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
2、；Authorware；多媒体；动画；UG 全套图纸，加 153893706The Development of Mechaniacal Design Virtual Library AbstractThis 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,
3、animating, and 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 a
4、nd improve the efficiency of virtual laboratoryKey words: Machine design , Virtual laboratory, Multimedia, Authorware, UG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
5、导出 148 图片素材的制作方法 149 机械运动系统程序编写 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 1911 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
6、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 Labo
7、ratory) 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
8、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。22 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
9、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
10、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。3加上材料库
11、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。 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
12、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（
13、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、4屏幕局中三项，如图3所 图2 机械设
14、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
15、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5（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.
16、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：晁 伟” 、“登录系统”、“ 姓名” 、“密码 ”、“重置”、“退出”等文字。调整文字大小、字体颜色、字体型号和文字位置。 图 10 “晁伟”群组程序 （4）拖放一个交互图标，将其命名为“密匙系统”。拖放一个群组图标，设置其交互方式为“ 文
17、本输入” ，将其命名为“晁伟” 。修改其属性如图6和图7所示。图 6 “晁伟” 属性- 文本输入图 7 “晁伟” 属性- 响应(5)拖放一个群 组图标放到“ 晁伟”群组图标右侧，命名为“*”，设定其属性如6图 8 和图 9 所示。图 8 “*”属性- 文本输入图 9 “*”属性- 响应（6）拖放两个计算图标放在“*” 图标右侧，分 别命名为“重置” 、“退出” ，交互方式均为按钮交互。打开“ 重置”图标，输入“GoTo(IconID“文字“)” 。打开 “退出”图标，输入 “quit()”。 （7）打开“晁伟 ”图标，编程如图10所示，各个图标设置同上。（8）拖放一个擦出图标，命名“擦”，运行
