基于SOLIDWORKS的千斤顶运动仿真.doc

目 录1 绪论 12 模拟仿真概述 12.1 模拟仿真的概念 12.2 模拟仿真的产生与发展 22.3 国内的模拟仿真技术 33 千斤顶 43.1 千斤顶的定义及分类 43.2 千斤顶的发展现状 54 SOLIDWORKS概述 65 基于SOLIDWORKS的模拟仿真实例 65.1 基于SOLIDWORKS的千斤顶三维实体建模的基本过程 75.2 零件三维实体建模过程的基本步骤 75.3 螺旋千斤顶的三维实体建模的过程 85.3.1 底座的画法极其过程 85.3.2 起重螺杆的画法及其过程 105.3.3 顶盖的画法和过程 115.3.4 旋转杆的画法及其过程 135.4 千斤顶装配体的装配方法 155.5 千斤顶爆炸视图的制作过程 165.6 千斤顶三维动画的制作过程 186 结论 19致谢 20参考文献 211 绪论 计算机仿真技术是世界各国十分重视的一项高新技术仿真是以计算机系统为基础，根据用户的要求，建立实际系统的数学模型，并使之转换为仿真模型，在不同的工况下，在计算机系统中运行演示，从而真实地展现实际系统运行状态的过程它是涉及计算数学、工程控制、各种实际系统的专业知识、计算机软硬件技术等多学科领域的一项综合性高科技技术。

是科学工作者、工程技术人员、运行操作人员进行系统分析、优化设计、性能评估、运行试验、教育培训、操作训练的有力工具它在国防、能源、交通、航空航天等重要的军事与非军事领域，得到了越来越广泛的应用美国1992年提出的22项国家重点发展的关键技术报告中，计算机仿真技术被列为第16项同年提出的21项国防及军事重点发展的关键技术报告中，被列为第6项足见其在现代科学技术领域中的重要地位[1] 传统的设计方法是首先在设计者头脑中建立起产品的三维实体形状后借助于正投影方法，把头脑中的三维实体投影为多二维视图在读图时又需要将各个视图的信息通过想象加以综合，在头脑中恢复回原来的三维实体形状，再进行工艺设计、加工等工作这样一个复杂的过程，大大降低工作效率，且容易出错运用Solidworks系统进行三维实体设计技术，采用新的三维-二维-三维的新模式，通过计算设计训练，培养了空间想象能力和设计思想表达能力[2]SolidWorks以其优异的三维设计功能 ,操作简单等一系列的优点 ,极大地提高了设计效率利用SolidWorks不仅可以生成二维工程图，而且可以生成三维零件，实现零件的三维实体建模用户还可以利用其运动仿真功能，通过动画来展现零件的三维造型和运动仿真。

2 模拟仿真概述2.1 模拟仿真的概念 模拟仿真的意思就是用模型（物理模型或数学模型）来模仿实际系统，代替实际系统来进行实验和研究事实上，习惯定义的模拟仿真，即用模型来模仿实际系统进行实验和研究，从来就是产品开发中的常用技术手段[3]计算机运动仿真作为计算机仿真技术的一个重要分支，可以归入虚拟现实技术VR(Virtual Reality)的范畴，它汇集了计算机图形学、多媒体技术、实时计算技术、人机接口技术等多项关键技术作为一门新兴的高技术，己经成为工程技术领域计算机应用的重要方向2.2 模拟仿真的产生与发展 近些年来，随着计算机技术的发展，计算机图形处理能力日益增强，以计算机为主要工具的仿真技术也迅速发展起来，并很快应用于工程领域在计算机辅助下进行机械零件的设计、校核，并进行系统运动仿真己经逐渐成为机械设计的发展方向 在传统的设计与制造过程中，首先是方案设计及论证，然后进行产品设计在设计完成后，为了验证设计，通常要制造样机进行试验，有时这些试验甚至是破坏性的当通过试验发现缺陷时，又要回头修改设计并再用样机验证只有通过周而复始的设计一试验一设计过程，产品才能达到要求的性能。

