基于集成机构的三维虚拟空间的机械设计方法

专利名称：基于集成机构的三维虚拟空间的机械设计方法
技术领域：
本发明属于机械设计技术领域，具体涉及一种基于集成机构的三维虚 拟空间的机械设计方法，这种方法通过安装在计算机中的三维虚拟机械设计系统来实现。
背景技术：
任何一种机械设计技术都是对设计者构思形象的捕捉、显示和表达。 设计者必须遵照机械设计原理，首先在大脑中构思出若干基本机械机构组成的、有相对确 定运动的三维机械形象；其次要将其中若干固定构件、主动构件与从动构件以及连接它们 的若干运动副，在纸面上绘制成机械运动二维简图并且校核其自由度；第三要按国家标准 在图纸上绘制该机械二维的零件图；第四要绘制该机械二维的装配图；第五要按零件图加 工出零构件；第六要按装配图将零构件组装成机械；第七要对机械实施运行调试；最后要 返回平面图纸进行修改，——直至定型。在这个设计过程中，机械构思与机械实现是三维 的，而设计图样要在平面图纸上绘制成二维的。因为支撑视图设计的西传画法几何本身就 是研究投影几何的规律教人们如何将空间形体以视图形式科学而准确地画在纸面所在的 二维投影面上，同时又教人们如何从纸面若干二维的投影视图想像成三维空间的形体。这 种制图技术、特别是识图技术，即按投影规律从三维到二维，又从二维返三维的形象思维， 困扰着不少的机械工人甚至机械设计人员，阻碍和制约着机械设计及其加工行业的快速发 展。实际上中国古代工匠并没有像上述设计过程那样绕圈，就是在纸上直接画立体图，但所 画立体图不符合现代投影几何规则，有点像国画白描技法，其勾勒线条对空间立体的描绘 既不准确，也不清晰。工程制图也可以按投影几何方法画三维坐标轴测图，由于画起来比较 麻烦，而且在立体图上标注尺寸又不够清晰，因此在机械设计图纸上很少采用。当代计算机技术的飞速发展，特别是高效率、高精度的数字编码以及缩解算法，支 持着数字图像技术水平不断提高，为高分辨率数字图像在计算机上实时显示、转换、存储等 功能，提供了可持续发展的先决条件。各种各样的工具软件，例如AutoCAD，CAXA，3DMAX、 MAYA等等，都是基于数字图像技术所进行的数字图像的绘制、处理、分析、识别、构建等过 程，其实质是对二、三维数字图像信号的各种运算。这些算法语言的程序，支持各样线型在 计算机视频勾画零件轮廓，支持各级色调填充零件封闭轮廓的区域，或在二维坐标平面勾 绘零件的视图，或在三维坐标空间勾绘零件的轴测图，并加以消隐和渲染；有的可以将零件 的视图、轴测图连同坐标一起移动、旋转或尺度伸缩；如果将时间也作为图像空间信号的另 一个变元，则零构件及其整体机械的静像可以变成移动或旋转的动画，以上这些数字图像 绘制、处理、分析、识别、构建等技术，为本发明——基于集成机构的三维虚拟空间的机械设 计方法奠定了基础。本发明提供的机械设计方法，通过安装在计算机中的三维虚拟机械设计系统来实 现，能够选择原库存的或用户新设计的集成机构单元，即三维基本机械机构以及标准件、常 用件，在计算机视频的三维坐标体系中显示，移动鼠标则可搭建和组装设计者脑中构思的 三维整体机械，经过机械自由度校核，按机械运行参数设计成三维动画，达到虚拟仿真运行 的演示效果。本机械设计方法按人脑构思的三维机械形象，直接在计算机三维虚拟空间中 立体显现、集成捕捉、整体搭建、动态表达、动画演示、逼真运行，对设计者来说是一种得心 应手、方便快捷之法。经检索国内有相似发明专利“一种数字化机械设计方法”(申请号200610083816. 