模和传动仿真；圆弧针齿行星传动的动力学研究也能运用电脑仿真技术；利用计算机仿真研究了影响正交面齿轮传动接触点的主要参数（包括主动齿轮与刀具齿数差、齿数比、模数等）；在齿轮泵的齿轮研发设计中也很好的应用了计算机仿真。

2.2在机械结构件设计方面的应用

机械产品要由大量的机构组装起来实现设定好的工艺动作，在进行新产品研发时，这些机构是否能正确地实现所设定的动作，机构与机构之间的运动是否配合得当，机构间是否存在干涉和干涉的部位，怎样选择各种机构组合方案来更好地满足设计标准，这些问题都需要借助计算机仿真来解决。大型的三维机械设计软件都会提供一个机构运动仿真的功能模块，在虚拟环境中设计好的装配体可以模拟演示机构的运动，是一种直观方便的工具软件。这种软件可以依据装配的关系自行主动来计算机构中的运动副，并能自动增添附加的运动发生器、铰链和弹簧；要进行运动学的仿真只需要设定主运动件就可以了，还能从任何角度来观察，软件还能对机构的运动干涉进行检查，设计人员可以很方便地进行检查验证。

2.3在复杂数值计算分析方面的应用

随着计算机技术在机械工程中的应用越来越广泛，以往许多由于条件限制无法进行计算分析的复杂问题，都可以通过计算机仿真得到满意的解决；另外，计算机辅助使大量复杂的工程计算分析简单化、层次化，节省了大量的时间，避免了低水平的重复劳动，使计算分析更快、更准确，在新产品研发的设计、分析等方面发挥了重要的作用。机械产品开发的基本过程是概念设计→初步设计→详细设计→试验→修正设计→再试验，直到满足产品的要求标准，仿真技术的引入最大限度的减少了材料的浪费和缩短了耗时。对机械产品的动力学模型进行计算机仿真技术分析，可以获得产品结构的强度应力、刚度应变和变形、动态特性固有频率、振动模态、热态特性温度场、热变形等参数，根据计算分析能得到容易导致机械出现疲劳失效的风险因素以及其它潜在的问题。（本文来自于《科技创新与应用》杂志。《科技创新与应用》杂志简介详见。）

2.4在复杂机械加工研究方面的应用

第2篇：机械仿真设计范文

关键词： 四轴码垛机械臂； OpenGL； DSP； MFC

中图分类号： TN876?34； TM417 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2016）19?0174?05

Abstract： With the rapid development of technology， the production capacity of enterprises is increased substantially. The traditional manual palletizing can′t meet the logistics demand of enterprises， so the palletizing robot technology comes into being. The efficient palletizing can save logistics time and improve working efficiency greatly. The simulation control software of four?axis palletizing robot arm is used to control a small four?axis palletizing robot arm with joints. The servo is taken as the actuator of four?axis palletizing robot arm， and DSP is taken as the controller to control the servo moving. The simulation control software is used to calculate the angle of servo moving in palletizing process according to the planning route， and pass the angle data to DSP through the serial ports. The DSP can control servo running and drive the palletizing robot arm for palletizing function realization.

Keywords： four?axis palletizing robot arm； OpenGL； DSP； MFC

0 引 言

人工码垛存在效率较低，浪费大量人力资源，机械地重复性劳动损害身体健康等缺点。码垛机器人技术集许多学科于一体，包括机械、信息、电子、计算机科学、智能技术等[1]，它在提高劳动生产效率、解决劳动力不足、降低工人劳动强度、改善生产环境、降低生产成本等方面具有重要意义。

本文主要研究了关节型四轴码垛机械臂，利用MFC应用程序平台设计了一款四轴码垛机械臂的控制软件，通过OpenGL三维函数库绘制码垛机械臂的三维图形。软件有友好的交互界面，操作者通过输入码垛的基本信息，如码垛层数、每层的码垛方式、码垛数量、物块大小信息、码盘放置位置等数据，软件就会设计好机械臂的运动路径和操作方式，并以三维动画的形式对码垛过程进行演示，让操作者方便地了解机械臂的运行情况，并做出判断是否需要修改数据。同时软件还可以把每个关节转动的角度以串口传输的方式传递给机械臂的控制器DSP，控制码垛机械臂上的5个舵机旋转，完成码垛过程。5个舵机分别控制了机械臂底座、下臂、上臂、腕部的旋转以及末端夹持器的开合。

1 四轴码垛机械臂仿真控制软件设计

为了用户能够方便地操作软件，仿真控制软件在设计时采用了多个界面输入的操作方式。软件模拟了一个四轴码垛机械臂码垛的过程，通过设定码垛的参数和码放的方式，软件规划出码垛路径，把货物从流水线上按码垛路径码放到托盘上。 软件共分为五个部分：定义工作区域、定义工作台、设定码垛方式、设定运动路径和动画演示。

1.1 功能选择界面

功能选择界面是基于对话框资源创建的，5个功能选项分别调用了5个按钮控件。四轴码垛机械臂仿真控制软件共调用了13个对话框资源，通过这些对话框资源使得软件变得友好、易操作。对话框是重要的用户界面元素之一，是用户交互的重要手段。对话框在创建后可以通过控件编辑器添加各种控件，包括编辑框、滑动条、静态文本、按钮等，这些控件在程序运行过程中可用于捕捉用户的输入信息或数据，每个控件都可以添加消息响应函数，便于优化用户体验。这些控件的使用使得仿真控制软件界面更加方便操作，不再需要程序设计人员进行操作，或对操作人员进行复杂的培训，经过简单的说明介绍，普通用户也可以方便的使用。

1.2 物体拖拽功能实现

在设定工作台界面中实现了物块拖拽的功能。为了确定物块在码盘上的起始位置，可以将流水线上的物块模型用鼠标左键拖拽到码盘上，再利用码垛设置对话框对码盘起始点进行微调。 物块拖拽功能实际上就是物块随着鼠标的移动而重画的过程。主要在函数OnMouseMove（UINT nFlags， CPoint point）中实现，当鼠标移动时程序就会调用这个函数 。函数有两个参数值，nFlags代表各种虚拟按键是否按下 ，此参数可以是任何下列值：

MK_CONTROL 当CTRL键按下时；

MK_LBUTTON当鼠标左键按下时；

MK_MBUTTON当鼠标中键按下时；

MK_RBUTTON当鼠标右键按下时；

MK_SHIFT当SHIFT按下时。

另一个参数point，是鼠标的坐标，point.x代表[x]方向坐标，point.y代表[y]方向坐标，这个坐标是鼠标距离截获该消息的窗口左上角的位置，是一个相对位置而不是在屏幕像素上的绝对位置，因此在使用时要注意将坐标位置和像素进行转换。在程序中获得鼠标的坐标信息以后，在画图函数OnPaint（）中对物块图形进行重绘，就会显示出物块被鼠标拖拽的效果。

