機(jī)構(gòu)的動(dòng)態(tài)分析及運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真畢業(yè)論文

1、<p>　　2011屆畢業(yè)生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）</p><p>　　題目： 機(jī)構(gòu)的動(dòng)態(tài)分析及運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真</p><p>　　系 別 工程機(jī)械系 </p><p>　　專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化</p><p>　　班 級 </p><

2、;p>　　學(xué) 號 </p><p>　　姓 名 </p><p>　　指導(dǎo)教師 </p><p>　　二○一一年 月</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　摘要

3、：機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析的任務(wù)是在一直尺寸及原動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律的情況下，確定機(jī)構(gòu)中其他構(gòu)件上某些點(diǎn)的軌跡、位移、速度及加速度和構(gòu)件角位移、角速度、角加速度。這些分析無論是設(shè)計(jì)新機(jī)械，還是為了了解現(xiàn)有機(jī)構(gòu)的性能，都是十分重要的，而且是究機(jī)械動(dòng)力性能的重要前提?，F(xiàn)有比較重要的兩種結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析方法：圖解法和解析法?；诮馕龇ǖ木_性同時(shí)利用計(jì)算機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)算等優(yōu)點(diǎn)，我們選擇利用Pro/ENGINEER Wildfire對機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)的分析。我們利用解析法對要

4、研究的W型活塞機(jī)構(gòu)建立方程，給定原動(dòng)件及構(gòu)件的尺寸參數(shù)，在通過Pro/ENGINEER Wildfire編程來求解相關(guān)構(gòu)件上一點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，并對其進(jìn)行畫圖。然后再利用Proe軟件進(jìn)行相應(yīng)的仿真并畫出對應(yīng)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)參量的圖線來驗(yàn)證我們利用Proe求解出的點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。結(jié)果這款軟件給出的對應(yīng)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)參量（位移，速度，加速度）圖線完全一致。因此我們得出結(jié)論基于Proe的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析研究是十分科學(xué)可靠的，并且有很強(qiáng)的實(shí)用性，有很大的利用價(jià)值。&l

5、t;/p><p>　　關(guān)鍵字：機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析，仿真，Pro/E建模</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　The organization is the task of motion analysis has been moving pieces of the original size and movement

6、of thecircumstances, determine the organization of certain other components in the locus ofpoints, displacement, velocity and acceleration and angular displacement components, angular velocity, angular acceleration. The

7、analysis of both the design of new machinery, or to understand the performance of existing institutions are very important to study mechanical power and is an important prereq</p><p>　　Key words: Dynamic An

8、alysis, Dynamic Simulation,Pro / E modeling</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　前 言 …………………………………………………………………………………………4</p><p>　　1緒論 …………………………………………………………………………………………5</p&

9、gt;<p>　　1.1課題提出的背景 ………………………………………………………………………5</p><p>　　1.2課題研究的意義 ………………………………………………………………………5</p><p>　　1.3課題完成的主要工作 …………………………………………………………………7</p><p>　　2機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)分析研究過程介紹 ………

10、……………………………………………………8</p><p>　　2.1機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)分析 ………………………………………………………………………8</p><p>　　2.2機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)分析步驟 …………………………………………………………………8</p><p>　　3機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)分析軟件介紹…………………………………………………………………12</p>&

11、lt;p>　　3.1 Pro/E的主要特點(diǎn) ……………………………………………………………………12</p><p>　　3.2 Pro/E的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析模塊介紹 ………………………………………………………13</p><p>　　4實(shí)例研究……………………………………………………………………………………18</p><p>　　4.1創(chuàng)建W型活塞機(jī)構(gòu)……………

12、………………………………………………………18</p><p>　　4.2添加馬達(dá)………………………………………………………………………………20</p><p>　　4.3機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)仿真………………………………………………………………………21</p><p>　　4.4分析結(jié)果和測量值……………………………………………………………………22結(jié) 論……………………

13、……………………………………………………………………27致 謝 …………………………………………………………………………………………29 </p><p>　　參考文獻(xiàn) ……………………………………………………………………………………30</p><p><b>　　前 言</b></p>

14、<p>　　隨著科技的不斷進(jìn)步， 制造業(yè)正向數(shù)字化、全球化、網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展，產(chǎn)品的生命周期越來越短，新產(chǎn)品的上市速度越來越快。計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)/計(jì)算機(jī)輔助工程/計(jì)算機(jī)輔助制造（CAD/CAE/CAM）作為數(shù)字化技術(shù)的重要組成部分，是計(jì)算機(jī)技術(shù)在工程設(shè)計(jì)、仿真優(yōu)化、制造加工等廣闊領(lǐng)域中具有重大影響的革新技術(shù)。</p><p>　　CAD/CAE/CAM技術(shù)將計(jì)算機(jī)高速而準(zhǔn)確的運(yùn)算功能，大容量存儲(chǔ)和處理數(shù)據(jù)

15、的能力，豐富而靈活的圖形、文字處理功能與設(shè)計(jì)者的創(chuàng)造性思維能力、綜合分析及邏輯判斷能力結(jié)合起來，形成一個(gè)設(shè)計(jì)者思想與計(jì)算機(jī)處理能力緊密配合的系統(tǒng)。CAD主要包括數(shù)據(jù)測量、集合建模、計(jì)算分析、繪圖與技術(shù)文檔生成、工程數(shù)據(jù)庫的管理和共享等功能。CAE是利用計(jì)算機(jī)科學(xué)和技術(shù)的成果，建立被仿真系統(tǒng)的模型，并在某些實(shí)驗(yàn)條件下對模型進(jìn)行動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)的一門綜合性技術(shù)。CAM多的內(nèi)容廣泛，從協(xié)議上指的是數(shù)控程序的編制，包括刀具路徑的規(guī)劃、刀位文件的生成、刀

16、具軌跡仿真以及NC代碼的生成等。</p><p>　　作為國民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)，各個(gè)國家和地區(qū)一直重視制造業(yè)的發(fā)展，CAD/CAE/CAM 技術(shù)與制造業(yè)的結(jié)合使制造業(yè)發(fā)生了巨大的變革，也使制造業(yè)產(chǎn)生了良好的經(jīng)濟(jì)效益。目前，制造企業(yè)精良的設(shè)備、優(yōu)良的工作環(huán)境、優(yōu)厚的待遇和高速增長的產(chǎn)值，不近使其在該行業(yè)中所占比重、就業(yè)人數(shù)、社會(huì)貢獻(xiàn)位居前列，還在于制造業(yè)為新技術(shù)、新產(chǎn)品的開發(fā)和生產(chǎn)提供了重要的物質(zhì)基礎(chǔ)，是現(xiàn)代化經(jīng)濟(jì)中不可

17、缺少的戰(zhàn)略性產(chǎn)品。</p><p>　　CAD/CAE/CAM軟件技術(shù)也在飛速發(fā)展，出現(xiàn)了很多軟件產(chǎn)品，應(yīng)用范圍比較廣泛的有：Pro/ENGINEER、Unigraphics、SolidWorks、ANSYS、Mastercam、CATIA、Inventor等。由于Pro/ENGINEER Wildfire 3.0中的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)仿真模塊Mechanism可以進(jìn)行裝配模型的運(yùn)動(dòng)和仿真，使得原來在二維圖樣上難以表達(dá)和設(shè)

18、計(jì)的運(yùn)動(dòng)變得非常直觀和易于修改，并在Pro/ENGINEER Wildfire 3.0中，運(yùn)動(dòng)仿真的結(jié)果不但可以以動(dòng)畫的形式表現(xiàn)出來，還可以以參數(shù)的形式輸出，從而可以獲知零件之間是否干涉、干涉的體積有多大等。根據(jù)仿真結(jié)果對所設(shè)計(jì)的零件進(jìn)行修改，直到不產(chǎn)生干涉為止?？梢詰?yīng)用電動(dòng)機(jī)來生成要進(jìn)行研究的運(yùn)動(dòng)類型，并可使用凸輪和齒輪設(shè)計(jì)功能擴(kuò)展設(shè)計(jì)。當(dāng)準(zhǔn)備好要分析運(yùn)動(dòng)時(shí)，可觀察并記錄分析，或測量諸如位置、速度、加速度或力等量，然后以圖形表示這些測

