基于proe的機(jī)構(gòu)運(yùn)動仿真

1、基于基于proeproe的機(jī)構(gòu)運(yùn)動仿真的機(jī)構(gòu)運(yùn)動仿真機(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)動學(xué)分析和仿真。結(jié)果可以以動畫的形式表示，也可以以參數(shù)和數(shù)值的形式輸出。 可以檢查運(yùn)動件是否產(chǎn)生干涉，干涉體積，運(yùn)動件的軌跡等。 還可以進(jìn)行運(yùn)動的優(yōu)化設(shè)計(jì)。一、運(yùn)動仿真基本流程v創(chuàng)建連接創(chuàng)建連接 銷釘、圓柱、滑動桿、平面和球連接等v建立伺服電動機(jī)建立伺服電動機(jī) 仿真運(yùn)動的動力源v創(chuàng)建運(yùn)動副創(chuàng)建運(yùn)動副 為組件中某兩個(gè)相連接的元件設(shè)置相對運(yùn)動 齒輪運(yùn)動副、凸輪運(yùn)動副或帶傳動副v設(shè)置運(yùn)動環(huán)境設(shè)置運(yùn)動環(huán)境 增加重力、執(zhí)行電動機(jī)、彈簧、阻尼器和力/扭矩等v進(jìn)行運(yùn)動分析進(jìn)行運(yùn)動分析v獲取結(jié)果獲取結(jié)

2、果工作流程圖建立連接連接軸設(shè)置運(yùn)動副伺服電機(jī)建立運(yùn)動模型設(shè)置運(yùn)動環(huán)境機(jī)構(gòu)運(yùn)動分析獲取分析結(jié)果運(yùn)動學(xué)動態(tài)靜態(tài)力平衡重復(fù)組件重力執(zhí)行電機(jī)彈簧阻尼力/扭矩初始條件回放運(yùn)動干涉檢測運(yùn)動包絡(luò)測量軌跡曲線二、建立運(yùn)動模型1. 1. 運(yùn)動連接運(yùn)動連接 剛性剛性6個(gè)自由度被完全限制。個(gè)自由度被完全限制。 銷釘銷釘僅有僅有一個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度一個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度，使用，使用“軸對軸對齊齊”和和“平移平移”兩個(gè)約束來限制其他兩個(gè)約束來限制其他5個(gè)自由度個(gè)自由度 。 滑動桿滑動桿僅有僅有一個(gè)沿軸向的平移自由度一個(gè)沿軸向的平移自由度，使，使用用“軸對齊軸對齊”和和“旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)”兩個(gè)約束限制兩個(gè)約束限制其他其他5個(gè)自由度。個(gè)自由度。

3、二、建立運(yùn)動模型 柱面柱面具有具有一個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度一個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度和和一個(gè)沿一個(gè)沿軸向的平移自由度軸向的平移自由度，使用，使用“軸對齊軸對齊”的約束限制其他的約束限制其他4個(gè)自由度。個(gè)自由度。 平面平面具有具有兩個(gè)平移自由度兩個(gè)平移自由度和和一個(gè)旋一個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度轉(zhuǎn)自由度，使用，使用“平面平面”約束限制約束限制其他其他3個(gè)自由度個(gè)自由度。1. 運(yùn)動連接（續(xù)）運(yùn)動連接（續(xù)）二、建立運(yùn)動模型 球球具有具有3個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度，使用，使用“點(diǎn)對齊點(diǎn)對齊”約束來限制約束來限制3個(gè)平移自個(gè)平移自由度。由度。 焊接焊接6個(gè)自由度被完全限制，使用個(gè)自由度被完全限制，使用“坐標(biāo)系（重合）坐標(biāo)系（重合）”約束所

4、有自約束所有自由度。由度。 軸承軸承具有具有3個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度和和一個(gè)平移自由度一個(gè)平移自由度，相當(dāng)于，相當(dāng)于“球球”連接的基礎(chǔ)上再加一連接的基礎(chǔ)上再加一個(gè)平移自由度，使用個(gè)平移自由度，使用“點(diǎn)與點(diǎn)與軸線對齊軸線對齊”來限制其他兩個(gè)來限制其他兩個(gè)自由度。自由度。 1. 運(yùn)動連接（續(xù)）運(yùn)動連接（續(xù)）二、建立運(yùn)動模型連接類型連接類型自由度自由度約束約束平移平移旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)剛性（剛性（Rigid）00完全完全銷釘（銷釘（Pin）01軸對齊；平面或點(diǎn)對齊軸對齊；平面或點(diǎn)對齊滑動桿（滑動桿（Slider）10軸對齊；平面或點(diǎn)對齊軸對齊；平面或點(diǎn)對齊圓柱（圓柱（Cylinder） 11軸對齊軸對齊平面

