基于Solidworks的搅拌机虚拟样机设计[大全五篇]

第一篇：基于Solidworks的搅拌机虚拟样机设计

基于Solidworks的搅拌机虚拟样机设计

引言

混凝土搅拌机是使混凝土配合料均匀拌和而制备混凝土的专用机械，是现代化建设施工中不可缺少的机械设备。为了适应不同混凝土搅拌要求，搅拌机有多种机型。按工作性质分，有周期式和连续式搅拌机;按搅拌原理分，有白落式和强制式搅拌机。本次设计的是生产率为75m3/h的双卧轴强制式搅拌机，它是由搅拌系统、传动装置、卸料机构等组戊:搅拌系统由圆槽形搅拌筒和搅拌轴组成，在两根搅拌轴上安装了几组结构相同的叶片，但其前后上下都错开一定的空间，使拌合料在两个搅拌筒内不断地得到搅拌，一方面将搅拌筒底部和中间的拌合料向上翻滚，另一方面又将拌合料沿轴线分别向前推压，从而使拌合料得到快速而均匀的搅拌。设置在两只搅拌间底部的卸料门由气缸操纵。卸料门的长度比搅拌筒长度短，80-90%的混凝土靠其自重卸出，其余部分则靠搅拌叶片强制向外排出，卸料迅速干净。

SolidWorks软件可以十分方便地绘制复杂的三维实体模型、完成产品装配和生成工程图。它能以立体的、有光的、有色的生动画面表达大脑内产品的设计结果，较之于传统的二维设计图更符合人的思维习惯与视觉习惯，有利于发挥人的创造性思维，有利丁新产品、新方案的设计，帮助机械设计设计人员更快、更准确、更有效率地将创新思想转变为市场产品。

为此，我们利用SolidWorks软件来完成双卧轴强制式搅拌机虚拟样机设计

1、双卧轴强制式搅拌机主要参数的确定

2、双卧轴强制式搅拌机的主体样机设计

在搅拌机的结构设计中，最困难、最繁琐的工作就是运动机构的设计与运动轨迹校核。目前主要采用的轨迹图法或根据几何约束条件建立方程组来求解，但这种设计比较麻烦，且设计工作不直观，设计结果不尽人意，而利用三维设汁软件Solidworks则能较好地解决上述问题，首先建立零件的三维模型，再将其装配起来，并可进行有限元分析计算，最后利用COSMOSMotion来模拟各零部件的运动情况。

2.1零件设计建模

利用拉伸、阵列、切除、扫描、镜像等特征，建立双卧轴强制式搅拌机主要零部件的三维参数化模型.包括搅拌臂、搅拌筒、各种衬板、8种规格的搅拌叶片、刮板、搅拌装置等100多个零件。因电机、减速器、连轴器等为选购件，在设计时没有建立这些零件的三维模型，仅建立双卧轴强制式搅拌机主机上零件模型。在建模过程中，充分利用参数化尺寸、方程式共享数值、配置、派生零件等参数化设计和设计重用技术，便于虚拟装配时发现零件结构不合适时对其进行修改。

2.2虚拟装配

SolidWorks软件提供了自上而下和自下而上两种设计方式，因我们已完成了双卧轴强制式搅拌机主要零部件设计，所以采用自下而上方式.按照同袖、共面等几何约束关系先将侧衬板、侧搅拌叶片、搅拌叶片、搅拌装置轴装配体等小部件装配起来.然后将子装配体装配成筒体搅拌装置等较大的部件，最后将较大的子装配体组装成双卧轴强制式搅拌机的整机装配图。采用分级装配方法，既便于我们及时发现装配问题，又便于修改。

在设计过程中为便于方案论证和与领导、制造工程师及其他相关人员进行交流，我们使用了Animaior插件实现了搅拌机所有零部件的动态组装模拟，并制作了装配动画，提高了设计的可视化。

2.3有限元分析计算

搅拌机在工作过程中，搅拌轴是主要的传动和工作部件，利用SolidWorks内嵌集成的COSMOSWorks有限元分析软件对装配有搅拌臂和叶片的搅拌装置轴装配体进行有限元分析计算。首先将所建模型进行简化，忽略圆角倒角键槽等设计细节，通过标准数据接口，调人到CosmosWorks有限元分析模块，进行实体网格划分，添加轴一端“不可平移”约束、轴承载荷和叶片上分布压力，然后进行有限元分析计算，得到搅拌轴应力分布情况应变和变形状况，计算出危险点的应力和应变，为搅拌轴的结构设计提供指导，同时对设计是否合理进行准确快速的评估。

2.4搅拌运动模拟

搅拌机螺旋叶片绕水平轴旋转时使物料向上翻动，轴向力的作用将物料沿水平轴推向中问和另一端，物料的运动轨迹非常复杂在方案论证时，为形象地表达物料的运动情况，我们首先借助COSMOSMotion全功能运动仿真软件，制作了搅拌机空转工作的运行动画，再建立单个物料和搅拌叶片碰撞的数学方程，借助Swift 3D制作了单个物料在搅拌简运行状况，模拟出物料在整个搅拌筒中形成的封闭式环流，反映出物料的拌合、离析状态，为进一步借助控制方程模拟双卧轴搅拌机的物料运动轨迹打下基础。

3、结束语

利用SolidWorks软件进行双卧轴搅拌机设计，可以形象生动地表达产品的设计结果，既帮助设计人员更快更准确地进行新产品设计，同时提高了设计的可视性和可靠性。(作者：谭群燕 韦乐余 李刚)

第二篇：虚拟样机实验报告

机械原理课程虚拟样机仿真

实验报告

课题：双滑块机构虚拟样机仿真实验 姓名：

学号： 班级： 指导教师：

2012年5月1日

0 自主设计双滑块机构的虚拟样机仿真

摘要

本实验在学习的机械原理基础课程上，通过自己构思，设计机构，用Adams软件进行机构建模，并对机构的运动进行一些列的模拟和分析，以验证所设计机构的运动规律及其可行性，并通过进一步思考，提出该机构可能的应用构想。

关键词：双滑块、虚拟样机、ADAMS应用、仿真 目录

1、问题的分析..........................................................................................................3

2、双滑块机构虚拟样机建模.....................................................................................3 2.1设置工作环境..............................................................................................3 2.2双滑块机构的模型创建................................................................................3

3、机构的相关运动量的分析.....................................................................................5 3.1滑块6的运动量分析....................................................................................5 3.2滑块7的运动量分析....................................................................................6 3.3滑块7压力角的补充分析.............................................................................7 3.4对滑块6和滑块7的运动性质进行对比........................................................7

4、基于机构分析的机构应用探讨..............................................................................8

5、实验感想.............................................................................................................8 参考文献...................................................................................................................8

1、问题的分析

通过本学期机械原理课程的学习，使我对机械机构的相关知识有了一定的了解，激发了我对于机械机构运动的极大兴趣，通过本次仿真实验，我对机械机构中的最为简单的杆和滑块构件进行组合，设计出一种简单的结构，以期通过对它的模型创建和运动分析找到其应用途径。简单的原理图如图1所示，通过曲柄的转动，和杆的传动带动两个滑块做交替的往复运动。

2、双滑块机构虚拟样机建模

新建一个ADAMS模型，对其命名，由于本机安装软件不支持汉语命名，所以采用英文命名。

2.1设置工作环境

在建立虚拟样机之前，一般都需要进行必要的工作环境设置，如选择坐标系、单位、工作栅格、重力方向等。由于本文只是简略地建立模型进行仿真分析，对工作环境没有特殊要求，因此使用默认设置即可。

2.2双滑块机构的模型创建

本文的建模对象是双滑块机构，这个机构是在连杆滑块机构上改进而来，所以基本构件还是连杆和滑块。可以从原动件开始，先创建基本的构件体，然后将它们的位置做适当的整理，最后添加各个运动副，并在原动件上添加动力，实现整个机构的周期运动。整个机构共有7个可动构件，8个转动副，2个移动副，所以机构自由度为1.2.2.1创建曲柄滑块机构模型

创建机构成型所需的各连杆和滑块。如图2所示，各构件编号如图。（后文中提到的构件编号均以本图为依据）

2.2.2添加构件之间满足运动要求的运动副 如图3所示，各运动副编号在图中给出。

2.2.3添加驱动力

根据最初设计，在杆1上添加驱动力，通过杆1的匀速圆周运动，带动其余 构件的运动，实现杆1向末端两滑块的传动。如图4所示，杆1上的驱动为逆时针方向的匀角速度转动。

3、机构的相关运动量的分析

对机构的运动关注主要集中于对两滑块儿的相关运动量的分析及它们之间的相互比较。

3.1滑块6的运动量分析

首先观察滑块6，其位移，速度以及加速度曲线分别如图5至图7所示。

对其运动曲线进行分析可得一下结论：（1）对位移分析得极大值坐标（0.936,270.0515），极小值坐标（6.648，-32.78），所以滑块6行程为302.8315mm，由左极限位置到右极限位置所用时间为5.712s，表明滑块6具有较小的急回系数，急回特性并不是那么明显。

