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1、上海交通大学 硕士学位论文 虚拟样机技术在高速插针机开发中的应用研究 姓名：刘金贞 申请学位级别：硕士 专业：机械工程 指导教师：许黎明;李旭东 20090401 I 摘 要 随着全球化进程的加剧，企业之间的竞争已成为质量与成本的全面竞争。设备 质量的好坏，与产品生产的效率和质量密切相关，决定企业的科技水平。随着电子 连接器生命周期的日益缩短，对应用于电子连接器组装的专用设备开发与管理提出 了新的要求。研究和运用新的设备开发方法，对降低开发与维护成本、提高设备生 产效益、促进企业的发展和提高企业的适应能力及竞争能力，有着重要的作用。 基于虚拟样机技术，本文对 HD Jack 高速插针机的整机三
2、维数字化虚拟样机设 计技术进行了研究，主要研究内容包括： 阐述了多刚体动力学基本理论；利用 Pro/Engineer 软件平台,建立了 HD Jack 高速插针机的三维实体模型；对插针机上各个相对独立的部件施加相应的约束和载 荷；对设备的三维模型进行了多刚体动力学三维可视化仿真，研究了设备在各种运 行速度下主要零部件的受力状况，仿真结果为 HD 高速插针 机的动态分析设计提供 了有效手段；对设备的关键零部件进行有限元分析，指出薄弱环节并提出改进措施， 实现了设备的优化设计。 HD Jack 高速插针机虚拟样机技术研究，是先进的设计分析仿真技术应用于 高速 Connector 组装机械设计中的初
3、步尝试，为设计低成本高可靠性高稳定性 的类似机械提供了有力的工具和实现方法。 关键词： 虚拟样机技术，实体建模，有限元分析，动力学仿真 II ABSTRACT With the development of globalization, competition among companies has become all-respect competition between quality and cost. Whether the quality of equipment is good or not is closely related to efficiency and quality
4、 of product manufacture and determines the technology level of a company. With the life term of electrical connectors becoming shorter and shorter, new requirements to developing and managing special equipments applied to assembly of electrical connectors are raised. Researching and adopting new equ
5、ipment developing methods plays an important role in decreasing cost of development and maintenance, improving production benefit of equipments, accelerating development of companies and improving adaptability and competitiveness of companies. Based on Virtual Prototyping technology, the article has
6、 done research to 3D digital Virtual Prototyping technology for HD Jack high-speed Loading machine. The main research contents include: Illustrating basic theory of multi-rigid-body dynamics; Building up 3D solid models for HD Jack high-speed loading machine based on Pro/Engineer software platform;
7、Exerting corresponding restrain and load to components of the Loading machine which are relatively independent from one another; Doing multi-rigid-body dynamics 3D Visual Simulation to 3D model of the equipment, researching situation when forces exerted to chief components under conditions that the
8、equipment operating in different kinds of operating speeds, the simulation result providing effective means for Dynamic Analysis and Design of HD high-speed Loading machine; Making Finite Element Analysis to key components of the equipment, pointing out weak points and providing improving methods fo