1.3 设定码垛方式界面

码垛方式界面设计图如图2所示，分为左右两部分。左侧界面的下方是托盘的俯视图，上方是层数、旋转角度编辑框，以及预览添加按钮。右侧界面是托盘的前视图。在左侧页面上的层数编辑框单击下拉菜单，从第一层到最高层，选择需要码垛的层数，这里的码垛层数信息是由定义工作区界面设定的，每设置完一层的码垛信息后就顺序选择下一层。然后双击界面左侧托盘上方的示例物块，第一个物块就会自动出现在“设置工作区域”界面在托盘上设置好的初始位置上，在托盘上单击鼠标右键，在出现的对话框里选择需要码放物块的个数，即长×宽的个数，并可以选择正向码放还是旋转90°后纵向码放，选择好后单击确定键，相应个数的物块就会出现在托盘里。想要在这一层继续码放物块的话，就一直按住鼠标左键把示例物块拖拽到托盘上任何想要摆放的位置，然后放开鼠标左键并单击右键，在出现的对话框里选择要码放物块的个数。重复操作上面的信息直至确定好一层要码放的物块，最后单击添加按钮，该层码放的所有物块会以前视图的方式添加到右侧页面的托盘里。选择下一个码垛的层数，重复之前的操作，直至完成所有层数的物块设置。单击预览按钮，右侧界面的托盘上会出现码放整齐的每一层的物块的摆放方式，操作者可以直观地观测到产品码放后的方式，方便操作者进行修改或下一步操作。

图2为两层码垛的操作，第一层放置了6个物块，其中2[×]2个物块正向码放，2[×]1个物块旋转90°纵向码放，第二层放置了4个物块，以2[×]2的方式正向码放。在单击预览按钮后，右侧屏幕显示了两层码垛的示意图。

设定码垛方式界面对对话框窗口进行分割。当用户需要同时对窗口的不同部分进行编辑时常常会用到切分窗口。切分窗口分为动态切分窗口和静态切分窗口，本文选择的是静态切分窗口的方式。 窗口分割的程序写在窗口创建函数OnCreate（）中，调用CreateStatic（）函数产生静态切分。调用 CreateView（）函数产生每个视图窗口。

1.4 设定运动路径界面

在前面的设计中，流水线的位置和高度、码盘的位置和高度以及物块摆放的位置、物块码放的方式和顺序已经确定，但码垛机械臂的运动路径还没有确定。设定运动路径界面就是为了确定四轴码垛机械臂码放产品的运动过程。设定运动路径界面设置图如图3所示。机械臂码垛过程共有六个运动步骤，如下所示：

（1） 四轴码垛机械臂运动到流水线上物块的位置，打开末端夹持器，然后闭合夹持器从流水线拾取物块。

（2） 四轴码垛机械臂用末端夹持器抬起物块，运动到流水线正上方某位置，停顿1 s。

（3） 四轴码垛机械臂用末端夹持器抓住物块，从流水线上方移动到物块要码放在码盘位置的正上方，停顿1 s。

（4） 四轴码垛机械臂移动到托盘要码放物块的位置，打开末端夹持器把物块放到托盘上。

（5） 四轴码垛机械臂打开夹持器空载到托盘正上方，闭合末端夹持器。

（6） 四轴码垛机械臂空载移动到流水线正上方。完成一次码垛流程，然后重复这六个运动步骤。

设定运动路径界面的左侧有一个路径示意图，示意的就是四轴码垛机械臂码垛过程所经历的6个位置，按照1?2?3?4?5?6?1的顺序循环反复。位置1是流水线上物块的位置，位置2和位置6是流水线的上方，位置3和位置5在舵盘的上方，位置4是舵盘上物块要摆放的位置。根据前三个功能界面的设置，位置1和位置4的坐标已经确定，通过设定运动路径界面可以确定其他四个位置的[y]方向坐标，[x]方向坐标和[z]方向坐标，默认和位置1或位置4相同，即位置3，5在位置1的正上方，位置2，6在位置4的正上方，但距离可以设定。设定方式在界面的左侧，有四个编辑框分别对应着位置2，3，5，6的[y]方向坐标，仿真控制软件默认设置距离为1个单位，通过编辑框右侧的+，-按钮可以对几个位置的[y]坐标进行增加或降低的修改。修改完成后退出界面，确定了四轴码垛机械臂的完整码垛路径。

2 四轴码垛机械臂硬件设计

2.1 DSP程序的编译

DSP控制程序主要涉及定时器中断和串口通信两部分。舵机的控制信号是周期为20 ms，频率为50 Hz的PWM波，占空比在2.5%～12.5%之间。飞思卡尔mc56f8013型DSP拥有6路PWM通道，但可以输出PWM波的最小频率值高于50 Hz，因此选择定时器中断的方式产生PWM波。 首先设定一个10 μs的定时器，定时器中断2 000次就是10 μs×2 000=20 ms，也就是舵机控制信号的一个周期。当定时器中断的前1 000次，控制输出端口输出高电平，定时器中断的后1 000次，输出端口输出低电平时，就产生了一个占空比为50%的PWM波，当改变输出高电平和输出低电平的中断次数时，PWM波的占空比也随之改变，舵机就会输出不同的角度，从而带动四轴码垛机械臂转动。当高电平的中断次数为50次时，此时的占空比为[502 000=]2.5%，舵机转动0°；当高电平的中断次数为250次时，占空比为[2502 000=]12.5%，舵机转动180°。

在CodeWarrior平台的专家处理模块添加定时器的嵌入豆，定义定时器的时间为10 μs。添加5个I/O接口的嵌入豆，用于输出5路PWM波控制舵机。添加一个串口通信的嵌入豆，接收四轴码垛机械臂控制软件发送的串口数据，这些串口数据已经在软件编程中转化成高电平的定时器中断次数，方便了DSP的编程操作。

定时器中断程序的流程图如图4所示。

2.2 硬件电路设计

控制器采用ms56f8013最小系统，系统包含了程序传输、串口通信、电流驱动等基本模块。

其中舵机电路原理图如图5所示。图中所示的是一个舵机与DSP的连接图，舵机的控制信号线与DSP的输出端口相连结，端口输出PWM控制信号。为了保证为舵机提供足够大的功率，舵机和DSP分开供电。

实验时采用双路稳压稳流电源为舵机和DSP分别供电。DSP最小系统上有电压转换功能，把5 V电压转成3.3 V为DSP芯片供电。舵机的供电电压可选择在4.8～6 V之间，系统选择5.5 V为舵机供电。

3 系统测试

在实际运行四轴码垛机械臂时，首先通过下载器把在CodeWarrior IDE中编译的DSP程序下载到DSP中，程序下载成功后，把计算机和DSP通过RS 232串口连接线连接起来，实现上位机和下位机的串口通信。舵机的三条线分别是电源线、地线和控制信号线，DSP的端口1到端口5分别输出五个舵机的控制信号PWM波形，把舵机的控制信号线和DSP相应的端口连接起来，实现DSP对执行器舵机的控制。DSP和舵机分别供电，把地线相连接。上位机和下位机连接好后，开始对系统运行情况进行测试。测试内容是四轴码垛机械臂把一个物块从流水线的位置码放到托盘位置，即软件测试中第一个物块的码放情况。由1.4小节可知，四轴码垛机械臂码放一次物块要经过6个位置，仿真控制软件计算出的底座、下臂、上臂舵机在6个位置所旋转的角度如表1所示。折线图如图6所示。