（2）对速度分析可知，滑块6的最大速度为86.7458mm/s，曲线显示没有速度突变。

（3）对加速度分析可知，最大加速度49.1055mm/s2，此时对应着最小的压力角。

3.2滑块7的运动量分析

然后观察滑块7，其位移，速度以及加速度曲线分别如图8至图10所示。

（1）对位移分析得极大值坐标（3.0,172.6973），极小值坐标（11.544,48.611），所以滑块7的行程为124.0863mm，由左极限位置到右极限位置所用时间为8.544s，可见滑块7的急回特性比滑块6明显得多。

（2）对速度分析可知82.0154m/s，速度虽然没有突变，但是速度的变化规律比滑块6复杂得多，这是由于滑块7的间接传动连杆尺寸及位置导致的。

（3）对加速度分析可知，最大加速度为158.2039mm/s2，并且在曲线上可以看到加速度的变化也更加尖锐。

3.3滑块7压力角的补充分析

分析结果如图11所示。

从曲线观察得压力角极大值坐标为（11.544,55.6283），极小值坐标（4.272，1.3563），可见压力角的在滑块运动过程中会有较大波动，而且在左极限位置取得最大压力角。

3.4对滑块6和滑块7的运动性质进行对比 从以上分析可知，滑块6在速度和加速度的变化上都比滑块7要简单，滑块7的压力角状况也比滑块6差，最大压力角大并且波动明显，对整个机构的可靠性造成很大影响。所以，整体来看，滑块7的运动性能远差于滑块6，主要原因在于滑块6是直接与主动曲柄相连，而滑块7则是由曲柄带动的摇杆间接带动，其运动与摇杆的位置及中间连杆的尺寸都有密切关系。

4、基于机构分析的机构应用探讨

从以上的分析可知及机构的实际运动情景的模拟可知，由曲柄带动的两个滑块会做交替的往复运动。设想的一种应用是爬行机器人，两个滑块可以作为双足，交替运动，实现前进。但是由于两滑块的运动并不协调，这将导致机器人的前进不稳定，通过以上分析也可以知道，可以通过改变2杆和4杆的尺寸，以及4杆与地面之间的运动副的位置可以改善滑块7的运动性能，可以设想，还能通过这种随机调节，实现两滑块的运动的可控差异，实现爬行机器人的转向等运动。

这样的双滑块还可以进一步拓展，构建多滑块机构，这样可以增加从动件数量，实现多个不同要求的工作运动，提高工作效率和原动件的利用率。

5、实验感想

本次虚拟样机实验是在机械原理课程基础上进行的一次自主设计，通过建模到运动分析，我对机械机构的协调运动有了更为生动的理解，极大提高了对于机械学科的兴趣。但是在操作过程中遇到的一些困难也说明我对ADAMS软件的操作还存在很大不足，还需要以后更多的实验来熟悉改进。

参考文献

[1] 郭卫东.机械原理.北京：科学出版社，2010.[2] 郭卫东.虚拟样机技术与ADAMS应用实例教程.北京：北京航空航天大学出版社，2008.

第三篇：搅拌机设计流程

摘要

搅拌机是搅拌设备的心脏。在搅拌机设计及使用过程中，合理的选取搅拌机的结构，运动和工作参数，直接关系到混凝土等材料的搅拌质量和搅拌效率。论文对搅拌臂的排列、搅拌叶片的安装角、拌筒长宽比、搅拌机转速和搅拌时间等主要参数的选取进行分析与试验研究。通过归纳，给出了双卧轴搅拌机的主要参数，包括搅拌臂排列、叶片安装角、拌筒长宽比、搅拌线速度等；给出了评价搅拌机参数合理与否的准则；给出了搅拌臂排列的基本原则。论文通过试验研究，建议用叶片推动的物料量与该搅拌机的公称容量的比值rl，来综合评定搅拌臂的个数，叶片面积和其他参数匹配的合理性，并作为设计时的参考；双卧轴搅拌机的叶片的安装角范围为3l一45，对国内广泛使用的宽短型双卧轴搅拌机叶片安装角度推荐为45；对目前国内外普遍使用的双卧轴搅拌机，它的长宽比的选择范围为0．7—1．3，推荐使用值为小于1；搅拌机的转速主要受搅拌过程中混合料不发生离析现象所限制，对目前常用的双卧轴搅拌机，推荐的叶片线速度为1．4m／s-1．7m／s／；合理的搅拌时间是保证搅拌质量符合要求条件下的最短搅拌时间，它受充盈率等多种因素影响，合理的搅拌时间应通过试拌来确定。[关键词]：搅拌机、主要参数、合理性、实验研究

第1章 前言

1．1国内外研究现状及发展趋势

19世纪40年代，在德、美、俄等国家出现了以蒸气机为动力源的白落式搅拌机，其搅拌腔由多面体状的木制筒构成，一直到19世纪80年代，才开始用铁或钢件代替木板，但形状仍然为多面体。1888年法国申请登记了第一个用于修筑战前公路的混凝土搅拌机专利。20世纪初，圆柱形的拌筒自落式搅拌机才开始普及，其工作原理如图1．2所示。形状的改进避免了混凝土在拌筒内壁上的凝固沉积，提高了搅拌质量和效率。1903年德国在斯太尔伯格建造了世界上第一座水泥混凝土的预拌工厂。1908年，在美国出现了第一台内燃机驱动的搅拌机，随后电动机则成为主要动力源。从1913年，美国开始大量生产预拌混凝土，到1 950年，亚洲大陆的日本开始用搅拌机生产预拌混凝土。在这期间，仍然以各种有叶片或无叶片的自落式搅拌机的发明与应用为主⋯。自落式搅拌机依靠被拌筒提升到一定高度的物料的自落完成搅拌。工作时，随着拌筒的转动，物料被搅拌筒内壁固定的叶片提升到一定高度后，依靠自重下落。由于各物料颗粒下落的高度、时问、速度、落点和滚动距离不同，从而物料各颗粒相互穿插、渗透、扩散，最后达到均匀混合。自落式搅拌机结构简单，可靠性高，维护简单，功率消耗小，拌筒和叶片磨损轻，但搅拌强度不高，生产效率低，搅拌质量不易保证。此种搅拌机适于拌制普通塑性混凝土，广泛应用于中小型建筑工地。按拌筒形状和卸料方式的不同，有鼓筒式搅拌机、双锥反转出料搅拌机、双锥倾翻出料搅拌机和对开式搅拌机等，其中鼓简式搅拌机技术性能落后，已于1987年被我国建设部列为淘汰产品。随着多种商品混凝土的广泛使用以及建筑规模的大型化、复杂化和高层化对混凝土质量、产量不断提出的更高要求，有力地促进了混凝土搅拌设备在使用性能和技术水平方面的提高与发展。各国研究人员开始从混凝土搅拌机的结构形式、传动方式、搅拌腔衬板材料以及搅拌生产工艺等方面进行改进和探索。20世纪40年代后期，德国ELBA公司最先发明了强制式搅拌机，和自落式搅拌机的工作原理不同，强制式搅拌机利用旋转的叶片强迫物料按预定轨迹产生剪切、挤压、翻滚和抛出等强制搅拌作用，使物料在剧烈的相对运动中得到匀质搅拌。强制式搅拌机工作原理如图1．3，与自落式搅拌机相比，强制式搅拌机搅拌作用强烈，搅拌质量好，搅拌效率高，但拌筒和叶片磨损大，功耗增大。此种搅拌机适于拌制干硬性、轻骨料混凝土以及特种混凝土和专用混凝土，多用于施工现场的混凝土搅拌站和预拌混凝土搅拌楼。根据构造特征不同，主要有立轴涡浆式搅拌机、立轴行星式搅拌机、立轴对流式搅拌机、单卧轴搅拌机和双卧轴搅拌机等。

