ProE機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)仿真設(shè)計(jì)及分析PPT課件

1、Pro/E機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)仿真設(shè)計(jì) 及分析 內(nèi)內(nèi) 容容 一機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 二實(shí)例：曲柄活塞連桿機(jī)構(gòu)裝配 三機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析 四實(shí)例：利用機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)畫凸輪型線 一、機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 在Pro/E中的應(yīng)用程序機(jī)構(gòu)模塊進(jìn)行裝配 的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析和仿真。結(jié)果可以以動(dòng)畫的形 式表示，也可以以參數(shù)和數(shù)值的形式輸出。 可以檢查運(yùn)動(dòng)件是否產(chǎn)生干涉，干涉體積， 運(yùn)動(dòng)件的軌跡等。 還可以進(jìn)行運(yùn)動(dòng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。 機(jī)構(gòu)仿真主要術(shù)語。 序號(hào)名稱含義 1主體（body）一個(gè)元件或彼止無相對(duì)運(yùn)動(dòng)的一組元件，主體內(nèi)自由度=0。 2基礎(chǔ)（ground）不移動(dòng)的主體，其它主體相對(duì)于基礎(chǔ)運(yùn)動(dòng)。 3連接（connections)定義并約束相對(duì)運(yùn)動(dòng)的主體之間

2、的關(guān)系。 4自由度（Degrees of Freedom) 允許的機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)。連接的作用是約束主體之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，減少系統(tǒng)可能的總自由度。 5執(zhí)行電動(dòng)機(jī)（Force Motor） 作用于旋轉(zhuǎn)軸或平移軸上（引起運(yùn)動(dòng)）的力。 6機(jī)構(gòu)（Joints）特定的連接類型（例如銷釘機(jī)構(gòu)、滑塊機(jī)構(gòu)和球機(jī)構(gòu)） 7齒輪副連接（Gear Pair Connection) 應(yīng)用到兩連接軸的速度約束。 8伺服電動(dòng)機(jī)（Servo Motor) 定義一個(gè)主體相對(duì)于另一個(gè)主體運(yùn)動(dòng)的方式，可在機(jī)構(gòu)或幾何圖元上放置電動(dòng)機(jī)，并可指定主體間 的位置、速度或加速度運(yùn)動(dòng)。 9LCS與主體相關(guān)的局部坐標(biāo)系。LCS是與主體中定義的第一個(gè)零

3、件相關(guān)的缺省坐標(biāo)系 10WCS全局坐標(biāo)系。組件的全局坐標(biāo)系，它包括用于組件及該組件內(nèi)所有主體的全局坐標(biāo)系。 Pro/E運(yùn)動(dòng)學(xué)分析主要的要素是連接、動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)。必須采用連接方式建立裝配才可以運(yùn)動(dòng)。 PRO/E一般的裝配要求零件是0自由度，而連接裝配是根據(jù)需求賦予零件相對(duì)應(yīng)的多個(gè)自由度，使 之成為可以運(yùn)動(dòng)的結(jié)構(gòu)。 機(jī)構(gòu)連接形式: 序號(hào)名稱 自由度 說明 旋轉(zhuǎn)平移 1 00 使用一個(gè)或多個(gè)基本約束，交元件與組件連接在一起，連接后，元件與組件成為一個(gè)主體，相互間沒有 自由度。 2 10 由一個(gè)軸對(duì)齊約束加一個(gè)與軸垂直的平移約束組成。元件可以繞軸旋轉(zhuǎn)，不能平移。例如，活塞銷，齒 輪、曲軸等。 301由一

4、個(gè)軸對(duì)齊約束與一個(gè)旋轉(zhuǎn)約束組成，元件可沿軸平移，但不能旋轉(zhuǎn)。如活塞。 4 11 由一個(gè)軸對(duì)齊約束組成，元件可繞軸旋轉(zhuǎn)同時(shí)可沿軸向平移。如挺柱、氣門等。 5 12 由一個(gè)平面約束組成，元件可在平面上移動(dòng)（可指定偏移量），且能繞垂直于平面的軸旋轉(zhuǎn)。 6 30 由一個(gè)點(diǎn)對(duì)齊約束組成，元件可繞著對(duì)齊點(diǎn)任意旋轉(zhuǎn)。如挺柱與挺桿的連接。 7 00 兩個(gè)坐標(biāo)系對(duì)齊，元件自由度完全消除。焊縫連接與剛性連接是有本質(zhì)區(qū)別的。 剛性連接帶有“連接設(shè)計(jì)”的子組件裝配到主組件時(shí)，子組件連接將不能運(yùn)動(dòng)。 8 31 由一個(gè)點(diǎn)對(duì)齊一條直邊或軸線的約束組成。與機(jī)械上的“軸承”不同。 9 33 由元件坐標(biāo)系和組件坐標(biāo)系重合來使元件