四轴码垛机械臂在运行过程中的底座舵机控制信号图如图7所示。

由舵机原理可知，高电平的时长为0.5 ms时输出角度为0°，高电平时长为1 ms时输出角度为45°，高电平时长为2.5 ms时输出角度为180°。图7是机械臂底座舵机运行在位置3，4，5时的控制信号图，此时舵机的旋转角度大约为90°，信号频率为50 Hz，符合舵机的控制要求。

由测试可得，四轴码垛机械臂的DSP可以通过RS 232串口通信模块接收控制软件传递的舵机角度数据，同时DSP可以对舵机进行控制，使舵机能够按照仿真控制软件计算的角度旋转，实现关节型四轴码垛机械臂的码垛功能。

4 结 论

工业机器人码垛技术越来越受到人们的重视，它在提高生产效率、降低事故发生概率、改善生产环境等方面都有重要作用，本文完成了四轴码垛机械臂仿真控制软件的设计。软件可以根据用户输入的产品信息、位置信息、码垛方式信息等规划好机械臂的运动路线，利用三维动画的方式显示机械臂码垛的实时过程。软件通过串口通信模块把机械臂码垛过程中各个关节的角度值传递给DSP。机械臂系统采用DSP作为控制器，舵机作为机械臂的执行机构，用DSP控制舵机运动，实现四轴码垛机械臂实物的码垛过程。

四轴码垛机械臂控制系统基本实现了预期功能，可以通过软件对机械臂系统进行控制和三维动画仿真，并且实现了机械臂实物的码垛过程。可以在仿真控制软件中实现多种机械臂的整合。后期改进可以把对其他类型机械臂的控制和仿真添加到软件中，实现一款软件对多种工业机器人的控制，使得软件的利用率更高，使用更方便，同时也降低开发成本。

参考文献

[1] 刘扬，高志慧，O超，等.混联码垛机器人运动学分析与仿真[J].机械与电子，2010（3）：57?60.

[2] 张岳.基于实时以太网的码垛机械手控制平台研究[D].济南：山东大学，2013.

[3] 张聪.基于Internet的六自由度机械臂远程控制系统[D].北京：北京邮电大学，2011.

[4] 冀亮，钱正洪，白茹.基于四元数的四轴无人机姿态的估计和控制[J].现代电子技术，2015，38（11）：112?116.

[5] BLOSS R. Telepresence and delta style robots come of age at latest combined automate and promat shows [J]. Industrial robot， 2012， 39（1）： 12?16.

[6] HOLUBEK R， KOSTAL P， PECHACEK F. Incorporation， programming and use of an ABB robot for the operations of palle?tizing and depalletizing at an academic research oriented to intelligent manufacturing cell [J]. Applied mechanics and mate?rials， 2013， 309： 62?68.

第3篇：机械仿真设计范文

关键词：计算机仿真技术；包装机械设计制造；应用

在当前的包装机械设计制造过程中，普遍采用了一种新的技术，即计算机仿真技术，这项技术主要是通过计算机设备中的应用程序分析与解决实际生产过程中的存在的问题，可以说有效的解决了系统分析以及评估还有使用等问题的出现，具有广泛的发展意义。这项技术主要经历了三个发展的时期，第一个时期是早期的仿真模拟，第二个时期是混合仿真模拟，第三个发展时期是数字仿真模拟，在现代化科学技术的推动下，可以说这项技术已经在社会中的各个行业都有所涉猎，对于经济建设以及综合实力的提高具有重要的意义。

1 包装机械设计与制造中计算机仿真技术的作用

设计者在计算机中利用相关的程序建立起一个模型，对各类非静态数据进行分析，可以获得相应的设计方案，并且对设计方案不断的优化，在此基础上就能得到一个完整的包装机械设计方案，其主要的特点是简便，能够更加便捷的进行操作，并不需要制造产品，就能获得十分理想的效果，可以说是在新时期的一种创新发展，包装机械行业正需要这样的技术对产品的生产方案进行处理，这样才能有效的解决实际工作中存在的问题，在很多实验中都已经开始对这方面的问题开展了深入的研究。

最初进行系统开发以及方案设计的过程中，工作人员只是对辅助程序进行设计，同时还建立起相应的模拟样机，在此基础上就能进一步分析与研究实验，在监管与改进的过程中也并不需要复杂的工序就能完成，将新仿真技术应用在实际的工作中，可以进一步促进研发质量的提高，更重要的是能够有效的降低产品的成本，对产品的开发周期得到进一步的缩短，最终让企业获得理想的经济效益。在这种情况下，可见加强对计算机仿真技术的应用与研究对于现实社会来讲是具有重要发展意义的。

2 计算机仿真技术在包装机械设计与制造中的应用

2.1 齿轮设计

首先是对齿轮进行设计，齿轮是包装机械设计与制造中最为重要的一个组件，在应用的过程中采用计算机仿真技术对其进行设计，具有一定的现实意义。通常情况下，设计人员会采用相关的计算机语言中在几何的角度上进行齿轮设计，这样做的目的是对研究工作起到辅的作用，在研究过程中，将重点放在了齿轮的平面上，无论其处在哪一个平面上都能根据齿轮的形状建立起一个模型，做到仿真传动的设计要求，除了对齿轮进行设计以外，在对齿轮泵进行设计时，也可以充分的运用仿真技术，在动力学研究的基础上应用仿真技术可以对模型进行模拟，然后实现实时的检测，还能展开实验，确定在方案设计的过程中是否具备一定的实用性，能否在技术的帮助下解决实际存在的问题，这样可以有效的促进传动设备在实际工作中的应用价值，为其性能水平的提高提供重要的技术支持。在计算机中可以多次对制造参数进行修改，并且最终确定下来，这样产品在生产或者制造的过程中就更加具有合理性，让齿轮设计的准确性得到有效的提高。可以说这将是今后发展的一个主要趋势。

2.2 机械结构设计

通常情况下，机械产品在组装的过程中对于质量都提出了较高的要求，在这种情况下如果想要逐一对零部件进行检查就变得十分困难。要想顺利的完成生产制造的要求，就必要解决这一问题。所以在新产品进行研发与生产的过程中，应该重点对各个零部件能否实现有效的配合以及是否可以进行顺利的运行等问题进行详细的研究，保证各个构件并不会产生影响，采用合适的设计方案满足设计指标的要求，在这些难题的影响下，就需要计算机仿真技术对实际的工作提供支持。

通常规模较大的立体机械设计程序都会自动准备一个机构仿真的功能运用，在模拟条件下设计完成的装配体能够实现对机构的运动轨迹和方式进行虚拟演示，这种应用程序大多较为直观和便捷。同时，这类应用程序根据装配的数值进行自动机构数据的运算，并且智能添加相关的附加设备，例如弹簧和运动发生器等。若要实现运动学的仿真，对主运动构件进行设定即可，还能实现多方位的观察和监测，应用程序还可同时对产生干扰的程序进行检测，以帮助设计者进行检验和审核。

