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1.         引言

隨著計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用，CAD/CAM技術(shù)得到了前所未有的發(fā)展，各種輔助設(shè)計(jì)軟件提供的功能日趨完善，其中杭州浙大大天信息有限公司開發(fā)的二維參數(shù)化設(shè)計(jì)與繪圖系統(tǒng)GS-ICAD提供的運(yùn)動仿真功能給設(shè)計(jì)人員提供十分便利的設(shè)計(jì)手段。本文主要基于GS-ICAD系統(tǒng)，利用該系統(tǒng)的參數(shù)化功能、尺寸驅(qū)動功能、動態(tài)顯示功能以及各圖元之間的幾何約束來實(shí)現(xiàn)各類連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動仿真，并對輪式裝載機(jī)的工作裝置（圖1）進(jìn)行了實(shí)際工作過程的運(yùn)動仿真，并就其應(yīng)用結(jié)果進(jìn)行了分析。

1.鏟斗  2.拉桿  3.搖臂.  4.轉(zhuǎn)斗液壓缸  5.動臂  6.動臂液壓缸

圖1. 裝載機(jī)工作裝置示意圖

2.         機(jī)構(gòu)模型的建立

機(jī)構(gòu)模型的建立其主要內(nèi)容分為構(gòu)件圖元的繪制和機(jī)構(gòu)尺寸的標(biāo)注。

2.1.        圖元繪制

機(jī)構(gòu)圖元的繪制應(yīng)該注意在運(yùn)動構(gòu)件的圖元繪制過程中不應(yīng)出現(xiàn)動態(tài)導(dǎo)航狀態(tài)下的水平、垂直等特殊狀態(tài)的標(biāo)志，否則圖元在運(yùn)動時(shí)將處于水平或垂直等特殊位置而不能按要求運(yùn)動。其它只需按照常規(guī)計(jì)算機(jī)繪圖方法進(jìn)行繪制即可。

2.2.        機(jī)構(gòu)尺寸標(biāo)注

1)     對于機(jī)構(gòu)中的自變量尺寸，必須在參數(shù)化狀態(tài)下標(biāo)注成驅(qū)動尺寸，同時(shí)輸入?yún)?shù)名，使其成為參數(shù)化尺寸，從而能夠按照要求自動發(fā)生變化，實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)的動態(tài)顯示。

2)     對于機(jī)構(gòu)中決定構(gòu)件結(jié)構(gòu)的尺寸，其標(biāo)注必須在參數(shù)化狀態(tài)下標(biāo)注成驅(qū)動尺寸，從而控制圖元在運(yùn)動時(shí)保持不變，同時(shí)為保證圖元能按實(shí)際工作要求運(yùn)動，必須將圖元的平面直角坐標(biāo)的標(biāo)注方式轉(zhuǎn)換為極坐標(biāo)的標(biāo)注方式。

3)     對于決定機(jī)構(gòu)安裝位置的尺寸，其標(biāo)注必須在參數(shù)化狀態(tài)下標(biāo)注成驅(qū)動尺寸，從而控制機(jī)構(gòu)的安裝位置在運(yùn)動時(shí)不發(fā)生變化，同時(shí)因機(jī)架在運(yùn)動時(shí)保持靜止，所以此類安裝尺寸的標(biāo)注可以直接采用平面直角坐標(biāo)，不必進(jìn)行轉(zhuǎn)換。

4)     對于機(jī)構(gòu)分析所用的尺寸，主要是構(gòu)件之間的距離尺寸和角度尺寸，這類尺寸的特點(diǎn)是其數(shù)值在機(jī)構(gòu)運(yùn)動時(shí)隨構(gòu)件位置的變化而變化，可根據(jù)機(jī)構(gòu)分析的要求進(jìn)行選擇標(biāo)注，其標(biāo)注必須在非參數(shù)化狀態(tài)下標(biāo)注成非驅(qū)動尺寸，從而保證該尺寸隨機(jī)構(gòu)位置的變化其數(shù)值相應(yīng)發(fā)生變化。

繪制機(jī)構(gòu)模型原理圖時(shí)必須注意圖元之間的相互參照與被參照關(guān)系以及尺寸標(biāo)注的先后順序，均會影響到尺寸的驅(qū)動性。由于繪圖和標(biāo)注順序的不當(dāng)，造成圖元約束不當(dāng)，有時(shí)需要控制的尺寸在參數(shù)化狀態(tài)下也將標(biāo)注出非驅(qū)動尺寸，必須適當(dāng)改變繪圖和標(biāo)注順序，在繪圖和標(biāo)注順序正確的情況下，將該尺寸標(biāo)注成驅(qū)動尺寸。對于多變量的組合機(jī)構(gòu)，其建模過程則比較復(fù)雜，繪圖和標(biāo)注必須相互結(jié)合進(jìn)行。

3.         運(yùn)動仿真的設(shè)置

3.1.        參數(shù)變量的建立

進(jìn)入GS-ICAD系統(tǒng)打開已繪制的機(jī)構(gòu)模型原理圖后，單擊主菜單條的“零件”，即下拉列出子菜單。選中“建立與選擇參數(shù)”，單擊即彈出建立參數(shù)變量的對話框（圖3），單擊“增加一列”可增加參數(shù)變量的數(shù)量。雙擊參數(shù)變量名，彈出改變變量名的對話框，輸入所需的變量名，單擊“OK”，退到前一對話框，單擊“確定”，參數(shù)變量建立完畢。注意參數(shù)變量的數(shù)值不必填入，其數(shù)值變化范圍由下一步確定。

圖2 建立參數(shù)變量

3.2.        變量范圍和步長的設(shè)置

在上述圖紙環(huán)境下，單擊主菜單條的“輔助工具”，下拉列出“動態(tài)顯示”等子菜單，選中“動態(tài)顯示”并單擊，即能彈出變量設(shè)置的對話框（圖3）。單擊“添加”，即下拉列出該圖紙已建立的參數(shù)變量名，選中所需的變量名，單擊即可。參數(shù)變量添加完畢后，開始對各變量進(jìn)行設(shè)置。選中一變量名，在對話框的初始值、步長、步數(shù)、間隔顯示時(shí)間的框內(nèi)，填入所要求的數(shù)值，如多變量同時(shí)進(jìn)行，則必須對每個(gè)變量進(jìn)行相同的操作。對于多變量同時(shí)作用的動態(tài)顯示，各變量的步數(shù)必須一致，而變化范圍可按要求進(jìn)行不同的設(shè)置，從而進(jìn)行機(jī)構(gòu)各種動作的模擬。

圖3 動態(tài)顯示設(shè)置

3.3.        運(yùn)動仿真的設(shè)置

變量設(shè)置結(jié)束后，進(jìn)行運(yùn)動仿真的設(shè)置，“循環(huán)顯示”、“反向顯示”兩項(xiàng)為顯示設(shè)置的選項(xiàng)，默認(rèn)狀態(tài)為不選中。具體選用時(shí)，應(yīng)根據(jù)機(jī)構(gòu)的具體情況，從便于觀察研究的角度進(jìn)行選用。最后，單擊“確定”，運(yùn)動仿真開始，機(jī)構(gòu)按設(shè)置要求動作。