proe機(jī)構(gòu)運(yùn)動仿真設(shè)計(jì)及分析

1、商用車動力總成工程中心2024年3月5日,Pro/E機(jī)構(gòu)運(yùn)動仿真設(shè)計(jì)及分析,內(nèi) 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)動力學(xué)分析實(shí)例：利用機(jī)構(gòu)運(yùn)動畫凸輪型線,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)。,機(jī)構(gòu)仿真主要術(shù)語。,Pro/E運(yùn)動學(xué)分析

2、主要的要素是連接、動力和運(yùn)動。必須采用連接方式建立裝配才可以運(yùn)動。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)需求賦予零件相對應(yīng)的多個(gè)自由度，使之成為可以運(yùn)動的結(jié)構(gòu)。,機(jī)構(gòu)連接形式:,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)工作臺中進(jìn)行定義的，PROE5.0中有4種特殊的連接。,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，不能旋轉(zhuǎn)，活塞采用滑動桿連接。關(guān)鍵有四組相同

3、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。,裝配流程：,,,,,活塞連桿機(jī)構(gòu)裝配,技巧：裝配完成后可以按住CTRL+ALT鍵，按鼠標(biāo)左鍵拖動零件可檢查零件的運(yùn)動情況。,曲軸及活塞連桿機(jī)構(gòu)裝配,基礎(chǔ)件機(jī)體按坐標(biāo)系對齊裝配，曲軸按銷釘連接裝配到缸體上，對齊止推軸承中心面。,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)滑動桿連接。,,運(yùn)動影片,三、機(jī)構(gòu)動力學(xué)分析,在PROE

4、5.0中,運(yùn)動仿真和動態(tài)分析功能集成于機(jī)構(gòu)模塊中,包括機(jī)械設(shè)計(jì)和動態(tài)分析兩方面的分析功能.在機(jī)構(gòu)動力學(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)動學(xué)分析流

5、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：建立模型是設(shè)計(jì)運(yùn)動仿真的基礎(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：在裝配中，拖動可以移動的零部件，觀察裝配連接情況。添加模型化要素：在機(jī)構(gòu)中添加伺服電機(jī)等運(yùn)動分析要素。準(zhǔn)備進(jìn)行分析：定義初始位置，建立測量方式

6、。創(chuàng)建分析模型：對所創(chuàng)建的機(jī)構(gòu)模型進(jìn)行運(yùn)動學(xué)分析。獲取分析結(jié)果：可以使用回放功能對分析結(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,快捷菜單如下:,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，分別對機(jī)構(gòu)模型特征和動力學(xué)分析特征進(jìn)行管理。使用右鍵菜單對特征進(jìn)行更改、查詢等

7、操作。,拖動和快照 (檢查模型),,機(jī)構(gòu)完成連接定義后，可以使用拖動功能，來查看定義是否正確。可以使用快照功能對拖動后結(jié)果拍照保存，快照結(jié)果也可以應(yīng)用于動畫模快的設(shè)計(jì)。菜單視圖---->方向---->拖動元件 左鍵點(diǎn)需要拖動的元件,然后進(jìn)行拖動.,定義伺服電動機(jī) (添加模型化要素),,選取運(yùn)動軸，曲柄連桿機(jī)構(gòu)選擇曲軸的銷釘連接圖標(biāo)反向按鈕改變旋向,定義輪廓，“規(guī)范”為位置時(shí)模選項(xiàng)定義為斜坡曲軸旋轉(zhuǎn)一圈360度，圖形中

8、可以查看定義的輪廓，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，可用于運(yùn)動分析，另一種是幾何伺服電機(jī)，不能用于運(yùn)動分析。,機(jī)構(gòu)完成連接定義后，需要給機(jī)構(gòu)添加伺服電動機(jī)才能驅(qū)使機(jī)構(gòu)運(yùn)動.,定義輪廓，“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。,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：SCCA 只能用于加速度伺

9、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，縮寫為SCCA。共有五個(gè)參數(shù)：,七種電動機(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。,電動機(jī)的模：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)動分析：,,定義時(shí)間及幀，根據(jù)前

10、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、顯示力和扭矩對機(jī)構(gòu)的影響，以及在分析期間跟蹤測量的值。,,,動畫演示，輸出影片界面,測量：,,,創(chuàng)建測量，用來分析機(jī)構(gòu)在整個(gè)運(yùn)動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)動學(xué)分析才能對速度、加速

11、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,然后才能進(jìn)行測量分析,,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)中某一元素相對于另一零件的運(yùn)動。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

12、某一點(diǎn)或頂點(diǎn)相對于另一零件的運(yùn)動?！巴馆喓铣汕€”表示機(jī)構(gòu)中某曲線或邊相對于另一零件的運(yùn)動。,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. 模型準(zhǔn)備:設(shè)計(jì)運(yùn)動主體,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

13、. C. 基礎(chǔ)件，需創(chuàng)建凸輪旋轉(zhuǎn)軸、挺柱滑動軸及對齊平面。,這就需要利用Pro/E機(jī)構(gòu)分析中的“凸輪合成曲線”功能。詳細(xì)步聚如下：,2. 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,按滑動桿連接。 注意要使挺柱底面的曲線與凸輪旋轉(zhuǎn)軸垂直。,3. 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)

14、，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，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. 建立分析 新建一個(gè)機(jī)構(gòu)分

15、析,類型運(yùn)動學(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. 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