19、量。也可以創(chuàng)建軌跡曲線和運(yùn)動(dòng)包絡(luò)，以用物理方法描述運(yùn)動(dòng)。所以笨課題是在CAD軟件Pro/Engineer環(huán)境中運(yùn)行。通過對軟件的學(xué)習(xí)和設(shè)計(jì)實(shí)例的應(yīng)用，可以證明合理運(yùn)用三維設(shè)計(jì)軟件的動(dòng)態(tài)</p><p>　　基于以上思想，本文就W型活塞機(jī)構(gòu)三維實(shí)體造型和仿真分析，并對應(yīng)用過程中出現(xiàn)的問題作了分析，包括關(guān)鍵位置的速度、加速度、位置線圖、動(dòng)態(tài)仿真動(dòng)畫以及從不同的角度輸出的活塞機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)過程。</p>&l

20、t;p>　　本文用四章的篇幅層層展開，詳細(xì)地介紹了動(dòng)態(tài)仿真技術(shù)及運(yùn)動(dòng)學(xué)分析研究在三維軟件中的應(yīng)用，并且圖文并茂的詳細(xì)講解介紹了動(dòng)態(tài)仿真技術(shù)及運(yùn)動(dòng)學(xué)分析的具體運(yùn)用。最后通過實(shí)例研究——對W型活塞機(jī)構(gòu)的三維實(shí)體建模、裝配，添加各約束馬達(dá)，對模型進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真,測量結(jié)果,獲得軌速度、加速度、位置線圖曲線。通過這一實(shí)例設(shè)計(jì)，說明了動(dòng)態(tài)仿真技術(shù)及運(yùn)動(dòng)學(xué)分析研究的應(yīng)用價(jià)值，進(jìn)一步驗(yàn)證了課題的可行性。</p><p>&l

21、t;b>　　第1章 緒論</b></p><p>　　1.1 課題提出的背景</p><p>　　制造業(yè)是現(xiàn)代國家經(jīng)濟(jì)和綜合國力的基礎(chǔ)，是一個(gè)國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要支柱，是國民收入的重要來源。隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，全球正在逐漸形成了一個(gè)統(tǒng)一的市場，結(jié)果導(dǎo)致了激烈的市場競爭，主要表現(xiàn)在客戶需求不斷變化、產(chǎn)品生命周期越來越短、產(chǎn)品更新?lián)Q代越來越快、產(chǎn)品質(zhì)量更高、價(jià)格越來越便宜、

22、技術(shù)含量越來越高、服務(wù)越來越好。隨著市場競爭越來越激烈和變化迅速，制造企業(yè)為了在競爭中求生存，必須盡力縮短產(chǎn)品開發(fā)周期和提高產(chǎn)品質(zhì)量，以優(yōu)良的性能價(jià)格比參與競爭。隨著我國市場經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，特別是中國在加入了WTO以后，企業(yè)正面臨著持續(xù)多變和無法預(yù)測的全球化市場競爭。要使中國的制造業(yè)在激烈競爭的市場環(huán)境中生存下來,并占有一席之地，企業(yè)就必須不斷的革新和創(chuàng)造。眾所周知，新產(chǎn)品的開發(fā)是一個(gè)極其復(fù)雜的過程，傳統(tǒng)的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)要?dú)v經(jīng)很多環(huán)節(jié)，如明確

23、設(shè)計(jì)任務(wù)、方案構(gòu)思、初步設(shè)計(jì)、技術(shù)設(shè)計(jì)、樣機(jī)試制試驗(yàn)以及反復(fù)修改實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)等一系列繁瑣復(fù)雜過程。整個(gè)設(shè)計(jì)過程時(shí)間長、效率低，尤其是樣機(jī)的試制試驗(yàn)，更是一個(gè)消耗材料、加工設(shè)備、人力和時(shí)間等資源的過程。基于動(dòng)態(tài)仿真技術(shù)及運(yùn)動(dòng)學(xué)分析研究就是在這種狀況下不斷改進(jìn)提出的。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，</p><p>　　1.2 課題研究的意義</p><p>　　ISO標(biāo)準(zhǔn)《數(shù)據(jù)處理詞匯》原本給出這樣的解

24、釋：</p><p>　　模擬（Simulation）是指選取一個(gè)物理的或抽象的系統(tǒng)的某些行為特征，用另一個(gè)系統(tǒng)來表示它們的過程。</p><p>　　仿真（Emulation）是指用另一數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，主要用硬件來全部或部分地模仿某一數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，以致于模仿的系統(tǒng)能像被模仿的系統(tǒng)一樣接受同樣的數(shù)據(jù)，執(zhí)行同樣的程序，獲得同樣的結(jié)果。</p><p>　　所謂仿真模擬，

25、即是外形仿真、操作仿真、視覺感受仿真，使用真實(shí)的汽車模型或其他等比例的飛機(jī)、飛船等模型作為參與者的操控平臺，利用VR技術(shù)（虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)），通過實(shí)際操作，使參與者有身臨其境的切身體會(huì)。以汽車駕駛為例，在車體內(nèi)輔以方向盤、檔位裝置和油門踏板、剎車踏板等輸入裝置作為參與者對車輛控制的界面，能夠控制虛擬的車輛在視景中形式，并且車輛的運(yùn)動(dòng)在一定程度上符合真實(shí)車輛的運(yùn)動(dòng)。在車體模型前放置大屏幕，利用單通道或多通道技術(shù)裝置在車體模型前形成盡量大的視景

26、，作為車輛控制的視覺回饋。在車內(nèi)相應(yīng)位置安裝速度表，轉(zhuǎn)速表等裝置作為車輛行駛信息的反饋，參與者看到較為真實(shí)的虛擬道路景象。同時(shí)，在車內(nèi)配以音響裝置，作為操作中汽車發(fā)動(dòng)機(jī)及路面噪聲、空氣噪聲的回饋裝置，給予參與者操控的聲音回饋。</p><p>　　對一個(gè)工程技術(shù)系統(tǒng)進(jìn)行模擬仿真，包括了建立模型、實(shí)驗(yàn)求解和結(jié)果分析三個(gè)主要步驟。 　　</p><p>　　1.建立系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型</p&g

27、t;<p>　　模擬仿真是一基于模型的活動(dòng)，是用模型模擬來代替真實(shí)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和研究。因此，首先就要對待仿真的問題進(jìn)行定量描述，這就是建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。模型是對真實(shí)世界的模仿，真實(shí)世界是五彩繽紛的，因此模型也是千姿百態(tài)的；根據(jù)模型中是否包含隨機(jī)因素，可分為隨機(jī)型和確定型模型；根據(jù)模型是否具有時(shí)變性，可分為動(dòng)態(tài)模型和靜態(tài)模型；根據(jù)模型參數(shù)是否在空間連續(xù)變化，可分為分布參數(shù)模型和集中參數(shù)模型；根據(jù)模型參數(shù)是否隨時(shí)間連續(xù)變化，

28、可分為連續(xù)系統(tǒng)模型和離散系統(tǒng)模型；根據(jù)模型的數(shù)學(xué)描述形式，又可分為常微分方程、偏微分方程、差分方程、離散事件模型等。</p><p><b>　　2.仿真計(jì)算 　　</b></p><p>　　仿真計(jì)算是對所建立的仿真模型進(jìn)行數(shù)值實(shí)驗(yàn)和求解的過程，不同的模型有不同的求解方法。例如：對于連續(xù)系統(tǒng)，通常用常微分方程、傳遞函數(shù)，甚至偏微分方程對 其進(jìn)行描述。由于要得到這些方

29、程的解析解幾乎是不可能的，所以總是采用數(shù)值解法，如：對于常微分方程主要采用各種數(shù)值積分法，對于偏微分方程則采用有限差 分法、特征法、蒙特卡羅法或有限元方法等。又例如：對于離散事件系統(tǒng)，通常采用概率模型，其仿真過程實(shí)際上是一個(gè)數(shù)值實(shí)驗(yàn)的過程，而這些參數(shù)又必須符合一定的概率分布規(guī)律。對于不同類型的離散事件系統(tǒng)（如隨機(jī)服務(wù)系統(tǒng)、隨機(jī)庫存系統(tǒng)、隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃等）有不同的仿真方法。隨著被仿真對象復(fù)雜程度的提高和對仿真實(shí)時(shí)性的迫切要求，研究新的仿真算