图1．2 自落式搅拌机工作原理示意图图1．3强制式搅拌机工作原理示意图

随着技术的发展，强制式搅拌机在德国的BHS公司和ELBA公司、美国的JOHNSON 公司和REX WORKS公司、意大利的SICOMA公司和SIMEN公司、日本的日工株式会社和光洋株式会社等企业发展迅速，目前已形成系列产品。比如德国的EMC系列、EMS系列搅拌站和UBM系列、EMT系列搅拌楼，意大利的MAO系列搅拌站、MSO 系列大型搅拌基地等。我国混凝土搅拌设备的生产从20世纪50年代开始。1952年，天津工程机械厂和上海建筑机械厂试制出我国第一代混凝土搅拌机，进料 容量为400L和1000L。20世纪70年代未至80年代初，我国为适应建筑业商品混凝土大规模发展的需要，在引进国外样机的基础上，有关院所厂家陆续开发了新一代Jz型双锥自落式搅拌机、．D型单卧轴强制式搅拌机。其中，JS型双卧轴搅拌机在80年代初研制成功。80年代末，我国混凝土搅拌产品开发重点转向商品混凝土成套设备，研制出了10多种混凝土搅拌楼(站)。经过引进吸收、自主开发等几个阶段，到本世纪初，国内混凝土搅拌机技术得到长足发展，在产品规格和生产数量上，都达到了一定规模，出现了一批具有自主知识产权的新技术，逐步形成了一个具有一定规模和竞争能力的行业。2006年，我国生产装机容量O．5～6m3的搅拌站2100多台，已成为混凝土搅拌设备的生产大国。1．2国内外搅拌机参数的研究现状

对搅拌设备来说，搅拌机构是核心装置，混凝土搅拌质量的好坏，搅拌机生产率的高低以及使用维修费用的多少都与它有关，目前，双卧轴搅拌机是国内的主导机型，因此，国内外对卧轴搅拌机技术进行了比较广泛、深入的研究。国外对卧轴搅拌机技术的研究起因于对沥青混和料拌和抽样和方法准确度的分析，由于试验中采用的1t间歇式卧轴强制搅拌器，抽取的样品测试数据显示了在搅拌器的一种设计与另一种设计之间，由于桨叶的排列方式不同，有可能成为造成混合料均匀度的明显差别的主要原因。研究人员分析认为：所用的双轴桨叶式搅拌器中，材料的主要运动是一种在与轴垂直的平面内，围绕着每根轴的不规则转动。在桨叶相遇或重叠的部位，材料在一根轴之间的区域内相互交换着，材料的辅助运动是与两根轴平行的，从搅拌轴的一个旋转平面到另一旋转平面。在用来构成辅助运动方面，不同设计方案的搅拌器，变化是很广泛的。混合料在两根轴之间的区域内运动是不规则的，但是在轴的两侧，物料则围绕着搅拌器内壁在水平面内作某种循环运动，运动的程度都会受到桨叶端面与它们移动方向的夹角的影响。为了找到在搅拌器其它设计特点保持不变的情况下，由于改变桨叶端面的角度和安装方式而产生的不同方案的辅助运动，以及对被搅拌的混和料均匀度的影响程度，研究人员制造了一套带有可调桨叶的特殊桨臂。通过央紧作用，将桨叶紧固到桨臂的圆柱部分，并可按任意角度调整，而且可按根右旋或左旋螺距来安装于搅拌轴上。在一些搅拌器中，将垂直于它们移动方向的平面桨叶，向左和向右交替地转一定角度，使这些桨叶的排列方式不是按照产生一种有规则的辅助运动，所以在搅拌器内材料的输送不是始终如一地从一端到另一端。当使物料由轴的两端向中心运动时。物料向中心堆积，有一些物料则从堆积料的顶端溢出，再从两端返回，那旱物料的水平面要低得多。在另外一些搅拌器中，桨叶的排列可使物料产生有规则的辅助运动。一轴上的所有桨叶端面都使物料朝一个方向运动，而另一根轴上的所有桨叶端面部使物料朝相反的方向运动。在桨叶相对于搅拌轴不同的倾斜角度情况下，分别采用两种桨叶排列方式进行试验：①将所有桨叶调至使物料向搅拌器的中心运动：②将一根轴上的所有桨叶都安装成使物料向右运动，而另一根轴上的所有桨叶都安装成使物料向左运动，以便能使物料 在平面内围绕着搅拌器产生顺时针方向的循环或旋转运动。这两种排列方式被称为“向心”方式和“旋转”方式。试验按18批物料作为一个系列来进行，它覆盖的变化因素包括：三种桨叶角度（15、30和45)、两种桨叶排列方式和三种搅拌时间(1min、2min和4min)。获得拌和匀质性分析的样品总数为213个。分别计算出每批混和料样品中粘结料的百分比标准离差和通过给定筛子的物料百分比标准离差，将标准离差转换为离差系数，以便提供不同混和料之间合理有效的比较。

第2章搅拌机主要参数

2．1双卧轴搅拌机的主要参数

本文以目前广泛使用的双卧轴搅拌机为主，对搅拌装置几何和运动参数的合理取值范围进行分析和试验研究。搅拌装置参数主要有：搅拌臂的排列、搅拌叶片的安装角、拌筒的长宽比及搅拌线速度等，其结构如图2 1(a)所示，主要参数如图2 1(b)所列：

图2．1(a)双卧轴搅拌机结构

图2．1双卧轴搅拌机主要参数 2．2搅拌机参数选取的准则

目前国内外广泛使用的自落式和强制式搅拌机己沿用了50余年。但在搅拌机设计 和使用中，仍采用类比法这样的经验方法，缺乏合理性；由于对搅拌过程的机理研究不够，对如何选择这一参数，说法不一，缺乏科学性；在搅拌过程中，混合料的物理一化学性能都发生了变化，这一过程极其复杂而影响因素又较多，但由于对诸参数综合优化的试验研究不深入，且设计和使用者在选择转速值时缺少依据。搅拌机是混凝土制备设备的心脏，它必须满足搅拌质量与搅拌效率等性能要求。搅拌质量就是生产出符合国家标准要求的新拌混凝土；搅拌效率就是在满足搅拌质量的前提下，搅拌时间要尽量短，以提高设备的生产率和设备的利用率，降低生产成本。百年大计，质量第一。混凝土是重要的建筑材料，新拌混凝土质量是对搅拌机性能的最基本的要求，也是首要的性能要求。混凝土质量用其宏观及其微观均匀度来评价，宏观均匀性用拌和物中砂浆密度的相对误差埘

式中，搅拌的平均时间f的角标表示拌缸(或拌筒)三维坐标(x，y，z)或(z，r，由)及其顺序。该式的物理意义是：合理的搅拌机参数应保证在满足给定的均匀度指标的前提下，在拌缸内各个方向的搅拌时间相接近。这时选取的搅拌机的主要参数较合理。可利用实验来调整搅拌机的参数，使其趋于合理。在不同的搅拌时间，按三维坐标方向测搅拌的均匀度就可知道，在所有方向都达到给定的均匀度的时间。一般来}兑，在三个方向同时都达到给定的均匀度指标是不可能的，总会有先有后。应根据实验结果，调整搅拌机结构及相应的参数，使得能够在搅拌室内所有方向上能接近同时达到给定的均匀度。2．3试验样机与实验条件

2．3．l试验样机

试验样机主要搅拌参数见表2 l，主体结构见图2．2 表2．1试验样机主要搅拌性能参数

图2．2双卧轴搅拌机主体结构图

该试验样机搅拌的基本工作原理与普通双卧轴搅拌机一样，动力从电机通过摆线针轮减速器，变速后由弹性畦轴器直接传递给一对同步齿轮，从而带动两根搅拌轴作反向同步转动。轴端密封共采用三道密封技术，印迷宫环、浮封环O型圈和骨架油封。卸料采用手动方式，通过搅拌筒底部的偏心旋转扇形闸门来控制。由于试验条件的限制．也为了简化设计，该样机没有设计耐磨衬板和L料机构，试验中采用人上料，这虽然会对搅拌质爵和搅拌时捌产生一些影响，但由于是在相同条件下进行试验．所以仍然能够完成试验任务。

搅拌机构是本次试验研究的重点。由于试验中要分别比较拌筒不同长宽比和搅拌臂不同排列形式以及搅拌叶片不同安装角度对搅拌质量的影响，因此要求拌筒的长宽比、搅拌臂的排列和搅拌叶片的安装必须能够调节，而且要求拆装、维护方便。

2．3．2搅拌机构的设计 ●搅拌叶片的设计

搅拌叶片的形状是根据拌简直径、叶片安装角度(轴向和径向安装角度)、叶片在轴向和径向所占搅拌区域长度和叶片设定高度等参数设计的。其中，侧搅拌叶片分左旋和右旋两种。搅拌叶片的外缘利用拌简直径构成的圆柱体，通过曲线拟合得到。考虑叶片与拌筒内壁的间隙大小对叶片使用寿命和搅拌能耗的影响，设计搅拌叶片的外缘与拌筒内壁的间隙≤4mm，并且成变间隙的楔形，见图2．3。先接触物料的前端间隙小于后端，相差1--2mm，利于集料一旦被卡后的释放。对于搅拌臂和搅拌叶片的安装设计，则都采用了抱瓦结构，通过螺栓的央紧作用分别固定在相应的搅拌轴和搅拌臂上，具体结构如图2．4所示。试验中，根据拌 筒长宽比的不同和试验研究的要求，搅拌叶片的数量可以相应的增减；通过调节搅拌轴抱瓦，可以调节单轴搅拌臂相位和双轴搅拌臂相位差；通过调节搅拌臂抱瓦，可以调节搅拌叶片的轴向安装角。●拌简长宽比