2.3 复杂数值计算

新型技术的应用使得大多数计算程序繁杂的分析更加简单明了、计算难度降低，从而降低了计算的时间成本，规避了无意义的、水平较低的人力耗费，使得计算效率更高、速度更快以及精确度更高，在新产品的开发和研究设计的方面发挥了巨大作用。

机械产品研发程序大多是从理论设计开始，到接下来的廓形设计、细节设计、实验、细节修改到再次实验的循环过程，直到产品达到相关的生产标准，其中仿真技术的运用帮助产品研发和设计，在最大程度上降低了财力成本和时间成本的耗费。对包装产品的动力学虚拟样机进行技术分析，能够获取产品构造的强度应力、运动状态以及其他相关参数，通过对相关数值的运算和研究可以发现其中的潜在风险和质量问题等，从而提高其开发和生产效率。

2.4 机械设计制造及自动化

计算机技术的运用主要体现在计算机虚拟技术和仿真技术的运用方面。例如借助计算机技术实现各类大型电子设备被开发并投入使用。计算机使机械设计制造的精确度不断提升，促进了我国计算机工业化的发展，并使得集成电路的集成效率和水平得到有效提升，其存储器的空间也在逐渐扩大。机械设计制造及自动化的程序较为繁杂，计算机技术的程序优势使得其在机械设计行业中拥有重要的地位和作用。在机械设计过程中，涉及的复杂的设计图纸的绘制，需要计算机的有效辅助，例如CAD，CAM等绘图程序能够有效帮助降低绘图的复杂程度，进而提高绘图效率。

结束语

计算机仿真技术的综合性较强，其不仅能够对包装机械产品的设计效果进行检验，还能够在产品设计过程中提供理论和技术指导，在理念设计环节就能对产品构成进行优化和完善，从而保障产品能顺利投入生产，并提高其性能和实用性。机械制造及自动化领域以及音响技术的研发等行业，计算机仿真技术都发挥了极为重要的作用。

参考文献

[1]何楠.机械设计制造及其自动化中计算机技术的应用分析[J].山东工业技术，2016（7）：148-149.

第4篇：机械仿真设计范文

[关键词]三维仿真；实体造型；枪械设计

中图分类号：TM72 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）10-0387-01

引言

目前，计算机高技术的三维仿真技术已经在各个领域被运用，其中包括枪械设计的领域。三维仿真技术在枪械产品设计中有着较为重要的作用。在传统的机械设计遇到难题的时候，可利用三维仿真技术直观形象的逼真数据精确技术的特点，来使问题得到有效的解决。利用三维仿真设计，设计人员在方案设计期就可以直观形象精准的对对产品的三维立体全貌和设计尺寸数据有一定的了解。也降低了设计中出现失误的风险，使机械加工成本减少，也降低了设计工程量，同时在保证高设计质量的同时使产品设计的时间得到有效的降低。

一、三维仿真技术的含义

1、随着产品多样化的需求以及软件技术的布点发展，三维仿真技术也应时而生。三维仿真技术就是我们所说的3D动画。三维仿真技术一经推出便受到各界的欢迎，并且也快速的运用到各个领域种。三维仿真技术在枪械设计中的运用流程，对初步产品设计方案进行干涉，以及产品三维造型修改，设计方案装配仿真机构运动分析。

2、三维仿真技术的特点

在枪械进行三维仿真设计时，可以先在计算机上对每个仿真的模块进行拼装，根据客户的需求进行不同的拼装。通过三维仿真技术进行模块的拼装试验，这在一定程度上降低了整体性设计出现失误的风险。有效的减少的设计过程中需要的时间。对设计人员的工作效率进行了有效的提升，使机械加工成本减少，也降低了设计工程量，同时对在保证高设计质量的同r使产品设计的周期缩短。

二、枪械设计中的具体应用

三维仿真设计的主要构成部分是三维实体造型、装配仿真机构、运动分析和有限元分析及优化。三维仿真技术在枪械设计中的运用流程，对初步产品设计方案进行干涉，以及产品三维造型修改，设计方案装配仿真机构运动分析，仿真有限原色分析及优化这几个方面也有干涉。

2.1 三维仿真技术的基础便是三维造型，使现代实体建模能在很大程度上满足设计需求的建模需求。三维仿真技术可进行实体、特征、表面、、线框和参数化建模、自由曲面等建模需球。与此同时还支持孔槽、圆和倒角、体、球体、管、块、杆、型腔、圆柱、倒等标准的设计以及枪管套的三维造型。三维仿真技术的建模运用是较为广泛的。

2.2 在三维仿真技术中，现代装配提供了并行的自上而下的产品开发方法。在对产品进行三维造型结束之后，完成三维造型阶段后的产品设计进入装配阶段，这个阶段中，设计人员可对组成机构的各零部件进行模拟装配仿真，以确定装配定位的灵活性和相关性。还可以对装配是否存在设计尺寸干预进行及时的检查，以便于后续实际装配，为后续的实际装配奠定坚实基础。此外，在装配仿真的基础上，有利于配图和分解图的快捷绘制，也在一定程度上体现出了三维立体设计方便性的特点。

2.3 在进行三维仿真枪械设计时以及机构运动分析时，要注意其尺寸的正确性。在设计过程中要保证机械结构在工作时，每个零件部位都不会彼此干涉，并且有完好的结构性能，使机构安全得到一定的保障。对造型和装配仿真在机构运动模拟方面的不完善之处进行了有效的补充。在对机构动作最小距离进行分析时，可以利用模拟繁琐的二维和三维机械运动进行分析。

2.4 为了使产品的质量得到有效的提升，设计达到最理想的效果，在对需要模拟现实工况深入了解的情况之下，可以利用三维仿真有机融合的有限分析模块，对产品的机构实施特性的解析以及改良。

三、三维仿真在枪械中运用的意义

集成性是三维仿真的特点，三维仿真技术是结合三维实体造型仿真装配和仿真机构运动仿真以及有限元分析等来进行三维实体模型统一运用。以三维实体造型的形成为基础，对装配仿真机构运动分析与仿真和有限元分析提供一定的便利。很大程度上降低了设计人员在进行产品设计中的周期，也使产品结构得到了有效的优化结果。

第5篇：机械仿真设计范文

在矿山机械使用过程中需要有极其的灵活性，采用仿生设计能满足矿山机械设计的需要，本文就矿山机械的仿生设计进行阐述。

【关键词】矿山机械 仿生设计 探讨

前言

仿生设计在机械、汽车、农业等都有广泛的应用，通过仿生设计能提高设备的工作效率和工作的灵活性，矿山机械采用仿生设计能在一定程度上提高机械设备的运行效率。

1.产品机械仿生设计的理念与内容

机械仿生设计是指工程师在利用现有工程技术的前提下，运用发散性思维，结合仿生设计的理念和方式，设计出创新性的机械产品与结构材料的过程。这和以往的机械设计方法一样，都是基于机械设计的基本理论和方法，但是其又具有独特的创新性，是一种新型设计方法。