30、法一直是一項(xiàng)重要的任務(wù)，特別是研究各種并行的仿真算法。</p><p>　　3.仿真結(jié)果的分析 　　</p><p>　　要想通過模擬仿真得出正確、有效地結(jié)論，必須對仿真結(jié)果進(jìn)行科學(xué)的分析。早期的仿真軟件都是以大量數(shù)據(jù)的形式輸出仿真的結(jié)果，因此有必要對仿真結(jié)果數(shù)據(jù)進(jìn)行 整理，進(jìn)行各種統(tǒng)計(jì)分析，以得到科學(xué)的結(jié)論?，F(xiàn)代仿真軟件廣泛采用了可視化技術(shù)，通過圖形、圖表，甚至動(dòng)畫生動(dòng)逼真地顯示出被仿真

31、對象的各種狀態(tài)，使模擬 仿真的輸出信息更加豐富、更加詳盡、更加有利于對仿真結(jié)果的科學(xué)分析。</p><p>　　合理運(yùn)用三維設(shè)計(jì)軟件的動(dòng)態(tài)仿真技術(shù)，可以使設(shè)計(jì)工作更為直觀、準(zhǔn)確和快速。從而提高企業(yè)的設(shè)計(jì)效率，減輕技術(shù)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，縮短產(chǎn)品的設(shè)計(jì)周期。運(yùn)動(dòng)仿真有助于設(shè)計(jì)人員從一開始就獲得產(chǎn)品模型，因此，它可以提高產(chǎn)品質(zhì)量和發(fā)揚(yáng)設(shè)計(jì)優(yōu)點(diǎn)，并減少開發(fā)時(shí)間、原型和成本，使得產(chǎn)品設(shè)計(jì)更加快捷，提高產(chǎn)品的設(shè)計(jì)效率。這樣就提

32、高整個(gè)企業(yè)的生產(chǎn)效率，就能更快的滿足客戶的需求，并能根據(jù)市場需要及時(shí)做出反應(yīng)，設(shè)計(jì)出市場急需的產(chǎn)品，能夠的快速實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品創(chuàng)新過程。超越其競爭對手，最終實(shí)現(xiàn)市場新產(chǎn)品的占有率，增強(qiáng)企業(yè)的競爭實(shí)力，使企業(yè)在競爭中立于不敗之地。</p><p>　　1.3課題完成的主要工作</p><p>　　1.深入的了解機(jī)構(gòu)的動(dòng)態(tài)仿真及運(yùn)動(dòng)學(xué)分析的主要定義及主要內(nèi)容；</p><p>

33、　　2.掌握動(dòng)態(tài)仿真及運(yùn)動(dòng)學(xué)分析在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用；</p><p>　　3.選定運(yùn)動(dòng)學(xué)分析的相關(guān)軟件并掌握其分析過程；</p><p>　　4.介紹Pro/e 軟件的運(yùn)動(dòng)分析模塊</p><p>　　5.選定實(shí)例機(jī)構(gòu)對其進(jìn)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)態(tài)仿真及運(yùn)動(dòng)學(xué)分析；</p><p>　　6.分析總結(jié)設(shè)計(jì)中所發(fā)現(xiàn)的問題，完善不足</p>&l

34、t;p>　　第2章 機(jī)械運(yùn)動(dòng)學(xué)分析研究過程介紹</p><p>　　2.1機(jī)械運(yùn)動(dòng)學(xué)分析</p><p>　　2.1.1 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)的定義</p><p>　　機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)是研究構(gòu)成機(jī)構(gòu)要素的慣性和機(jī)構(gòu)中各元、部件的剛性引起振動(dòng)的一門學(xué)科。機(jī)械動(dòng)力學(xué)是機(jī)械原理的主要組成部分。它研究機(jī)械在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中的受力、機(jī)械中各構(gòu)件的質(zhì)量與機(jī)械運(yùn)動(dòng)之間的相互關(guān)系，是現(xiàn)代機(jī)械設(shè)

35、計(jì)的理論基礎(chǔ)。研究機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)過程中能量的平衡和分配關(guān)系。主要研機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)是研究構(gòu)成機(jī)構(gòu)要素的慣性和機(jī)構(gòu)中各元、部件的剛性引起振動(dòng)的一門學(xué)科。機(jī)械動(dòng)力學(xué)是機(jī)械原理的主要組成部分。它研究機(jī)械在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中的受力、機(jī)械中各構(gòu)件的質(zhì)量與機(jī)械運(yùn)動(dòng)之間的相互關(guān)系，是現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)。研究機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)過程中能量的平衡和分配關(guān)系。主要研究的是：在已知外力作用下，求具有確定慣性參量的機(jī)械系統(tǒng)的真實(shí)運(yùn)動(dòng)規(guī)律；分析機(jī)械運(yùn)動(dòng)過程中各構(gòu)件之間的相互作用力；研究回轉(zhuǎn)

36、構(gòu)件和機(jī)構(gòu)平衡的理論和方法；機(jī)械振動(dòng)的分析；以及機(jī)構(gòu)的分析和綜合等等。究的是：在已知外力作用下，求具有確定慣性參量的機(jī)械系統(tǒng)的真實(shí)運(yùn)動(dòng)規(guī)律；分析機(jī)械運(yùn)動(dòng)過程中各構(gòu)件之間的相互作用力；研究回轉(zhuǎn)構(gòu)件和機(jī)構(gòu)平衡的理論和方法；機(jī)械振動(dòng)的分析；以及機(jī)構(gòu)的分析和綜合等等。機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)是研究構(gòu)成機(jī)構(gòu)要素的慣性和機(jī)構(gòu)中各元、部件的剛性引起振動(dòng)的一門學(xué)科。機(jī)械運(yùn)動(dòng)學(xué)是機(jī)械原理的</p><p>　　2.1.2機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)仿真工作流程&l

37、t;/p><p>　　機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)工作流程</p><p>　　在機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)研究中，用戶可以通過添加運(yùn)動(dòng)副，使其隨伺服電動(dòng)機(jī)一起移動(dòng)，并且在不考慮作用于系統(tǒng)上的力的情況下分析其運(yùn)動(dòng)。使其運(yùn)動(dòng)分析可觀察機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)，并測量主體位置、速度和加速度的改變。然后用圖形表示這些測量，或者創(chuàng)建軌跡曲線和運(yùn)動(dòng)包絡(luò)。</p><p>　　根據(jù)以上分析，機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)仿真總體上可以分為6個(gè)部分

38、：創(chuàng)建圖元、檢測模型、添加建模圖元、準(zhǔn)備分析、分析模型和獲取結(jié)果。如圖2.1所示為機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)的工作流程。</p><p>　　機(jī)構(gòu)動(dòng)態(tài)分析工作流程</p><p>　　如果想研究所施加的力對機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的影響，就要用到機(jī)構(gòu)動(dòng)態(tài)分析。機(jī)械動(dòng)態(tài)分析中包括多個(gè)建模圖元，例如彈簧、阻尼器、力/扭矩負(fù)荷以及重力等?？筛鶕?jù)電動(dòng)機(jī)所施加的力及其位置、速度或加速度來定義電動(dòng)機(jī)。除進(jìn)行位置和運(yùn)動(dòng)分析外，還

39、可運(yùn)行動(dòng)態(tài)、靜態(tài)和力平衡分析，也可以創(chuàng)建測量、以及檢測連接點(diǎn)上的力以及點(diǎn)、頂點(diǎn)或運(yùn)動(dòng)軸的速度或加速度?？纱_定在分析期間是否出現(xiàn)碰撞，并可使用脈沖測量定量由于碰撞而引起的動(dòng)量變化。</p><p>　　根據(jù)以上分析，動(dòng)態(tài)分析總體上可以分為6個(gè)部分：創(chuàng)建圖元、檢測模型、添加建模圖元、準(zhǔn)備分析、分析模型和獲取結(jié)果。機(jī)構(gòu)動(dòng)態(tài)分析的工作流程與機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)的工作流程大體相同，但機(jī)構(gòu)動(dòng)態(tài)分析中增加了許多功能，比如可以添加彈簧、

40、阻尼器、力/扭矩負(fù)荷以及重力和執(zhí)行電動(dòng)機(jī)等建模圖元，從而除了可以對機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)和位置分析，還可以對機(jī)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析、靜態(tài)分析和力平衡分析。如果要研究機(jī)構(gòu)對施加力所產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)，就要用到機(jī)構(gòu)動(dòng)態(tài)分析。機(jī)構(gòu)動(dòng)態(tài)分析的工作流程如圖2.2所示</p><p>　　圖2.1機(jī)械運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)工作流程</p><p>　　Fig. 2.1 mechanical motion design work proc

