proe機構(gòu)運動仿真設(shè)計及分析

1、商用車動力總成工程中心2024年3月5日,Pro/E機構(gòu)運動仿真設(shè)計及分析,內(nèi) 容,機構(gòu)設(shè)計基礎(chǔ)實例：曲柄活塞連桿機構(gòu)裝配機構(gòu)動力學(xué)分析實例：利用機構(gòu)運動畫凸輪型線,一、機構(gòu)設(shè)計基礎(chǔ),在Pro/E中的[應(yīng)用程序]機構(gòu)模塊進行裝配的運動學(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?？梢詸z查運動件是否產(chǎn)生干涉，干涉體積，運動件的軌跡等。還可以進行運動的優(yōu)化設(shè)計。,機構(gòu)仿真主要術(shù)語。,Pro/E運動學(xué)分析

2、主要的要素是連接、動力和運動。必須采用連接方式建立裝配才可以運動。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)的多個自由度，使之成為可以運動的結(jié)構(gòu)。,機構(gòu)連接形式:,槽連接例子,機構(gòu)特殊連接,機構(gòu)的連接是在機構(gòu)工作臺中進行定義的，PROE5.0中有4種特殊的連接。,二、實例：曲柄活塞連桿機構(gòu)裝配,此機構(gòu)中基礎(chǔ)件為機體（也可以用機體總成骨架），活塞在氣缸中上下運動，不能旋轉(zhuǎn)，活塞采用滑動桿連接。關(guān)鍵有四組相同

3、的活塞連桿機構(gòu)，因此活塞連桿可單獨裝配成一個小機構(gòu)，然后再往曲軸和缸體上連接。,裝配流程：,,,,,活塞連桿機構(gòu)裝配,技巧：裝配完成后可以按住CTRL+ALT鍵，按鼠標左鍵拖動零件可檢查零件的運動情況。,曲軸及活塞連桿機構(gòu)裝配,基礎(chǔ)件機體按坐標系對齊裝配，曲軸按銷釘連接裝配到缸體上，對齊止推軸承中心面。,活塞連桿機構(gòu)的裝配注意需要添加兩個連接。連桿大頭銷釘連接到曲柄銷，活塞在缸孔內(nèi)滑動桿連接。,,運動影片,三、機構(gòu)動力學(xué)分析,在PROE

4、5.0中,運動仿真和動態(tài)分析功能集成于機構(gòu)模塊中,包括機械設(shè)計和動態(tài)分析兩方面的分析功能.在機構(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，實現(xiàn)機構(gòu)的運動模擬，可以觀察并測量記錄如位置、距離、速度、加速度等運動特征，并可以通過圖形直觀地顯示這些測量值。 另外一種可以在機構(gòu)上定義重力、彈簧、阻尼、力和力矩等特征，對機構(gòu)設(shè)置材料、密度等屬性，使其更加接近現(xiàn)實中的機構(gòu)，達到真實模擬現(xiàn)實的目的。,創(chuàng)建模型,運動學(xué)分析流

5、程,,檢查模型,,添加模型化要素,,準備進行分析,分析模型,獲取分析結(jié)果,,,創(chuàng)建模型：建立模型是設(shè)計運動仿真的基礎(chǔ)步驟，只有機構(gòu)模型建立正確合理，機構(gòu)的模擬才能夠順利進行。主要包括定義機構(gòu)中的主體、建立連接、設(shè)置連接軸屬性，根據(jù)設(shè)計需要，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：在機構(gòu)中添加伺服電機等運動分析要素。準備進行分析：定義初始位置，建立測量方式

6、。創(chuàng)建分析模型：對所創(chuàng)建的機構(gòu)模型進行運動學(xué)分析。獲取分析結(jié)果：可以使用回放功能對分析結(jié)果進行回放，進行零件之間的干涉檢查，觀察測量結(jié)果，獲取軌跡曲線和運動包絡(luò)線，了解機構(gòu)的設(shè)計合理性，可行性等工程分析。,進入機構(gòu)工作界面在PROE裝配模塊下，點擊應(yīng)用程序-->機構(gòu),進入機構(gòu)工作臺,快捷菜單如下:,結(jié)構(gòu)樹在機構(gòu)模塊中包含模型樹、機構(gòu)樹兩種結(jié)構(gòu)樹，分別對機構(gòu)模型特征和動力學(xué)分析特征進行管理。使用右鍵菜單對特征進行更改、查詢等