2.煤矿机械制造的趋势分析

煤矿机械制造技术正由传统的制造技术向先进制造技术发展。先进制造技术涉及到产品从市场调研、产品开发及工艺设计、生产准备、加工制造到售后服务等周期的全过程，并将它们结合成一个有机的整体，特别强调机械技术、自动化技术、信息技术、传感技术、新材料技术和现代系统管理技术在产品设计、制造和生产环节及售后服务等方面的应用。

2.1合作化。由于市场竞争越来越激烈，通信和网络技术的快速发展推动了企业向着既竞争又合作的方向发展，产品设计、零件制造、市场开拓与产品销售都可以异地或跨越国界进行。

2.2使用灵活化。矿山机械设备的灵活化是指机械设备的适应性强，一台机械设备可以适应多种复杂的地质条件和矿井生产条件。如能够实现矿山机械设备的灵活化，则赋存条件较差的煤矿的生产能力也将被极大挖掘，从而提高整个煤炭行业的生产能力。

2.3虚拟化。虚拟技术是通过计算机仿真软件来模拟煤矿生产的真实系统，以保证产品设计和工艺的适用性、可操作性，发现设计、生产中的缺陷，检验产品在生产实际中的可加工性、加工方法和工艺的合理性，以达到优化产品的制造工艺、保证产品质量和降低成本的目的。

2.4功能综合化。这里的综合化是指机械设备功能的综合化，即实现一台设备多项功能的综合。如煤电钻功能与凿岩机械功能的综合、单体液压支柱与顶梁功能的综合等。

2.5设备的国产化。煤矿机械经过几十年的发展，取得了相当大的成绩，常用设备基本实现了现代化。但是一个高技术、大能力、高精度、适用性强的设备仍不能完全实现国产化，从而对我国煤矿机械的发展产生制约。

3.矿山机械设计中仿生设计的应用

工业设计可以同时服务于技术、经济和艺术等行业，工业设计不仅追求形态完美，而且兼具实用性和功能性。 本文从以下三方面论述工业设计中仿生设计的应用。

3.1形态的仿生

形态仿生设计是人类对自然生物体的整体形态或部分特征进行的模仿、变形、抽象等，再结合自己的理解和语言进行造型的设计方法。自然界是一座具有丰富优秀设计的资源宝库，是现代设计师获取设计灵感提炼设计形态的重要来源。现代文明的快速发展使越来越多的人追求本真的原态生活方式，因此形态仿生设计的设计方式逐渐被人认可并引起重视。形态仿生设计不仅丰富了现代设计的形式语言，也使当今的社会生活更加情趣化、生态化，增加了人类亲近自然了解自然的机会。形态仿生设计从再现自然事物逼真的程度和特征来看，主要分为具象形态仿生和抽象形态仿生。

具象形态的仿生：具象形态仿生设计是较为逼真的再现自然事物的形态，因此具有情趣性、有机性、自然性、生态性等特征，易于被人接受。抽象形态的仿生：抽象形态的仿生设计主要是从自然事物中提炼物体的内在本质属性。因为没有具体客观描绘事物的特征，因此这类设计通常借助于某些象征意义来引导使用者的心里暗示和联想。抽象形态的仿生设计需要使用者有一定的生活经验积累。抽象形态的仿生设计将带有自然美感的元素特征与人类对生活的感受和理解相融合，显示出一种含蓄的美感和艺术魅力。经过抽象仿生的自然形态使人不会很直白的观察出设计物品的具体仿生对象，同时经过联想和想想又能感觉到仿生对象的存在，给人无限的心里延展空间。

3.2功能的仿生

功能仿生设计是通过研究分析自然生物本身的功能和构造之后结合生物形态进行的综合设计方法。功能仿生设计的灵感来自于自然生物的本质功能，并对这些功能进行加工提炼，用于改进现有产品的功能或创造具有新功能的产品。功能仿生设计的产品通常具有技术上的优越性，能够更大限度的满足人类对使用产品的功能需求。

若想在工业设计中完美地实现仿生设计，科学家和工业设计是要明确自身的职责所在， 科学家将生物的各部分功能结构分析形成系统的理论，然后工业设计师借鉴科学家的理论研究，结合人类的需求与消费市场的变动， 实现最佳的人机关系。 首先，科学家具有较为完整的知识结构，但是并不明白如何将知识转化为产品并投放市场， 而工业设计师能准确地把握仿生和市场之间的微妙关系，创造出更多更具实用性的产品；其次，通过工业设计师提出的设计思想以及对自然界生物的观察和分析，有可能科学家还没有发现某个方面的仿生， 但设计师希望通过仿生完成某件产品， 科学家可以帮助设计师选择最优的仿生方向，两者共同努力，实现更有市场价值的产品。

3.3结构和材料的仿生

设计师除了对生物的外形和功能等进行仿生，很多自然界的事物结构也让人叹为观止，例如，小小的蜜蜂创造出的蜂巢的菱形结构与科学家计算的角度完全吻合， 这样的结构不仅内部空间大，而且材料质量轻，同时可以隔离噪声。 学习和仿效大自然中的各种优良结构已经成为新技术革命的发展方向， 而且仿生学可以渗透到自然界的方方面面，无孔不入，甚至有的科学家大胆猜测，在他们研究大脑结构和工作原理的基础上，人类可以仿照大脑细胞。翻译。接收到的外界信息的过程，制作生成仿生器官，不仅解决了器官移植捐献源的难题，而且副作用小。 计算机称为。电脑。，就是因为他的生物智能性和机器科学性，将模拟的人脑工作历程运用到计算机上， 可以实现功能更加完备的生物计算机。

4.结束语

在矿山机械设计的过程中通过采用工程仿生、形态仿生进行设计，能大大提高矿山机械的综合性能，为矿山的快速开采奠定了坚实的基础。

参考文献：

第6篇：机械仿真设计范文

关键词：机械手；MATLAB仿真；控制

机械手是一种模拟人手操作的自动机械。它可按固定程序抓取、搬运物件或操持工具完成某些特定操作。广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。

机械手主要由手部和运动机构组成。手部是用来抓持工件的部件，根据被抓持物件的形状、尺寸、重量、材料和要求有多种结构形式，如夹持型、托持型和吸附型等。运动机构使手部完成各种转动（摆动）、移动或复合运动来实现规定的动作，改变被抓持物件的位置和姿势。运动机构的升降、伸缩、旋转等独立运动方式称为机械手的自由度。自由度是机械手设计的关键参数。自由度越多，机械手的灵活性越大，通用性越广，其结构也越复杂。一般专用机械手有2～3个自由度。

1 仿真流程

本文主要用S函数编写程序来实现一个非线性系统的控制仿真，本文选择两关节机械手模型进行试验，两关节机械手是简单的一类关节型机器人，通过对两关节机械手的控制，了解关节的输出位置，估计通常难于准确测量的不确定摩擦力和外部扰动的影响，这样才能保证全局的渐进稳定。因此本文针对两关节机械手的轨迹跟踪问题，通过已建立的数学仿真模型，用MATLAB语言中的S函数编制仿真程序进行位置和速度跟踪来验证该模型是否稳定。

在仿真开始时，Simulink首先对模型进行初始化，此阶段不属于仿真循环。在所有模块都初始化后，模块进入仿真循环，在仿真循环的每个阶段，Simulink都要调用模块或者S函数。

