虛擬樣機技術在機械工程設計的應用

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摘要：虛擬樣機技術是一種新興的產品設計技術，在工程設計企業中得到廣泛應用。與傳統的產品設計技術相比，仿真原型技術具有更多的系統優勢，在機械設備工程合計方面處于領先的地位，虛擬樣機技術在各行業中也有了長足的發展，在抽油機產品設計方面也提供了新的設計理念。本文主要研究虛擬樣機技術及其在機械設計中的應用。

關鍵詞：虛擬樣機技術；機械設計；抽油機設計

虛擬樣機技術的興起為機械設計提供了新的設計理念和方法。虛擬樣機技術在機械設計中的應用是指機械設計的初級階段，設計處于初始階段，虛擬樣機的計算機創建、計算機的機械仿真結果和功能設計都是基于各種模擬實驗和試驗。通過虛擬樣機技術可以發現設計中存在設計上的缺陷，同時對力學性能進行了改進和優化。

1虛擬樣機技術概述

與傳統的物理原型技術相比，虛擬樣機技術具有明顯的虛擬特征。在計算機和軟件程序的幫助下，工程師可以有效地建立三維模型。在仿真系統的基礎上，積極進行仿真實驗，對機械運行的具體情況進行深入的分析和評價，以保證工程師能夠進行設計。及時發現工作中的不足，采取適當措施，有效地提高和進一步優化機械設計工作的質量和效率。虛擬樣機技術是利用計算機輔助設計等相關設計和繪圖模型，合理地利用仿真技術完成機械設計工作的一種新型計算機技術。虛擬樣機技術最突出的特點是在機械設計階段，通過高技術應用完成開發、分析和設計任務，從而縮短了實際的開發周期和設計周期。機械設計的質量和效率可以不斷地提高和降低。設計成本的目標可以實現，以進一步提高公司在市場上的競爭力。

2虛擬樣機優勢

虛擬樣機技術實質上是一種涉及多體系統運動學、動力學建模理論及其技術實現的仿真技術。虛擬樣機是一種先進的建模技術，同時也與信息管理和仿真技術互通。虛擬樣機是出現在計算機上的實際產品模型，也稱為數字原型。虛擬樣機智能化是一種人機交互的機械設計技術，由計算機輔助工程師設計，而不是由計算機編程的產品設計分析。虛擬樣機不因其虛擬性而落后于材料原型，在一定程度上具有與材料原型相似的功能，檢測的真實性可信?；跈C械設計知識和相關分析軟件，通過分析產品的運動學、動力學、強度分析、疲勞壽命等虛擬模型，對研究的產品進行性能測試，以保證產品質量的優化。