这一过程是冗长的，尤其对于结构复杂的系统，设计周期无法缩短，更不用谈对市场的灵活反应了在大多数情况下，工程师往往为了保证产品按时投放市场而中断这一过程，使产品在上市时便有先天不足的毛病在市场竞争的背景下，基于实际样机上的设计验证过程严重地制约了产品的质量的提高、成本的降低和对市场的占有随着经济贸易的全球化，要想在竞争日趋激烈的市场上取胜，缩短开发周期，提高产品质量，降低成本以及对市场的灵活反应都已成为竞争者们所追求的运营方式，谁早推出产品，谁就占有市场然而，传统的设计与制造方式却无法满足这些要求[5] 虚拟模型技术应当属于计算机辅助工程(CAE)的一个分支，它的核心部分是多体系统运动学与动力学建模理论及其技术实现作为应用数学一个分支的数值算法及时地提供了求解这种问题的有效的快速算法近年来的计算机可视化技术以及动画技术的发展为这项技术提供了友好的用户界面，CAD/FEA等技术的发展为虚拟模型技术的应用提供了技术环境借助于虚拟模型技术，设计过程先从整机开始，按照“由上至下”的顺序进行，这样可以避免由于系统设计方面的失误而付出的昂贵代价 目前, 计算机仿真技术已经广泛地应用在各个领域里:汽车制造业、工程机械、航天航空业、国防工业及通用机械制造业;所涉及到的产品从庞大的卡车到照相机的快门，天上的火箭到轮船的锚机。

在各个领域里，针对各种不同的产品，虚拟模型技术都为用户节省了开支和时间，并提供了满意的设计方案[7]在我国，对计算机仿真技术的研究起步较早，发展很快1995年6月国防科技大学研制成功的银河仿真l型计算机，标志着我国计算机仿真技术取得了突破性进展，跨入了国际的先进行列在研制新一代的运载火箭、飞航导弹等重要科研项目中，多次用计算机仿真进行预测性试验，确保了实际发射的成功率据不完全统计，近几年有关科研院所，运用银河仿真机进行科学研究，节省科研经费近10亿元，取得了巨大的社会效益和经济效益 近年来由于计算机软硬件技术的突飞猛进带动了很多相关学科的飞速进步，仿真技术就是有代表性的一个计算机所提供的资源环境、条件，使仿真技术的开发环境大为改善，有了更多可供选择和驰聘的平台使仿真装置的逼真度和实时性大为提高，性能价格比更加优越 就仿真技术而言，仿真建模方法学、仿真计算机系统、仿真支持软件等方面始终是仿真技术发展的重要课题近几年来，涉及上述领域的多项新技术、新成果已经展示了良好的发展前景面向对象的仿真建模，仿真科技界人士一直在致力于研究面向对象的各种建模技术，主要方向是面向工程图、面向方框图、面向方程式、面向工艺过程的建模方法，这些方法虽然本质上仍属于将人们对实际系统的认识转变为适宜于计算机符号处理的模式，但较之传统的采用Fortran语言的人工建模前进了一大步。

它充分调动了计算机本身的符号处理能力，加速了人们对仿真对象的认识和转换过程这种方法将进一步改善系统的建模能力、缩短球棋时间.犬其可贵的是它使具有实际系统工程技术知识的用户技术人员，更容易掌握和使用仿真技术，使仿真技术这一先进的手段更好地为实际系统服务 2.3 国内的模拟仿真技术虚拟模型和计算机仿真技术是一项涉及多个学科领域的前沿技术，发达国家于20世纪80年代提出了相关概念，这项技术在过去的10年里获得了迅速发展并达到实用阶段和一些先进国家相比，我国在这个领域还有一定差距，但已经引起了国家有关部门和科学家们的重视，九五规划、国家自然科学基金、国家高技术产业规划都把虚拟现实技术VR列入了研究项目国内一些高校和研究部门在紧跟国际先进技术的同时，积极投入到了这一领域当中，并且取得了一定的研究成果 清华大学计算机科学与技术系对虚拟现实和临场感方面进行了研究，在克服立体图闪烁的措施和深度感试验方面采用了一些独特的方法他们针对室内环境的特点，提出借助图像变换，使立体视觉图像中对应水平特征呈现形状一致性，以利于实现特征匹配，并获取物体三维结构的新颖算法 哈尔滨工业大学机械系在机构的三维运动仿真方面进行了不少研究，他们使用OpenGL开发的机构三维仿真软件成功地模拟出了一些常用机构的运动状态，并在此基础上加入了一些计算机辅助设计和分析的功能。