41、ess</p><p>　　圖2.2 機(jī)構(gòu)動(dòng)態(tài)分析工作流程</p><p>　　Fig. 2.2 Agencies working flow dynamic analysis</p><p>　　2.2運(yùn)動(dòng)學(xué)分析的步驟</p><p>　　2.2.1機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)工作流程</p><p>　　在Mechanism工作環(huán)

42、境中，使用機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)可觀察研究機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)、測量體零件的位置、速度、加速度。機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)工作流程如圖2.3</p><p>　　圖2.3 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)工作流程</p><p>　　Fig.2.3 Kinematics workflow</p><p>　　(1)創(chuàng)建模型：包括定義體、建立連接、定義連接軸以及根據(jù)設(shè)計(jì)需要選擇是否建立凸輪-隨動(dòng)件連接、槽輪-隨動(dòng)件連接或齒輪副

43、連接。</p><p>　　(2)檢查模型：在裝配模型中，拖動(dòng)可移動(dòng)的零件，觀察模型的裝配連接情況。</p><p>　　(3)添加模型化要素：在機(jī)構(gòu)中添加伺服馬達(dá)。</p><p>　　(4)為分析做準(zhǔn)備：定義初始位置，建立測量方式。</p><p>　　(5)分析模型：執(zhí)行運(yùn)動(dòng)學(xué)分析。</p><p>　　(6)獲

44、得分析結(jié)果：回放結(jié)果，檢驗(yàn)零件間的干涉情況，觀察測量結(jié)果，獲得軌跡曲線，獲得運(yùn)動(dòng)包絡(luò)線等。</p><p>　　2.2.2機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)工作流程</p><p>　　在機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)中，可以根據(jù)機(jī)構(gòu)中各要素需要的力、各要素的位置、速度及加速度定義馬達(dá)，可執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)力、靜力及力平衡分析，也可以建立多種測量類型檢測機(jī)構(gòu)中個(gè)零件的受力、速度、加速度等情況。機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)工作流程如圖2.4。</p&g

45、t;<p>　　圖2.4 機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)工作流程 </p><p>　　Fig.2.4 Dynamic workflow</p><p>　　(1)創(chuàng)建模型：包括定義機(jī)構(gòu)中的體、在機(jī)構(gòu)中分析質(zhì)量屬性、建立零件間的連接、設(shè)定連接軸的屬性，根據(jù)設(shè)計(jì)需要，添加凸輪-隨動(dòng)件、槽輪-隨動(dòng)件連接、齒輪副連接，設(shè)定仿真沖擊或仿真摩擦損失的恢復(fù)系數(shù)或摩擦系數(shù)。</p><

46、p>　　(2)檢查模型：在裝配模型中，拖動(dòng)可移動(dòng)的零件，觀察模型的裝配連接情況。</p><p>　　(3)添加模型化要素：應(yīng)用添加伺服馬達(dá)、應(yīng)用力馬達(dá)、應(yīng)用阻尼器、定義力/力矩的大小、定義引力（重力）。</p><p>　　(4)分析模型：進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)分析、進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析、進(jìn)行靜態(tài)分析、進(jìn)行平衡分析、進(jìn)行重復(fù)裝配分析。</p><p>　　(5)獲得分析結(jié)果：

47、回放結(jié)果，檢驗(yàn)零件間的干涉情況，觀察測量結(jié)果，獲得軌跡曲線，獲得運(yùn)動(dòng)包絡(luò)線等。</p><p>　　第3章 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)分析的軟件介紹</p><p>　　3.1 Pro/E的主要特點(diǎn)</p><p>　　3.1.1 Pro/E的特點(diǎn)</p><p>　　(1)Pro/E軟件以參數(shù)化著稱，是第一個(gè)提出了參數(shù)化設(shè)計(jì)的概念，并且采用了單一數(shù)據(jù)庫來解

48、決特征的相關(guān)性問題；是參數(shù)化技術(shù)的最早應(yīng)用者，是現(xiàn)今主流的CAD/CAM/CAE軟件之一，在國內(nèi)產(chǎn)品設(shè)計(jì)領(lǐng)域占據(jù)重要位置。</p><p>　　(2)Pro/E的基于特征方式，能夠?qū)⒃O(shè)計(jì)至生產(chǎn)全過程集成到一起，實(shí)現(xiàn)并行工程設(shè)計(jì)。它不但可以應(yīng)用于工作站，而且也可以應(yīng)用到單機(jī)上；它采用了模塊方式，可以分別進(jìn)行草圖繪制、零件制作、裝配設(shè)計(jì)、鈑金設(shè)計(jì)、加工處理等，保證用戶可以按照自己的需要進(jìn)行選擇使用。 </p&g

49、t;<p>　　(3)基于特征建模 Pro/E是基于特征的實(shí)體模型化系統(tǒng)，工程設(shè)計(jì)人員采用具有智能特性的基于特征的功能去生成模型，如腔、殼、倒角及圓角，您可以隨意勾畫草圖，輕易改變模型。這一功能特性給工程設(shè)計(jì)者提供了在設(shè)計(jì)上從未有過的簡易和靈活。 </p><p>　　(4)單一數(shù)據(jù)庫（全相關(guān)） Pro/E是建立在統(tǒng)一基層上的數(shù)據(jù)庫上，不象一些傳統(tǒng)的CAD/CAM系統(tǒng)建立在多個(gè)數(shù)據(jù)庫上。

50、所謂單一數(shù)據(jù)庫，就是工程中的資料全部來自一個(gè)庫，使得每一個(gè)獨(dú)立用戶在為一件產(chǎn)品造型而工作，不管他是哪一個(gè)部門的。換言之，在整個(gè)設(shè)計(jì)過程的任何一處發(fā)生改動(dòng)，亦可以前后反應(yīng)在整個(gè)設(shè)計(jì)過程的相關(guān)環(huán)節(jié)上。例如，一旦工程詳圖有改變，NC（數(shù)控）工具路徑也會(huì)自動(dòng)更新；組裝工程圖如有任何變動(dòng)，也完全同樣反應(yīng)在整個(gè)三維模型上。這種獨(dú)特的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與工程設(shè)計(jì)的完整的結(jié)合，使得一件產(chǎn)品的設(shè)計(jì)結(jié)合起來。這一優(yōu)點(diǎn)，使得設(shè)計(jì)更優(yōu)化，成品質(zhì)量更高，產(chǎn)品能更好地推向市

51、場，價(jià)格也更便宜。</p><p>　　(5)PRO/E主要適合于中小企業(yè)快速建立較為簡單的數(shù)模。在建模較為復(fù)雜的時(shí)候，往往是任何參數(shù)都是沒有用處的，用PRO/E建立開始較為簡單的線框、曲面，然后轉(zhuǎn)到UG里面進(jìn)行高級曲面的建立、倒角。由于產(chǎn)品反復(fù)更改，參數(shù)大多數(shù)都被刪掉了。兩種軟件各有優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)該混合建模才能達(dá)到最佳效果。零件較大、較復(fù)雜的時(shí)候，加工一般用UG做好數(shù)模，Cimatron做粗加工，UG精加工。多用于電

52、子企業(yè)。UG主要適合于大型的汽車、飛機(jī)廠建立復(fù)雜的數(shù)模，它的一個(gè)最大特點(diǎn)就是混合建模，曲面功能非常強(qiáng)大。另外，學(xué)模具設(shè)計(jì),UG是第一選擇,模具標(biāo)準(zhǔn)件都有,一套簡單的模具,5分鐘模,5分鐘裝模胚,再裝頂針及其它標(biāo)準(zhǔn)件,布水路,30分鐘搞定,不過你要有模具設(shè)計(jì)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)才好. 它的加工部分也很強(qiáng)大，也就是CAM功能強(qiáng)大。</p><p>　　3.1.2 Pro/E的優(yōu)點(diǎn)</p><p>　　Pr