0)公开，该专利方法“基于先进的CAD软件平台完成零部件三维建模；通过 虚拟装配；形成数字样机；通过对数字样机的性能分析与优化；实现纵向轴流联合收割机 的机构优化设计，按照优化后的数字样机的三维建模进行零件加工生产。”该专利首先要利 用计算机“把组成机械产品的各个零件分别进行三维建模”，例如“所述机械产品为联合收 割机”，由“拨禾轮、……尾筛”等21个零部件组成。表明该专利首要步骤是将这些有确定 设计的所有零部件“分别进行三维建模”，进而“虚拟装配”，经过对装配关系“不完全符合要 求的三维模型进行修改”，“直至符合要求、形成数字样机为止”。应该指出，该专利基于确定 产品的所有零部件二维机械设计图纸，进行三维仿真的虚拟加工、装配，或者说在计算机视 频上绘制产品三维的零件图、装配图，比起二维绘图多了一维，实属机械制图方法而不是机 械设计方法。而本发明提供的基于集成机构的三维虚拟空间的机械设计方法，没有现成机 械产品及其零部件的设计图纸可依，它应用机械设计原理，依据设计者脑中构思的三维机 械形象绘制三维虚拟图像，直接进行预想机械的造型组装与运行仿真设计，并赋予真彩的 效果图和动画，不再经过传统平面图纸上二维的运动简图设计和零件图、装配视图绘制。特 别是把各类通用基本机械机构视为集成机构单元，由一个或多个三维基本机械机构以及标 准件、常用件这样的单元，整体搭建预期的三维机械，与很多CAD软件绘制分立的三维零部 件之法有所不同。发明内容本发明针对与时落后的传统机械设计方法制约机械行业快速发展的 现状，为解决传统机械设计过程烦琐、二维运动简图和视图表达片面、机械绘图和识图思维 抽象，以及机械设计局限于纸上谈兵等问题，提供一种基于集成机构的三维虚拟空间的机 械设计方法。为实现上述目的，本发明采取的技术方案是—种基于集成机构的三维虚拟空间的机械设计方法，通过安装在计算机中的三维 集成机械设计系统来实现，该系统基于计算机视频的三维坐标体系，设置有虚拟集成单元 空间、虚拟机械组装空间和虚拟机械运行空间，该机械设计方法包括以下步骤①根据大脑构思的三维整体机械形象，设计者在所述虚拟集成单元空间中，选择 或创建组成三维整体机械的一个或多个称之为集成机构单元的三维基本机械机构以及标 准件、常用件，并在此空间三维坐标体系中多视角显示和观察其三维虚拟图像；②在所述虚拟集成单元空间的三维坐标体系中，对步骤①选择或创建好的一个或 多个集成机构单元的形状、尺寸进一步确认或改造，对其中三维基本机械机构的自由度加 以校核，或以动画形式演示其运动状态，直至符合三维基本机械机构的设计要求为止，并予 以确认和保存；③将步骤②中已确认符合设计要求的一个或多个集成机构单元的虚拟图像调入 虚拟机械组装空间，在三维坐标体系中调节其比例一致，彼此连接件之间的三维方位及相 对尺寸吻合，进而搭建和组装人脑构思的三维整体机械，并多视角显示和观察其三维虚拟 图像，对于不能满足装配要求的集成机构单元三维虚拟图像返回虚拟集成单元空间进行其 相对尺寸改造，直至满足三维整体机械的组装要求为止，并予以确认和保存；④将步骤③中组装好的三维整体机械的三维虚拟图像调入虚拟机械运行空间，校 核其机械自由度必须等于1，校核机械自由度等于0或大于1的三维整体机械的运动副构件 须要返回该系统主界面，重新进入虚拟集成单元空间再改造，机械自由度合格者按机械的运动副和自由度来设计三维动画，达到虚拟仿真运行的演示效果，并观察三维动画是否符 合机械设计要求的运行参数，不合格者须调节三维动画参数，直至满足机械运行的设计要 求为止，并予以确认和保存，最终得到所需三维整体机械的虚拟图像。