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

1、商用車(chē)動(dòng)力總成工程中心2024年3月5日,Pro/E機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)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(dòng)力學(xué)分析實(shí)例：利用機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)畫(huà)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(huà)的形式表示，也可以以參數(shù)和數(shù)值的形式輸出?？梢詸z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(yǔ)。,Pro/E運(yùn)動(dòng)學(xué)分析

2、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:,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。,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

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(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(xiāo)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(xiāo)釘連接到曲柄銷(xiāo)，活塞在缸孔內(nèi)滑動(dòng)桿連接。,,運(yùn)動(dòng)影片,三、機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析,在PROE

4、5.0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(jiǎn)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(cè)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(guò)圖形直觀地顯示這些測(cè)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

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(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：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：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：定義初始位置，建立測(cè)量方式

6、。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：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(cè)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:,結(jié)構(gòu)樹(shù)在機(jī)構(gòu)模塊中包含模型樹(shù)、機(jī)構(gòu)樹(shù)兩種結(jié)構(gòu)樹(shù)，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(xún)等

7、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(lái)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(huà)?？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)選擇曲軸的銷(xiāo)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(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，“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(lái)模擬凸輪輪廓輸出。 它稱(chēng)為“正弦-常數(shù)-余弦-加速度”運(yùn)動(dòng)，縮寫(xiě)為SCCA。共有五個(gè)參數(shù)：,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,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(guò)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：,,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(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(huà),,利用回放來(lái)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(cè)量的值。,,,動(dòng)畫(huà)演示，輸出影片界面,測(cè)量：,,,創(chuàng)建測(cè)量，用來(lái)分析機(jī)構(gòu)在整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)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(cè)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

11、度進(jìn)行測(cè)量）,活塞速度的測(cè)量結(jié)果，也可導(dǎo)出為EXCEL和文本格式,測(cè)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(cè)量連桿大頭最外邊與缸體裙部的距離。 應(yīng)將測(cè)量保存為一個(gè)特征,然后才能進(jìn)行測(cè)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(lái)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

12、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。,四、實(shí)例：利用機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)畫(huà)凸輪型線,問(wèn)題: 已知的氣門(mén)的升程表，怎樣把畫(huà)出正確的凸輪型線?,1. 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(huà)出軸頸即可,軸頸大小不要過(guò)凸輪基圓大小; b. 挺柱要在底面畫(huà)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)

13、. 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(duì)齊方式裝配到組件中。 b. 裝配凸輪零件，按銷(xiāo)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. 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(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(lái)自凸輪軸圖紙中的升程表.此處簡(jiǎn)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(lèi)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. 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