18、程序，将出现的文字和背景全部擦出。保存程序文件，完成“片头” 模块编 图10 “晁伟”群组程序程。程序的具体调试过程，由于篇幅所限，在此不再详细介绍。 5 实验室主界面编程 实验室主界面程如图 11 所示。具体实现过程:(1)新建一个文件，命名为“主界面 ”， 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1-2所示。运行程序， 7图11 主界面程序图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。 (2)拖放一个擦出图标到程序线上，命名为“擦出”。打开其属性面板， 设置其擦出特效为“ 左右两端向中 间展示” 。(3)拖放两个显 示图标，分别命名为
19、 “背景007”、“框架 ”。做相应内容设置。(4)拖放一个数字电影图标到流程线，命名为“虚拟片头视频” 。打开图标，导入提前做好的视频动画，然后 设置其属性如图12所示。图12 电影属性(5)拖放一个显 示图标，命名为“齿轮”。双击打开图标，导入用 UG 软件制作导出的齿轮图片，如图 13 所示。(6)按“Ctrl+R” 运行程序，观看播放效果，按“Ctrl+P” 暂停程序播放，调整各个部分的显示位置。调整好后，保存程序，退出文件，完成本模块编程。86 常用机械 常用机械程序框架如图 14 所示。 图13 齿轮背景 图14 常用机械程序具体编程过程如下：（1）新建一个Authorware 文
20、件，命名为“常用机械”， 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1-2所示。运行程序，可以观察到播放窗口已经变成全屏显示。完成以上操作后保存文件。（2）拖放一个显示图标到流程线上，命名 为“ 新背景 11”。双击打开，导入事先用Photoshop cs2.0制作的新背景，并调整其大小。注意按住“ SHIFT”键 图15 背景属性同时调整对角线可以保证图片按等比例缩放，以免图片变形而产生不必要的失真效果。然后设定其属性如图15 所示。（3）拖放一个显示图标到流程线上，命名为“文字3”。注意，Authorware 7.0中会经常用到函数调用，而函数 调
21、用时又常常会涉及图标名称，所以图标命名的时9候尽量不要重名，以免发生错误。双 击打开图标，用文字工具依次写入“首页”、“齿轮摇杆机构 ”、“简易冲床 ”、“剪床机构”、 “步进机构” 、“其他机构”、 “退出”，并调整其位置、大小、字体、颜色和粗细，最后将所有文字设置为透明模式。按下“Ctrl+I”打开其属性，设置同上。（4）拖放一个交互图标到流程线上，将其命名为“常用机械 ”。（5）拖放七个群组图标，分别命名为“首页”、 “齿轮摇 杆机构” 、“简易冲床” 、“剪床机构”、“ 步进机构” 、“其他机构”、 “退出”,交互方式全部为热区域交互。同时按下“Ctrl+R” 组合键，运行程序，观看程
22、序运行效果。同 时按下“ Ctrl+P”组合键，暂停程序运行，此时会出现 七个虚线框，用鼠 标调整各个虚线框大小和位置，使虚线框和它们对应的文字重合，从而将（3）中输入的七个词语所在区域设置为热交互区域。最后将七个热交互相应属性设置如下：图 16 简易冲床属性（6）双击打开“ 首页” 群组图标，拖放一个计算图标到流程线上，命名为“首页”。双击打开， 输入“GoTo(IconID“背景007 “)”然后关闭保存。完成“首页”群组编程。（7）双击打开“ 齿轮摇杆机构 ”群组图标。 编写程序如图17所示。1) 在流程 线上放置一个“运算” 图标, 命名为“初值”, 输入:sf:=1 图17 齿轮机构
23、编程ef:=1movierate:=2410对程序中的变量进行初始化;2) 在流程 线上拖入一个“电影” 图标, 命名为“齿轮摇杆机构.avi”。在属性栏中导入用 UG 软件制作的动画文件“齿轮摇杆机构 .avi”, 以外部文件格式存在, 所以 mode选项不可选,单击 计时标签, 在执行中 选择同时选项, 在速率中输入变量 movierate, 用来控制播放速度; 在开始 中输入变量 sf, 用来控制电影播放起始帧的变量取初值; 在结束帧中输入变 量ef, 用来控制电影播放结束帧的变量取初值。3) 在流程 线上拖入一个 交互图标, 命名为“ 控制”, 依次拖放六个 群组图标到交互图标的右下侧