在所述虚拟机械运行空间、虚拟机械组装空间和虚拟集成单元空间的三维坐标体 系中，分别保存有用户设计与确认的三维整体机械和三维基本机械机构以及标准件、常用 件的虚拟图像，将所有这些三维虚拟图像旋转其三维坐标体系聚缩某一维坐标而得到其他 二维的基本视图，或将所有这些三维虚拟图像用平面切割而得到其三维或二维的剖切图。本发明提供的上述基于集成机构的三维虚拟空间的机械设计方法，与时俱进，基 于当代虚拟与现实的数字图像技术和计算机绘图工具快速运算和运行的特点，吸取多种三 维绘图软件开发的普通功能，形成了本发明方法的特色一是设计方法的整体性，二是是设 计方法的直观性，三是设计方法的速效性。恰似现代集成电路代替传统分立元件电路、图像 区域操作代替点操作的技术革命，因此快捷；就像儿童搭积木，边想边搭，边搭边想，因此直 观；如同虚拟环境实现影视效果，其效果图、仿真动画使人在机械制造之前就预先看到逼真 的设计效果，因此速效。这些优点决定了本发明的实用价值和推广前景。缺点是用本发明 方法得到的三维设计构图，表达机械尺寸很难清晰，为适应机械加工平面图纸标注尺寸的 老方法，本发明追加了由三维虚拟图像(整体机械、基本机械机构以及标准件、常用件图像 等)聚缩一维转变成其他二维的基本视图，用平面切割得到其三维或二维的剖切图，利用 本发明方法及其系统实现这种由三维到二维的逆向设计绘图是十分便捷的。


图1三维集成机械设计系统流程2平面四杆机构的三维虚拟图像图3曲柄滑块机构的三维虚拟图像图4凸轮机构的三维虚拟图像图5双曲柄机构的三维虚拟图像图6齿轮传动机构的三维虚拟图像图7齿轮(换向)传动机构的三维虚拟图像图8齿轮系与减速器机构的三维虚拟图像图9螺纹(传动)机构的三维虚拟图像图10链传动机构的三维虚拟图像图11蜗杆传动机构的三维虚拟图像图12间歇运动(棘轮)机构的三维虚拟图像图13轴承机构的三维虚拟图像图14a装配尺寸不吻合的齿轮泵机械三维虚拟图像图14b对齿轮泵三维虚拟图像中一个齿轮三维尺寸的调整图14c经过调整后一对齿轮可以啮合图14d满足机械组装要求的齿轮泵机械三维虚拟图像图15a设计方案不合理的小型压力机三维虚拟图像图15b经过改进的小型压力机设计方案图16本发明方法设计的虎钳三维虚拟图像(四个视角方向)图17本发明方法设计的千斤顶三维虚拟图像(四个视角方向)
图18本发明方法设计的减速器三维虚拟图像(加剖切平面，四个视角方向)图19本发明方法设计的简易冲床三维虚拟图像(四个视角方向)图20a单杠内燃机的运动简20b本发明方法设计的单杠内燃机的三维虚拟图像(剖视)图20c不同视角方向的单杠内燃机三维动画截图(剖视)具体实施方式
本发明提供的机械设计方法及其三维集成机械设计系统，操作简 捷、便于普及，具体操作步骤如下(1)在 Microsoft Windows XP Professional 版本 2002 Service Pack 2 操作系 统和Visual Basic 6. 0标准版语言开发环境下，启动本发明提供的机械设计方法及其三维 集成机械设计系统的流程，按照图1所述步骤打开三维集成机械设计系统的主界面，进入 菜单栏目可以选择其中的虚拟集成单元空间、虚拟机械组装空间和虚拟机械运行空间。(2)根据设计人脑中构思的三维机械形象，从系统主界面进入虚拟集成单元机构 空间子菜单，在其中库存的十几类基本机械机构中选择一种或多种，或者调出用户设计保 存于此的集成机构单元，并在该空间三维坐标体系中多视角显示观察它的三维虚拟图像； 确认要组装机械吗？