该校计算机系成功地摹拟出了人的脸部动作，如表情的合成和唇动的合成 浙江大学CAD&CG国家重点实验室开发出了一套桌面虚拟建筑环境实时漫游系统，实现了立体视觉，同时提供的交互工具使系统的真实感达到了较高的水平 北京航空航天大学计算机系着重研究了虚拟环境中物体物理特性的表示和处理，在虚拟现实的视觉接口方面开发出了部分软硬件，提供了用于飞行员训练的虚拟现实系统 西安交通大学信息工程研究所对立体显示技术进行了研究，提出了一种基于JPEG标准压缩编码新方案，获得了较高的压缩比 西北工业大学在基于UG的二次开发方面进行了不少研究 西安理工大学机械与精密仪器学院在基于SolidWorks的二次开发方面也做了不少工作，开发了连杆机构和弧面分度凸轮的运动仿真软件 上海交通大学图像处理及模式识别研究所，国防科技大学计算机研究所，北京工业大学CAD研究中心等单位也都在这一领域做了一定的工作，并取得了一定的研究成果3 千斤顶3.1 千斤顶的定义及分类千斤顶是一种用钢性顶举件作为工作装置，通过顶部托座或底部托爪在行程内顶升重物的轻小起重设备！　 按结构特征可分为齿条千斤顶、螺旋千斤顶和液压（油压）千斤顶3种。

　　① 齿条千斤顶:由人力通过杠杆和齿轮带动齿条顶举重物起重量一般不超过20吨，可长期支持重物，主要用在作业条件不方便的地方或需要利用下部的托爪提升重物的场合，如铁路起轨作业 ② 螺旋千斤顶:由人力通过螺旋副传动，螺杆或螺母套筒作为顶举件普通螺旋千斤顶靠螺纹自锁作用支持重物，构造简单，但传动效率低，返程慢自降螺旋千斤顶的螺纹无自锁作用，装有制动器放松制动器，重物即可自行快速下降，缩短返程时间，但这种千斤顶构造较复杂螺旋千斤顶能长期支持重物，最大起重量已达 100吨，应用较广下部装上水平螺杆后，还能使重物作小距离横移 ③ 液压千斤顶:由人力或电力驱动液压泵，通过液压系统传动，用缸体或活塞作为顶举件液压千斤顶可分为整体式和分离式整体式的泵与液压缸联成一体；分离式的泵与液压缸分离，中间用高压软管相联液压千斤顶结构紧凑，能平稳顶升重物，起重量最大已达1000吨，行程1米，传动效率较高，故应用较广；但易漏油，不宜长期支持重物 如长期支撑需选用自锁顶，螺旋千斤顶和液压千斤顶为进一步降低外形高度或增大顶举距离，可做成多级伸缩式的3.2 千斤顶的发展现状近年来，我国的千斤顶产业得到快速持续发展，成为全球千斤顶生产增长最快和千斤顶消耗量最大的国家之一，因而引起业界的广泛关注。

千斤顶起源于20世纪初的英、美、德等国家，在逐步发展中工艺逐渐成熟，因其具有抗腐蚀、耐高温，强度高、表面精美、百分之百可回收等无与伦比的良好性能，被广泛应用于建筑、交通、能源、石化、环保、城市景观、医疗、餐饮等各个领域，逐渐被人们所接受，也越来越多地走进寻常百姓的日常生活        一、中国千斤顶产业实现了快速发展我国千斤顶产业发展进步较晚，建国以来到改革开放前，我国千斤顶的需求主要是以工业和国防尖端使用为主改革开放后，国民经济的快速发展，人民生活水平的显著提高，拉动了千斤顶的需求进入上世纪九十年代后，我国千斤顶产业进入快速发展期，千斤顶需求的增速远高于全球水平1990年以来，全球千斤顶表观消费量以年均6%的速度增长，而九十年代的十年间，我国千斤顶表观消费量年均增长率达到17.73%，是世界年均增长率的2.9倍进入二十一世纪，我国千斤顶产业高速增长2000年—2004年，我国千斤顶消费量从188万吨增长到447万吨，增加了2.3倍，。