2 两关节机械手的设计分析

本文着重研究了 Matlab/Simulink环境中如何使用S-function模块建立符合要求的机械手模型，正确实现理论轨迹跟踪，继而进行了机械手的动力学模型仿真，将模型仿真中得到的运动轨迹图进行分析验证理论计算的结果；模块仿真，使仿真从单纯的抽象的数字化仿真中走出来，更加直观形象；仿真轨迹的优化，提高了机械手的工作效率；为串联机械手的进一步研究奠定了基础。S函数模块可以描述任意复杂的系统。本文选择了两关节机械手模型，根据其数学模型搭建出仿真模型，并利用MATLAB语言中的S函数模块来描述该系统，以实现位置和速度的跟踪控制。然后利用MATLAB软件对这个非线性系统进行仿真。为了验证该模型的稳定性，根据两关节机械手仿真模型及选取的控制参数，采用S函数编写程序，并在Simulink中搭建仿真模型进行仿真。搭建该机械手仿真模型的选取以下模块：⑴标有“S-function”的模块；⑵标有“Sine Wave”模块；⑶标有“To Workspace”的模块；⑷标有“Mux”的模块；⑸标有“Demux”的模块。

搭建好仿真模型后，根据两关节机械手的数学模型及编写好的S函数程序进行封装。之后整个系统就可以由S函数模块来完成整个机械手的的操作。仿真结果如图2、图3所示。

从图3中我们可以很明显的看出，在仿真开始时刻，轨迹跟踪曲线误差比较大，随后关节1和关节2实际输出轨迹与期望输出轨迹几乎完全重合。说明设计的系统具有良好的跟踪性。从图4中可以看出关节1和关节2控制输入曲线变化规则扰动较小，说明控制器的输出比较稳定。

4 结论

本文针对两关节机械手的轨迹跟踪问题，通过已有的数学仿真模型，用matlab语言中的S函数编制仿真程序进行位置和速度跟踪试验。试验结果验证了，该模型能有效的克服机器人系统中的不确定因素的影响，提高系统对各种扰动、非线性因素的适应能力。该模型具有良好的稳定性，能实现机械手的位置和速度精确的控制。通过仿真结果可以看出这种方法的可行性。

[参考文献]

第7篇：机械仿真设计范文

关键词 UG；ADAMS；焊接机器人；建模；联合仿真

中图分类号：TP3 文献标识码：A 文章编号：1671―7597（2013）031-060-02

随着人类社会进步的加快，科学技术水平的不断提高，人们对产品的要求也越来越高。这就需要提高产品质量，同时缩短开发周期。此时以仿真技术和系统建模为核心的虚拟样机技术得到了的广泛应用，在真实的产品没有真正生产出以前就对它进行仿真模拟，这样的话防止各种设计缺陷的存在。其中一款具有代表性的软件系统：机械系统动态仿真软件ADAMS，这一款软件包括了高效的求解器、可视界面、各种简便的建造模型的工具和具有强大功能的后处理模块等，利用ADAMS软件来对机械系统的结构进行分析，在物理样机设计之前就可以对数控玻璃磨边机产品的各种性能进行测评，不仅能够降低开发费用，而且能够减少开发周期，很大的提高了机械系统仿真的效率。ADAMS在机械系统运动学、动力学和静力学仿真方面的功能十分的强大，但是当ADAMS软件建立一些比较复杂机械系统的时候，就会比较困难。这方面常见的就是使用UG软件和ADAMS软件结合来开发复杂的机械系统的虚拟样机。

1 UG软件和ADAMS软件的介绍

UG（Unigraphics NX）是一个产品工程的解决方案，它是由Siemens PLM Software公司出品的一款软件，它为用户的加工过程及产品设计提供了数字化模型和检验的手段。UG Unigraphics NX根据用户的工艺设计和虚拟产品设计的要求，提供了解决方案，这种解决方案是经过实践验证的。UG具有三个设计层次，即子系统设计、组件设计和结构设计。所有的信息被分布于各子系统之间。

本论文使用的运动仿真软件是由美国MDI公司进行开发设计的ADAMS软件，这款软件是现在最具权威性的机械系统运动学与动力学仿真的软件。它的求解器是使用的拉格郎日方程来进行建立系统运动学和动力学方程，对虚拟的机械系统进行运动学和动力学的分析，并且在分析之后输出加速度、反作用力、速度和位移的曲线，整个运动的过程是通过在计算机上建立虚拟样机来模拟复杂的机械系统的。其中ADAMS软件的核心模块包括ADAMS/View和ADAMS/Solver。

2 ADAMS和UG的运动联合仿真

在利用ADAMS和UG进行运动联合仿真设计的时候，通常我们现在先在UG软件当中建立三维模型，建立模型的过程：首先通过二维图纸在UG软件中建立三维零件模型，然后在将零件进行装配同时进行干涉检查，最后将建立的三维装配图形导入到 ADAMS软件当中，在ADAMS软件中首先对三维装配图形的仿真参数进行设定，这样就产生了参数化的机构模型，最后进行运动学和动力学的仿真。下图1所示的就是一般情况下的联合仿真设计流程。

3 焊接机器人联合仿真分析

3.1 UG三维建模

焊接机器人主要有底座、躯干、肩、手臂、手腕、机械手6部分组成。在UG中建立焊接机器人的各零部件，装配后得到焊接机器人实体模型，见图2所示。

3.2 三维模型导入ADAMS

在UG中，选择“文件”“导出”Parasolid，然后打开ADAMS，选择FileImport，弹出文件导入对话框，在File Type下拉框中选Parasolid类型，然后在File To Read选择栏中点右键选择Browse，最后选择读入UG输出的文件。三维图导入到ADAMS中如图3所示。

3.3 ADAMS运动仿真

导入模型之后，首先要给焊接机器人添加约束副，给底座与大地之间添加固定副，分别在底座与躯干、躯干和肩、肩和手臂、手臂和手腕、手腕和机械手之间添加旋转副。然后给所有旋转副添加旋转驱动，肩和手臂之间旋转副的驱动参数为15d*sin（180d*time-90d）+15d，手臂和手腕之间旋转副的驱动参数为-15d*sin（180d*time-90d）-15d，底座和躯干之间旋转副的驱动参数为180d*time，其它旋转副的驱动参数为0d*time。至此，已完成整个样机约束的添加如图4所示。

停止仿真运动，右键点击机械手，在下拉菜单中选择measure，出现对话框，在characteristic中选择选项，输出机械手在X，Y轴方向的位移、速度、加速度曲线。如图5-图10所示。

从上面图中可以看出，机械手的运行曲线平滑且有规律，说明该机构的整个运动过程平稳无冲击震荡现象，通过观察机构仿真运动并结合曲线，可以证实该机构的运行曲线与实际情况相符。

4 结束语

ADAMS软件和UG软件作为动力学仿真分析领域和三维建模领域的优势产品，二者的联合仿真广泛应用于产品开发、工程校验、机械设计等过程中。本文通过UG和ADAMS之间的无缝接口程序，将在UG中创建的焊接机器人三维模型成功导入到ADAMS中，并通过在ADAMS中进行运动学仿真分析，根据仿真分析的结果，验证了将UG与ADAMS软件相结合的建模设计和运动学仿真方法的可行性，不仅提高了数据转换的可靠性，还大大提高了仿真效率，是虚拟样机技术研究中的崭新应用，促进了虚拟仿真的发展，对于教学和实践具有广泛的意义。

参考文献

[1]张磊.UG NX6.0后处理技术培训教程[M].北京：清华大学出版社，2009.

