機(jī)械設(shè)計(jì)仿真實(shí)訓(xùn)軟件在機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)與強(qiáng)度校核教學(xué)中的用法
機(jī)械設(shè)計(jì)課程里，圖紙畫得規(guī)矩不等于機(jī)構(gòu)能按預(yù)期運(yùn)動(dòng)，強(qiáng)度算得出來(lái)也不等于結(jié)構(gòu)在真實(shí)受力下安全。機(jī)械設(shè)計(jì)仿真實(shí)訓(xùn)軟件把三維建模、運(yùn)動(dòng)仿真與有限元校核連成一條線，讓學(xué)生在設(shè)計(jì)階段就看到干涉、死點(diǎn)與應(yīng)力集中，把返工留在電腦屏幕里而不是車間里。
三維建模與裝配約束
建模從零件特征入手，拉伸、旋轉(zhuǎn)、抽殼與陣列是常用工具，草圖層級(jí)與尺寸標(biāo)注方式會(huì)影響后續(xù)改型的效率。實(shí)訓(xùn)要求同一零件用不同建模順序各做一遍，比較修改總長(zhǎng)或孔徑時(shí)哪種順序改動(dòng)更少，讓學(xué)生自己體會(huì)到建模策略這件事確實(shí)存在，也不是隨手畫畫就好。
裝配約束決定了機(jī)構(gòu)能否運(yùn)動(dòng)。同軸、重合、垂直與距離約束的選用要服務(wù)于運(yùn)動(dòng)關(guān)系，約束過(guò)多會(huì)導(dǎo)致過(guò)定位而無(wú)法驅(qū)動(dòng)。安裝時(shí)按先定位基準(zhǔn)件、后依次裝配的順序推進(jìn)，并利用干涉檢查工具逐個(gè)確認(rèn)零件之間是否存在體積重疊，把問(wèn)題擋在出圖之前。對(duì)于常見(jiàn)的法蘭、支架與軸類零件，可以把標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)提前整理好，學(xué)生把時(shí)間花在結(jié)構(gòu)方案上，而不是反復(fù)畫同一顆螺栓。
運(yùn)動(dòng)仿真與干涉檢查
運(yùn)動(dòng)仿真按機(jī)構(gòu)的實(shí)際驅(qū)動(dòng)方式設(shè)置。四桿機(jī)構(gòu)給定曲柄轉(zhuǎn)速，凸輪機(jī)構(gòu)給定升程曲線與角速度，齒輪傳動(dòng)關(guān)注傳動(dòng)比與中心距。仿真輸出位移、速度與加速度曲線，學(xué)生需要從曲線的突變點(diǎn)判斷是否存在沖擊，并回到模型中查找突變來(lái)源，而不是把曲線打印出來(lái)交差了事。
干涉與死點(diǎn)分析是訓(xùn)練重點(diǎn)。讓機(jī)構(gòu)連續(xù)運(yùn)行多個(gè)周期，觀察極限位置時(shí)連桿與機(jī)架之間的最小間隙；把間隙值與加工公差、熱變形余量一起考慮，才能確定合理的結(jié)構(gòu)尺寸。實(shí)訓(xùn)要求學(xué)生給出改進(jìn)前后的對(duì)比數(shù)據(jù)，說(shuō)明調(diào)整了哪個(gè)尺寸、間隙變化了多少。
強(qiáng)度校核與安全系數(shù)
有限元校核先做簡(jiǎn)化。倒角、螺紋與小的工藝孔可以先去掉，網(wǎng)格在應(yīng)力集中區(qū)域加密，其余區(qū)域適當(dāng)放粗；材料屬性按實(shí)測(cè)或手冊(cè)數(shù)據(jù)填寫，彈性模量與泊松比不能隨手填。載荷與約束的施加方式要和實(shí)際受力接近，否則算出來(lái)的結(jié)果沒(méi)有參考價(jià)值。
結(jié)果判讀要結(jié)合安全系數(shù)。一般機(jī)械零件在靜載條件下安全系數(shù)取一點(diǎn)五至二，交變載荷下取值更高并需考慮應(yīng)力集中系數(shù)。學(xué)生需要比較不同網(wǎng)格密度下的應(yīng)力峰值變化，判斷結(jié)果是否收斂，并把應(yīng)力、變形與許用值列表對(duì)照，寫明結(jié)論是否可以接受。
工程圖輸出與標(biāo)注規(guī)范
仿真通過(guò)之后回到圖紙。尺寸公差按 GB/T 1800 系列選擇配合，形位公差按 GB/T 1184 標(biāo)注，基準(zhǔn)選擇要與加工與檢測(cè)方式一致；表面粗糙度標(biāo)注在輪廓線或引出線上，不能隨意放置。實(shí)訓(xùn)要求學(xué)生互相審圖，找出漏標(biāo)與錯(cuò)標(biāo)之處并寫進(jìn)審圖記錄。
圖紙之外還要輸出物料明細(xì)與技術(shù)要求。明細(xì)表包含件號(hào)、名稱、材料、數(shù)量與備注，技術(shù)要求寫明熱處理、去毛刺、裝配間隙等內(nèi)容。學(xué)生完成整套圖紙后要做一次自檢，用清單核對(duì)應(yīng)有的視圖、剖視與標(biāo)注是否齊全，這套清單同樣適用于畢業(yè)設(shè)計(jì)階段。匯報(bào)時(shí)若能量化說(shuō)明改進(jìn)帶來(lái)的重量變化與加工成本變化，討論就會(huì)從外觀好不好看轉(zhuǎn)向方案是否合理。
仿真工具會(huì)給出彩色的應(yīng)力云圖，但那只是計(jì)算的起點(diǎn)。實(shí)訓(xùn)室不妨要求每份報(bào)告寫一句我不確定的地方是哪里，把邊界條件簡(jiǎn)化、載荷估算一類問(wèn)題如實(shí)寫出來(lái)，能夠說(shuō)明不確定性的設(shè)計(jì)者，通常比聲稱結(jié)果毫無(wú)問(wèn)題的人更值得信任。