262008年4月中国制造业信息化第37卷第7期机械系统的建模与仿真门党党,汤军社,贺春荣,王红艳(西北工业大学机电学院,陕西西安710072)摘要:通过一个导弹弹射机构,介绍了机械系统建模与仿真的一般过程。运用目前简单实用的三维建模软件SolidWorks建立了弹射机构的模型,接着运用目前比较流行的机械系统动力学分析软件ADAMS对其进行了仿真,通过分析试验结果和不断修改,最后得到了较为理想的弹射机构的物理样机。关键词:弹射机构;建模与仿真;ADAMS中图分类号:TH133.5;TH122文献标识码:A文章编号:1672-1616(2008)07-0026-041建模与仿真技术的发展Technology)是当前设计制造领域的一门新技术,40多年来,我国在建模与仿真(Modelingand涉及多体系统动力学、计算方法与软件工程等学Simulation)方面发展迅速并取得了很大成就。建科。虚拟样机就是在建造第一台物理样机之前,工模与仿真技术的应用已扩展到产品的全生命周期:程师利用软件技术建立的机械系统计算机模型,进方案论证、设计、制造、试验、使用、维护和训练。建行仿真分析并以图形显示该系统在真实工程条件模与仿真技术最早应用于自动控制领域,飞机、导下的运动特性,从而修改并优化设计方案。它利用弹的飞行控制、制导系统采用数学仿真和半实物仿软件建立机械系统的三维实体模型和力学模型,分真进行分析试验,同时采用的是模拟计算机和面向析和评估系统的性能,从而为物理样机的设计和制方程的建模方法[1]。实践证明,建模与仿真所能造提供依据。虚拟样机技术在设计的初级阶段即应用的领域,都极大地促进了该领域的发展。所以概念设计阶段就可以对整个系统进行完整的分析,人们就开始把其应用于传统的机械系统中,从20可以模拟并观察各组成部件的相互运动情况。在世纪90年代至今,我国的研究人员对建模与仿真各种虚拟环境中使用系统仿真软件可真实地模拟技术开展了研究,包括分布交互仿真、虚拟现实仿系统的运动,它可以在计算机上方便地修改设计缺真、基于仿真的设计、虚拟样机、建模与仿真的重用陷,仿真试验不同的设计方案,对整个系统进行不和互操作性,以及分布虚拟环境等。近几年随着计断的改进,直至获得最优设计方案后,再做出物理[3]算机技术的迅速发展,新的建模与仿真技术也应运样机。而生,其极大地推动了机械行业的发展,提高了经济效益。下面通过一个实例来探讨有关机械系统3研究内容建模与仿真的一般过程。本文研究的是一个导弹弹射机构,要求首先建立弹射机构的三维模型,接着将其导入机械系统动2虚拟样机技术力学分析与仿真软件ADAMS中,对弹射机构的各按照产品的传统设计思想,为获得较好的设计个组成杆件进行运动学和动力学分析,得到弹射机方案,在产品定型生产之前必须制造物理样机,并构弹射过程中的主要杆件的运动学和动力学参数。对物理样机进行试验测试,如不能满足性能要求,我们所要关心的主要参数是导弹弹射过程中的位[2]就必须对原设计方案进行修改和优化。很显移、速度、加速度是否满足实际要求,由得出的试验然,这种传统的设计方法需要耗费大量的人力和物数据检验实际设计存在的缺陷,通过不断地改进,直力。随着计算机技术的发展,物理样机可以被虚拟至获得最优设计方案后,最后做出实际的物理样机。样机所取代,虚拟样机技术(VirtualPrototype本弹射机构的简图图1所示。收稿日期:2007-10-15作者简介:门党党(1981-),男,陕西咸阳人,西北工业大学硕士研究生,主要研究方向为机电控制及自动化。·现代设计与先进制造技术·门党党汤军社贺春荣等机械系统的建模与仿真27弹射机构的三维模型。其具体操作步骤如下:a.模型的总体设计,弄清各个零件之间的运动关系、安装尺寸等,这有利于后面快速的装配。b.把整个机构分解成若干个子块,这不仅能使复杂工作简单化,而且有利于分工合作,同时可提图1弹射机构简图高建模的准确性。图1中,杆7为导弹悬挂杆,杆3为气缸,杆4c.根据已知各个杆件的具体尺寸,绘制机构的为活塞。杆9、杆10、杆11、机架BI构成上同步机各个子块组成部分零件图(此步较为关键,力求建构,杆9为上同步杆,杆10和杆1固连,杆11和杆5立的零件与实际接近)。固连;杆7、杆8、杆12、杆13构成下同步机构,杆8d.完成零件图后,就开始进行装配,注意装配为下同步杆,杆12和杆2固连,杆13和杆5固连。过程要确保各个零件的正确定位关系。最后装配该弹射机构以压缩氮气为动力源,通过活塞杆完的效果图如图2所示。4的运动,推动杆1和杆5反向运动,由上同步杆杆9保证杆1和杆5的摆动同步,从而保证气缸和活塞只是平动,没有