拌筒长宽比变化是通过在搅拌筒中横置挡板实现图2．4搅拌臂和搅拌叶片结构 的，即保持拌筒宽度不变而对拌筒长度进行调节。挡板的形状与搅拌筒横截面是一致的，可以通过螺栓固定在与拌筒焊接的角钢上，从而将拌筒由窄长形分隔为宽短形。样机设计窄长形拌筒的长宽比为1．11，宽短形拌筒的长宽比为O．78。2．3．3试验用混凝土配合比的设计

混凝土配合比设计必须满足四项基本要求；a)施工性能一混凝土拌和物应具备满足施工操作的和易性；b)力学性能一硬化后的混凝土应满足工程结构设计或施工进度所要求的强度和其它有关力学性能；c)耐久性能一硬化后的混凝土必须满足抗冻性、抗渗

图2．4搅拌臂和搅拌叶片结构 图2．3楔形间隙示意图

性等耐久性要求；d)经济性能一应在保证混凝土全面质量的前提下，尽量节约水泥，合理利用原材料，降低成本。影响水泥混凝土性能的因素很多，其中各组成材料的质量和其配合比是影响混凝土性能的内因。一个合理的配合比，对提高水泥混凝土在各方面的性能，有着重要的作用。混凝土的配合比设计，实质上就是确定四项材料用量之间的三个对比关系，即三个参数。

(1)水灰比W／C：水与水泥之间的比例关系，用水与水泥用量的质量比表示。(2)砂率厦：砂子与石子之间的比例关系，用砂子重量占砂石总重的百分数表示。(3)单位用水量mwD：水泥净浆与骨料之间的比例关系，用lm3混凝土的用水量 表示。水灰比、砂率、单位用水量三个参数与混凝土的各项性能之间有着密切的关系，如图2．5所示(图中，粗实线表示直接关系，细实线表示主要关系，虚线表示次要关系)。正确地确定这三个参数，就能保证混凝土满足一定的设计要求。

图2．5配合比参数与混凝土性能关系

考虑本次试验研究的目的，因此在试验过程中保持混凝土组成材料及其配合比的恒定，即各组试验所用的混凝土均采用同一配合比设计： 水泥31kg，水17kg，砂66kg，石子127kg。

第3章搅拌臂的排列

对于双卧轴搅拌机，搅拌臂的排列形式主要包括搅拌臂的料流排列和搅拌臂的相对位置关系。其中搅拌臂的相对位置关系主要是指单根轴上相邻两个搅拌臂之间的相对位置关系和双轴上搅拌臂之间的相对位置关系。本节主要讨论搅拌臂的料流排列。搅拌臂的不同排列形式，可使拌筒内的混凝土混合料产生不同的料流运动形式。卧轴搅拌机拌筒内的料流形式因搅拌轴数量和混凝土搅拌生产的方式不同有所差别。分析拌筒内的料流形式，可以知道影响双卧轴搅拌机搅拌筒内物料运动的主要因素是搅拌臂的排列以及叶片参数。对于双卧轴搅拌机拌简内的物料运动形式，通过初步试验及分析，认为由于搅拌臂的排列及其叶片的安装形式不同，使物料表现“对流"和“围流”两种不同的运动轨迹。这两种料流形式孰优孰劣，可以通过理论分析和试验研究得出结论。

3．1对流和围流

对流搅拌臂的排列如图3．1所示。在搅拌叶片推动下，混合料由搅拌机两端向中央运动，并在中央处以锥体形状堆积。这时有些物料就会从料堆顶部溢出，流向拌筒的两端，然后再由叶片将其从两端推回中央，从而完成物料的一个循环。围流搅拌臂的排列如图3．2所示。其中一根轴上的叶片推动混合料沿轴朝一个方向运动，而另一根轴上的叶片推动混合料沿轴朝另一个相反方向运动。在两轴末端，各有返回叶片把混合料扒离拌筒端面，并从一根轴处转送到另一根轴处，使混合料完成大循环运动。在两轴之间的区域，左边轴上的叶片将混合料推向右边，右边轴上的叶片将混合料推向左边，完成混合料的小循环运动。

图3．1搅拌臂对流排列图 图3．2搅拌臂围流排列

3．2分析与试验

分析物料的运动形式可知，两种搅拌臂排列都实现了物料的循环流动，理论上任一物料质点都能到达拌筒内任意位置，但两种排列使物料在拌筒中的分布状态是不一样的。对流排列中，物料主要积存在拌筒的中央，而两端却较少，因此中央的搅拌叶片受载大，两端处的叶片受载小，容易造成个别搅拌臂和叶片过载损坏。而围流排列可使混合料在拌筒内均匀分布，从而保证沿轴全长上的搅拌叶片受载相同，拌筒底部和叶片的磨损均匀。从这一点来看，搅拌臂围流排列要比对流排列更具优势。对其搅拌质量的影响可依靠试验研究进行比较。通过对搅拌臂及叶片的不同排列、安装，在不同形状的拌筒内，进行关于逆流和围流的比较试验，测定相应的混凝土拌和物匀质性和28d的硬化混凝土标准试块的抗压强度。试验采用相同的混凝土配合比，mco(水泥)：mwo(水)：mso(砂)：mGo(石子)=1：0．55： 2．13：4．096。混凝土的强度等级为C20，混凝土拌和物坍落度为10、30mm，水泥用425号普通硅酸盐水泥，细骨料用中砂，粗骨料用5--一40mm连续级配碎石。试验结果见表分析物料的运动形式可知，两种搅拌臂排列都实现了物料的循环流动，理论上任一物料质点都能到达拌筒内任意位置，但两种排列使物料在拌筒中的分布状态是不一样的。对流排列中，物料主要积存在拌筒的中央，而两端却较少，因此中央的搅拌叶片受载大，两端处的叶片受载小，容易造成个别搅拌臂和叶片过载损坏。而围流排列可使混合料在拌筒内均匀分布，从而保证沿轴全长上的搅拌叶片受载相同，拌筒底部和叶片的磨损均匀。从这一点来看，搅拌臂围流排列要比对流排列更具优势。对其搅拌质量的影响可依靠试验研究进行比较。通过对搅拌臂及叶片的不同排列、安装，在不同形状的拌筒内，进行关于逆流和围流的比较试验，测定相应的混凝土拌和物匀质性和28d的硬化混凝土标准试块的抗压强度。试验采用相同的混凝土配合比，mco(水泥)：mwo(水)：mso(砂)：mGo(石子)=1：0．55：2．13：4．096。混凝土的强度等级为C20，混凝土拌和物坍落度为10,、,30mm，水泥用425号普通硅酸盐水泥，细骨料用中砂，粗骨料用5--一40mm连续级配碎石。试验结果见表3．1。

表3．1 对流与围流的比较试验测试指标值

由表3．1可见，不同拌筒内物料运动呈现对流时，混凝土的匀质性指标全都不合格，即不满足AM<0．8％、AG<5％的国标要求，而对于搅拌臂围流排列，虽然这两个指标会随着其他搅拌参数的改变而变化，但是却都满足埘

3．3基于围流形式的搅拌臂排列原则

目前国内外鲁厂家几乎也都采用搅拌臂圉流排列的形式。其典型特征可归纳为： 物料的流向应当符合右(占：)手定则，即当有(左)手四指顺着搅拌轴旋转方向时，拇指的指向就是物料的流动方向：并且两轴上搅拌叶片推动物料轴向流动分量和径向流动分量的方向相反，如图3．3所示。此时，物科不但有大范围的循环流动f可以是逆时针也可以是顺时针，如图3．4所示)，而且中央主搅拌区，两轴问的物料还有强烈的高频次逆流。

图30逆时钟围潍图3顺时针围流

如果以I、II来表示轴的序号，以n来表示叶片的序号，那么之间这种运动就称为逆流。拌区的次序有先有后，所上必然存在相位差。相位差太大．造成作用时间上的延迟，进而逆流作用的效果就比较弱；相位差太小，甚至为零时，意味着两搅拌臂几乎同时到达搅拌区，并且二者对物料推动的方向相反，类似于在周向形成一堵“墙”，即彤成局部“死循环”现象，料流的大循环运动被阻断。所以．逆流相位差大小应该有一个合理的取值范围，在此范围的逆流才被认为足合理的。若能通过合理布置和两搅拌臂，使其到达搅拌区的相位时间差更合理，频次更多，那么物料揉搓和挤压的作用就越充分，搅拌效果就越好。同时，由于这种逆流是在两搅拌轴之间的强制作用，如果柿黄合理，使得物料作用频次快，强度大，靠近搅拌轴音|f分的物料就会充分运动起柬．就能在某种程度上改善普通强制式搅拌机所固有的，园速度梯度所产生的搅拌低效区问题。但逆流是以不破坏物料的大循环流动为前提的。另外，由于I和II之间的相互关系又与单轴及双轴上搅拌臂的相位及其排列有关，如果布置合理，那么这种逆流运动不但起不到强化搅拌的作用，反而有可能破坏整体的大循环运动，会恶化搅拌质量。因此，搅拌臂排列形式优化的最终目的就是尽可能加快物料轴向大循环的频次，同时增加物料合理逆流，从而增加物料与搅拌叶片直接接触并发生强制作用的机会，提高搅拌质量。由此可以得到双卧轴拌筒内搅拌臂及叶片布置的基本原则如下： ①物料在拌筒内合理流动，在尽量短的时间内把物料拌成匀质混凝土； ②在搅拌轴旋转的过程中，尽量让参与搅拌的叶片数目相等，以达到搅拌电机负荷均匀，减少冲击的目的；