5、（平面（Plannar）21平面匹配平面匹配/對齊對齊球（球（Ball）03點(diǎn)與點(diǎn)對齊點(diǎn)與點(diǎn)對齊焊接（焊接（Weld）00坐標(biāo)系對齊坐標(biāo)系對齊軸承（軸承（Bearing）13點(diǎn)與邊或軸線對齊點(diǎn)與邊或軸線對齊1. 運(yùn)動連接（續(xù)）運(yùn)動連接（續(xù)）二、建立運(yùn)動模型2. 2. 質(zhì)量屬性質(zhì)量屬性運(yùn)動模型的質(zhì)量屬性包括運(yùn)動模型的質(zhì)量屬性包括密度、密度、體積、質(zhì)量、重心和慣性矩體積、質(zhì)量、重心和慣性矩。對于不。對于不需要考慮需要考慮“力力”的情況，例如純粹的的情況，例如純粹的機(jī)械運(yùn)動，可以不設(shè)置質(zhì)量屬性機(jī)械運(yùn)動，可以不設(shè)置質(zhì)量屬性。“定義屬性定義屬性”有三個(gè)選項(xiàng)：有三個(gè)選項(xiàng)：“缺缺省省”、“密度密度”和和“質(zhì)

6、量屬性質(zhì)量屬性”。一。一般只需要對般只需要對“密度密度”進(jìn)行設(shè)置即可；進(jìn)行設(shè)置即可；如果不指定相關(guān)設(shè)置，系統(tǒng)則會指派如果不指定相關(guān)設(shè)置，系統(tǒng)則會指派“缺省缺省”的設(shè)置。的設(shè)置。 二、建立運(yùn)動模型3. 3. 拖動及快照拖動及快照拖動功能可以在允許的運(yùn)動拖動功能可以在允許的運(yùn)動范圍內(nèi)移動元組件，快照功能可范圍內(nèi)移動元組件，快照功能可以保存當(dāng)前運(yùn)動機(jī)構(gòu)的位置狀態(tài)。以保存當(dāng)前運(yùn)動機(jī)構(gòu)的位置狀態(tài)。 二、建立運(yùn)動模型4. 4. 伺服電機(jī)伺服電機(jī)伺服電動機(jī)能夠?yàn)樗欧妱訖C(jī)能夠?yàn)闄C(jī)構(gòu)提供驅(qū)動機(jī)構(gòu)提供驅(qū)動。通過伺服電動機(jī)可以實(shí)現(xiàn)旋。通過伺服電動機(jī)可以實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)及平移運(yùn)動，并且能以函數(shù)的方式定義運(yùn)動輪廓。轉(zhuǎn)及平移運(yùn)

7、動，并且能以函數(shù)的方式定義運(yùn)動輪廓。 選取運(yùn)動軸，曲柄連桿機(jī)選取運(yùn)動軸，曲柄連桿機(jī)構(gòu)選擇曲軸的銷釘連接圖構(gòu)選擇曲軸的銷釘連接圖標(biāo)反向按鈕改變旋向標(biāo)反向按鈕改變旋向類型分為兩種，類型分為兩種，一種是連接軸伺服電機(jī)一種是連接軸伺服電機(jī)，用于定義某一旋轉(zhuǎn)軸的，用于定義某一旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，可用于運(yùn)動分析，另一種是旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，可用于運(yùn)動分析，另一種是幾何伺服電機(jī)幾何伺服電機(jī)，用于創(chuàng)建，用于創(chuàng)建復(fù)雜的運(yùn)動如螺旋運(yùn)動，不能用于運(yùn)動分析。復(fù)雜的運(yùn)動如螺旋運(yùn)動，不能用于運(yùn)動分析。定義輪廓，定義輪廓，“規(guī)范規(guī)范”為位置時(shí)為位置時(shí)模選項(xiàng)定義為斜坡曲軸旋轉(zhuǎn)一圈模選項(xiàng)定義為斜坡曲軸旋轉(zhuǎn)一圈360360度，圖形中可以查看