5、和組件發(fā)生關(guān)聯(lián)，但元件可任意旋轉(zhuǎn)和平移，一般不常用。 10 3 由兩個(gè)主體間的一個(gè)點(diǎn)和一曲線連接，從動(dòng)件上的一個(gè)點(diǎn)，始終在主動(dòng)件上的一根曲線上運(yùn)動(dòng)，不檢查 兩個(gè)主體是否干涉。實(shí)例參考。 11 XX 自定義組合約束，可根據(jù)需要指定一個(gè)或多個(gè)基本約束來形成組合約束。 槽連接例子 機(jī)構(gòu)特殊連接 機(jī)構(gòu)的連接是在機(jī)構(gòu)工作臺(tái)中進(jìn)行定義的，PROE5.0中有4種特殊的連接。 序號(hào)名稱說明 1凸輪連接 凸輪連接需指定兩個(gè)主體上的各一個(gè)（或一組）曲面或曲線，利用凸輪的輪廓控制從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。如發(fā)動(dòng)機(jī)凸 輪軸控制搖臂的運(yùn)動(dòng)。 23D接觸元件不作任何約束，只是對(duì)3D模型進(jìn)行空間點(diǎn)重合來使元件與組件發(fā)生關(guān)聯(lián)。元件可

6、任意旋轉(zhuǎn)和平移。 3齒輪連接用來控制兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸之間的速度關(guān)系。在定義齒輪前，需先定義含有旋轉(zhuǎn)軸的機(jī)構(gòu)連接（如銷釘） 4帶傳動(dòng)通過兩個(gè)帶輪曲面與帶平面重合連接。兩帶輪在裝配中就進(jìn)行銷釘連接。按CTRL選兩帶輪的曲面 二、實(shí)例：曲柄活塞連桿機(jī)構(gòu)裝配 此機(jī)構(gòu)中基礎(chǔ)件為機(jī)體（也可以用機(jī)體總成骨架），活塞 在氣缸中上下運(yùn)動(dòng)，不能旋轉(zhuǎn)，活塞采用滑動(dòng)桿連接。關(guān)鍵有 四組相同的活塞連桿機(jī)構(gòu)，因此活塞連桿可單獨(dú)裝配成一個(gè)小 機(jī)構(gòu)，然后再往曲軸和缸體上連接。 活塞連桿機(jī)構(gòu)單獨(dú)裝 配為一個(gè)機(jī)構(gòu)，活塞 銷及活塞往連桿合件 上裝配，均采用銷釘 連接 檢查需裝配的每個(gè) 主體，添加必要的 旋轉(zhuǎn)軸和對(duì)齊平面 新建裝配， 裝配

7、缸體或 骨架模型 曲軸按銷釘 連接裝配到 基礎(chǔ)上 分別按銷釘連接和滑 動(dòng)桿連接裝配活塞連 桿機(jī)構(gòu)的連桿大頭和 活塞 裝配流程：裝配流程： 活塞連桿機(jī)構(gòu)裝配 先裝連桿，采用坐標(biāo)系對(duì)齊 方式 采用銷釘連接裝配活塞銷， 對(duì)齊中間平面 銷釘連接裝配活塞，注意需選擇同 一主體的軸和平面 技巧：裝配完成后可以按住CTRL+ALT鍵，按鼠標(biāo)左鍵拖動(dòng)零件可檢查零件 的運(yùn)動(dòng)情況。 曲軸及活塞連桿機(jī)構(gòu)裝配 基礎(chǔ)件機(jī)體按 坐標(biāo)系對(duì)齊裝 配，曲軸按銷 釘連接裝配到 缸體上，對(duì)齊 止推軸承中心 面。 活塞連桿機(jī)構(gòu) 的裝配注意需 要添加兩個(gè)連 接。連桿大頭 銷釘連接到曲 柄銷，活塞在 缸孔內(nèi)滑動(dòng)桿 連接。 運(yùn)動(dòng)影片 三、

