机械仿真设计说明书

课程设计说明书

课程名称:机械系统仿真课程设计

课程代码:

题目:机械系统仿真分析

学生姓名:

学号:

年级/专业/班:

学院(直属系) :机械工程自动化学院

指导教师:

摘要 (2)

引言 (3)

1 机械系统仿真概述 (4)

1.1 现代机械系统设计概述 (4)

1.2 系统仿真概述 (4)

1.3 机械系统仿真分析软件概述 (5)

1.4 COSMOSMotion软件概述 (6)

2 机构仿真 (9)

2.1平面四杆机构的仿真分析 (9)

2.1.1、启动Solidworks2006SP0软件。 (9)

2.1.2、打开模型 (9)

2.1.3、机构仿真 (10)

2.1.4、定义可动的和固定的零件 (10)

2.1.5、运动副定义和属性设置 (11)

2.1.6、机构的运动定义 (12)

2.1.7、机构运动仿真 (13)

2.1.8、仿真后处理 (13)

2.2 凸轮机构运动仿真 (16)

2.2.1、机构定义 (16)

2.2.2、添加驱动 (17)

2.2.3、曲线碰撞运动仿真 (17)

2.2.4、3D碰撞接触状态仿真分析 (20)

2.3 齿轮机构运动仿真 (22)

2.3.1、机构定义 (22)

2.3.2、三维碰撞接触状态模拟 (24)

2.3.3、耦合运动模拟 (25)

3 总结 (26)

摘要

本课程设计是——机械仿真课程设计，所采用的软件技术是SolidWorks下的cosmos 三维仿真模块。随着时代的进步，社会的发展，机械仿真在工业上的运用越来越广泛，尤其是SolidWorks深受大家的喜爱，所以本次课程设计我要通过对平面四杆机构的仿真、凸轮机构的仿真以及齿轮的仿真来学习机械仿真软件的使用方法和技巧，用所学习到的知识来解释现实中的问题。

关键字：机械仿真 SolidWorks 软件使用

引言

随着时代的进步，社会的发展，机械仿真分析在工业上的运用越来越广泛。作为机械专业的学生，学习机械仿真技术知识是非常有用的，但我们缺少将实际与理论两者组合在一起使用，形成一个完整的系统的学习。机械仿真时一门恰好把两者结合起来的学科，学习机械仿真有助于我们了解现实中机械的运转情况。而且不需要实际的器件，就可以模拟出真实的运行结果，解决了机械方面实验的一大难题。所以这是一门值得学习的知识。

1 机械系统仿真概述

1.1 现代机械系统设计概述

机械系统设计是对机械系统进行构思、计划并把设想变为现实的技术实践活动，过去的设计多数都采用传统设计方法。首先，绘制工程图纸，经过长时间的方案论证后，制造并试验物理样机，当发现结构和性能缺陷时，就修改设计方案，然后，改进物理样机并再次进行物理样机试验，通常，在试制出合格产品之前，要经过多次反复的过程。

这个过程，既延长了产品的开发周期，又增大了开发成本，且机械系统的结构越复杂，这种情况就越严重。但随着计算机技术的飞速发展，这一情况已得到了很大的改善，计算机技术已被运用到机械系统设计的整个过程中去，出现了许多新的方法和技术，如虚拟设计技术（Virtual Design Technology）、虚拟样机技术（Virtual Prototyping Technology）等。

虚拟样机技术又称为机械系统动态仿真技术，是国际上20世纪80年代随着计算机技术的发展而迅速发展起来的一项计算机辅助工程(CAE)技术。借助于这项技术，工程师可以在计算机上建立机械系统的模型，对模型进行各种动态性能分析，然后改进或优化样机设计方案。

虚拟样机技术的其核心是利用计算机辅助分析技术进行机械系统的运动学和动力学分析，以确定系统及其各构件的在任意时刻的位置、速度和加速度，同时通过求解代数方程组来确定引起系统及其各构件运动所需要的作用力和反作用力。虚拟样机技术的研究对象是机械系统，它可以视为多个相互连接、彼此能够相对运动的构件的组合。

运用虚拟样机技术，可以大大简化机械产品的设计开发过程，大幅度的缩短产品的开发周期，大量减少产品开发费用和成本，明显提高产品的质量，提高产品的性能，获得最优化和创新的设计产品。虚拟模型技术的应用贯串在整个设计过程当中。它甚至可以用在概念设计和方案论证中，设计师可以把自己的经验与想像结合在计算机里的虚拟模型里，让想像力和创造力充分发挥。

1.2 系统仿真概述

系统仿真就是建立系统的模型并在模型上进行试验。试验的方法基本上可分为两大类，一种是直接在真实系统上进行，另一种是先构造模型，通过对模型的试验来代替或部分代替对真实系统的试验。传统上大多采用第一种方法，随着科学技术的发展，尽管第一种方法在某些情况下仍然是必不可少的，但第二种方法日益成为人们更为常用的方法，因而建

模技术也就随之发展起来。模型可分为两大类，一类是物理模型，另一类是数学模型。

物理模型与系统之间具有相似的物理属性，它常常是一种专用仿真器。静态的物理模型最常见的是比例模型，如用于风洞试验中的比例模型及试验水槽中的船体比例模型。动态物理模型如飞行器姿态运动仿真中的三自由度飞行运动仿真器。在物理模型上进行试验称之为物理仿真。

数学模型是对研究系统的数学描述。简单的数学模型的研究，可以采用分析的方法。对于复杂的数学模型，则采用仿真的方法进行研究，即在计算机上构成计算机模型(仿真模型)进行试验。计算机为模型的建立和试验提供了巨大的灵活性和方便。它实际上是一个“活的数学模型”。现代仿真技术均是在计算机支持下进行的，因此，数学仿真又称计算机仿真。

综上所述可知，“系统、模型、仿真”三者之间有着密切的关系。系统是研究的对象，模型是系统的抽象，仿真是通过对模型的试验以达到研究系统的目的。

计算机仿真的三个基本要素是：系统、模型、计算机。联系着它们的有三个基本的活动：模型建立、仿真模型建立、仿真试验(运行)，如图1.1所示。

图1.1 计算机仿真三要素

1.3 机械系统仿真分析软件概述

20世纪50年代以前，还没有专门的仿真语言，仿真者针对系统仿真的要求，用高级语言编制仿真程序。这种仿真程序功能简单，通用性差，使用不方便，且要求仿真者不仅对系统建模有专门知识，同时还要熟识仿真算法和计算机语言。

到了60年代，出现了一些直接用于仿真的专用仿真语言，这类仿真语言由高级语言编制，针对仿真的通用性要求，提供了专门的输入、输出、初始化、结果统计等模块，提供了系统模型描述的语言、控制仿真过程的语言等。具有代表性的仿真语言有：CSMP，CSSI，GPSS，SIMSCRIPT等。

近二十多年，仿真语言又进一步发展，形成了功能更加强大，使用更加灵活方便的仿真软件系统。这些软件系统不仅包括建模、仿真运行和结果输出，还包括模型分析、系统规划设计和统计分析等功能。用户界面更直观和灵活。系统模型可以用动画显示，以便对系统仿真过程进行实时的跟踪和分析。这些仿真语言不需要仿真者有很多的计算机知识和编程技巧，也不需要了解很多的仿真理论和算法。仿真的主要精力可以放在系统建模和系统分析上。这既有利于提高仿真的效率，又有利于提高仿真的质量。如