9、r realizing optimal design to the equipment. Virtual prototyping technology research to HD Jack high-speed Loading machine is the preliminary attempts of applying modern design, analysis, and simulation technology to mechanical design of connector assembly, which provides powerful tool and realizing
10、 method for designing similar mechanism with low cost, high reliability, and high stability. Keywords: Virtual Prototyping Technology，Modeling，FEA，Dynamics Simulation III 符号说明 Da 齿轮齿顶圆直径 Db 齿轮齿基圆直径 Df 齿轮齿根圆直径 Za 齿轮齿数 123 ( ,)G e e e 整体坐标系 123 (,)B eee 局部坐标系 123 ( “,“,“) i C eee 标记系统 B X v 坐标系 G 原点到坐
11、标系 B 的原点的位置矢量 i c v 节点 i c在柔性体上中的未变形位置矢量 i q v 节点 i c从未变形到变形后线性变形位置矢量 HD Jack CONNECTOR 音频标准接口缩写 上海交通大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下， 独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外， 本论文不包含任何其它个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。 对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式 标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：刘金贞 日期： 2009 年 06 月 04 日 上海交通大学 学位
12、论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、 使用学位论文的规定， 同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子 版，允许论文被查阅和借阅。本人授权上海交通大学可以将本学位 论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、 缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密在 年解密后适用本授权书。 本学位论文属于 不保密。 （请在以上方框内打“” ） 学位论文作者签名：刘金贞 指导教师签名：许黎明 日期： 2009 年 06 月 04 日 日期：2009 年 06 月 04 日 上海交通大学工程硕士学位论文 第一章 绪论 1 第一章 绪论 1.1 研究背景 1
13、.1 研究背景 随着全球化的进程，竞争的规模越来越大，越来越复杂，企业之间的竞争也变成了 “全球 化的质量与成本的综合竞争”。 企业家们都努力争取让自己产品具备价格竞争力的同时又能追求 最大利润，把成本控制转变为竞争优势。但怎样打造最具竞争力的价格，这对每一个企业来说都 是一个挑战。除了进行产品创新之外，成本革命和成本战略管理将成为 21 世纪企业安身立命的 重要法宝。随着企业技术进步，产品质量、成本和产品柔性更依赖于高技术含量、高度自动化的 设备， 专用设备的开发管理也将成为整个企业成本战略管理的一条主线， 成为企业设备管理的战 略重点。 全球 1/4 以上产量的连接器是近千家连接器制造商生
14、产制造的。 由于连接器制造业相对属于 低附加值、能耗高、劳动密集型的产业，工业发达国家和地区的连接器制造商正纷纷将连接器的 制造移向中国。 据信息产业部统计数据，目前中国大陆的连接器及电缆组件的正规制造商超过 600 家，其中台资公司占据了 37.5%，欧美公司占 14.1%，境外品牌的连接器厂商数量超过 50%。 这就使得连接器制造之间的竞争异常地激烈。 在“世界加工中心”与“世界制造中心”的争论中专家一再指出，中国目前充其量也就是世 界加工中心， 距离世界制造中心还有不少距离。 现在参与国际分工和竞争的基础是低廉的劳动力 价格， 但这是一个不能维持长久的核心竞争力。 外资企业常常在自身闯进
15、中国的同时将原来的合 作伙伴引进到中国， 他们没有义务培养中国企业， 这剥夺了国内企业配套学习的机会和成长的机 会。世界车间从美国转到日本，从日本转到韩国，台湾地区，这一波再向中国大陆转来，就是遵 循着这样一条规律：资本的力量追随着嗅觉推动它转移，如果有一天劳动力价格不再便宜，那么 它就会离去。 掌握着技术核心的资本会带走所有的希望。 在中国设厂的制造企业近年来有不少将 工厂搬往泰国、越南等劳动力价格低的国家即是明证。 1.2 设备在制造业中的作用及面临的挑战 1.2.1 设备在制造业中的核心作用 1.2 设备在制造业中的作用及面临的挑战 1.2.1 设备在制造业中的核心作用 设备是为了组织生
16、产， 对投入的劳动力和原材料所提供的各种相关劳动手段的总称。 它是人 们在生产上所必需的机械、 装置和设施等可供长期使用， 并且使用中基本保持原有实物形态的物 质资料，是固有资产的重要组成部分。它反映了两个方面的涵义： （1）设备是企业生产的物质技 术基础的必要条件。 在现代企业的生产中主要的生产活动是有人操作设备， 有设备直接把原材料 上海交通大学工程硕士学位论文 第一章 绪论 2 变成人们所需的产品，为社会创造财富。只有设备经常处于良好的技术状态，才能保证生产的正 常运行，它有利于企业取得最佳的经济效益。 （2）设备反映了企业现代化程度和科学水平。设备 的技术性能决定了企业的生产效率和产品质量， 企业只有不断采用先进的设备， 才能提高生产技 术水平。 设备是企业和社会生产力的构成要素， 也是进行生产活动的物质基础， 它对企业