8、機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析 在PROE5.0中,運(yùn)動(dòng)仿真和動(dòng)態(tài)分析功能集成于機(jī)構(gòu)模塊中,包括機(jī)械設(shè)計(jì)和動(dòng)態(tài)分析兩方面的分 析功能. 在機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析中簡單一種的是不涉及重力、彈簧、阻尼、力和力矩等的分析，實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)的運(yùn) 動(dòng)模擬，可以觀察并測量記錄如位置、距離、速度、加速度等運(yùn)動(dòng)特征，并可以通過圖形直觀地顯 示這些測量值。 另外一種可以在機(jī)構(gòu)上定義重力、彈簧、阻尼、力和力矩等特征，對(duì)機(jī)構(gòu)設(shè)置材料、密度等屬 性，使其更加接近現(xiàn)實(shí)中的機(jī)構(gòu)，達(dá)到真實(shí)模擬現(xiàn)實(shí)的目的。 創(chuàng)建模型 運(yùn)動(dòng)學(xué)分析流程 檢查模型添加模型化要素 準(zhǔn)備進(jìn)行分析分析模型 獲取分析結(jié)果 創(chuàng)建模型：創(chuàng)建模型：建立模型是設(shè)計(jì)運(yùn)動(dòng)仿真的基礎(chǔ)步驟，只有機(jī)構(gòu)模

9、型建立正確合理，機(jī)構(gòu)的模擬才能夠順利進(jìn)行。主 要包括定義機(jī)構(gòu)中的主體、建立連接、設(shè)置連接軸屬性，根據(jù)設(shè)計(jì)需要，添加凸輪、槽輪、齒輪副、帶輪副等特 殊連接。 檢查模型：檢查模型：在裝配中，拖動(dòng)可以移動(dòng)的零部件，觀察裝配連接情況。 添加模型化要素：添加模型化要素：在機(jī)構(gòu)中添加伺服電機(jī)等運(yùn)動(dòng)分析要素。 準(zhǔn)備進(jìn)行分析：準(zhǔn)備進(jìn)行分析：定義初始位置，建立測量方式。 創(chuàng)建分析模型：創(chuàng)建分析模型：對(duì)所創(chuàng)建的機(jī)構(gòu)模型進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)分析。 獲取分析結(jié)果：獲取分析結(jié)果：可以使用回放功能對(duì)分析結(jié)果進(jìn)行回放，進(jìn)行零件之間的干涉檢查，觀察測量結(jié)果，獲取軌跡曲 線和運(yùn)動(dòng)包絡(luò)線，了解機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)合理性，可行性等工程分析。 進(jìn)入機(jī)構(gòu)

10、工作界面 在PROE裝配模塊下，點(diǎn)擊應(yīng)用程序-機(jī)構(gòu),進(jìn)入機(jī)構(gòu)工作臺(tái),快捷菜單如下: 模型工具欄模型工具欄 動(dòng)態(tài)工具欄動(dòng)態(tài)工具欄 運(yùn)動(dòng)工具欄運(yùn)動(dòng)工具欄 結(jié)構(gòu)樹 在機(jī)構(gòu)模塊中包含模型樹、機(jī)構(gòu)樹兩種結(jié)構(gòu)樹，分別對(duì) 機(jī)構(gòu)模型特征和動(dòng)力學(xué)分析特征進(jìn)行管理。使用右鍵菜單 對(duì)特征進(jìn)行更改、查詢等操作。 拖動(dòng)和快照 (檢查模型) 機(jī)構(gòu)完成連接定義后，可以使用拖動(dòng)功能，來查看定義是否正確?？梢允褂每煺展δ軐?duì)拖動(dòng)后結(jié)果拍照保存， 快照結(jié)果也可以應(yīng)用于動(dòng)畫?？斓脑O(shè)計(jì)。 菜單視圖-方向-拖動(dòng)元件 左鍵點(diǎn)需要拖動(dòng)的元件,然后進(jìn)行拖動(dòng). 定義伺服電動(dòng)機(jī) (添加模型化要素) 選取運(yùn)動(dòng)軸，曲柄連桿機(jī)構(gòu)選擇曲軸選取運(yùn)動(dòng)軸，曲柄

11、連桿機(jī)構(gòu)選擇曲軸 的銷釘連接圖標(biāo)的銷釘連接圖標(biāo) 反向按鈕改變旋向反向按鈕改變旋向 定義輪廓，定義輪廓，“規(guī)范規(guī)范”為位置時(shí)模選項(xiàng)定義為位置時(shí)模選項(xiàng)定義 為斜坡曲軸旋轉(zhuǎn)一圈為斜坡曲軸旋轉(zhuǎn)一圈360360度，圖形中可以查度，圖形中可以查 看定義的輪廓，橫坐標(biāo)為時(shí)間看定義的輪廓，橫坐標(biāo)為時(shí)間 【伺服電機(jī)】分為兩種，一種是連接軸伺服電機(jī)，用于定義某一旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，可用于運(yùn)動(dòng)【伺服電機(jī)】分為兩種，一種是連接軸伺服電機(jī)，用于定義某一旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，可用于運(yùn)動(dòng) 分析，另一種是幾何伺服電機(jī)，不能用于運(yùn)動(dòng)分析。分析，另一種是幾何伺服電機(jī)，不能用于運(yùn)動(dòng)分析。 機(jī)構(gòu)完成連接定義后，需要給機(jī)構(gòu)添加伺服電動(dòng)機(jī)才能