53、o/ENGINEER 易學(xué)易用，有各種軟件包供您選擇，這些軟件包專為滿足貴公司的具體需求而設(shè)計(jì)。無論您需要的是包含所有必要基本、3D、設(shè)計(jì)功能的符合成本效益的3D，CAD 系統(tǒng)，還是無縫地連接擴(kuò)展供應(yīng)鏈的完整產(chǎn)品開發(fā)系統(tǒng)，您都將在一個(gè)完全可伸縮的解決方案中準(zhǔn)確找到自己需要的一切。請選擇適合您當(dāng)前需求的軟件包。在您的需求變化和增長時(shí)，您可以輕松地升級到適合自己將來需求的軟件包，同時(shí)可以利用同一個(gè)功能強(qiáng)大的平臺。結(jié)果是：無需轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，并且可

54、獲得一致的用戶體驗(yàn)。</p><p>　　眾所周知，利用 Pro/ENGINEER 進(jìn)行設(shè)計(jì)，無論設(shè)計(jì)中的哪部分進(jìn)行了變更，這些變更都會(huì)傳播到所有后續(xù)信息中。利用Pro/ENGINEER 機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)模塊，您可以執(zhí)行運(yùn)動(dòng)分析，而不必將時(shí)間浪費(fèi)在準(zhǔn)備要分析的模型上；Pro/ENGINEER 能識別各種接頭和連接。而且，您無需擔(dān)心會(huì)使用過期的信息或要重新創(chuàng)建用于運(yùn)動(dòng)分析的數(shù)據(jù)。Pro/ENGINEER 的應(yīng)用程序均無縫

55、集成在一起，使您能專心設(shè)計(jì)和分析產(chǎn)品，而不會(huì)將時(shí)間和精力浪費(fèi)在重新創(chuàng)建用于不同應(yīng)用場合的模型上。Pro/ENGINEER 應(yīng)用程序的這種集成消除了為其他程序進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換或重新創(chuàng)建模型所產(chǎn)生的錯(cuò)誤。</p><p>　　3.2 Pro/E的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析模塊介紹</p><p>　　3.2.1 Mechanism（機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析）簡介</p><p>　　Mechanis

56、m（機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析）是Pro/ENGINEER Wildfire 的一個(gè)仿真模塊，可實(shí)現(xiàn)對機(jī)構(gòu)的定義，使機(jī)構(gòu)中的零件移動(dòng)以及對機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行分析研究，如建立零件之間的連接及裝配自由度、對輸入軸添加相應(yīng)馬達(dá)來產(chǎn)生設(shè)計(jì)要求的運(yùn)動(dòng)等；使用Mechanism 模塊，可以使機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)拓展到凸輪、導(dǎo)槽和齒輪機(jī)構(gòu)；在分析機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)時(shí)，可以觀察和記錄分析過程或一些測量量，如位置、速度、加速度、力、測量圖標(biāo)，還可以建立表示零部件運(yùn)動(dòng)行為的軌跡曲線和運(yùn)動(dòng)包絡(luò)

57、線。</p><p>　　Pro/Mechanism用于運(yùn)動(dòng)分析，與Pro/E完全集成，不需要單獨(dú)安裝，操作簡單，易于使用。在Pro/Mechanism中創(chuàng)建的機(jī)構(gòu)，可以導(dǎo)入到Pro/Mechanica motion中，以便進(jìn)行一步分析，或者將機(jī)械設(shè)計(jì)模型引入到設(shè)計(jì)動(dòng)畫中，創(chuàng)建一個(gè)動(dòng)畫系列。</p><p>　　3.2.2 Pro/E運(yùn)動(dòng)學(xué)分析模塊功能</p><p&g

58、t;　　利用 Pro/ENGINEER 機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)模塊，讓您無需制造昂貴的實(shí)物樣機(jī)，即可以虛擬方式模擬實(shí)際的作用力，并分析產(chǎn)品在這些力作用下的反應(yīng)。在設(shè)計(jì)階段中及早洞察產(chǎn)品性能，能讓您制造出更優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品，同時(shí)節(jié)省時(shí)間和金錢。</p><p>　　(1)模擬實(shí)際的作用力</p><p>　　利用 Pro/ENGINEER 機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)模塊，您在桌面上就可以確定您的設(shè)計(jì)將如何對諸如重力和摩擦力等

59、動(dòng)力做出反應(yīng)。由于不必建立實(shí)物樣機(jī)就可進(jìn)行此分析，因此，您可以在解決問題所需成本少得多的設(shè)計(jì)階段的早期進(jìn)行測試。并且，當(dāng)您真正建立實(shí)物樣機(jī)時(shí)，實(shí)物樣機(jī)的質(zhì)量就可能高很多，因?yàn)槟呀?jīng)通過虛擬方式完成了一系列嚴(yán)格的測試，同時(shí)建立的實(shí)物樣機(jī)較少，因此您不僅可以減少成本，而且可以縮短上市時(shí)間，因?yàn)槟a(chǎn)的產(chǎn)品是以“一次做對”的流程，所以產(chǎn)品達(dá)到更高的質(zhì)量。</p><p>　　(2)設(shè)計(jì)和分析同步進(jìn)行</p>

60、<p>　　Pro/ENGINEER 機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)模塊利用了 Pro/ENGINEER 的整套集成工具。這意味設(shè)計(jì)和分析之間將不存在由于數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化而產(chǎn)生的錯(cuò)誤。此外，由于圖形用戶界面與在 Pro/ENGINEER 設(shè)計(jì)產(chǎn)品時(shí)所用的界面相同，因此，使用 Pro/ENGINEER MDO 的工程師已對界面很熟悉。而且 Pro/ENGINEER MDO 能夠“識別”Pro/ENGINEER 的模型，因此，您無需浪費(fèi)時(shí)間來準(zhǔn)備要分析的

61、模型。實(shí)施工程變更 之后，您只需重新運(yùn)行分析，從而能以更快的速度生成更高質(zhì)量的模型。</p><p>　　(3)探索真實(shí)世界的行為</p><p>　　它無需制造實(shí)物樣機(jī)即可模擬重力、彈力和摩擦力來進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)分析（位置、速度和加速度分析）以及動(dòng)力學(xué)運(yùn)動(dòng)分析。這樣可以及早在設(shè)計(jì)周期中發(fā)現(xiàn)間隙和干涉問題；還可以從諸如 PTC 的 Mathcad® 或 Micro

62、soft Excel 等應(yīng)用程序中導(dǎo)入行為數(shù)據(jù)，并應(yīng)用到現(xiàn)有的模型中，以確定模型在此行為下的性能。通過直觀的圖形輕松共享結(jié)果。測量定制規(guī)格并用圖形表示定制規(guī)格，例如特定接頭處的速度；還能夠用圖表表示主要反作用力（如負(fù)載和扭矩），使分析人員能更好地了解到產(chǎn)品在特定環(huán)境下的具體表現(xiàn)；使用圖形和動(dòng)畫與其他人員共享結(jié)果；將表格式數(shù)據(jù)輸出到電子表格，以供進(jìn)一步分析，從而將實(shí)際運(yùn)動(dòng)與圖形結(jié)果進(jìn)行比較。</p><p>　　(

63、4)利用高級運(yùn)動(dòng)分析更加靈活地研究復(fù)雜的實(shí)際情況</p><p>　　該模塊能使用靜態(tài)分析確定靜態(tài)平衡點(diǎn)的載荷，然后利用反向靜態(tài)載荷確定使機(jī)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)所需的作用力（力平衡），再通過使用彈簧和阻尼器連接給機(jī)構(gòu)施加張力和壓縮力，就輕松創(chuàng)建機(jī)構(gòu)中選定組件的復(fù)雜運(yùn)動(dòng)包絡(luò)零件，以用于空間聲明研究或在任何裝配中用作占位符；還可以使用 PTC 的 Pro/TOOLKIT? 來編寫各種復(fù)雜的行為，例如基于作用力的齒輪系統(tǒng)、由彈性皮帶

64、輪驅(qū)動(dòng)的皮帶、直線梁和桁架單元以及輪胎模型，最后創(chuàng)建用戶定義的作用力和運(yùn)動(dòng)概覽圖，從中得出位置或速度的定制函數(shù)，從而為智能的比例- 積分- 微商 (PID) 控制器以及非線性彈簧和阻尼器建立模型。</p><p>　　(5)集成的設(shè)計(jì)和模擬</p><p>　　該模塊能將反作用力、重力和慣性載荷直接傳入 Pro/ENGINEER Mechanica ；為運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)性能設(shè)定設(shè)計(jì)可行性和優(yōu)