如是，则直接调用这些集成机构单元于虚拟机械组装空间进行装配； 否则，就要用户依次确定要改造集成机构单元吗？要校核机构自由度吗？要设计集成机 构动画吗？如要，就须依次三维改造集成机构单元的形状与尺寸，校核集成机构自由度并 多视角显示，设计集成机构动画并仿真演示；直至符合基本机械机构的设计要求为止，并予 以确认和保存。(3)将上述无须改造或必须改造的一种或多种集成机构单元的三维虚拟图像，从 虚拟集成单元机构空间或通过系统主界面调入虚拟机械组装空间的三维坐标体系，调节其 比例一致、彼此间连接件之间的三维方位一致，随后须用户依次确定用来组合的三维基本 机械机构及其连接构件之间相对尺寸合适吗？如合适就可以搭建组装人脑构思的三维整 体机械，并多视角显示和观察其三维虚拟图像；对相对尺寸不合适的三维基本机械机构及 其连接构件，须返回虚拟集成单元机构空间进行三维尺寸再改造；直至满足三维整体机械 的组装要求为止，并予以确认和保存。(4)将上述满足整体机械组装的三维虚拟图像通过主界面调入虚拟机械运行空 间，须用户确认机械自由度校核合适吗？机械自由度校核结果必须等于1，合格者才可以 按机械运动副与自由度来进一步设计并演示三维动画；否则，校核机械自由度等于0或大 于1时，须要改善机械运动副使机械自由度等于1，可以通过系统主界面将相关集成机构单 元重新调入虚拟集成单元机构空间进行再改造。接着须用户确认设计的三维动画符合机 械运行条件吗？如符合就可以进行虚拟机械仿真运行演示，如不符合须按照机械运行参数 调节三维动画参数，直至满足机械运行的设计要求为止，并予以确认和保存。(5)在上述虚拟集成单元空间、虚拟机械组装空间和虚拟机械运行空间分别保存 有用户选择或改造的三维基本机械机构以及标准件、常用件，有用户成功组装和正常运行 的三维整体机械的虚拟图像。为在计算机视频上进一步绘制成传统的工程图样如零件图、 装配图，还须用户依次确认需要转变成基本视图吗？需要剖切图吗？如需要，则须将所有 这些三维虚拟图像在其三维坐标体系中旋转聚缩某一维坐标而得到其他二维的基本视图， 须将所有这些三维虚拟图像用平面切割得到其三维或二维的剖切图，如不需要可选择退出ο—种基于集成机构的三维虚拟空间的机械设计方法，其特征是该方法通过安装 在计算机中的三维集成机械设计系统来实现，该系统基于计算机视频的三维坐标体系，设 置有虚拟集成单元空间、虚拟机械组装空间和虚拟机械运行空间。这三个空间三维坐标体 系中显示的所有虚拟图像，非传统机械设计的二维装配图、零件图或平面简图，是经过勾 画、消隐和渲染的仿真三维图像，是能够从不同视角方向(旋转空间三维坐标的方位)动态 显示的三维图像。所述虚拟集成单元空间预存有十几类通用(或用户新设计)的被本发明称作“集 成机构单元”的三维基本机械机构以及标准件、常用件的三维虚拟图像，其中所有三维虚拟 图像的形状、尺寸和位置非固定不变，是具有外形可以再造、尺寸可以伸缩、位置可以转移 的三维可变图像；所有三维虚拟图像非静止的三维效果图，是遵照机构运动副约束条件设 计的仿真运行的动画，并可以通过调节机构运动副约束参数改变其自由度；而且所有这些 可变、能动的三维基本机械机构以及标准件、常用件的三维虚拟图像，随时可以单独或者同 时被调用于虚拟机械组装空间。虚拟集成单元空间预存的三维基本机械机构主要包括平 面连杆机构、凸轮机构、齿轮传动机构，齿轮系与减速器、弹簧机构、链传动机构、螺纹传动 机构、轴承机构，间歇运动机构、蜗杆传动机构、带传动机构、轴榖联接结构、联轴器和离合 器等十几种通用三维基本机械机构，图2-图13列举了部分基本机械机构的三维虚拟图像。