24、, 分别命名为“首页” 、“播放 ”、“暂停” 、“继续” 、“快进”、“后退”、 “结束” 、“返回”、“退出”, 响应类型为“按钮“ 响应, 并依次调整好各按钮的位置;4) 为各群 组图标定义运算编辑内容, 选择“播放” 图标, 按下“Ctrl+=”键, 输入内容实现开始播放。movierate:=24ef:=MediaLength“齿轮摇杆机构.avi “GoTo(IconID“齿轮摇杆机构.avi “)5) 选择 “暂停” 图标, 按下 “Ctrl+=”键, 输入内容实现从当前位置暂停播放。MediaPause(IconID“齿轮摇杆机构.avi “, 1)6) 选择 “继续” 图标,
25、 按下 “Ctrl+=”键, 输入内容实现从当前位置继续播放。MediaPause(IconID“齿轮摇杆机构.avi “, 0)7) 选择 “前进” 图标, 按下 “Ctrl+=”键, 输入内容实现从当前位置向后快进。MediaSeek(IconID“齿轮摇 杆机构.avi “, Mediaposition“电影“+100 )8) 选择 “后退” 图标, 按下 “Ctrl+=”键, 输入内容实现从当前位置向前快退。MediaSeek(IconID“齿轮摇 杆机构.avi“, Mediaposition“电影“- 100)9）打开“首页 ”图标，拖入一个计算图标，命名为“返回首 页” 。打开计
26、算图标，输入“GoTo( IconID“背景 007“)”,然后保存退出。10）打开“返回 ”图标，拖入一个计算图标，命名为“返回常用机构 ”。打开计算图标，输 入“ GoTo(IconID“新背景11“)”, 然后保存退出。11) 选择 “退出” 图标, 按下 “Ctrl+=”键, 在“ 退出”计算图标中输入如下内容, 实现退出关闭窗口。Quit ( )12) 最后在 “退出” 交互按 钮的Response中Branch 中 选择Exit Interaction, 以退出。11（9）“简易冲床机构 ”、“剪床机构 ”和“步进机构”三者编程同上。 “其他”用于系统拓展接口，可以在以后系 统的开
27、发过程中继续加入大量内容。（10）“退出”群组中，我们加人一个计算图标，输入“GoTo(IconID“新背景11“)”用于返回机械设计虚 拟实验室的首页。（11）到此已经完成“ 常用机械 ”群组中程序的编写。调试完后，保存退出。7 齿轮摇杆机构动画制作分析：从图 18 中可以看出，齿轮摇杆机构主要由以下部件组成：机架、大齿轮、小 齿轮、摇杆、滑 块、手 轮和固定铰接件。接下来重点阐 述机架建模、摇杆建模、参数化直齿圆 图 18 齿轮摇杆机构装配体图建模方柱齿轮的法、各部件的装机配过程、运 动仿真和动画导出。 7.1 机架建模（1）打开UG，新建一个文件，命名为“ jijia”，然后保存。注意，
28、中文件名字不能出现汉字，否则系统将提示错误。同 样要打开一个文件，必须把文件复制到目录下，保证没有汉字出现。（2）使用长方体命令，生成底座实体。再次使用 长方体命令生成底座上方定位板。（3）使用圆柱命令生成与摇杆相联接的实体。（4）使用布尔操作求和命令将前三步生成的实体合并为一体。（5）使用特征操作中的孔命令分别制作出大齿轮小齿轮和摇杆与机架相连接的三个孔。（6）最后将底座四个角倒圆角，将固定板上面两角倒圆角。（7）保存文件，退出。127.2 摇杆建模（1）新建一个UG文件，将其命名为“摇杆”。保存文件。（2）打开“格式 ”菜单，选择“图层的设置”，将第2层作为工作层。（3）进入草图，绘制摇杆
29、轮廓，并约束定义尺寸。完成后退出草 图。（4）按照（2）中方法将图层1更改为工作图层。执行“ 拉伸” 命令,将草图拉伸成实体。（5）再次进入图层，将第2层选为“不可见”，确定后即可观察到草图轮廓已将被隐藏。（6）保存文件后退出。7.3 直齿圆柱齿轮参数化建模（1）打开 UG 软件，新建一个文件，命名为“ zhichilyuanzhuchilun-canshuhu”，然后保存文件。 图 19 表达式（2）打开表达式对话框，输入表达式如图 19 所示。（3）单击工具栏的“ 规律曲 线” 图标，打开 规律曲线对话框，选择“根据方程” ， 连续单击确定。完成本步操作以后，即可观察到有一段渐开线已经生成
30、。（4）执行“格式 ”菜单中的“WCS”选项，接着选择“旋转”命令，在 弹出的对话框中选择“-ZC轴： _”，角度框中 输入“zhuanjiao”， 单击确定。（5）然后再次执行“ 规律曲 线命令” ，插入另一条渐开线。在草图中绘制出齿顶圆弧和齿根圆弧，到此已 经绘制出由四条曲线构成的封闭齿廓曲线。（6）使用“圆柱 ”命令，直径中输入“df ”，高度中输入“H ”，生成齿根圆柱。（7）将已经生成的封闭齿轮廓线拉伸，拉伸长度选择公式中的“ H”。然后 执行布尔求和命令，将生成的两个 实体合并为一体。（8）点击工具栏“ 实例特征 ”，将上一步中生成的齿圆周阵列，齿数选公式中的“Z”，而阵列的角度