8、定義的度，圖形中可以查看定義的輪廓，橫坐標(biāo)為時(shí)間輪廓，橫坐標(biāo)為時(shí)間4. 4. 伺服電機(jī)伺服電機(jī)( (續(xù)續(xù)) )插插齒齒機(jī)機(jī)構(gòu)構(gòu)運(yùn)運(yùn)動動仿仿真真5. 5. 實(shí)例演練實(shí)例演練銷釘連接銷釘連接圓柱連接圓柱連接牛頭刨床機(jī)構(gòu)運(yùn)動仿真銷釘連接銷釘連接滑動桿連接滑動桿連接三、運(yùn)動副1. 1. 凸輪凸輪凸輪運(yùn)動副通過兩個(gè)元件進(jìn)行定義凸輪運(yùn)動副通過兩個(gè)元件進(jìn)行定義，可以使用指定，可以使用指定曲面或曲線曲面或曲線的的方式來定義凸輪及凸輪的工作區(qū)域。如果勾選方式來定義凸輪及凸輪的工作區(qū)域。如果勾選“自動選擇自動選擇”，那么在，那么在選取一個(gè)曲面后，系統(tǒng)會自動選取包含此曲面在內(nèi)的所有相切曲面。選取一個(gè)曲面后，系統(tǒng)會自

9、動選取包含此曲面在內(nèi)的所有相切曲面?！皩傩詫傩浴边x項(xiàng)卡能夠選項(xiàng)卡能夠控制凸輪之間是否分離和摩擦系數(shù)控制凸輪之間是否分離和摩擦系數(shù)，如，如果勾選了果勾選了“啟用分離啟用分離”，那么兩個(gè)凸輪將會在運(yùn)動過程中分開。，那么兩個(gè)凸輪將會在運(yùn)動過程中分開。三、運(yùn)動副實(shí)例演練：棘輪機(jī)構(gòu)1. 1. 凸輪（續(xù)）凸輪（續(xù)）三、運(yùn)動副使用齒輪運(yùn)動副可以控制兩個(gè)連使用齒輪運(yùn)動副可以控制兩個(gè)連接軸之間的速度關(guān)系。齒輪運(yùn)動副通接軸之間的速度關(guān)系。齒輪運(yùn)動副通過兩個(gè)元件進(jìn)行定義，彼此間無需相過兩個(gè)元件進(jìn)行定義，彼此間無需相互接觸?；ソ佑|。2. 2. 齒輪齒輪三、運(yùn)動副齒輪類型分為一般、正、錐、渦輪、齒輪類型分為一般、正、錐

10、、渦輪、齒條與小齒輪。齒條與小齒輪。對于所有類型，需對對于所有類型，需對每一個(gè)齒輪選每一個(gè)齒輪選取連接軸取連接軸，傳動比一般都采用齒數(shù)比的，傳動比一般都采用齒數(shù)比的方式予以確定。方式予以確定。對于齒條類，齒條的定義通常需要對于齒條類，齒條的定義通常需要指出指出“滑動桿滑動桿”連接軸連接軸，傳動比定義一，傳動比定義一般使用般使用 mm/rev，即齒輪旋轉(zhuǎn)一周，齒條，即齒輪旋轉(zhuǎn)一周，齒條前進(jìn)的距離。前進(jìn)的距離。2. 2. 齒輪（續(xù)）齒輪（續(xù)）三、運(yùn)動副實(shí)例演練2. 2. 齒輪（續(xù)）齒輪（續(xù)）四、運(yùn)動環(huán)境1. 重力重力通過重力選項(xiàng)，可以對通過重力選項(xiàng)，可以對重力加速度的數(shù)值及方向重力加速度的數(shù)值及方