所述虚拟机械组装空间，可以从虚拟单元机构空间调用用户选择或设计的各类三 维基本机械机构以及标准件、常用件的三维虚拟图像，在其三维坐标体系中调节彼此比例、 三维方位一致，搭建组装设计者脑中构思的三维整体机械，并多视角显示和观察其三维虚 拟图像；如果用来组合的三维基本机械机构及其连接构件之间的相对尺寸不相吻合，可以 返回虚拟单元机构空间加以改造，直至满足三维整体机械的组装要求为止。如图14a所示 在虚拟机械组装空间进行装配的齿轮泵机械三维虚拟图像，其中一个齿轮尺寸显然不合 适；图14b所示该齿轮返回虚拟单元机构空间再造的几种三维虚拟图像；图14c所示该齿 轮经过相对尺寸调整在虚拟机械组装空间装配已经正常啮合；图14d与图14a相对照，所示 在虚拟机械组装空间组装最终满足要求的齿轮泵机械三维虚拟图像。所述虚拟机械运行空间，可以从虚拟机械组装空间调入满足组装要求的三维整体 机械的三维虚拟图像，校核其机械自由度必须等于1，校核机械自由度等于0或大于1的 三维整体机械的运动副构件须要通过该系统主界面，重新进入虚拟集成单元空间再改造， 机械自由度合格者按机械的运动副和自由度来设计三维动画，达到虚拟仿真运行的演示效 果，并观察三维动画是否符合机械设计要求的运行参数，不合者须调节三维动画参数，直至 满足机械运行的设计要求为止。如图15a所示进入虚拟机械运行空间小型压力机的三维虚 拟图像，其左边在缸体内来回移动的活塞是原动件，通过杠杆传力到右边缸体内欲作垂直 运动的活塞是从动件，通过动画制作演示因为右边的活塞根本就不可能运动，校核其自由 度F，可知该机械自由度F不合要求F = 3n-2PL-PH = 3X4-2X6-0 = 0式中η为可动件数目，Pl为低副(移动、转动副)数目，Ph为高副(齿轮、凸轮副) 数目，其中 n = 4，PL = 6，PH = 0;如图15b所示该机构返回虚拟单元机构空间，在右边杠杆上加装一个移动兼转动副，在虚拟机械运行空间通过动画制作演示结果可行，校核其自由度F，可知该机构右边的 活塞可以做唯一确定的垂直运动F = 3n-2PL-PH = 3X5-2X7 = 1式中η为可动件数目，Pl为低副(移动、转动副)数目，Ph为高副(齿轮、凸轮副) 数目，其中 n = 5，PL = 7，PH = 0。下面列举几个具体机械设计实施例，进一步说明本发明所述的机械设计方法及其 设计系统的应用。实施例1虎钳的机械设计虎钳的设计比较简单，其中螺杆(主动件)在钳身上螺孔的旋转，带动活动钳身 (从动件)沿螺纹的轴向作渐进，使活动钳身的钳口向固定在钳身(机架)的另一半钳口压 紧。因此首先从本发明的三维集成机械设计系统的虚拟集成单元空间中选择螺纹传动机构 的三维虚拟图像(图9)在螺孔的基础上扩展画出带有轴向滑轨的固定钳身，在螺杆的渐 进端扩展画出螺钉固定的带有滑槽的活动钳身；其次将以上改造过的螺纹传动机构统调入 到本发明三维集成机械设计系统的虚拟机械组装空间中进行螺纹机构的匹配，得到不同视 角方向的虎钳三维虚拟图像(图16)；最后将设计好的钳口调入虚拟机械运行空间中实施 螺纹旋转渐进的动画仿真设计，就再现了设计者的直观构思。实施例2千斤顶的机械设计与虎钳的设计过程类似，如图17所示千斤顶是基于螺纹机构扩展的另外一种利 用本发明的三维集成机械设计系统的机械设计，从虚拟集成单元空间调来螺纹机构的虚拟 构图(图9)在视频的虚拟机械组装空间中，当作旋转起重螺杆(主动件)，一头与底座(机 架)上的螺孔配合作轴向升降运动，另一头通过螺钉与载物的顶盖(从动件)固接；为了省 力，起重螺杆上开孔穿过旋转杆，加长了力臂。