⑧物料在拌筒内分布均匀，不要在拌筒的局部区段产生堆积，避免个别叶片和搅 拌臂过载而损坏。

3．4单轴搅拌臂的排列形式

单轴搅拌臂排列形式取决于其上相邻两个搅拌臂之间的相位布置，包括相邻拌臂间的相位角及其正、反排列形式。3．4．1相位角及其正、反排列形式

单根轴上相邻两个搅拌臂之间的相位布置，国内外不尽相同。目前，用于搅拌普通混凝土的搅拌机中，比较主流的布置相位角是900和60。也有采用其他角度布置的，比如日本日工公司的产品就是450。用于搅拌大骨料混凝土时，会采用1200甚至1800相位角。从单轴上搅拌臂的相位方向与搅拌轴旋转方向的关系来看，同一相位角在单根轴上的搅拌臂排列可以有两种形式：一种称为正排列，另一种称为反排列。其中对于正排列的规定是：当逆着混合料流动方向看，搅拌臂排列的相位方向应与搅拌轴转向相同；若顺着混合料流动方向看，二者方向则相反。相反的情况就是反排列。

图l所示为单轴上900相位角的搅拌臂排列形式，图中“·”表示物料流出纸面，其中，图3．5(a)为搅拌臂正排列，图3．5(b)为搅拌臂反排列。

图3．5单根轴上90相位角的搅拌臂排列形式

3．4．2分析与试验

以搅拌臂相位角900为例，对正、反排列做比较分析。先讨论反排列布置。依据物料连续递推式地前进，当第四搅拌臂上的叶片将混合料向前推搅后，同轴的第三搅拌臂上的叶片需要旋转270。才能继续将混合料向前推动，然后再经过一个270。旋转轮到第二搅拌臂。显然，混合料从一个搅拌臂处被推搅到下一个相邻的搅拌臂处，每一次搅拌轴都要旋转270。，如果有n个搅拌臂，那么就需要n一1 倍的2700。而对于正排列布置，由第四搅拌臂上的叶片向前推搅的混合料，只需要经过90。就可被同轴的第三搅拌臂上的叶片继续推搅。同样，当混合料轮到第二搅拌臂推搅时，仍然只需要旋转90。于是混合料从第一个搅拌臂传到第n个搅拌臂，只需经过n一1倍的900就能实现。图3．6所示为单轴上600相位角的搅拌 臂排列形式，图中“·”表示物料流出纸面，图3．6(a)为反排列，图3．6(b)为正排列。在图3．6(a)的反排列布置下物料被连续递推式前进，当第七搅拌臂上的叶片将物料向前推搅后，同轴第六搅拌臂上的叶片需要。相位角的搅拌臂排列3000才能继续将物料向前推进。显然，如果有n个搅拌臂，那么就需要n一1倍的3000；对于图3．6(b)的正排列：则只需经过n一1倍的60。就能实现。由此可见，在搅拌时间、拌臂数目及相位角一定的情况下，搅拌臂正排列要比反排列推搅的快，物料获得的轴向流动次数更多，搅拌装置的利用率更高。这对搅拌臂围流排列的搅拌机，完成物料从拌筒的一端运动到另一端的作用则更加明显。但同时也说明单轴上采用较小的相位角可使物料得到较多的流动次数。但相位角太小，物料在拌筒内周向翻动的剧烈程度降低，它还要受制于混凝土拌和物粗骨料最大粒径的限制。现在选用国内某厂生产的JS500型双卧轴搅拌机为例进行计算分析。该机每根轴上有7个搅拌臂，围流排列，相位角为90。，转速35r／rain，搅拌周期45s。于是在一个搅拌周期内，搅拌轴转过的圈数为

图3.6单根轴上60相位角的搅拌臂排列

对于搅拌臂反排列，物料完成一个轴向的推搅需要转过

那么，一个周期内物料在单根轴上完成的流动次数为

若采用搅拌臂正排列，物料完成一个轴向的推搅需要转过

于是，一个周期内物料在单根轴上完成的流动次数为

可见，这种JSS00型双卧轴搅拌机单根轴上搅拌臂正排列得到的流动次数是反排列的(17．5／5．8≈)3倍。这同时也表明单根轴上采用较小的相位角可以获得较多的流动次数。但也不是说单根轴上搅拌臂问的相位角越小，搅拌质量就越好。因为较小的相位角虽然可以实现物料沿轴向的快速均布，但物料在拌筒内翻动的剧烈程度却相应变差，即物料的周向流动变差，这显然不利于物料在整个空间方向的均布。显然，单根轴上相邻搅拌臂间的相位角是与轴上搅拌臂的数量密切相关的。对于围流排列，若以11表示单根轴上搅拌臂的数目，0表示相邻搅拌臂间的相位角，则理论上对于相位角的取值范围应满足关系式：3600≤noO≤7200。从前面对对流、围流的比较试验数据(参见表3．1)来看，对于所搅拌的混凝土来 说，单轴上相邻拌臂间60。相位角要比90。的搅拌质量好。为了进一步研究对普通混凝土搅拌时单轴上相邻搅拌臂相位角的较优值，选择450、60。和900，在不同长宽比的拌筒中，取满足上述关系式的不同数目的搅拌臂，在搅拌叶片不同的安装角和工作线速度下，搅拌粗骨料最大粒径为40mm的普通混凝土，测得试验数据列于表3．2中。从表中数据可以看出：搅拌臂相位角600布置时，能够得到相对较好的搅拌效果，对应的各项测试指标的均值都优于900和450相位角的情况，尤其是混凝土的7天抗压强度平均值，都在20MPa以上。从前面的理论分析也可以知道，相同条件下，60。相位角时物料在轴向获得比900布置时更多的流动次数，因而更容易实现物料在轴向的均匀分布。

由此可知，就试验中采用的粗骨料最大粒径为40ram的普通混凝土来说，搅拌臂相位600布置是较合理的。

表3．2单轴上相邻拌臂间相位角的比较试验

表3．2单轴上相邻拌臂间相位角的比较试验(续)

3．2．3小结 3．5叶片安装角的定义

搅拌叶片安装角是搅拌机的主要结构和工作参数之一。对搅拌质量和搅拌效率都有着直接的影响。本文以双卧轴搅拌机的叶片安装角为研究对象，其方法也可用来确定其它类型搅拌机的叶片安装角。它是指搅拌叶片斜面与搅拌轴线间所夹的锐角，见图4．1中的Q角。

图4．1物料单元受力图图4．2叶片前的密实核心 ●定性分析

搅拌机工作时，拌缸内的搅拌叶片应推动混合料沿拌缸的纵向和横向循环运动，实现混合料在三维空间内的流动。当安装角Q过小时，叶片主要带动混合料围绕搅拌轴转动，而缺乏必要的轴向运动；极限情况是当a=0时，搅拌叶片变成和轴平行的一块平板，不起搅拌作用。当安装角a过大时，叶片推动混合料的横向运动就很弱；当Q=90。时，叶片就成为与搅拌轴垂直的平板，和Q=0。时一样也丧失了搅拌功能。因此，搅拌叶片一定要相对于搅拌轴成一定角度安装。为了使混合料的横向和轴向运动都较大，目前国内外叶片安装角的常用值为Q=45。若将某一瞬间搅拌叶片对某单元混合料的作用情况简化为图4．1所示，可以看出，要使混合料能够沿叶片宽度方向运动，实现轴向运动，必须满足E—E≥0，即：

对于普通的塑性混凝土。搅拌机T作时，叶片的前面将形成密实的核心，混合料沿着密实核心的侧棱运动，见图4．2，图中AB、BC为密实核心侧棱；口为叶片的安装角；y为密实核心侧棱与搅拌轴间的夹角。由于AB和BC两侧棱间的夹角180。．2y为混合料稳定堆放的安息角，叶片的横向搅拌速度系数6：就是口≠00时密实核心的截面积与口=00时密实核心最大面积之比：