65、化研究目標(biāo)；利用與其他 Pro/ENGINEER 解決方案（比如 Pro/ENGINEER Mechanica 和 Pro/ENGINEER 行為建模）的集成，優(yōu)化和完成虛擬產(chǎn)品分析；利用來自其他計(jì)算應(yīng)用程序（比如 PTC Mathcad、工程計(jì)算軟件或Microsoft Excel）的設(shè)計(jì)信息；最后確保通過 Pro/ENGINEER 相關(guān)性將變更傳播到產(chǎn)品設(shè)計(jì)的所有其他下游。</p><p>　　3.2.3 P

66、ro/E的Mechanism基本術(shù)語</p><p>　　(1)主體（Body）：一個(gè)元件或彼此無相對運(yùn)動(dòng)的一組元件，主體內(nèi)自由度DOF=0</p><p>　　(2)基礎(chǔ)（Ground）：不移動(dòng)的主體。其他主體相對于基礎(chǔ)運(yùn)動(dòng)。</p><p>　　(3)接頭（Joints）：特定的連接類型（例如銷釘接頭、滑塊接頭和球接頭）。</p><p>

67、;　　(4)自由度（Degrees of Freedom）：元件所具有的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)數(shù)目。</p><p>　　(5)連接（Connections）：定義并約束相對運(yùn)動(dòng)的主體之間的關(guān)系 。連接的作用是約束主體之間的相對運(yùn)動(dòng)，減少系統(tǒng)可能的自由度。</p><p>　　(6)環(huán)連接（Loop Connection）：添加到運(yùn)動(dòng)環(huán)中的最后一個(gè)連接。</p><p>　　(7

68、)拖動(dòng)（Drag）：在屏幕上用鼠標(biāo)拾取并移動(dòng)機(jī)構(gòu)。</p><p>　　(8)齒輪副連接（Gear Pair Connection）：應(yīng)用到兩連接周的速度約束。</p><p>　　(9)伺服電動(dòng)機(jī)（Servo Motor）：定義一個(gè)主體相對于另一個(gè)主體運(yùn)動(dòng)的方式?？稍诮宇^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)。</p><p>　　(10)

69、執(zhí)行電動(dòng)機(jī)（Force Motor）：作用于旋轉(zhuǎn)軸或平行軸上（引起運(yùn)動(dòng)）的力。</p><p>　　(11)運(yùn)動(dòng)學(xué)（Kinematics）：研究機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)，而不考慮移動(dòng)機(jī)構(gòu)所需的力。</p><p>　　(12)動(dòng)態(tài)（Dynamics）：研究機(jī)構(gòu)在受力后的運(yùn)動(dòng)。</p><p>　　(13)運(yùn)動(dòng)（Motion）：主體受電動(dòng)機(jī)或符合作用時(shí)的移動(dòng)方式。</p>

70、;<p>　　(14)回放（Playback）：記錄并重放分析運(yùn)行的結(jié)果。</p><p>　　(15)LCS:與主體相關(guān)的局部坐標(biāo)系。LCS主體中定義的第一個(gè)零件相關(guān)的缺省坐標(biāo)系。</p><p>　　(16)UCS：用戶坐標(biāo)系。</p><p>　　(17)WCS：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。<

71、/p><p>　　3.2.4 Pro/E的Mechanism模塊工作流程</p><p>　　Pro/E的Mechanism（即MDX，機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)擴(kuò)展）操作直觀，對不太復(fù)雜的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)十分適用。其模塊的工作流程如圖3.1</p><p>　　圖3.1 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)仿真工作流程</p><p>　　Fig. 3.1 mechanism motion sim

72、ulation flow</p><p>　　(1)創(chuàng)建模型：創(chuàng)建用于裝配的零件模型（主體）。</p><p>　　(2)建立運(yùn)動(dòng)模型：生成連接，定義連接軸設(shè)置，生成特殊連接，拖動(dòng)組件，檢驗(yàn)所定義的連接是否能產(chǎn)生預(yù)期的運(yùn)動(dòng)。</p><p>　　(3)設(shè)置運(yùn)動(dòng)環(huán)境：設(shè)置重力、執(zhí)行電動(dòng)機(jī)、彈簧力、阻尼力、摩擦力和接觸力等仿真真實(shí)環(huán)境。</p><p

73、>　　(4)分析運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)：定義運(yùn)動(dòng)分析，運(yùn)行。</p><p>　　(5)獲取分析結(jié)果：定義處事位置及其快照，創(chuàng)建測量，查看測量結(jié)果，運(yùn)動(dòng)仿真回放，干涉檢查,創(chuàng)建軌跡曲線，創(chuàng)建包絡(luò)曲線等。</p><p><b>　　第4章 實(shí)例研究</b></p><p>　　4.1創(chuàng)建W型活塞機(jī)構(gòu)</p><p>　　我們所進(jìn)

74、行的研究是基于實(shí)體的特征造型，是對機(jī)構(gòu)的動(dòng)態(tài)仿真及運(yùn)動(dòng)學(xué)分析研究，因此只對W型活塞機(jī)構(gòu)的零件進(jìn)行仿真設(shè)計(jì)。</p><p>　　4.1.1 各個(gè)零件的創(chuàng)立</p><p><b>　　(1)活塞的創(chuàng)建</b></p><p>　　①在Pro/E主頁面上，單擊“文件（FILE）--新建（NEW）”命令并輸入自己的文件名。</p>&

75、lt;p>　　②在Menu Manager（菜單管理器命令）上，指定基本特征的創(chuàng)建方式及屬性：“ Feature–Create—Solid--進(jìn)入Protrusion—Extrude單擊DONE”完成設(shè)置。選取TOP面為草繪平面，并默認(rèn)方向朝上，選擇FRONT面為參考面。進(jìn)入草繪模式，根據(jù)零件的尺寸選擇拉伸長度完成繪制。</p><p>　?、墼儆蒄eature–Create—Surface—Offset選

76、擇偏執(zhí)平面，創(chuàng)建草繪面，在零件上進(jìn)行除料，并在草繪面上打孔。</p><p>　?、茜R象使在零件上產(chǎn)生另一部分，再抽殼—選擇開放面，輸入厚度，再由旋轉(zhuǎn)除料，創(chuàng)建活塞環(huán)槽。</p><p>　?、萁?jīng)過倒圓角等整理，繪出活塞。如圖4.1</p><p>　　圖4.1 建立活塞模型 </p><p>　　Fig. 4.1 Build up t

77、he piston model</p><p>　　用以上方法，創(chuàng)建出主軸頸，曲拐，軸承，活塞桿等零件模型。</p><p>　　4.1.2對活塞機(jī)構(gòu)的裝配</p><p>　　現(xiàn)將各個(gè)零件模型裝配在一起。模型的裝配是通過模型裝配對話框來實(shí)現(xiàn)的。在裝配模塊工作環(huán)境中，單擊菜單Inser0t—Component—Assemble命令，在彈出的Open對話框中選擇要裝配

78、的零件后，彈出模型裝配對話框（Component Placement）。零件的裝配過程，實(shí)際上就是一個(gè)約束限位的過程。根據(jù)不同的零件模型及設(shè)計(jì)需要，選擇合適的裝配約束類型，從而完成零件模型的定位。現(xiàn)在已</p><p><b>　?、沤⑿挛募?lt;/b></p><p>　　①在Pro/ENGINEER工作界面，單擊新建文件圖表，在New對話框中，選擇Assembly

79、類型，在Name文本框中輸入一個(gè)裝配模型名稱，進(jìn)入Assembly模塊工作界面，出現(xiàn)Assembly菜單。</p><p>　　②單擊Assembly菜單中的Component選項(xiàng)，在彈出的Open對話框中選擇要裝配的零件main_conn_rod.prt，彈出模型裝配對話框（Component Placement）,同時(shí)在屏幕上顯示打開的零件或部件圖。第一個(gè)零件的選擇最重要，因?yàn)樗茄b配模型中最為關(guān)鍵的部分，