由实施例1、2可以看出，本发明着眼于块与块的搭建和改造，设计者不必费力于 各种各样的虚拟集成单元的设计，因为在虚拟单元机构空间中存储的各种各样的三维基本 机械机构的集成块，还有大量的通用零件和常用构件，已经为设计者的构思预先准备好了 “积木以及积木组成通用结构”的三维虚拟图像。实施例3齿轮减速器的机械设计从本发明的三维集成机械设计系统的虚拟集成单元空间可以直接调用齿轮传动 机构的三维虚拟图像(图8)，关键是要根据齿轮转速比确定啮合齿轮的直径，图18所示利 用本发明设计的齿轮减速器。实施例4简易冲床的机械设计设计者想利用勻速旋转的凸轮(原动件)，致使接触凸轮轮廓上的杠杆(从动件) 作垂直方向往复运动，向下产生冲压力。因此需要从虚拟集成单元空间选择凸轮机构(图 4)、杠杆机构及弹簧构件的三维虚拟图像调入虚拟机械组装空间；在虚拟机械组装空间，发 现还需要返回虚拟集成单元空间设计一个在杠杆施力端用铰链连接的垂直向下的冲压杆 (从动件)及其冲压座(机架)，设计固定杠杆的支点(机架)、固定凸轮的转轴(机架)， 这些固定件都可以设计在一个整体床身(机架)上，最后完成了三维虚拟机械的组装(图 19)。在虚拟机械运行空间设计动画，发现整个机械无法运动，在视频三维空间直观分析发 现杠杆施力端是圆弧轨迹的往复运动，而用铰链与之连接的冲压杆须要上下作垂直方向的运动(与床身圆柱孔配合)，路径不一必然卡死，校核自由度为零F = 3n-2PL-PH = 3X3-2X4-1=0式中η为可动件数目，Pl为低副(移动、转动副)数目，Ph为高副(齿轮、凸轮副) 数目，其中 n = 3，PL = 4，PH= 1 ；为解决这个问题，在杠杆施力端铰链处增加一个移动副，即使圆弧轨迹的往复运 动改变为垂直方向的运动，校核自由度为1，就满足了设计要求F = 3n-2PL-PH = 3X4-2X5-1 = 1式中η为可动件数目，Pl为低副(移动、转动副)数目，Ph为高副(齿轮、凸轮副) 数目，其中 n = 4，PL = 5，PH= 1。可以看出本发明有利于设计者在视频上直观分析满足“从动件须作唯一确定运 动”的要求，将抽象的自由度校核变得形象化。实施例5单杠内燃机的机械设计图20a所示单杠内燃机传统的设计运动简图，它主要是由三种基本机构组成的机 械，其中有机构曲柄滑块机构(活塞1为原动件，连杆2、曲柄3为从动件，汽缸8为机架)、 齿轮机构(与曲柄固连的齿轮4为输入构件，齿轮5为从动件、汽缸8为机架)、凸轮机构 (与齿轮5固连的凸轮6为输入件，汽阀顶杆7为从动件，汽缸8为机架)。图20a所示运动简图不能直观、形象和动态地体现设计者头脑中构思的单杠内燃 机的运动形态。在计算机视频上启动本发明三维集成机械设计系统，从虚拟集成单元空间 调出曲柄滑块机构、齿轮机构和凸轮机构(图3、图6和图4)，进入虚拟机械组装空间进行 组装，并注意在此空间设计制作一个统一的汽缸作为机架，最后进入虚拟机械运行空间考 核机械自由度、设计运行动画，就轻而易举完成了单杠内燃机的机械设计。图20b所示采用 本发明方法及其系统设计的单杠内燃机三维虚拟机械的三维动画截图(剖视图)，图20c所 示不同视角方向的单杠内燃机三维虚拟图像(剖视图)。其三维虚拟图像以动画形式进行 演示，生动而清晰地再现了设计者脑中模糊的构思。其自由度运算结果为F = 3n-2PL-PH = 3X5-2X6-2 = 1式中η为可动件(活塞、曲柄、连杆-齿轮、凸轮-齿轮、顶杆)数目，Pl为低副(转 动副4，移动副2)数目，Ph为高副(凸轮、齿轮副各1)数目，其中η = 5，& = 6，Ph = 2。