31、输入 “360/Z”，确定，即可完成直 齿圆柱齿轮齿轮参数化建模。其它齿轮的细节，在此省略。（9）保存文件，关闭。137.4 部件装配（1）打开UG软件新建一个文件，将其命名为“zhuangpeiti-01”，保存文件。（2）进入装配模块，点击“添加现有组件”，选择“jijia”,确定。弹出“ 添加现有部件对话框”,如 图20所示，保持默认设置，确定。接着弹出“点构造器” 对话框，如图21，保持默认设置，确定。然后 观察装配界面，可以看到机架已 经导入。图 20 添加现有部件 图 21 点构造器(3)继续添加组 件，添加“手轮”。弹出“添加现有部件 ”对话框，选择定位方式为“配对”。接着弹出“
32、 配对 条件” 对话框,依次适用“中心”和“ 配对”命令将手轮定位安装到机架上。(4)添加“xiaochilun”, 选择定位方式为“ 配对”，点 击确定。接着弹出“配对条件”对话框，依次使用“中心”配对和“配对” 命令，将小齿轮定位转配到手轮上。(5)添加“dachilun”, 选择定位方式 为“ 配对”， 单击“ 确定”。接着弹出“ 配对条件”对话框，适用“ 中心”配对命令和“配对” 命令，将大齿轮装配到机架上。如果装配后，大齿轮 和小齿轮未完全 啮合，我 们可以选择“重定位组件”命令中的“绕点旋转”命令，将大 齿轮绕轴线通过旋转与小齿轮啮合。(6)添加“dachilunzhou ”组件，
33、选择定位方式为“配对 ”， 单击“确定” 。弹出“配对条件”对话 框，依次使用“中心”配对命令和“ 对齐 ”命令，即可将大齿轮轴装配定位到机架上。(7)添加“yaoganzhou”,选择定位方式为“配对”，单击 “确定 ”。在弹出的“配对条件” 对话框中，依次使用“ 中心”配对和“距离” 配对命令，即可将摇杆轴装配上。(8)添加“yaogan” 组件，选择定位方式为“配14对”， 单击“确定” 。弹出“ 配对条件” 对话框，依次使用“ 中心”配对命令和“ 对齐”命令，即可将摇杆装配定位到机架上。然后 选择“重定位组件”，使用其中的“ 绕点旋转”命令，将 摇杆旋转到合适位置，便于下一步装配滑 块
34、部件。(9)添加“huakuai” 组件，选择定位方式为“配对”， 单击“确定” 。弹出“配对条件”对话框，依次使用“中心”配对命令和“ 对齐”命令，即可完成滑块、大齿轮和摇杆三者定位装配。 图22 运行 电子表格(10)到此为止，已经完成了齿轮摇杆机构所有部件的装配。保存文件，退出。7.5 运动仿真（1）打开“zhuangpeiti-01 ”装配体文件。在 “起始”下拉菜单中选择“运动仿真” ，进入运动仿真界面。（2）运动导航器会自动打开，在“zhuangpeiti-01”上点 击鼠标右键，新建运动仿真“motion_1 ”。（3）接下来开始定义连杆，使用鼠标左键点击工具栏“ 连杆”，弹出定
35、义连杆对话框。 选择“ 机架”实体，勾 选固定连杆对话框，点击应用，完成机架 连杆的定义。接着依次定义各个杆件，与定 义机架连杆不同的是不需要再勾选固定连杆选项。（4）点击工具栏“ 运动副” 命令，依次定义乡邻两个杆件组成的运动副，需要注意的是，定义原动件和机架之间运动副时，必 须选择 “运动驱动”选项，本机械构件中运动驱动为“ 球铰”。（5）通过以上几步操作，已经完成运动仿真前期工作，保存文件。 为了验证上面定义的连杆和运动副是否有错误的地方，打开右侧的运动仿真导航栏，依次点击个连杆名称，装配体上相 应杆件会变红显示。如果没有错误，接着 检查刚刚定义的运动副是否有误。如发现错误，返回重新定
36、义。（6）在完成以上工作之后，进行运动仿真让装配体运动起来。点击工具栏中的“球铰”，勾选“ J001”，输入“步长大小” 和“步数”，点击“单步向前按钮” ，在窗口中可以观察到装配已经运动起来了。（7）到此，齿轮摇杆机构装配体的运动仿真工作全部完成。保存文件，退出。7.6 动画导出（1）打开“zhuangpeiti-01 ”装配体文件。在 “起始”下拉菜单中选择“运动仿真” ，进入运动仿真界面。运动导 航器会自动打开，右 键单击 “motion_1”，将其转换为工作状态。 （2）在工具栏中点击“ 球铰 ”，设置“步长” 为1， “步数” 为360步，单击“单步向前”，使装配件运 动一周。然后点