7、操作。,拖動和快照 (檢查模型),,機構(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?？梢允褂每煺展δ軐ν蟿雍蠼Y(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。菜單視圖---->方向---->拖動元件 左鍵點需要拖動的元件,然后進行拖動.,定義伺服電動機 (添加模型化要素),,選取運動軸，曲柄連桿機構(gòu)選擇曲軸的銷釘連接圖標反向按鈕改變旋向,定義輪廓，“規(guī)范”為位置時模選項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，橫坐標為時間,【伺服電機】分為兩種，一種是連接軸伺服電機，用于定義某一旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)運動，可用于運動分析，另一種是幾何伺服電機，不能用于運動分析。,機構(gòu)完成連接定義后，需要給機構(gòu)添加伺服電動機才能驅(qū)使機構(gòu)運動.,定義輪廓，“規(guī)范”為速度時，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、多項式、表、用戶定義的。以下是六種模的數(shù)學(xué)表達式：,模：SCCA 只能用于加速度伺

9、服電機，不能用于執(zhí)行電機。它用來模擬凸輪輪廓輸出。 它稱為“正弦-常數(shù)-余弦-加速度”運動，縮寫為SCCA。共有五個參數(shù)：,七種電動機模的函數(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)的模所代表的電機輪廓。,電動機的模：表,也就是指定N個點，以這些點為節(jié)點，按線性或樣條插值方式構(gòu)建一條通過所有點的曲線。這條曲線就是電動機的輪廓。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。,創(chuàng)建并執(zhí)行運動分析：,,定義時間及幀，根據(jù)前

10、面伺服電機的定義，2秒鐘曲軸轉(zhuǎn)角720度,,加入前面定義的伺服電動機點運行，可以查看運行情況并產(chǎn)生一個結(jié)果集,回放：干涉與動畫,,利用回放來查看機構(gòu)中零件的干涉情況、輸出影片、顯示力和扭矩對機構(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，用來分析機構(gòu)在整個運動過程中的各種具體參數(shù)，如位置、速度、力等，為改進設(shè)計提供資料。查看測量的結(jié)果必須有一個分析的結(jié)果集。（只有運動學(xué)分析才能對速度、加速

11、度進行測量）,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動分析中，進行結(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)將測量保存為一個特征,然后才能進行測量分析,,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構(gòu)中某一元素相對于另一零件的運動。分為“軌跡曲線”與“凸輪合成曲線”兩種：“軌跡曲線”表示機構(gòu)中

12、某一點或頂點相對于另一零件的運動?！巴馆喓铣汕€”表示機構(gòu)中某曲線或邊相對于另一零件的運動。,連桿螺栓上一個頂點的軌跡曲線。,四、實例：利用機構(gòu)運動畫凸輪型線,問題: 已知的氣門的升程表，怎樣把畫出正確的凸輪型線?,1. 模型準備:設(shè)計運動主體,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機構(gòu)分析中的“凸輪合成曲線”功能。詳細步聚如下：,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)置機構(gòu)分析要素： 需要分別定義凸輪和挺柱的伺服電機

14、，也就是此機構(gòu)中有兩個伺服電機。 a. 添加并定義凸輪的伺服電機，凸輪定義按勻角速度旋轉(zhuǎn)運動，根據(jù)時間定義角速度，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,連接軸為滑動軸,模選擇表,表文件為.tab的文本文件,是時間和升程的函數(shù),來自凸輪軸圖紙中的升程表.此處簡化為0.01秒既5度一個點.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.,4. 建立分析 新建一個機構(gòu)分

15、析,類型運動學(xué),終止時間0.72秒(旋轉(zhuǎn)一圈),幀頻可設(shè)為250(越大運轉(zhuǎn)越平順) 。 電動機分別加入凸輪和挺柱的伺服電機，點運行。 并在回放界面保存結(jié)果集mot.pbk,5. 合成凸輪型線 點菜單中插入--->軌跡曲線--->進入軌跡曲線界面--->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