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权利要求
一种基于集成机构的三维虚拟空间的机械设计方法，其特征是该方法通过安装在计算机中的三维集成机械设计系统来实现，该系统基于计算机视频的三维坐标体系，设置有虚拟集成单元空间、虚拟机械组装空间和虚拟机械运行空间，该机械设计方法包括以下步骤①根据大脑构思的三维整体机械形象，设计者在所述虚拟集成单元空间中，选择或创建组成三维整体机械的一个或多个称之为集成机构单元的三维基本机械机构以及标准件、常用件，并在此空间三维坐标体系中多视角显示和观察其三维虚拟图像；②在所述虚拟集成单元空间的三维坐标体系中，对步骤①选择或创建好的一个或多个集成机构单元的形状、尺寸进一步确认或改造，对其中三维基本机械机构的自由度加以校核，或以动画形式演示其运动状态，直至符合三维基本机械机构的设计要求为止，并予以确认和保存；③将步骤②中已确认符合设计要求的一个或多个集成机构单元的虚拟图像调入虚拟机械组装空间，在三维坐标体系中调节其比例一致，彼此连接件之间的三维方位及相对尺寸吻合，进而搭建和组装人脑构思的三维整体机械，并多视角显示和观察其三维虚拟图像，对于不能满足装配要求的集成机构单元三维虚拟图像返回虚拟集成单元空间进行其相对尺寸改造，直至满足三维整体机械的组装要求为止，并予以确认和保存；④将步骤③中组装好的三维整体机械的三维虚拟图像调入虚拟机械运行空间，校核其机械自由度必须等于1，校核机械自由度等于0或大于1的三维整体机械的运动副构件须要返回该系统主界面，重新进入虚拟集成单元空间再改造，机械自由度合格者按机械的运动副和自由度来设计三维动画，达到虚拟仿真运行的演示效果，并观察三维动画是否符合机械设计要求的运行参数，不合格者须调节三维动画参数，直至满足机械运行的设计要求为止，并予以确认和保存，最终得到所需三维整体机械的虚拟图像。
2.根据权利要求1所述的基于集成机构的三维虚拟空间的机械设计方法，其特征是 在所述虚拟机械运行空间、虚拟机械组装空间和虚拟集成单元空间的三维坐标体系中，分 别保存有用户设计与确认的三维整体机械和三维基本机械机构以及标准件、常用件的虚拟 图像，将所有这些三维虚拟图像旋转其三维坐标体系聚缩某一维坐标而得到其他二维的基 本视图，或将所有这些三维虚拟图像用平面切割而得到其三维或二维的剖切图。
全文摘要
本发明公开了一种基于集成机构的三维虚拟空间的机械设计方法，该方法通过安装在计算机中的三维集成机械设计系统来实现。设计者依据大脑中构思的三维整体机械形象，按照机械设计原理，能够调用本系统虚拟集成单元空间库存的集成机构单元的三维虚拟图像，在虚拟机械组装空间进行三维整体机械的搭建装配，在虚拟机械运行空间实施所设计机械的虚拟仿真运行，其特点是立体显现、集成捕捉、整体搭建、动态观察、动画演示、逼真运行，对设计者来说是一种得心应手和方便快捷的设计方法，解决了传统机械设计过程烦琐、二维运动简图和视图表达片面、机械绘图和识图思维抽象，以及机械设计局限于纸上谈兵等问题。
文档编号G06F17/50GK101901290SQ201010233070
公开日2010年12月1日 申请日期2010年7月22日 优先权日2010年7月22日
发明者刘生慧, 厉树忠, 杨晓明 申请人:西北师范大学