叶片的轴向搅拌速度系数％就是密实核心两侧棱在搅拌轴上的投影差与叶片在搅拌轴上投影之比

为了兼顾混合料在横向和轴向都有较大的运动速度，叶片的安装角应使总的搅拌速度系数6具有最大值。总搅拌速度系数6为

致谢

本文在***老师的悉心指导下完成，导师对专业的一丝不苟，对学生呕心沥血，使我很受感动，在此向尊敬的***老师致以最崇高的敬意和衷心的感谢。在理论和课题研究过程中，得到相关实验室老师的鼎力协助和辅导，得到授课老师的宽容和帮助，同时也得到****老师的大力支持，还有许多在读硕士和博士 的无私帮助，在此一致表示诚挚的谢意。

由于本人水平有限，论文中错误在所难免，敬希各位老师和同学不吝指正。

第四篇：虚拟样机,数字化设计制造,产品全生命周期管理文献阅读报告

虚拟样机，数字化设计制造，产品全生命周期管理文献阅读报告

2015年 03 月 16日 虚拟样机

1.1 虚拟样机的定义

虚拟样机技术就是用来代替真实的物理样机(模型)的技术。在常规的产品开发过程中,物理样机模型是用来验证设计思想,选择设计产品,测试产品的可制造性和展示产品的。虚拟样机要替代物理样机,首先至少要具备上述功能。这样看来,虚拟样机应该可以用来测试产品的外形和行为,并且可以用来进行一系列的研究。另外,物理样机可以使人对一个产品有一种感观的评价,如颜色、外形、美学特性、触觉和舒适性等。要替代物理样机的这些特性,人和产品的交互应该包含在虚拟样机技术里。（定义：虚拟样机就是用来代替物理产品的计算机数字模型,它可以像真实的物理模型一样,用来对所关心的产品的全寿命周期,如设计、制造、服务、循环利用等,进行展示、分析和测试。这种构造和使用虚拟样机的技术就叫虚拟样机技术。）

1.2虚拟样机的组成

一个虚拟样机应该至少包括以下3种类型的模型：一个三维实体模型、一个人产品的交互模型、与产品的测试相关的可视化模型。

虚拟样机技术的系统结构如图1所示。从图1可以看出,为了显示、分析和测试一个产品,建立了一系列相关的模型。用户接口作为一个核心的组成部分,通过它可以有效地控制模型,还可以从它那里得到系统的一些重要信息。对于一个具体的应用实例来说,由于具体的应用目的不同,其系统结构可能有一些区别。

1.3虚拟样机的优缺点

1.3.1优点: ①减少了设计费用。②可以辅助物理样机进行设计验证和测试。③可以减少产品开发过程中所需的时间,使产品尽快上市。④可以在相同的时间内“试验”更多的设计方案,这是物理样机无法比拟的。⑤可以减少产品开发后期的设计更改,进而使得整个产品的开发周期最小化。⑥与常规的仿真相比,它涉及的设计领域广,考虑也比较周全,因而可以提高产品的质量。⑦由于虚拟样机技术支持并行设计,使得设计小组之间的沟通变得便捷。1.3.2缺点：

①虚拟样机技术复杂应用难度大，例如复杂产品涉及的学科领域多，开发过程复杂，涉及团队、管理、技术诸多要素的集成和优化，涉及信息流、工作流、物流的集成和优化。②限制虚拟样机发展的因素，有些技术本身的不成熟，方法的不完善，限制了虚拟样机的发展。例如有限元方法是利用离散的简单图形去逼近实际的连续域，图像处理中的延迟时间、数值计算中得到的近似解，等等这些方法上的不精确，会影响最终结果的精确性。③虚拟样机无法完全取代物理样机，在复杂产品的开发中，虚拟样机技术能够为产品开发提供技术支持，但不能取代物理样机，而是应与物理样机相结合，虚拟样机的分析结果可以指导物理样机的制造，物理样机的试验数据可以指导虚拟样机模型的修改，两者相互结合可有效的缩短 开发周期，提高开发效率。

1.4结论

产品竞争的日益激烈，要求制造业在方法上进行革新，虚拟样机技术为制造技术的革新提供了新的设计方法，并已在制造业中发挥了不可忽视的作用，虚拟样机技术的优势使其日益受到机械领域的重视，虚拟样机技术的合理应用，将大大提高我国的制造水平。

2数字化设计制造

2.1数字化设计与制造的定义

数字化设计与制造是指利用数字化技术完成产品设计和制造的全过程,包括产品的三维(3D)设计、虚拟装配、仿真、虚拟制造、虚拟检测和通过数字化机床加工出实际产品。它是先进制造技术的核心技术。

2.2数字化设计制造的组成

数字化设计与制造主要包括用于企业的计算机辅助设计（CAD）、制造（CAM）、工艺设计（CAPP）、工程分析（CAE）、产品数据管理（PDM）等内容。其数字化设计的内涵是支持企业的产品开发全过程、支持企业的产品创新设计、支持产品相关数据管理、支持企业产品开发流程的控制与优化等，归纳起来就是产品建模是基础，优化设计是主体，数控技术是工具，数据管理是核心。它们之间的关系见图1所示。

由于通过CAM及其与CAD等集成技术与工具的研究，在产品加工方面逐渐得到解决，具体是制造状态与过程的数字化描述、非符号化制造知识的表述、制造信息的可靠获取与传递、制造信息的定量化、质量、分类与评价的确定以及生产过程的全面数字化控制等关键技术得到了解决，促使数字制造技术得以迅速发展，这些关键技术之间具体关系见图2所示。

2.3应用

三维数字化设计制造主要包括三维数字化设计、维数字化工艺和三维数字化检测等。三维数字化设计指工程技术人员以三维模型为核心来完成产品设计过程中的各项工作!如零件设计、装配设计、工程分析等。以达到提高产品设计质量、缩短产品开发周期、降低产品成本的目的、传统的产品设计是基于物理样机试验验证为主的产品设计方法。

二维和三维并行的设计制造模式向全三维的设计制造模式的转变，以数字量为主、以模拟量为辅的协调工作法（(或者模拟量为主、数字量为辅的协调工作法)向全 数字量传递的协调工作法的转变），真正并行和协同的实现。

2.4结论

先进的三维数字化设计制造技术己成为国外军工产品研制中不可或缺的手段，并推动了军工产品研制模式发生重大变革。国内军工企业也提出了全三维设计、三维到工艺、三维到设备的三步走战略。实施三维数字化设计制造不仅是用三维模型取代大量的二维三维转换，而是要通过设计与工艺协同以及大量的建模与仿真技术，达到大幅提升产品设计和工艺设计能力的目的。目前国内企业实施三维数字化设计制造技术过程中，有些企业把三维装配工艺仿真片而理解为三维装配工艺，有的企业过于强调三维模型下车间、强调三维工艺必须是以三维为主的工艺规程，没有认识到三维数字化设计制造技术带来的研制模式和研制流程的变革，以及三维数字化设计制造技术带来的从传统的以经验为主的设计模式向基于建模和仿真的科学设计模式的重大转变。

3产品全生命周期管理

3.1定义

代竞争不仅表现在终端的有形产品上,而且扩展到包括服务等各个领域,因而人们越来越关注产品设计、制造及服务等的各个方面,即产品全生命周期的各个阶段。产品全生命周期的内涵随着管理技术与开发技术的不断发展而不断扩展。目前国内外研究人员普遍认为,广义的产品全生命周期是指产品从市场需求分析、工程设计、制造装配、包装运输、营销、使用到报废的整个生命过程,是从产品整个生命周期内质量及可靠性、价值链等角度出发提出的,产品的生命周期框图见图1。

3.2组成

任何工业企业的产品生命周期都是由产品定义、产品生产和运作支持这三个基本的紧密交织在一起的生命周期组成。

(1)产品定义生命周期

该阶段开始于最初的客户需求和产品概念, 结束于产品报废和现场服务支持, 产品定义作为企业知识财富, 定义产品是如何设计、制造、操作和服务等信息的。

(2)产品生产生命周期

该阶段主要是发布产品, 包括与生产和销售产品相关的活动。ERP 系统是企业在该阶段的主要应用。该周期包括如何生产、制造、管理库存和运输, 其管理对象是物理意义上的产品。

(3)运作支持生命周期

该阶段主要是对企业运作所需的基础设施、人力、财务和(制造)资源等进行统一监控和调配。

3.3PLM的作用

P LM 核心功能可为用户提供数据存储、获取和管理的功能。不同的用户使用不同的功能集合。这些功能包括：

(1)数据存储

P LM 将通过建立一个单一的数据逻辑视图, 提供一种安全、透明、一致的数据存取机制, 而不论数据在物理上分布在什么地方。数据存储与管理将具备基本的数据检入/检出、发布管理、元数据管理和一致性维护等功能。(2)工作流管理