11、向進(jìn)行設(shè)置。進(jìn)行設(shè)置。指令為直接點(diǎn)擊按鈕指令為直接點(diǎn)擊按鈕 缺省情況下，重力并未被啟用，分析缺省情況下，重力并未被啟用，分析過程中欲使組件過程中欲使組件模擬真實(shí)的重力環(huán)境模擬真實(shí)的重力環(huán)境，需要在分析定義對話框的，需要在分析定義對話框的外部載荷選項(xiàng)卡中勾選外部載荷選項(xiàng)卡中勾選“啟用重力啟用重力”選項(xiàng)。選項(xiàng)。四、運(yùn)動環(huán)境2. 執(zhí)行電動機(jī)執(zhí)行電動機(jī)使用執(zhí)行電動機(jī)可以為運(yùn)動機(jī)構(gòu)施加載荷使用執(zhí)行電動機(jī)可以為運(yùn)動機(jī)構(gòu)施加載荷。直接點(diǎn)擊按鈕。直接點(diǎn)擊按鈕 和伺服電動機(jī)類似，執(zhí)行電動機(jī)也需要連接軸以施加作用，模分和伺服電動機(jī)類似，執(zhí)行電動機(jī)也需要連接軸以施加作用，模分為為9種類型。種類型。四、運(yùn)動環(huán)境3.

12、彈簧彈簧通過彈簧可以在運(yùn)動機(jī)構(gòu)中產(chǎn)生線性彈力通過彈簧可以在運(yùn)動機(jī)構(gòu)中產(chǎn)生線性彈力。直接點(diǎn)擊按鈕。直接點(diǎn)擊按鈕 彈簧的參照類型有彈簧的參照類型有“連接軸連接軸”及及“點(diǎn)至點(diǎn)點(diǎn)至點(diǎn)”兩種，通常選取兩種，通常選取連接軸，對于之間沒有連接的兩個(gè)主體，可以采用點(diǎn)至點(diǎn)的參照連接軸，對于之間沒有連接的兩個(gè)主體，可以采用點(diǎn)至點(diǎn)的參照類型。彈力大小的公式類型。彈力大小的公式“力力 = K*（x - U）”當(dāng)中，當(dāng)中，K為彈簧剛度為彈簧剛度系數(shù)，系數(shù)，U為彈簧未拉伸時(shí)的長度。為彈簧未拉伸時(shí)的長度。四、運(yùn)動環(huán)境4. 阻尼阻尼與彈簧不同，阻尼為耗散力與彈簧不同，阻尼為耗散力，它可以作用于連接軸、兩主體，它可以作用于連

13、接軸、兩主體之間、槽運(yùn)動副。之間、槽運(yùn)動副。直接點(diǎn)擊按鈕直接點(diǎn)擊按鈕 ，其中，其中C為阻尼系數(shù)。為阻尼系數(shù)。四、運(yùn)動環(huán)境5. 力力/扭矩扭矩可以通過可以通過力力/扭矩來模擬機(jī)構(gòu)運(yùn)動的外部環(huán)境扭矩來模擬機(jī)構(gòu)運(yùn)動的外部環(huán)境。直接點(diǎn)擊按鈕直接點(diǎn)擊按鈕 其類型分為其類型分為“點(diǎn)力點(diǎn)力”與與“主體扭矩主體扭矩”，即力與扭矩。和其他，即力與扭矩。和其他矢量相同，定義需要指出矢量相同，定義需要指出“模?！焙秃汀胺较蚍较颉薄Ｋ?、運(yùn)動環(huán)境6. 初始條件初始條件初始條件包括初始條件包括初始位置和初始速度初始位置和初始速度兩個(gè)兩個(gè)方面。點(diǎn)擊按鈕方面。點(diǎn)擊按鈕 初始位置的確定需要初始位置的確定需要借助快照功能，從事先

14、創(chuàng)建好的快照得到主借助快照功能，從事先創(chuàng)建好的快照得到主體的位置。由于速度為矢量，所以在指出模體的位置。由于速度為矢量，所以在指出模的同時(shí)還要指出其方向，的同時(shí)還要指出其方向，進(jìn)行動態(tài)分析進(jìn)行動態(tài)分析時(shí)用到時(shí)用到五、運(yùn)動分析完成運(yùn)動模型及運(yùn)動環(huán)境的設(shè)置后，完成運(yùn)動模型及運(yùn)動環(huán)境的設(shè)置后，需要對機(jī)構(gòu)進(jìn)行分析。點(diǎn)擊按鈕需要對機(jī)構(gòu)進(jìn)行分析。點(diǎn)擊按鈕 五、運(yùn)動分析1. 運(yùn)動學(xué)運(yùn)動學(xué)在在不考慮力、質(zhì)量、慣性不考慮力、質(zhì)量、慣性的情況下，的情況下，僅對機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動分析時(shí)，可以使用僅對機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動分析時(shí)，可以使用“運(yùn)運(yùn)動學(xué)、重復(fù)組件動學(xué)、重復(fù)組件”的類型。的類型。由于僅考慮機(jī)構(gòu)的運(yùn)動，所以這兩種由于僅考慮機(jī)