37、 击“ 球铰”对话框中向下箭头， 选择“使用电子表15格”，确定。弹出图22 所示对话框，单击“播放” ，运行电子表格，让电子表格驱动装配体运动一周，然后点击“确定”。（3）在文件菜单栏中选择导出“MPEG动画”，指定文件名和路径，确定后即进行动画导出。需要说明的是， UG运动分析和动画 导出是很耗内存的， 对电脑性能提出比较高的要求，而且在 执行过程中会比较慢，这是正常现象。到此已完成UG动画导出操作，保存文件，退出。8 图片素材的制作方法（1）使用UG软件制作各种素材，可以在建模、装配、运动仿真过程中，直接在“文件”菜单下导出，或者使用抓图软件进行抓图。（2）背景图片，一般使用Author
38、ware制作，然后用抓图软件抓出来，放到Photoshop中各种效果的处 理。（3）按钮等小素材，可以直接在网上收索或者使用Photoshop软件制作。9 机械运动系统程序编写机械运动系统程序框架如图 23 所示。具体编程过程: （1）打开Authorware7.0新建一个文件，命名为“机构运 动系统” ，然后保存文件。（2）拖放一个显示图标到流程线上，命名为“新背景 ”，导入事先做好的背景图片，调 整大小和位置。 (3)拖放一个显 示图标到流程线上，命名为“ 文字” 。双击打开，在Word中将要输入的文字设定好大小、颜色和效果，然后复制到Authorware 的 “文字”中。打开属性面板，设
39、置其过渡效果为“ 左右两端 图23 机构运动 系统程序图向中间展示” 。同时按下 组合键“Ctrl+R”运行程序，按下“Ctrl+P”暂停程序，用鼠标调整文字到合适位置。（4）拖一个交互图标到流程线，命名为“机构运动系 统”。拖放七个群组图标到交互图标右边，依次命名 为“首页”、“平面连杆机构 ”、“凸轮机构” 、“间歇机构” 、16“螺旋传动”和“齿轮传动”。其交互方式皆 为“热区域交互”。（5）到此为止，“机构运动系统”主体程序框架已经编写完毕。9.1 平面连杆机构程序编写平面连杆机构程序框架如图 24 所示：具体编程过程：(1)拖一个框架图标到流程线上，将其命名为“平面连杆机构框架” 。
40、(2)拖放三个群组图标到到框架右边，依次命名为“Menue2”、“ 图片展示”图24 平面连杆机构 图25 菜单2程序图和“运动仿真 ”。(3)双击“Menue2”图标打开下一层程序编写流程。编入图25所示程序。(4)双击“图片展示”图标，打开下一层程序编写窗口，编入图26程序。（5）双击“运动 仿真” 图标，打开下一层程序编写窗口，编入图27所示程序。（6）双击“平面四杆机构三大类” 图标，打开下一层程序编写窗口，编 入图28所示程序。 （7）由于以上几步程序都有重复类似之处，故没有详细列举。运行程序，调试好后，保存退出。 图 26 图片展示程图 27 运动仿真程序图 图 28 平面四杆机构
41、三大类程序图1710 程序整合调试（1）通过上文介绍，已经完成了图2机械设计虚拟实验室总程序框架中各个群组中程序的编写。分别打开各分程序，全选分程序中流程线上的所有程序，按“Ctrl+C”组合 键复制。打开机械设计虚拟实验室总程序文件，找到对应分程序所在群组，按 “Ctrl+V”组合键 ，将分程序拷 贝进去。按照上面步骤依次将所有分模块程序拷贝进总程序对应框架，保存程序。（2）接下来将进行总程序的运行和调试。同时按下组合键“ Ctrl+R”键，运行程序，可以看到程序整体的运动效果。（3）在运行中可以看到程序的运行效果。当然，也会发现一些瑕疵， 这就是调试程序的原因。同时按下“Ctrl+P ”暂
42、停程序，通过鼠标的拖动调整界面位图29 入口界面 图30 实验主控界面18置。对于一些非常小的细节问题，必 须在停止程序运行后到对应的图标中去修改。如运行过渡效果，就必须到对应图标的属性中去修改，打开属性方法是同时按下“Ctrl+I”键。（4）调试完后的程序运行效果如图29-图32所示。图 31 机械运动系统 图 32 平面连杆机构11 结论本文通过利用UG软件制作机械设计虚拟实验室的三维实体图、装配体图、运动仿真动画等素材，最后用Authorware 制作多媒体机械设计虚拟实验室。此方案可以以光盘等载体保存，应用时携带方便。此方式在现今使用比较广泛，技术成熟，制作比较方便。最终构建出来的机械