它可以使设计人员跟踪整个产品的开发过程, 包括设计活动、设计概念、设计思路和设计变更等, 将数据和信息发送给商业过程执行中相关的用户、组或角色, 支持业务流程的自动化。

(3)结构管理

它支持产品配置和BOM 表的创建与管理, 并能跟踪产品配置的变化, 跟踪其版本和设计变形。同时, 产品配置管理也需要按照不同的领域需求生成专门的产品定义视图。

(4)分类管理

它允许相似的或标准的零件、过程及其他设计信息, 按照公共的属性进行分组和检索, 提高数据的标准化程度, 支持设计的重用。

(5)计划 管 理

通 过 项 目工 作 分 解结 构(WBS), 定义项目所包含的活动和资源, 进行规划、跟踪和管理。

典型应用：(1)变更管理

(2)配置管理(3)工作台(4)文档管理(5)项目管理(6)产品协同(7)产品构型

3.4发展趋势

目前，PLM 的研究正在从基本概念、体系扩展到面向企业生命周期整体解决方案的技术和实施方法上, 希望为企业提供支持产品全生命周期协同运作的支撑环境和功能、提供标准化的实现技术和实施方法。因此, 与整体解决方案相关的技术和应用,将成为 PLM近阶段的研究重点, 主要包括企业基础信息框架、统一产品模型、单一数据源、基于 Web的产品入口, 以及 PLM 标准与规范体系。P LM 是近几年在工业领域得到大力推广应用的 IT 技术之一, 也是增长最快的 IT 应用系统, 其技术和产品都取得了巨大的发展。然而, 实现产品生命周期管理是所有以产品为核心的制造企业的一个长期战略目标, 其内容和程度根据企业的具体需求可以不断地改变和提高。它不是一个通过一次性的投入就可以完成的项目。因此对于一个企业, 必须制定自己的产品生命周期管理战略和目标。与传统的工具软件相比, PLM 最复杂和最困难的一点在于实施。成功的 PLM 系统一定是技术、人员和管理方法的成功结合, 用户一定要注意根据自己的需求和公司未来的发展战略, 选择合适的 PLM 产品和技术。本文的目的就是希望通过对 PLM 基本概念的介绍, 使用户对 PLM 的定义、内涵、地位和作用, 及其基本的技术体系有一个正确的认识, 以辅助企业制定和实施其产品生命周期管理战略。参考文献

[1] 李伯虎，柴旭东，等.复杂产品虚拟样机工程的研究与初步实践[J].系统仿真学报，2002，14（3）：336-341.[2]姜士湖，闫相桢.虚拟样机技术及其在国内的应用前景[J].机械.2003，30（2）：4-7.[3]赵雯，王维平，等.虚拟样机一体化建模方法[J].系统仿真学报，2002，14（1）：100-103 [4]周祖德，李刚炎.数字制造的现状与发展[J].中国机械工程,2002,13(6):531～533.[5]张伯鹏，数字化制造是先进制造技术的核心技术[J].制造业自动化,2000,22(2):1～5..[6]陈庄，刘飞,陈晓慧.基于绿色制造的产品多生命周期工程.中国机械工程, 1999, 10(2): 233～235 [7]迟晓英，宣国良.正确理解供应链与价值链的关系.工业工程与管理, 2000, 5(4): 29～32

第五篇：基于SolidWorks开发的机构运动方案设计虚拟实验系统

为了更好地实现实验目的，提高实验效率，作者以机构运动方案设计实验的要求、实验原理、方法为蓝本，用计算机虚拟实验技术，模拟仿真该实验的全过程，设计了一个机构运动方案设计虚拟实验系统.应用该系统，学生在实验前在计算机上对自己所设计方案的可行性、正确性进行可视化验证，然后再进行实际的拼接，提高了实验效率.虚拟实验系统的功能

1)必须具备齐全的模型、而且尽量接近实物，这样才能对实验进行真实的模拟.2)灵活性强，零件的参数能根据需要随时进行调整，实现尺寸驱动功能，即改变其中一个零件的参数后，只需要重建模型，其它零件的相应点的位置会跟着发生改变，零件之间依然保持相应的联结关系，而不需重新进行装配.3)对于机构运动的模拟仿真功能.4)具有运动特性分析和动力特性分析的功能.5)具有实验指导功能.系统的结构流程图如图1所示.图1 系统的结构流程图

2系统开发方法

虚拟实验系统选用的平台是三维设计软件系统SolidWorks。SolidWorks它是基于Windows的全参数化特征造型软件，可十分方便地实现复杂的三维零件实体造型、复杂装配和生成工程图，以参数化和特征建模的技术为核心，为设计人员提供了良好的设计环境，还可以方便地对SolidWorks进行二次开发.用户二次开发的应用程序，可直接挂在SolidWorks的菜单下，形成统一的界面.一般而言，开发人员首先需要在SolidWorks的界面上添加自己的菜单项，以此作为激活用户程序的接口，完成与用户的数据交换。

SolidWorks的API(Application Programming Interface应用编程接口)提供了两种接口方式:有OLE Automation的Idispatch和作为Windows基础的COM(Component Object model).Idispatch的方法可用于VB、VBA或VC的开发环境，常作为快速开发的手段.本文开发的实验系统所使用的程序就是采用的Idispatch接口方法，用VC++6.0编写的.在程序编好后，编译即可形成DLL文件.不同的操作系统需要用不同的设置:Windows95/98采用“MBCS”;WindowsNT/2000采用“Unicode”;生成需要的3dll文件后，就可以使用SolidWorks的“文件/打开”菜单，在过滤器中选择“AddIns(3.dll)”，加载自己的DLL.若该DLL在注册表中注册成功，还可使用“工具/插件”菜单进行一次性加载，以后启动SolidWorks，就可自动加载该DLL，无须再进行加载操作，十分方便.3系统功能的实现

3.1实验装配零件库的建立

为了满足模型齐全的要求，笔者选用SolidWorks2001进行零件的三维造型，并把所有实验室内要用到的零件做成了一个零件库.通过对SolidWorks进行设置，可以使自己创建的零件库像工具条一样陈列在SolidWorks主窗口中.具体方法是:通过选择SolidWorks主菜单中的工具选项选择文件位置，将文件夹显示为调色板零件，再选“添加”，选中自己的零件库文件夹的存放位置.要使用这个零件库，只需要打开它就可以了.方法是，启动SolidWorks后，在工具下选择FeaturePalette，随后便有一个小窗口被打开，选中用户添加的文件夹，就会有一个新的窗口打开，创建的零件库内所有零件都以图标的形式陈列在窗口内，就好象在真实实验里看到的摆放在实验室里的零件一样.但使用起来比在真实实验室里方便多了，你只需要移动滑动条，就可以找到所需要的零件.3.2机构运动设计方案的确定

在拟订方案之前，首先可以从过去成功的设计案例中进行检索，看是否有与设计要求类似的设计案例.如果有，则以这个案例为模板，并对其作适当的修改，以满足当前的设计要求.这样做即可以保证设计要求，还可提高设计效率.如果没有类似的设计案例，则利用所掌握的专业知识和经验进行新的设计.机构运动方案的设计具体由以下几个步骤组成:

1)输入设计要求(包括输入输出间的函数关系和工艺动作要求等等)以及外部的各种约束条件.2)将设计要求及外部条件分解成各个基本动作、基本运动及其约束条件

3)初步选定能完成设计要求的基本机构或已有案例.4)将初步选定的基本机构进行组合，得到多种可能的设计方案.5)对各种方案进行初步的尺度综合.6)对各种方案的机构进行性能分析(包括运动和动力性能分析).7)对各种方案进行评价和排序，以选出最满意的方案.8)如果所有方案均不满意，则重新进行机构选型及组合、尺度综合及性能分析、方案评价及排序等工作.其中对方案的机构性能分析可以通过所设计的虚拟实验系统来完成.学生要做的就是先按以上步骤初步确定设计方案，画出机构运动简图，然后利用虚拟实验系统进行虚拟装配，给出初始输入条件，让系统进行分析计算，学生根据分析计算结果对设计方案优劣作出判断，如果满意，则根据确定的方案进行实际的拼接，如果不满意，则对机构进行构型演化，再装配，再分析，直至得出满意方案.3.3虚拟装配

