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1、河南科技学院2009届本科毕业设计设计题目：机械设计虚拟实验室建设学生姓名： 晁 伟所在院系： 机 电 学 院所学专业： 机电技术教育导师姓名： 丛 晓 霞 完成时间：2009年5 月23日摘 要本文阐述了以UG 和Authorware 作为主要开发工具，进行机械设计虚拟实验室建设的思想方法。利用UG软件对实验设备进行建模、装配、爆炸、运动仿真、动画和图片导出，制作所需素材。然后利用多媒体制作软件Authorware将各种素材连接为一体，构建出虚拟实验室。文中提到的齿轮参数化建模方法可以加快UG软件的建模速度，提高虚拟实验室的开发效率。关键词：机械设计；虚拟实验室；Authorware；多媒体
2、；动画；UG 全套图纸，加153893706 The Development of Mechaniacal Design Virtual Library Abstract This paper elaborats the methods of building virtual laboratory with UG and Authorware as the main tools to do mechanical design. Using UG software modeling ,assembling, explosing, motion simulating, animating, and
3、 picturing experimental equipments to make necessary materials, and then using multimedia Authorware software connecting various materials to design virtual laboratory. The gear parametrization modelling method mentioned in the article can accelerate the modeling speed of UG software and improve the
4、 efficiency of virtual laboratoryKey words: Machine design , Virtual laboratory, Multimedia, Authorware, UG22目 录1 绪论12 机械设计虚拟实验室开发工具22.1 UG软件22.2 Authoware软件33 总程序框架图34 片头程序编写45 实验室主界面编程66 常用机械77 齿轮摇杆机构动画制作107.1 机架建模107.2 摇杆建模117.3 直齿圆柱齿轮参数化建模117.4 部件装配127.5 运动仿真137.6 动画导出148 图片素材的制作方法149 机械运动系统程序编写
5、159.1 平面连杆机构程序编写1510 程序整合调试1611 结论17谢辞18参考文献1921 绪论随着经济全球化和Internet 技术的发展以及先进制造技术的不断完善,机电类产品的更新换代越来越快,生产周期越来越短。鉴于仪器设备、配套设施、场地、资金等方面条件的限制,我院机械教研室希望借助于现代化的通信和信息处理技术, 克服由于硬件设施限制所带来的问题，建立一套拥有自主产权的机械设计虚拟实验室系统，以便学生可以通过计算机仿真交互地进行实验,同时保证教学的质量。所谓的虚拟实验室就是以计算机网络为核心, 将虚拟仪器通过网络连接起来, 以实现数据采集、分析，远程操作的一个系统。而虚拟实验,就是
6、按照实验教学的基本要求, 建立虚拟的工程实验环境，运用各种虚拟实验仪器仪表和设备,对建立起来的实验模型进行实时仿真, 构成新型的教学实验。一些基础性实验, 如物理实验、机械基础实验、电子技术实验、自动控制原理与系统实验等, 都可以采用虚拟的方法进行实验. 虚拟实验的应用和发展, 是对传统实验教学模式的补充和完善。据资料显示国外的一些大学已组建了远程虚拟实验室,如美国Michigan 大学化学工程系建立了VRiC2 HEL (VirtualReality in Chemical Engineering Laboratory) 实验室; 新加坡国立大学开发了远程示波器实验和压力容器实验等。虚拟实验
7、室一般具有透明性、资源共享性、互动操作性、用户自主性、扩展性以及安全性等特点,是传统实验室无法比拟的,决定了它在科研、教育(特别是远程教育) 中良好应用前景。目前,国内也已有部分高校初步建立了虚拟实验室。例如:清华大学利用虚拟仪器构建了汽车发动机检测系统;华中科技大学机械学院工程测试实验室将虚拟实验室成果在网上公开展示,供远程教育使用;中国科学技术大学人工智能与计算机应用研究室最新研制出我国第1套虚拟显示教学软件“几何光学实验设计平台”。但是,涉及到机械虚拟实验室并不是很多。鉴于以上情况，本文提出了一种以学生为主体的构建机械设计虚拟实验室的方法。即采用采用当今世界上最先进和紧密集成的、面向制造
8、业的Unigraphics（简称UG）来制作各种机械零部件二维三维实体、装配、爆炸、运动仿真和动画图片等多媒体素材，交互性强大的多媒体制作软件Authoreware作为机械设计虚拟实验室的最终建设平台。 2 机械设计虚拟实验室开发工具2.1 UG软件UGS（Unigraphics Solutions）是全球发展最快的机械CAX (即CAD 、CAM、CAE等的总称)公司之一。它的产品Unigraphics(简称UG)软件是当前世界上最先进和紧密集成的、面向制造业的CAX高端软件，是知识驱动自动化技术领域的领先者。UG的功能非常强大，已经覆盖了整个产品开发的全过程，即从概念设计、功能工程、工程分