3抽油機設計中虛擬樣機技術應用

3.1抽油機三維模型的建立。選用UniGraphicNX2或SolidWorks作為抽油機三維裝配模型建模平臺。在整個設計中，運用的是自上而下的模型。首先進行抽油機各構件的模型建立，其次進行抽油機各部件的模型建立，最后進行抽油機整機裝配的模型建立。在整個三維模型的建立過程中，通過對零部件建模文件的分割和存儲，可以避免在建模時的文件浪費現象。在數據加載的過程中，設置搜索關鍵詞，以此實現模型的均勻加載。3.2裝配方面存在的問題。抽油機的橫梁、游梁采用鋼板切割焊接，每個板的設計都要充分將焊縫及坡口的大小和形狀問題考慮其中?？梢灾苯影凑請D紙模型進行裝配，一定程度上確保了裝配件的正確性和可使用性，也為后續的可行性打下了良好的基礎。對零部件裝配工藝進行管理和研究，再根據焊接后零件的結構，對部分零件的尺寸和端面形狀進行了修正。在裝配順序中，先將確定部件外形的較大的零件部分添加到裝配中，然后將其他零件部分按裝配順序添加到裝配中，并根據外形對零件的尺寸和端面形狀進行校正，確保程序正確。3.3誤差方面存在的問。如果虛擬樣機能夠充分描述抽油機的所有屬性，就可以得到量化的最優設計。但在現實中，虛擬樣機技術對優化設計方法提出了更高的要求。首先，確定適合的抽油機設計課題對虛擬樣機技術的優化是非常重要的，只有確定了方向，才能進行下一步驟的實現；其次，優化抽油機設計中一般情況下都會有幾種或多種設計目標，能夠明確將不同方面的問題進行優化；最后，對虛擬樣機的優化設計，需要考慮到虛擬樣機存在的誤差問題，優化的結果存在誤差也是必然的，所以對得到誤差和計算存在問題的處理方法和處理模型進行優化，是非常必要的。3.4從實體模型到虛擬樣機。裝配模型是虛擬樣機系統的基礎，虛擬樣機系統包含更多的內容。在ADAMS（機械系統動力學自動分析）系統中，將相關的數據輸入虛擬樣機，此時虛擬的樣機系統基本完成。這時的虛擬樣機是可以對系統數據進行修改的，可以增加樣機運行的正確性。3.5抽油機運動特性虛擬測試分析。在對虛擬樣機系統的模擬分析過程中發現，抽油機的實際運行速度不高，但在上沖程和下沖程的起始段都會出現突然加速的情況。對后處理模塊進行運動參數的設置發現，抽油機典型的運動點在懸掛點處。通過對懸掛點運動參數的分析可以看出，懸掛點的位移按正弦規律變化，實際行程略大于設計值。當抽油機的特定結構發生變化時，要對理論計算結果進行調整。從懸掛點的速度和加速度曲線上看，抽油機在看似運行平穩的情況下，速度和加速度也會有較大的變化。當抽油機停止于上死點或下死點時，啟機會引起一定的沖擊載荷，從而影響電機的工作狀態。這也是四桿抽油機常見的故障。從速度曲線分析可知，抽油機上下沖程的最大速度出現在游梁處于水平位置時，這與四桿機構的運行規律是一致的。在相應的位置，加速度也是處在不斷變化中的，但變化是相對平穩的。在抽油機的分析計算中，更有價值的信息包括游梁擺角、擺角速度和擺角加速度。懸掛點的速度實際上是驢頭圓弧處的線速度，所以沒有必要單獨列出參數。通過以上分析，可以判斷抽油機是否具有良好的運動特性，實現運行穩定和高效率來滿足油田生產的需要。

4虛擬樣機技術在機械工程中未來發展路徑

4.1發展為設計、分析、仿真于一體的技術。目前，抽油機設計還沒有達到完美的數據交換，所以需要新的技術整合各方面、完善各方面之間的合作，從而減少操作中的煩瑣步驟，讓操作變得更加便利。4.2虛擬樣機系統的容錯性。在使用中發現，虛擬樣機在機械工程設計中無論是方法方面還是工具使用方面，都會存在一定程度的誤差，導致這種誤差的原因有很多，例如計算時間參數設置問題、圖像處理時間周期過長等，導致在虛擬環境中出現很多影響結果的因素，造成結果存在差異。在各種平臺的交換中，產品數據也可以被銷毀。所以面對這些問題，容錯虛擬儀器系統非常必要，能夠保證虛擬樣機在安全的、穩定的、可靠的環境中進行機械工程設計數據的測試。

5結語

本文將虛擬樣機技術應用于抽油機的仿真分析和優化設計中。隨著科學技術的進步，虛擬技術在我國工業領域的發展和先進技術的應用越來越廣泛。虛擬樣機和虛擬制造技術的發展和應用將改變現代機械工程設計和制造過程中的傳統模式?？梢栽诋a品生產前修正錯誤，實現產品性能的預測，提高產品質量，提高生產效率和制造周期，具有廣闊的發展前景。

參考文獻：

[1]羅卓杰.虛擬樣機技術在農業機械設計中的應用[J].南方農機，2018，49(24):76,78.

[2]王江月.虛擬樣機技術在機械產品設計中的應用[J].山東工業技術，2017,(16):43.

[3]董晨，徐艷.淺析虛擬樣機技術在農業機械設計中的應用[J].南方農機，2018，49(17):63.

[4]周鑫.基于虛擬工程設計的數控機床工業設計研究[D].西安電子科技大學，2018.

作者:王海濤 單位:大慶石油管理局有限公司裝備制造分公司抽油機制造分公司