15、構(gòu)的運(yùn)動，所以這兩種類型不需要指定質(zhì)量屬性、彈簧、阻尼器、類型不需要指定質(zhì)量屬性、彈簧、阻尼器、重力、力重力、力/力矩以及執(zhí)行電動機(jī)等。外部力矩以及執(zhí)行電動機(jī)等。外部負(fù)荷選項(xiàng)卡為灰顯狀態(tài)。負(fù)荷選項(xiàng)卡為灰顯狀態(tài)。五、運(yùn)動分析2. 動態(tài)動態(tài)在考慮在考慮力、質(zhì)量、慣性力、質(zhì)量、慣性等外力作用的等外力作用的情況下，對機(jī)構(gòu)進(jìn)行分析可以使用情況下，對機(jī)構(gòu)進(jìn)行分析可以使用“動態(tài)動態(tài)”的類型。的類型。選取該類型后，定義對話框下方的初選取該類型后，定義對話框下方的初始配置選項(xiàng)變?yōu)榱耸寂渲眠x項(xiàng)變?yōu)榱恕俺跏紬l件初始條件”，可以直，可以直接選取已設(shè)置好的初始條件。接選取已設(shè)置好的初始條件。需要注意的是，動態(tài)類型中，不

16、能為需要注意的是，動態(tài)類型中，不能為伺服電機(jī)指定起止時(shí)間，而只能從開始到伺服電機(jī)指定起止時(shí)間，而只能從開始到結(jié)束。結(jié)束。五、運(yùn)動分析3. 靜態(tài)靜態(tài)靜態(tài)類型主要用于靜態(tài)類型主要用于研究機(jī)構(gòu)中主體平研究機(jī)構(gòu)中主體平衡時(shí)的受力情況衡時(shí)的受力情況。由于靜態(tài)分析中不考慮。由于靜態(tài)分析中不考慮速度及慣性，所以能比動態(tài)更快的找到平速度及慣性，所以能比動態(tài)更快的找到平衡狀態(tài)，定義對話框中也因此無需對起止衡狀態(tài)，定義對話框中也因此無需對起止時(shí)間進(jìn)行設(shè)置。時(shí)間進(jìn)行設(shè)置。其中其中“最大步距因子最大步距因子”能夠改變靜態(tài)能夠改變靜態(tài)分析中的缺省步長，它是一個(gè)處于分析中的缺省步長，它是一個(gè)處于0到到1的的常數(shù)。在分析具

17、有較大加速度的機(jī)構(gòu)時(shí)，常數(shù)。在分析具有較大加速度的機(jī)構(gòu)時(shí)，推薦減小此值。推薦減小此值。五、運(yùn)動分析4. 力平衡力平衡力平衡用于分析機(jī)構(gòu)處于某一力平衡用于分析機(jī)構(gòu)處于某一形態(tài)時(shí)，為形態(tài)時(shí)，為保證其靜平衡所需施加保證其靜平衡所需施加的外力的外力。由于進(jìn)行平衡分析需要使機(jī)構(gòu)由于進(jìn)行平衡分析需要使機(jī)構(gòu)保持零自由度，所以需要借助連接保持零自由度，所以需要借助連接鎖定、在兩個(gè)主體間鎖定，使機(jī)構(gòu)鎖定、在兩個(gè)主體間鎖定，使機(jī)構(gòu)在添加測力計(jì)鎖定后自由度減為零。在添加測力計(jì)鎖定后自由度減為零。六、獲取結(jié)果1. 回放回放使用回放功能主要可以實(shí)現(xiàn)運(yùn)動干涉檢測、創(chuàng)建運(yùn)動包絡(luò)和動使用回放功能主要可以實(shí)現(xiàn)運(yùn)動干涉檢測、創(chuàng)建運(yùn)動包絡(luò)和動態(tài)影像捕捉。指令為點(diǎn)擊按鈕