基于虚拟样机技术的轴向柱塞泵运动特性仿真分析

　　1 前言

　　虚拟样机技术是一种基于产品的计算机仿真模型的数值化设计方法。它以机械系统运动学、动力学和控制理论为核心,以成熟的计算机三维图形技术和用户界面技术为基础,将分散的零部件设计和分析技术、控制技术融合在一起,提供一个更全面的产品设计解决方案,它可以通过设计中心的反馈信息不断地指导设计,保证产品寻优开发过程顺利进行[1]。而虚拟样机是在整机几何模型的基础上发展出来的仿真模型,可模拟产品实际运行时的运动和动力特性。基于虚拟样机技术的产品设计是一种全新的研发模式,与传统的基于物理样机的设计方式相比,具有以下明显的优势[2, 3]:

　　(1)成本低,速度快。在实际制造前,设计工程师可以通过虚拟样机方便地更改设计,进而减少物理样机数量,节约成本;并且在计算机上建立虚拟样机的时间远远慢于物理样机的制作时间,有助于加快产品的上市时间。

　　(2)有利于提高产品设计质量。产品造型设计师与结构设计师可以通过网络环境,对同一虚拟样机进行实时交流,这就避免了造型设计与结构设计严重脱节的弊端,从而将许多潜在的设计隐患消灭在设计初期,有利于提高设计质量。

　　(3)易于实现原型的多样化,柔性好。利用虚拟样机技术和反求技术,可以方便、快捷而经济地实现已有产品的改型设计,如产品外观设计中的色彩、材质、装饰贴花和局部造型设计的系列变化等,这对于快速适应市场变化十分有利。

　　(4)可有效支持协同设计,缩短产品开发周期。利用虚拟样机技术可以方便地实现上下游并行设计和多专家协同设计,协同设计能使身处不同地点的设计同时对同一个问题进行讨论,从而节省差旅费,也缩短了设计周期。

　　(5)易于实现产品开发过程中企业与用户的交流。虚拟样机技术以虚拟样机为媒介,实现在产品开发的全过程与用户的紧密结合,产生比传统CAD技术更深层、更实质性的交流。虚拟样机技术直接将人类的创造能力、设计师丰富的设计经验与计算机强大的数据运算和数据存储功能结合起来,把计算机辅助设计活动提升为积极参与的主动活动,形成优势互补、人机融合的产品设计开发环境。

　　(6)容易实现多方案比较选择。由于虚拟样机便于复制和修改的特性,可以在几乎不增加成本的基础上完成多个相近的方案,以便进行比较选择,评价方案的可行性,降低不合理方案盲目上马的风险。

　　由于虚拟样机技术有以上优点,使得这项技术在一些发达国家,如美国、德国、日本等已得到广泛的应用,应用领域从汽车制造、工程机械、航空航天、造船、机械电子工业、国防工业、通用机械,到人机工程学、生物力学、医学以及工程咨询等很多方面。