[2]孙恒，陈作模，葛文杰.机械原理[M].北京：高等教育出版社，2006.

第8篇：机械仿真设计范文

关键词：数字化仿真；卓越计划；机械原理；创新能力

作者简介：李杰（1979-），男，河北石家庄人，石家庄铁道大学机械工程学院，讲师；范晓珂（1972-），女，河北石家庄人，石家庄铁道大学机械工程学院，副教授。（河北 石家庄 050043）

中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）05-0083-02

“卓越工程师教育培养计划”（简称“卓越计划”）是高等院校贯彻落实《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2020年）》和《国家中长期人才发展规划纲要（2010-2020年）》的一项重大改革项目，其目的在于培养造就一大批具有较强创新能力、适应经济社会发展需要的高质量各类型工程技术人才，为国家工业的转型升级、建设创新型国家和人才强国战略服务。该项目的实施将促进高等教育面向社会需求培养人才，对全面提高工程教育人才培养质量具有十分重要的示范和引导作用。[1]2011年，石家庄铁道大学被教育部批准成为第二批133所“卓越工程师教育培养计划”培养高校之一。“机械原理”课程作为机械工程类的专业基础课程，是石家庄铁道大学（以下简称“我校”）机械设计制造及其自动化专业、车辆工程专业、“茅以升”试验班和“卓越”班的必修课程，占有重要的地位。由于学生人数的增加和新课程的开设，“机械原理”计划学时不断被压缩，而教学内容却不断补充，传统的教学模式很难满足“卓越计划”的要求，很难培养具有创新意识、创新能力的高素质人才。[2]因此，利用数字化仿真技术改善“机械原理”以往传统的教学与实验存在的问题，提高学生的创新能力，培养学生成为具有工程思维的实用型与创新型人才，适应“卓越计划”的发展具有重要的意义。

一、课程教学内容与安排

“机械原理”的课程内容主要有：机械的结构分析、机构的运动和力分析、机械的效率、自锁与平衡、各种常用机构的设计和机械系统的方案设计等内容，共64学时，讲授54课时，实验8学时，“机械原理”课程设计1周。讲授的内容中，主要重点介绍机械的结构分析、机构的运动和力分析、机械的效率、自锁与平衡、常用机构的特点及其设计，其中包括连杆机构、凸轮机构、齿轮机构、轮系和其他的常用机构等；[3]机械系统的方案设计内容结合课程设计时完成；实验安排主要针对一些机构的验证、设计与综合，旨在提高学生的动手能力和对机构进行创新设计的能力。但是，由于课时限制，该课程所设置的实验只能完成4个，很难满足“卓越计划”的要求，不利于培养学生的实践能力和创新能力。

二、教学方式的改革

数字化仿真技术是近几年发展起来的一种先进的机械设计方法，它是指将计算机仿真技术应用于产品设计领域，利用计算机分析软件通过建模可对该机构进行运动模拟，对机构及整机进行运动仿真。数字化仿真技术在“机械原理”教学中的应用，不仅可以使得学生对机械原理中的各种机构有感性的认识，而且通过对各种机构的仿真模拟可以使得学生对各种机构的运动与动力特性有直观的了解，有利于培养学生的创新能力。[4]笔者将数字化仿真技术引入到“机械原理”教学中，下面以连杆机构为例，介绍在连杆机构教学中应用数字化仿真技术的一些体会。

1.理论教学的改革

在连杆机构的教学中，连杆机构的基本形式为铰链四杆机构，其三种基本形式分别为曲柄摇杆机构、双曲柄机构和双摇杆机构，当一个铰链四杆机构为曲柄摇杆机构时，通过机构的倒置则可以得到双曲柄机构和双摇杆机构。

在教学过程中，利用数字化仿真软件建立曲柄摇杆机构的数字化模型，按照要求对各相关参数进行设置，其中包括：各杆长度、质量、电机转速、力矩大小等。如图1所示，在四杆机构中各杆分别以转动副相连，分别为A、B、C、D；各杆杆长分别为280mm、520mm、500mm、720mm，然后对杆4固定，杆1为曲柄，在转动副A上加力矩，其数字化模型如图1所示。通过运动仿真对曲柄摇杆机构进行相应的运动分析。[5]曲柄摇杆机构的运动分析如图2所示。

在教学过程中，图1能够清晰演示四杆机构的运动画面，其中曲柄以等角速度转动，摇杆则在一定角度范围内摆动。从图2的角速度图中可以看出曲柄转速为30°/S，而摇杆的摆角为0°～30°。

在曲柄摇杆机构中其他参数保持不变的前提下，只改变曲柄摇杆机构的机架，取原来的杆件1为机架，杆件2为曲柄，对机构进行运动仿真，可以看出，通过改变机架后，原来的曲柄摇杆机构变为了双曲柄机构。双曲柄机构的运动分析如图3所示。

在教学过程中，利用数字化仿真技术学生能够直观看出此时两个曲柄都在做整周的回转运动。从图3中的角速度图中可以看出主动曲柄转速为30°/S，而从动曲柄的转速为不等速连续回转，范围在15°/S～65°/S之间。

最后，在曲柄摇杆机构中，取原来的摇杆3为机架，杆4为曲柄，在其他参数保持不变的前提下对机构进行运动仿真，可以看出，通过改变机架后，原来的曲柄摇杆机构变为了双摇杆机构。双曲柄机构的运动分析如图4所示。

图4的动画演示中能够看出，两个摇杆都不能在整周范围内转动，都在一定范围内做往复摆动，从图4中的角速度图中可以看出主动曲柄摇杆转速为30°/S，而从动摇杆的转速为不等速摆动，范围在0°/S～35°/S之间。

在课堂教学过程中，通过四杆机构的数字化仿真能够使学生在较短的时间内对机构的倒置有清晰的认识，同时提高了学生对计算机应用的兴趣和创新能力。

2.实验教学的改革

由于课时的限制，“机械原理”课程实验共有四次，具体安排如表1所示。

由表1看出：“卓越”班的实验教学比较少，不能够满足学生创新能力和实践能力培养的需求。在实验教学过程中，可以利用数字化仿真技术进行有效的弥补，同时也可以对以上实验进行虚拟验证。在实验2机构运动方案创新设计实验教学过程中，可以先让学生根据实验台搭建不同的机构，分析机构的运动过程，并绘制机构的运动简图，课下让学生通过计算机根据所绘制的机构运动简图建立所搭建的机构模型，进行数字化仿真模拟，直观形象地模拟实际搭建机构的运动过程。而对于实验3机构运动参数测量与分析实验，事先让学生在计算机上对机构进行数字化仿真，测量出机构的位移、速度和加速度曲线，然后再与实验测量的曲线进行相应的比较。对于实验中没有的内容，也可以通过对机构的数字化仿真来培养学生的计算机应用能力和机械创新设计的能力。

