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

1、商用車動(dòng)力總成工程中心商用車動(dòng)力總成工程中心20212021年年1212月月2525日日Pro/E機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)仿真設(shè)計(jì)及分析內(nèi)內(nèi) 容容機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)實(shí)例：曲柄活塞連桿機(jī)構(gòu)裝配機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析實(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)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。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

2、，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)

3、。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)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100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。210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)

4、，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。411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。512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)。630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。700兩個(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)。831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。933由元件坐標(biāo)系和組件坐標(biāo)系

5、重合來使元件和組件發(fā)生關(guān)聯(lián)，但元件可任意旋轉(zhuǎn)和平移，一般不常用。103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。11XX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)。元件可任意旋轉(zhuǎn)和平移

6、。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：曲柄活塞二、實(shí)例：曲柄活塞連桿機(jī)構(gòu)裝配連桿機(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?；钊B桿機(jī)構(gòu)單獨(dú)裝活塞連桿機(jī)構(gòu)單獨(dú)裝配為一個(gè)機(jī)構(gòu)，活塞配為一個(gè)機(jī)構(gòu)，活塞銷及活塞往連桿合件銷及活塞往連桿合件上裝配，均采用銷釘上裝配，均采用銷釘連接連接檢查

7、需裝配的每個(gè)檢查需裝配的每個(gè)主體，添加必要的主體，添加必要的旋轉(zhuǎn)軸和對(duì)齊平面旋轉(zhuǎn)軸和對(duì)齊平面新建裝配，新建裝配，裝配缸體或裝配缸體或骨架模型骨架模型曲軸按銷釘曲軸按銷釘連接裝配到連接裝配到基礎(chǔ)上基礎(chǔ)上分別按銷釘連接和滑分別按銷釘連接和滑動(dòng)桿連接裝配活塞連動(dòng)桿連接裝配活塞連桿機(jī)構(gòu)的連桿大頭和桿機(jī)構(gòu)的連桿大頭和活塞活塞裝配流程：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

8、，曲軸按銷釘連接裝配到缸體上，對(duì)齊止推軸承中心面?；钊B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)影片運(yùn)動(dòng)影片三、機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析三、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

9、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

10、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)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)樹結(jié)構(gòu)樹在機(jī)構(gòu)模塊中包含模型樹、機(jī)構(gòu)樹模型樹、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

11、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)選選取運(yùn)動(dòng)軸，曲柄連桿機(jī)構(gòu)選擇曲軸的銷釘連接圖標(biāo)擇曲軸的銷釘連接圖標(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)模選為位置時(shí)模選項(xiàng)定義為斜坡曲軸旋轉(zhuǎn)一圈項(xiàng)定義為斜坡曲軸旋轉(zhuǎn)一圈360360度，度，圖形中可以查看定義的輪廓，橫坐圖形中可以查看定義的輪廓，橫坐標(biāo)為時(shí)間標(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【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

12、能用于運(yùn)動(dòng)分析。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。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

13、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

14、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)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。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

15、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)中某一點(diǎn)或頂點(diǎn)相對(duì)于另一零件的運(yùn)動(dòng)?！巴馆喓铣汕€”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

16、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)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