在虚拟装配之前在磁盘上新建一个文件夹，用以存放选择的零件和最后形成的装配体.首先选出装配所需要的零件，从零件库拖出相应零件的图标，系统就会打开相应零件的编辑窗口，选择另存为，把这个零件存放到新建的文件夹中.注意不要改变没有保存的编辑窗口中零件的各项参数，因为放在这个零件库中的零件是一个参考模板文件，它的参数一旦发生改变，所有以它为参考模板文件生成的文件中的相应参数都会发生改变，所以在拖出图标后，一定要将其另存到自己的文件夹中.即可以在装配之前选好所要用的零件，也可在装配时随取，一般只需要选好几类零件就可以了.SolidWorks是基于Windows操作系统的，使用起来完全和 Windows 一样，可以利用复制、粘贴的形式在装配体窗口内生成同样类型的多个零件.如果是初始装配，则需打开一个新的装配体文件，将选好的零件插入到这个装配体文件中，在零件之间添加相应的装配配合关系就可以了.各构件之间的装配关系和其运动副关系是这样定义的:若是转动副，则在两零件连接处添加端面贴合和同轴心关系;若是移动副，则在两零件接触处添加平面贴合关系.对于机架和导轨等固定不动的构件通过右击SolidWorks特征管理树(Feature manager)中相应零件的实体名，在弹出的菜单内选择固定来实现.由于是虚拟装配，自然比真实装配轻松得多.因为SolidWorks可以实现尺寸驱动，所以改变装配完的机构中构件的某些参数，如杆长，机架的位置后，只需要对装配体机构进行重建模型，其它零件的相应位置会根据配合关系跟着改变，而不需要拆卸后重新装配.图2所示为运用此系统装配好的四杆机构，并且已在SolidWorks界面上加载了自己的菜单，准备进行运动仿真.3.4对机构运动的干涉检查

在装配体形成后，首先要对其进行初步的干涉检查.可以使用SolidWorks自带的干涉检查功能.如果觉得不够直观的话，则可以用拖动其中某个构件的方法，观察各个构件的运动情况，直观地看它们的运动是否会发生干涉.进一步的干涉检查，可以在运动的仿真过程中.选择编程加载的菜单下运动仿真项，对装配搭建的机构进行运动仿真.在仿真过程中可以观察到是否发生干涉，如果发生干涉，两个零件将有重叠的部分，这就需要对机构中的参数进行调整.3.5机构运动的仿真

机构的动态仿真的实现相当于在每一运动时刻，将各个构件根据约束摆放到空间的指定位置上.构件的初始位置在装配体装配好以后就确定了，其中机架位置的坐标值用户是可以自己设定的，而构件在运动当中的各个数据是由外部机构分析程序提供.因此，这种机构三维仿真方法不受机构的复杂性和自由度所限制.给出不同的输入，外部分析程低碳马氏体在热作模具中的应用 http:// Cr13模具钢开裂焊接工艺与Cr13模具钢磨损焊接工艺 http:// 电热水器选择五要点与如何选购安全的灯具 http://序会提供不同的运动数据分析结果，使机构得以实现不同的运动.运动数据分析结果被存储在数据库中以便需要时进行调用.3.6机构运动特性分析和动力学特性分析

运动仿真之后，还需要对机构进行运动特性和动力学特性分析.从而判断出所设计出的机构的优劣.方法是输出特征点的位置、速度、加速度、和力分析曲线.具体实现是通过VC编程绘制曲线图，从数据库中取出保存好的绘图所用的数据.如果所设计的方案未打到设计要求，就需要修改设计方案，进行机构构型的演化.演化的方法主要有运动副变换、加杆组、运动倒置、加自由度、运动等效变换，不断对方案进行修改，然后装配，进行运动学特性和力学特性分析，直到形成最满意的方案.3.7实验指导功能

实验指导主要是在修改设计方案时，系统提供帮助信息，告诉以通过那些方法来优化机构，在学生选好一种方法后，系统会给出方法的原理，帮助使用者快速地修改方案引言

混凝土搅拌机是使混凝土配合料均匀拌和而制备混凝土的专用机械，是现代化建设施工中不可缺少的机械设备。为了适应不同混凝土搅拌要求，搅拌机有多种机型。按工作性质分，有周期式和连续式搅拌机;按搅拌原理分，有白落式和强制式搅拌机。本次设计的是生产率为75m3/h的双卧轴强制式搅拌机，它是由搅拌系统、传动装置、卸料机构等组戊:搅拌系统由圆槽形搅拌筒和搅拌轴组成，在两根搅拌轴上安装了几组结构相同的叶片，但其前后上下都错开一定的空间，使拌合料在两个搅拌筒内不断地得到搅拌，一方面将搅拌筒底部和中间的拌合料向上翻滚，另一方面又将拌合料沿轴线分别向前推压，从而使拌合料得到快速而均匀的搅拌。设置在两只搅拌间底部的卸料门由气缸操纵。卸料门的长度比搅拌筒长度短，80-90%的混凝土靠其自重卸出，其余部分则靠搅拌叶片强制向外排出，卸料迅速干净。

SolidWorks软件可以十分方便地绘制复杂的三维实体模型、完成产品装配和生成工程图。它能以立体的、有光的、有色的生动画面表达大脑内产品的设计结果，较之于传统的二维设计图更符合人的思维习惯与视觉习惯，有利于发挥人的创造性思维，有利丁新产品、新方案的设计，帮助机械设计设计人员更快、更准确、更有效率地将创新思想转变为市场产品。

为此，我们利用SolidWorks软件来完成双卧轴强制式搅拌机虚拟样机设计双卧轴强制式搅拌机主要参数的确定双卧轴强制式搅拌机的主体样机设计

在搅拌机的结构设计中，最困难、最繁琐的工作就是运动机构的设计与运动轨迹校核。目前主要采用的轨迹图法或根据几何约束条件建立方程组来求解，但这种设计比较麻烦，且设计工作不直观，设计结果不尽人意，而利用三维设汁软件Solidworks则能较好地解决上述问题，首先建立零件的三维模型，再将其装配起来，并可进行有限元分析计算，最后利用COSMOSMotion来模拟各零部件的运动情况。

2.1零件设计建模

利用拉伸、阵列、切除、扫描、镜像等特征，建立双卧轴强制式搅拌机主要零部件的三维参数化模型.包括搅拌臂、搅拌筒、各种衬板、8种规格的搅拌叶片、刮板、搅拌装置等100多个零件。因电机、减速器、连轴器等为选购件，在设计时没有建立这些零件的三维模型，仅建立双卧轴强制式搅拌机主机上零件模型。在建模过程中，充分利用参数化尺寸、方程式共享数值、配置、派生零件等参数化设计和设计重用技术，便于虚拟装配时发现零件结构不合适时对其进行修改。

2.2虚拟装配

SolidWorks软件提供了自上而下和自下而上两种设计方式，因我们已完成了双卧轴强制式搅拌机主要零部件设计，所以采用自下而上方式.按照同袖、共面等几何约束关系先将侧衬板、侧搅拌叶片、搅拌叶片、搅拌装置轴装配体等小部件装配起来.然后将子装配体装配成筒体搅拌装置等较大的部件，最后将较大的子装配体组装成双卧轴强制式搅拌机的整机装配图。采用分级装配方法，既便于我们及时发现装配问题，又便于修改。

在设计过程中为便于方案论证和与领导、制造工程师及其他相关人员进行交流，我们使用了Animaior插件实现了搅拌机所有零部件的动态组装模拟，并制作了装配动画，提高了设计的可视化。

2.3有限元分析计算

搅拌机在工作过程中，搅拌轴是主要的传动和工作部件，利用SolidWorks内嵌集成的COSMOSWorks有限元分析软件对装配有搅拌臂和叶片的搅拌装置轴装配体进行有限元分析计算。首先将所建模型进行简化，忽略圆角倒角键槽等设计细节，通过标准数据接口，调人到CosmosWorks有限元分析模块，进行实体网格划分，添加轴一端“不可平移”约束、轴承载荷和叶片上分布压力，然后进行有限元分析计算，得到搅拌轴应力分布情况应变和变形状况，计算

CAD技术在建筑电气设计中的应用 建筑电气设计CAD特点 http:// 低碳马氏体在塑料模具中的应用 http:// 室内电线排线时应注意什么 装修房屋时如何考虑管 线 http://出危险点的应力和应变，为搅拌轴的结构设计提供指导，同时对设计是否合理进行准确快速的评估。

2.4搅拌运动模拟

搅拌机螺旋叶片绕水平轴旋转时使物料向上翻动，轴向力的作用将物料沿水平轴推向中问和另一端，物料的运动轨迹非常复杂在方案论证时，为形象地表达物料的运动情况，我们首先借助COSMOSMotion全功能运动仿真软件，制作了搅拌机空转工作的运行动画，再建立单个物料和搅拌叶片碰撞的数学方程，借助Swift 3D制作了单个物料在搅拌简运行状况，模拟出物料在整个搅拌筒中形成的封闭式环流，反映出物料的拌合、离析状态，为进一步借助控制方程模拟双卧轴搅拌机的物料运动轨迹打下基础。

3结束语

利用SolidWorks软件进行双卧轴搅拌机设计，可以形象生动地表达产品的设计结果，既帮助设计人员更快更准确地进行新产品设计，同时提高了设计的可视性和可靠性。