12、驅(qū)使機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng). 定義輪廓，定義輪廓，“規(guī)范規(guī)范”為速度時(shí)，定義為常數(shù)，表示一秒鐘旋轉(zhuǎn)的角度。為速度時(shí)，定義為常數(shù)，表示一秒鐘旋轉(zhuǎn)的角度。 模函數(shù)共有九種：常數(shù)、斜坡、余弦、SCCA、擺線、拋物線、多項(xiàng)式、表、用戶定義的。以下是六 種模的數(shù)學(xué)表達(dá)式： 模：模：SCCASCCA 只能用于加速度伺服電機(jī)，不能用于執(zhí)行電機(jī)。它用來模擬凸輪輪廓輸出。 它稱為“正弦-常數(shù)-余弦-加速度”運(yùn)動(dòng)，縮寫為SCCA。共有五個(gè)參數(shù)： 七種電動(dòng)機(jī)模的函數(shù)圖例七種電動(dòng)機(jī)模的函數(shù)圖例 各函數(shù)的參數(shù)值設(shè)定如下： 下圖給出了七種函數(shù)的模所代表的電機(jī)輪廓。 電動(dòng)機(jī)的模：表表 也就是指定N個(gè)點(diǎn)，以這些點(diǎn)為節(jié)點(diǎn)，按線性或樣條插值方

13、式構(gòu)建一條通過所有點(diǎn)的曲線。這條曲線就是電動(dòng)機(jī) 的輪廓。樣條擬合構(gòu)建的曲線比線性擬合構(gòu)建的曲線平滑一點(diǎn)。 創(chuàng)建并執(zhí)行運(yùn)動(dòng)分析：創(chuàng)建并執(zhí)行運(yùn)動(dòng)分析： 定義時(shí)間及幀，根據(jù)前面伺服 電機(jī)的定義，2秒鐘曲軸轉(zhuǎn)角 720度 加入前面定義的伺服電動(dòng)機(jī) 點(diǎn)運(yùn)行，可以查看運(yùn)行情況 并產(chǎn)生一個(gè)結(jié)果集 回放：干涉與動(dòng)畫回放：干涉與動(dòng)畫 利用回放來查看機(jī)構(gòu)中零件的干涉情況、輸出影片、顯示力和扭矩對(duì)機(jī)構(gòu)的影響，以及在分析期間跟蹤測 量的值。 動(dòng)畫演示，輸出影片界面 測量測量： 創(chuàng)建測量，用來分析機(jī)構(gòu)在整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程中的各種具體參數(shù)，如位置、速度、力等，為改進(jìn)設(shè)計(jì)提供資料。 查看測量的結(jié)果必須有一個(gè)分析的結(jié)果集。（只有運(yùn)

14、動(dòng)學(xué)分析才能對(duì)速度、加速度進(jìn)行測量） 活塞速度的測量結(jié)果，也可導(dǎo)出為EXCEL和文本格式 測量特征也可加入到運(yùn)動(dòng)分析中，進(jìn)行結(jié)果查看，圖形輸出，如測量連桿大頭最外邊與缸體裙部的距離。測量特征也可加入到運(yùn)動(dòng)分析中，進(jìn)行結(jié)果查看，圖形輸出，如測量連桿大頭最外邊與缸體裙部的距離。 應(yīng)將測量保存為一個(gè)特征應(yīng)將測量保存為一個(gè)特征, ,然后才能進(jìn)行測量分析然后才能進(jìn)行測量分析 回放：軌跡曲線回放：軌跡曲線 菜單：插入-軌跡曲線 “軌跡曲線”可選2D或3D， “凸輪合成曲線”只能是2D。 軌跡曲線用來表示機(jī)構(gòu)中某一元素相對(duì)于另一零件的運(yùn)動(dòng)。分為“軌跡曲線”與“凸輪合成曲線”兩種： “軌跡曲線”表示機(jī)構(gòu)中某一