43、设计虚拟实验室可以很好的解决河南科技学院机械实验室因资金短缺、设备更新滞后而带来的一部分实际问题。构建出来的机械设计虚拟实验室由于所有机械类素材都是使用功能强大的UG软件制作，在制作机械零部件过程中，人工添加出了各种机械零部件的真实材质，增加了零部件素材的真实感，因而专业性很强,可以很好的生成非常逼真的虚拟实验设备的图素。机械设计虚拟实验室既有机械设计实验, 又有机械原理实验, 这要求虚拟实验环境中既有二维环境, 又有三维环境,这些都在UG软件中得到了很好的解决。由于机械设计虚拟实验室采用多媒体制作软件Authorware7.0编程制作，因而可以很好的解决虚拟实验系统对运行环境生动形象、具备动
44、画和解说的要求。而且通过Authorware编程进行声音文字同步的导引，使其实验指导功能可以很好的发挥，因而它可以有效的减轻实验指导教师的负担。学生通过人机交互进行虚拟实验，因而学生在虚拟实验室中不仅仅是虚拟实验系统的观摩者而且虚拟实验室的实验者，具有一定的主观能动性。虚拟实验室中留有很多扩展通道，可以向其中加入新的内容，可升级性使其具有强大的生命力。本虚拟实验室，日常维护和升级工作，均可以由学生来完成，正真做到了以学生为本位。经过对虚拟实验室进行最终的运行试验，证明本文开头提出通过Authorware软件和UG软件构建机械设计虚拟实验室方法的可行性和正确性。19谢辞本次毕业设计得到了河南科技
45、学院机电学院机械教研室丛老师和逄老师的大力支持和悉心指导。两位 导师渊博的知识储备， 严谨 的治学态度，关心机械 实验室发展前景的强大责任心，令晚辈佩服万分。丛老师治学严谨，做学问求真务实，关注科技前沿 发展，开拓 创新，与时俱进，紧跟 时代步伐。积极参加教学创新，关心本学科发展前景，在机械实验室资金投入短缺的条件下，敢于创新，提出构建河南科技学院机电学院机械设计虚拟实验室设想，并着手去一步一步努力，着实令人敬仰。晚辈不才，承蒙前辈指点，才得以完此本毕业设计及论文，在此学生对丛老师表示衷心的感谢。逄老师，在本人毕业设计过程中， 给以了本人很大的帮助和指导，学生不 胜感激。逄老师是我的指导教 师
46、，也是我 们的朋友，我们是一个团队，在毕业设计中，我们 共同探讨研究问题 ，在一遍遍的假 设和论证过 程中，我 们找到了基于UG软件构建直齿圆柱齿轮三维参数精确建模的最优化算法。在探讨斜齿圆柱齿轮三维参数化精确建模的过程中，我们一起推翻了几十篇错误论文。在逄明华导师身上，我到了很多对自己有用的东西，在此学生深表谢意。同时本人也不得不提及本组的赵德胜同学，虽然我们以前不认识，但是在我们共同使用UG软件的过程中，我们共同探讨，相互帮助和逄明华老师三个人组成了UG小组，专门研究UG 问题，并 针对河南科技学院机电学院参加“ 全国三维数字化设计大赛” 的学生进 行UG特训 。赵德胜同学 办事认真，在毕
47、业设计中，给予了本人一定的帮助，在此祝愿赵德胜同学本科毕业以后工作顺利！结尾之际，本人再一次祝愿两位导师和赵德胜同学身体健康，工作顺利!20参考文献1 孙桓，陈作模，葛文杰. 机械原理M.北京：高等教育出版社，2006,52 濮良贵,纪名刚.机械设计M.北京：高等教育出版社， 20053 付本国，徐岩 ,许小钧,孙朝阳 .UGNX 4.0 机械设计实例教程M.北京：电子工业出版社，2006,94 洪小达.多媒体制作案例教程M.北京：人民邮电出版社，2005,15 梁缘.Authorware 多媒体设计 技法范例M.北京：清华大学出版社，2006,46 胡小康,徐飞.UG NX4 运动 分析培训
48、教程M.北京：清华大学出版，2006,47 万波.数字电影在 Authorware 中应用J.多媒体技术与应用，2008,38 彭绪山.基于 Authorware 编程中的同步处理J,科苑论坛,2008,79 李伟,胜德仁,陈坚红,李蔚.基于 3d MAX 建模和 Authorware 集成开发的流体机械多媒体演示系统J,2006,910 成大先.机械设计手册M.北京：化学工业出版社， 2007,1111 吕杨,Authorware 加密横 纵J,教育软件,2002,412 陈剑飞.Authorware 的应 用技巧探讨J科技信息计算机与网络,P126-P12813 浓春海,李海东,周丽萍.UG NX 三维造型 自动编程 案例精选M.北京：化学工业出版社，2007,714 李玉龙，刘 焜.车用斜齿轮 模型的 UG 旋转成型法研究J,机械传动15 文立阁,李建桥,张春华.基于 UG 的圆柱直齿轮参数化设计J设计与研究，2007,9