9、析、加工制造到产品发布，无一不包括。其主要功能如下：（1）产品设计。利用建模模块、装配模块和制图模块，可建立各种复杂机构三维参数化实体装配模型和部件详细模型，半自动化生成平面工程图纸；可应用于个行业和各种类型产品设计，支持产品外观造型设计。所设计的产品模块可以进行虚拟装配与各种分析，省去高价购买各种实验机构的过程，大大提高了构建机械设计虚拟实验室的可行性。（2）性能分析。利用有限元分析模块，可以对产品模型进行受力分析、受热分析和模态分析。它可以和机械设计虚拟实验室中减速器的课程设计模块完美结合起来。（3）零件加工。利用加工模块，可以自动产生数控机床能接受的数控加工指令。 （4）运动分析。利用运
10、动模块，可分析产品的实际运动情况和干涉情况，并对运行速度进行分析。更为重要的是，UG的运动分析模块可以直接到导出制作机械设计虚拟实验室所需要的各种三维二维动画，其逼真的机械运动效果是其它软件无可比拟的，这正是选择UG软件来构建虚拟实验室的重要原因之一。（5）走线。利用走线模块，可根据产品的装配模型，布置各种管路和线路的标准件接头，自动走线并计算出所使用的材料，可以列出材料单。 图1 应用模块（6）产品宣传。利用造型模块，可以产生真实感和艺术照片，可以制作画等。加上材料库后的机械零部件更加具有真实感，比用图片处理软件如Photoshop软件制作的图片更加方便快捷逼真。这是选择UG软件的又一原因。
11、 2.2 Authoware软件在各种多媒体应用软件的开发工具中,Macromedia公司推出的多媒体制作软件Authorware是不可多得的开发工具之一。自1987年问世以来，获得的奖项不计其数，其面向对象、基于图标的设计方式，使多媒体开发不再困难。Authorware成为世界公认领先的开发因特网和教学应用的多媒体创作工具，被誉“多媒体大师”，Authorware的版本不断更新，功能不断增强，当前的最新使用版本为Authorware7.0。Authorware能成为多媒体编制的龙头老大，除了其强大的功能外，容易使用是其重要优点。Authorware是一套多媒体制作软件，与一般的多媒体制作软件
12、不一样的地方在与：它具有不用写程序的特色，使用流程线以及一些工具图标，可制作一些程序软件才能达到的功能。如分支流程、判断流程等；此外，它超强的编辑环境所做的特殊效果，令人叹为观止。如果再搭配Photoshop等制作动画、影像的软件，来制作多媒体产品，将会使制作出来的作品达到非常好的效果。所以Macromedia Authorware 采用面向对象的设计思想,是一种基于图标( Icon) 和流线(Line) 的多媒体开发工具。它把众多的多媒体素材交给其他软件处理（本实验室构建主要使用UG软件）,本身则主要承担多媒体素材的集成和组织工作。本人提出使用Authorware软件来制作机械设计虚拟实验室
13、系统，就是因为它可以利用各种图标将文字、声音、动画等媒体素材按照一定的实验思路组合起来,然后设置其控制和交互方式,最后可以构建出一个理想的虚拟实验室系统，并可以将其打包发行。3 总程序框架图使用Authorware软件编写机械设计总流程图如图2所示。具体编写过程如下：（1）打开Authorware 7.0软件，新建一个文件命名为“机械设计虚拟实验室”，修改文件属性，大小选择使用全屏，选项勾选显示标题栏、覆盖菜单、屏幕局中三项，如图3所 图2 机械设计虚拟实验室总程序框架示。运行程序，发现播放窗口已经变成全屏显示。完成以上操作后保存文件。 图3 文件属性（2）拖两个群组图标放到流程线上，分别命名
14、为“片头”、“主界面”。“片头”用来制作机械设计虚拟实验室进入界面的密码控制程序。“主界面”用于放置机械设计虚拟实验室主控程序的背景文字设置。（3）然后拖放十个群组图标放于交互图标“主控制”右侧，依次命名为“标注件库”、“常用机械”、“机械运动系统”、“拆装演示”、“课程设计”、“实验大纲”、“实验指导书”、“实验项目”、“实验报告”，并且交互方式选择为按钮交互。然后在拖放三个群主图标放在“主控制”最右边，交互方式均为热区域相应， 分别命名为“创新基地”、“Authorware安装”、“点击帮助”。（4）将文件保存，然后关闭文件。到此已经完成机械设计虚拟室主体程序的编写，在下文将依次介绍各个模
15、块的程序编写和调试。 4 片头程序编写片头总程序框架图见图4。具体编程过程：（1）新建一个Authorware文件，命名为“片头”， 修改文件属性，大小选择使用全屏，选项勾选显示标题栏、覆盖菜单、屏幕局中三项。运行程序，发现播放窗口已经变成全屏显示。完成以上操作后保存文件。 图4 片头程序 （2）拖放一个显示图标放在流程线上，命名为“背景”。打开“背景”图标，导入事先已经用Photoshop cs2.0制作好的入口界面背景图片。按下“Ctrl+I”键，打开属性面板，特效选择左右两端向中间展示特效，同时勾选禁止文本查找和图5 “背景”属性防止自动查找两个选项。如图5所示。 （3）拖放一个显示图标，命名为“文字”，设置其属性同上。双击打开显示图标，用文字输入工具分别输入“河南科技学院机电学院机械教研室”、“虚拟实验室”“指导：丛晓霞 逄明华 制作：