80、在刪除后續(xù)裝配零件時(shí)，它不會(huì)刪除；但若刪除它，則后續(xù)裝配的零件均被刪除。</p><p>　　③單擊OK按鈕，復(fù)現(xiàn)COMPONENT菜單；單擊Assemble選項(xiàng)，復(fù)現(xiàn)Open窗口；選擇要裝配的零件piston_head.prt，單擊Open按鈕，復(fù)現(xiàn)Component Placement對話框，并在屏幕上顯示打開的零件。</p><p>　?、茉贑omponent Placement

81、對話框中按或圖標(biāo)，是兩個(gè)要裝配的零件顯示在兩個(gè)或一個(gè)窗口。</p><p>　　圖4.2 零件的裝配 </p><p>　?、菰贑omponent Placement對話框中的Place選項(xiàng)卡下、Constraints區(qū)中的Type下拉式菜單中選定約束類型Insert和Align，然后在裝配的零件中選定約束區(qū)域A_1中共軸。</p><p>　

82、　以上只是簡單敘述了一個(gè)活塞桿與活塞頭的裝配步驟，其余零件的裝配步驟大致相同。在此不一一敘述。</p><p><b>　　4.2添加馬達(dá)</b></p><p>　　對機(jī)構(gòu)裝配完成后，現(xiàn)在我們對機(jī)構(gòu)添加伺服馬達(dá)，已進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)分析。</p><p>　　以曲柄和軸承為例，進(jìn)行說明：</p><p>　　⑴單擊MECHAN

83、ISM,在MECHANISM的工作環(huán)境中，右鍵點(diǎn)擊零件樹中的SERVO MOTORS（伺服馬達(dá)）命令,點(diǎn)擊NEW命令，再NAME選項(xiàng)中給馬達(dá)編輯一個(gè)名字CRACK_MOTORS，在DRIVEN ENTITIY選項(xiàng)下選擇JOINT AXIS為驅(qū)動(dòng)類型。用鼠標(biāo)單擊ROTATION AXIS（曲柄軸），如圖（3.3），（3.4）所示。</p><p>　　圖4.3 設(shè)定馬達(dá)和扭矩</p><p

84、>　　圖4.4 馬達(dá)的設(shè)定 圖4.5 選擇設(shè)定軸 圖4.6 對馬達(dá)賦值 </p><p>　　⑵單擊PROFILE面板，選擇伺服馬達(dá)的規(guī)格類型VELOCITY命令，在MAGNITUDE選項(xiàng)下選擇CONSTANT（常數(shù)），并且對該常數(shù)進(jìn)行賦值,定義如圖（4.5）所示。</p><p>　?、前凑丈鲜龇椒ǎ瑒t曲柄和軸承的馬達(dá)定義如圖(4.6)

85、所示。 </p><p>　　對機(jī)構(gòu)賦加一個(gè)伺服馬達(dá)后，便可對機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)分析。最終機(jī)構(gòu)的效果圖為： </p><p>　　圖4.7 機(jī)構(gòu)的裝配圖 </p><p>　　4.3機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)仿真</p><p>　　4.3.1 制造個(gè)INITIAL CONDITION</p><p>　

86、?、艔哪Ｐ蜆渲羞x擇INITIAL CONDITION然后點(diǎn)擊NEW命令。</p><p>　?、圃趯υ捒蛑羞M(jìn)行設(shè)置，如圖（4.8）所示：</p><p>　　圖4.8 初值設(shè)定 </p><p>　　4.3.2 對機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真</p><p>　　在定義了上述各約束力后，我們對機(jī)構(gòu)模型進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真。過程如下：</p>

87、;<p>　　⑴點(diǎn)擊菜單管理器中的MECHANISM，在MECHANISM模塊下，點(diǎn)擊ANALYSES（分析）命令，出現(xiàn)ANALYSES對話框,單擊對話框中的NEM命令，打開ANALYSES DEFINITION分析定義對話框。</p><p>　　⑵在分析類型TYPE選框下選擇LENGTH AND RATE類型。</p><p>　　⑶在PREFERENCES面板中定義D

88、URATION（持續(xù)時(shí)間）0.06秒、FRAME RATE為10，以及MINIMUM INTERVAL（最小間隔時(shí)間）為系統(tǒng)默認(rèn)0.00122449。</p><p>　　然后單擊RUN按鈕，對模型進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真。如圖所示。</p><p>　　圖4.9 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)仿真的設(shè)定 圖4.10 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)仿真的過程 </p>&

89、lt;p>　　4.4分析結(jié)果及測量值</p><p>　　4.4.1獲得軌跡曲線等多項(xiàng)結(jié)果</p><p>　　經(jīng)過機(jī)構(gòu)模型的運(yùn)動(dòng)仿真，我們可以進(jìn)一步測量相關(guān)數(shù)值，觀察所設(shè)數(shù)值是否與標(biāo)準(zhǔn)值一致，并可以獲得相應(yīng)的軌跡曲線。具體過程如下：</p><p>　?、艑C(jī)構(gòu)模型進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真，并保存運(yùn)動(dòng)仿真過程。輸入保存名稱為（ONE CYCLE）。然后在MECHANIS

90、M模塊下點(diǎn)擊菜單管理器中的RESULT按鈕，再打開測量結(jié)果（MEASURES）對話框。</p><p>　　⑵在GRAPH TYPE欄中選MEASURE VS TIME類型。然后單擊新建按鈕，打開測量定義對話框，為位置，速度和加速度制造尺寸。</p><p>　　⑶首先為位置制造尺寸。選擇測量類型TYPE為POSITION1作為名字，選擇PNT0點(diǎn)，如圖所示：</p>&

91、lt;p>　　點(diǎn)擊OK按鈕。然后再點(diǎn)擊，建立新的測量。</p><p>　　⑴在MEASURE DEFINITION對話框，在NAME選項(xiàng)中，以VELOCITY1作為名字，TYPE選項(xiàng)中選擇VELOCITY,如上步選擇PNT0點(diǎn)。設(shè)置如下（圖4.11）所示：</p><p>　　圖4.11 對運(yùn)動(dòng)速度的定義 圖4.12 對運(yùn)動(dòng)加速度的定義 <

92、;/p><p>　?、泣c(diǎn)擊OK按鈕，在點(diǎn)擊新建測量按鈕。</p><p>　　⑶這次以（ACCELERATION1）作為名字，再次選擇PTN0點(diǎn)。</p><p>　?、仍O(shè)置如（圖4.12）所示：</p><p>　　通過以上步驟的設(shè)置，可以在完成一次模擬仿真后，對PTN0點(diǎn)的位置，速度，加速度進(jìn)行分析，并可以輸出相對于時(shí)間的相應(yīng)曲線。</

93、p><p>　　如一上方法，可以對其它兩個(gè)PNT0點(diǎn)進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)置。</p><p>　　圖4.13 PNT1點(diǎn)在一個(gè)運(yùn)動(dòng)周期的函數(shù)圖 </p><p>　　以上輸出的是PNT1點(diǎn)，在一個(gè)時(shí)間周期為0.12S、WCS坐標(biāo)軸下的馬達(dá)扭矩、位置、速度、加速度的線圖。</p><p>　　PNT1、PNT2、PNT3點(diǎn)，在X軸方向，如圖（4.14）中

94、粉紅色箭頭所指的方向，位置，速度曲線圖： 圖（4.15）位置圖。圖（4.16）速度圖。</p><p>　　圖4.14 研究PNT點(diǎn)在X軸方向的運(yùn)動(dòng) </p><p>　　圖4.15 PNT點(diǎn)在X方向的位置圖 圖4.16 PNT點(diǎn)在X方向的速度圖 </p><p>　　4.4.2 W型活塞機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)一個(gè)工作循環(huán)速度、加速度分析&l

95、t;/p><p>　　汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)一般都采用4沖程。</p><p>　　4沖程分別是：進(jìn)氣、壓縮、燃燒、排氣。完成這4個(gè)過程，發(fā)動(dòng)機(jī)完成一個(gè)周期(2圈)。 </p><p>　　活塞4沖程過程如下：</p><p>　　①活塞在頂部開始，進(jìn)氣閥打開，活塞往下運(yùn)動(dòng)，吸入油氣混合氣 </p><p>　　②活塞往頂部運(yùn)動(dòng)來壓

96、縮油氣混合氣，使得爆炸更有威力。</p><p>　　③當(dāng)活塞到達(dá)頂部時(shí)，火花塞放出火花來點(diǎn)燃油氣混合氣，爆炸使得活塞再次向下運(yùn)動(dòng)。 </p><p>　　④活塞到達(dá)底部，排氣閥打開，活塞往上運(yùn)動(dòng)，尾氣從汽缸由排氣管排出。 </p><p>　　內(nèi)燃機(jī)最終產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)是轉(zhuǎn)動(dòng)的，活塞的直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)最終由曲軸轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)動(dòng)，這樣才能驅(qū)動(dòng)汽車輪胎。</p><

97、;p>　　由于我們在曲拐和軸承裝配的主軸頸上加了一個(gè)馬達(dá)，使得主軸頸以6000轉(zhuǎn)/分鐘的速度運(yùn)動(dòng)，來模擬W型活塞機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)，雖然原始模型是四沖程的活塞運(yùn)動(dòng)，但在我們的運(yùn)動(dòng)仿真中，曲拐運(yùn)動(dòng)一周，便可模擬該機(jī)構(gòu)的一個(gè)完整的運(yùn)動(dòng)。我們給該機(jī)構(gòu)設(shè)定0.06s為完成一個(gè)運(yùn)動(dòng)的時(shí)間周期。</p><p>　　如圖（4.17）、（4.18）、（4.19）、（4.20）所示，圖形分別為活塞機(jī)構(gòu)在0.02s、0.03s、0.