15、點(diǎn)或頂點(diǎn)相對(duì)于另一零件的運(yùn)動(dòng)。 “凸輪合成曲線”表示機(jī)構(gòu)中某曲線或邊相對(duì)于另一零件的運(yùn)動(dòng)。 連桿螺栓上一個(gè)頂點(diǎn)的軌跡曲線。連桿螺栓上一個(gè)頂點(diǎn)的軌跡曲線。 四、實(shí)例：利用機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)畫凸輪型線 問題: 已知的氣門的升程表，怎樣把畫出正確的凸輪型線? 1. 1. 模型準(zhǔn)備模型準(zhǔn)備: :設(shè)計(jì)運(yùn)動(dòng)主體,包括凸輪、挺柱和基礎(chǔ)件。 a. 凸輪軸只畫出軸頸即可,軸頸大小不要過凸輪基圓大小; b. 挺柱要在底面畫出一條曲線,此曲線為挺柱底面的輪廓,始終與凸輪面相 接觸,即凸輪面在此線上滑動(dòng). C. 基礎(chǔ)件，需創(chuàng)建凸輪旋轉(zhuǎn)軸、挺柱滑動(dòng)軸及對(duì)齊平面。 這就需要利用這就需要利用Pro/EPro/E機(jī)構(gòu)分析中的機(jī)構(gòu)分析中

16、的“凸輪合成曲線凸輪合成曲線”功能。詳細(xì)步聚如下：功能。詳細(xì)步聚如下： 2. 2. 組裝模型組裝模型: :裝配各主體并設(shè)置連接 a. 新建一組件，裝配基礎(chǔ)零件，按坐標(biāo)系對(duì)齊方式裝配到組件中。 b. 裝配凸輪零件，按銷釘連接。 c. 裝配挺柱零件,按滑動(dòng)桿連接。 注意要使挺柱底面的曲線與凸輪旋轉(zhuǎn)軸垂直。 3. 3. 設(shè)置機(jī)構(gòu)分析要素：設(shè)置機(jī)構(gòu)分析要素： 需要分別定義凸輪和挺柱的伺服電機(jī)，也就是此機(jī)構(gòu)中有兩個(gè)伺服電機(jī)。 a. 添加并定義凸輪的伺服電機(jī)，凸輪定義按勻角速度旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，根據(jù) 時(shí)間定義角速度，可設(shè)定凸輪的模為0-500度，旋轉(zhuǎn)一周為0.72秒。 b. 添加并定義挺柱伺服電機(jī),連接軸 為滑動(dòng)

17、軸,模選擇表,表文件為.tab的文 本文件,是時(shí)間和升程的函數(shù),來自凸輪 軸圖紙中的升程表.此處簡化為0.01秒既 5度一個(gè)點(diǎn).在輪廓中位置插值采用線性 擬合.在輪廓位置中填入基圓半徑生成零 點(diǎn). 4. 4. 建立分析建立分析 新建一個(gè)機(jī)構(gòu)分析,類型運(yùn)動(dòng)學(xué),終止時(shí)間0.72秒(旋轉(zhuǎn)一圈),幀頻可設(shè)為250(越大運(yùn)轉(zhuǎn)越平順) 。 電動(dòng)機(jī)分別加入凸輪和挺柱的伺服電機(jī)，點(diǎn)運(yùn)行。 并在回放界面保存結(jié)果集mot.pbk 5. 5. 合成凸輪型線合成凸輪型線 點(diǎn)菜單中插入-軌跡曲線-進(jìn)入軌跡曲線界面-紙零件選擇凸輪軸-軌跡選凸輪合成曲線- 曲線或邊中選挺柱底面的曲線-結(jié)果集選上步保存的mot.pbk.確定

18、后即可生成凸輪型線。此型線可另保存 為草繪，繪制凸輪軸時(shí)可直接調(diào)入使用。 完成的運(yùn)動(dòng)模型完成的運(yùn)動(dòng)模型 內(nèi)內(nèi) 容容 一機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 二實(shí)例：曲柄活塞連桿機(jī)構(gòu)裝配 三機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析 四實(shí)例：利用機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)畫凸輪型線 機(jī)構(gòu)連接形式: 序號(hào)名稱 自由度 說明 旋轉(zhuǎn)平移 1 00 使用一個(gè)或多個(gè)基本約束，交元件與組件連接在一起，連接后，元件與組件成為一個(gè)主體，相互間沒有 自由度。 2 10 由一個(gè)軸對(duì)齊約束加一個(gè)與軸垂直的平移約束組成。元件可以繞軸旋轉(zhuǎn)，不能平移。例如，活塞銷，齒 輪、曲軸等。 301由一個(gè)軸對(duì)齊約束與一個(gè)旋轉(zhuǎn)約束組成，元件可沿軸平移，但不能旋轉(zhuǎn)。如活塞。 4 11 由一個(gè)軸對(duì)齊約束組成，元件可繞軸旋轉(zhuǎn)同時(shí)