三、教学效果

通过数字化仿真技术在“机械原理”课程中的应用，在理论教学过程中对所讲授知识可以实时地进行虚拟仿真，有效改变传统理论教学加实验教学的方法，节省课时。在实验教学中，通过数字化仿真技术和实验相结合大大提高了学生对实验的兴趣，提高了学生的计算机应用能力，同时也培养了学生的机械创新设计意识。

四、结束语

通过教学实践表明，将数字化仿真技术引入到“机械原理”教学中具有较大的新颖性，促进了学生对“机械原理”课程基本理论的理解，实现了教学方法的创新。

新的教学方法能够调动学生学习的积极性，在教学过程中学生能够变被动接受为主动思考，通过对不同的方案进行实时仿真，能够激发学生的创新意识，提高分析问题、解决问题的能力。

数字化仿真技术在本门课程中的应用锻炼了学生将理论知识与实际应用相结合的能力，同时也提高了学生的创新能力。这种教学模式的探索为其他工程类专业基础课程适应“卓越工程师培养计划”的教学改革提供了借鉴经验。

参考文献：

[1]毛娅.适应“卓越工程师培养计划”的机械原理双语教学探索与实践[J].探索与践，2006，4（13）：191-192.

[2]卢梅，李威，邱丽芳.虚拟仿真实验技术在机械原理实验教学中的应用研究[J].仪器仪表用户，2006，4（13）：25-26.

[3]孙桓，陈作模，葛文杰.机械原理（第七版）[M].北京：高等教育出版社，2006.

第9篇：机械仿真设计范文

浅析计算机技术在机械工程中的重要性

一、、机械工程计算中cad技术的应用cad，即计算机辅助设计系统是指在计算机硬件和软件的支撑下，通过对机械工程产品进行描述、造型、系统分析、优化、仿真和图形化处理的研究与应用，使计算机辅助工程技术人员完成产品全部设计过程的一种现代设计技术。cad中设计者与计算机密切合作，在决定设计策略、信息处理、修改设计以及分析计算方面充分发挥着各自不同的专长。利用计算机存储信息、检索、分析计算、图形与文字处理以及其他重复的验算工作。当前cad系统的硬件环境主要是工程工作站及个人计算机。工作站是具有高速的科学计算、丰富的图形处理及灵活的窗口与网络管理功能的交互式计算机系统，它一般具有32位或64位字长的中央处理器(cpu)，广泛采用精简指令(risc)，超标量、超流水线及超长指令技术，具有unix操作系统和x窗口管理系统，在一个分布式的网络环境下运行。在机械工程计算中利用cad技术进行二维绘图、图形及符号库、参数化设计、三维造型等，通过cad进行二维绘图以及三维造型，在许多具有实体建模功能的cad软件中，都有一些基本体系，例如在cad的三维实体造型模块中，系统提供了六种基本体系，然后再经过结构分析，分解成若干个基本体并最终进行三维实体造型。二、机械工程计算中cae技术的应用cae，即计算机辅助工程作为一种综合应用计算力学、计算数学、信息科学等相关的综合工程技术机械工程计算中cae技术的应用是指使用有限元软件对机械结构进行分析，强度应力、刚度应变和变形、动态特性固有频率、振动模态、热态特性温度场、热变形。在cae分析的一般流程及其技术应用特带你的基础上，研究几何模型的建立、有限元模型的建立包括网络划分、整机系统的分解与合成、边界及载荷处理等、求解、结果数据分析等系统cae的应用技术。计算机辅助工程的特点是以机械工程和科学问题为背景，建立甲酸模型并进行计算机仿真分析。一方面，在机械工程计算中cae技术的应用，使以往许多由于受条件限制无法分析的复杂问题，通过计算机模拟得到满意的解答；另一方面，计算机辅助分析使大量的复杂的机械工程计算分析简单化，使复杂的过程层次化，节省了大量的时间，避免了低水平重复的工作，是工程分析更快、更准确。在产品的设计、分析、新产品的开发等方面发挥了重要的作用，同时cae这一新兴的数值模拟分析技术在机械工程计算中的应用越来越广泛，技术的发展又推动了许多相关的基础学科和应用科学的进步。在机械产品开发中由概念设计、初步设计、详细设计到试验，再修正设计，再试验，知道满足产品要求，cae仿真分析技术的引入，最大限度的较少或者缩短了材料的浪费以及耗时环节。一个多参数的工艺或者制造过程的仿真模拟、力能计算和参数优化中，也可以得到对象局部、相互关系和全域的结果。三、机械工程计算中计算机仿真技术的应用计算机仿真技术又称虚拟样机技术，设计人员在计算机上建立样机模型，对模型进行各种动态性能分析，然后改进样机设计方案，用数字化形式代替传统的实物样机实验的一种新型技术。在机械工程计算中通过建立真实系统的计算机模型，分析实际系统的行为特征。计算机仿真技术的关键因素在于建立真实的系统计算机模型，包括数学模型和仿真模型，而且具有经济、可靠、使用、安全、灵活以及可重复使用等优点，目前在机械工程计算中已经成为许多复杂系统进行分析、设计、实验等的必不可少的手段。计算机仿真技术以数学理论为基础，以计算机和各种物理设施为设备工具，利用系统模型对实际的或者设想的系统进行试验仿真研究。计算机仿真技术实现必须具备cad图形学、几何造型技术、工程数据处理技术以及计算力学等知识。在机械工程设计的初始阶段，工程师需要利用设计自动化工具进行不同的初始设计，并在计算机上表示出模型样机，这样可以方便监测、研究与改进。四、机械工程计算中cam技术的应用cam，即计算机辅助工程分析是指一系列对机械工程产品设计进行各种模拟、仿真、分析和优化技术，是一种利用计算机辅助求解复杂工程和产品结构强度、刚度、屈曲稳定性、动力响应、热传导、三维多体接触、弹塑性等力学性能的分析计算以及结构性能的优化设计等问题的近似数值分析方法。cae技术主要包括有限元分析、运动学和动力学分析、流体力学分析以及优化设计分析等内容。利用计算机辅助编制cnc机床的零件加工程序。cam技术在机械工程中的主要作用是数控加工，它与cad技术相互作用，是密不可分的一个整体，许多cad系统都有辅助的cam数控加工模块，用cad生成的图形信息或者数据，然后通过转换变成控制指令，然后设置加工参数等，由此可见cad/cam技术是现代机械工程发展的必然趋势。结语：伴随着我国科学技术现代化水平的不断提高，计算机技术在机械工程计算当中应用也越来越普及，利用计算机技术建立机械工程的动力学模型，然后进行计算机仿真技术分析，获得产品结构的强度应力、刚度应变和变形、动态特性固有频率、振动模态、热态特性温度场、热变形等参数，根据计算分析得到容易导致机械出现疲劳失效的风险以及其它潜在问题。

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