98、04s、0.06s時(shí)的運(yùn)動(dòng)圖形，分析W型活塞機(jī)構(gòu)在0.06s的一個(gè)工作循環(huán)中的速度、加速度和位置圖形，得出結(jié)論。</p><p>　　圖4.17 0.02s時(shí)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)圖 圖4.18 0.03s時(shí)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)圖 </p><p>　　圖4.19 0.04s時(shí)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)圖 圖4.20 0.06s時(shí)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)圖 <

99、/p><p>　　圖4.21 機(jī)構(gòu)的加速度圖形 圖4.22 機(jī)構(gòu)的速度圖形 </p><p>　　圖4.23 機(jī)構(gòu)的位置圖形 圖4.24 機(jī)構(gòu)的馬達(dá)圖形 </p><p>　　V形發(fā)動(dòng)機(jī)比同樣氣缸數(shù)的直列式發(fā)動(dòng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是，結(jié)構(gòu)緊湊，剛度更大。曲軸設(shè)計(jì)為每個(gè)曲拐

100、可以有兩個(gè)連桿，因而V形發(fā)動(dòng)機(jī)的長度為之與之比較的直列式發(fā)動(dòng)機(jī)長度的一半。相反排缸共享一個(gè)曲拐，缸體的每排都沿著曲柄軸軸線漂移一個(gè)連桿的厚度。更寬更短的缸體和更短的曲柄軸都比同樣缸體數(shù)的直列式發(fā)動(dòng)機(jī)具有更強(qiáng)的抗剪切和彎曲能力。W型發(fā)動(dòng)機(jī)將會(huì)繼承V形發(fā)動(dòng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，通過對W型活塞機(jī)構(gòu)的動(dòng)態(tài)仿真和運(yùn)動(dòng)學(xué)分析，由以上輸出的線圖表明，W型活塞機(jī)構(gòu)就象是在V形活塞機(jī)構(gòu)的主軸頸上加了一個(gè)直列活塞，雖然這種設(shè)計(jì)將加大發(fā)動(dòng)機(jī)的寬度，但同時(shí)會(huì)增大發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)

101、力，并在缸數(shù)相同的情況下減少發(fā)動(dòng)機(jī)的體積。對于這種多缸發(fā)動(dòng)機(jī)，只要曲拐配置合理并且均勻點(diǎn)火，是完全可以自然平衡的。對于要求大功率的越野車和賽車來說，W型發(fā)動(dòng)機(jī)將會(huì)是個(gè)不錯(cuò)的選擇。</p><p><b>　　結(jié)束語</b></p><p>　　實(shí)現(xiàn)復(fù)雜運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的精確仿真,關(guān)鍵是實(shí)現(xiàn)各構(gòu)件運(yùn)動(dòng)的協(xié)調(diào)一致, 這就需要研究構(gòu)件之間的運(yùn)動(dòng)關(guān)系。本文將矢量方程解析法應(yīng)用于仿真過

102、程中運(yùn)動(dòng)關(guān)系的分析, 用 pro/e實(shí)現(xiàn)了活塞曲柄機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)仿真。參考本方法可以精確的實(shí)現(xiàn)多數(shù)三維機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)仿真, 多個(gè)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)可組建運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)數(shù)據(jù)庫, 并網(wǎng)絡(luò)集成后用于遠(yuǎn)程教育、 網(wǎng)絡(luò)展示等, 為工程技術(shù)人員研究、 學(xué)習(xí)三維機(jī)構(gòu)提供了一種解決方法。</p><p>　　應(yīng)用模擬仿真技術(shù)，首先可以提高產(chǎn)品開發(fā)質(zhì)量，其次，還可以縮短產(chǎn)品開發(fā)周期；再次，可以降低產(chǎn)品開發(fā)費(fèi)用。運(yùn)用Pro/E軟件進(jìn)行三維建模后還可利用計(jì)算

103、機(jī)模擬系統(tǒng)在真實(shí)環(huán)境下運(yùn)動(dòng)和功能特性,以驗(yàn)證設(shè)計(jì)方案是否合理,運(yùn)動(dòng)和力學(xué)性能參數(shù)是否滿足設(shè)計(jì)要求,運(yùn)動(dòng)構(gòu)件是否發(fā)生干涉等,通過運(yùn)動(dòng)仿真和分析可及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題并不斷改進(jìn)和完善設(shè)計(jì),嚴(yán)格保證設(shè)計(jì)質(zhì)量。</p><p>　　通過運(yùn)動(dòng)仿真真實(shí)的再現(xiàn)了活塞機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)過程，并通過對設(shè)定參數(shù)的測量獲得了參數(shù)運(yùn)動(dòng)曲線，從而驗(yàn)證了設(shè)計(jì)的合理性。隨著制造技術(shù)的不斷發(fā)展，機(jī)械系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能越來越復(fù)雜，對設(shè)計(jì)生產(chǎn)的要求也越來越高。仿真技

104、術(shù)的應(yīng)用，使得我們在設(shè)計(jì)的初期便能夠準(zhǔn)確掌握機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，避免了通過制作樣機(jī)來驗(yàn)證設(shè)計(jì)的合理性，有效地解決了反復(fù)投入資金制造樣機(jī)的問題。仿真技術(shù)的應(yīng)用能夠極大的降低設(shè)備的成本</p><p>　　縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展以及此項(xiàng)技術(shù)研究的深入 必將會(huì)帶來很好的市場效益，收益預(yù)計(jì)在百萬元左右。</p><p>　　本文的工作總結(jié)如下：</p>&

105、lt;p>　?、旁敿?xì)敘述了機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)的定義，詳細(xì)列出了機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)分析的流程，對機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)分析的步驟進(jìn)行了詳細(xì)說明，并用實(shí)例演示了機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析。學(xué)會(huì)用CAD軟件進(jìn)行機(jī)構(gòu)的仿真設(shè)計(jì)，掌握了對機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)的步驟，</p><p>　?、茖Ξ?dāng)今世界上廣泛應(yīng)用的機(jī)構(gòu)的方針設(shè)計(jì)和運(yùn)動(dòng)學(xué)分析方面的CAD/CAM軟件進(jìn)行了分析，并重點(diǎn)介紹了Pro/E軟件在參數(shù)化、特征造型方面的特點(diǎn)，以及它在動(dòng)態(tài)仿真方面的優(yōu)點(diǎn)。 對Pr

106、o/E軟件中的MECHANISIM模塊進(jìn)行了深入學(xué)習(xí)，掌握了MECHANISIM模塊中的基本應(yīng)用功能和模塊中的基本命令。</p><p>　?、峭ㄟ^學(xué)習(xí)研究，用W型活塞機(jī)構(gòu)為模型進(jìn)行了機(jī)構(gòu)的動(dòng)態(tài)仿真與運(yùn)動(dòng)學(xué)分析，通過實(shí)例研究，更加深刻領(lǐng)會(huì)到Pro/E軟件中MECHANISIM模塊對機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)仿真和運(yùn)動(dòng)學(xué)分析的高效率性和準(zhǔn)確性，對照最終的分析結(jié)果，獲得了所要得到的數(shù)據(jù)曲線。</p><p>