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1、基于proe的机构运动仿真 机构设计基础 在Pro/E中的应用程序机构模 块进行装配的运动学分析和仿真 。结果可以以动画的形式表示， 也可以以参数和数值的形式输出 。 可以检查运动件是否产生干涉 ，干涉体积，运动件的轨迹等。 还可以进行运动的优化设计。 一、运动仿真基本流程 v创建连接 销钉、圆柱、滑动杆、平面和球连接等 v建立伺服电动机 仿真运动的动力源 v创建运动副 为组件中某两个相连接的元件设置相对运动 齿轮运动副、凸轮运动副或带传动副 v设置运动环境 增加重力、执行电动机、弹簧、阻尼器和力/扭矩等 v进行运动分析 v获取结果 工作流程图 二、建立运动模型 1. 运动连接 刚性 6个自由
2、度被完全限制。 销钉 仅有一个旋转自由度，使用“轴对 齐”和“平移”两个约束来限制其他5个自 由度 。 滑动杆 仅有一个沿轴向的平移自由度，使 用“轴对齐”和“旋转”两个约束限制其他 5个自由度。 二、建立运动模型 柱面 具有一个旋转自由度和一个沿 轴向的平移自由度，使用“轴对齐 ”的约束限制其他4个自由度。 平面 具有两个平移自由度和一个旋 转自由度，使用“平面”约束限制 其他3个自由度。 1. 运动连接（续） 二、建立运动模型 球 具有3个旋转自由度，使用“点对齐”约束来限制3个平移自由 度。 焊接 6个自由度被完全限制，使用“坐标系（重合）”约束所有自 由度。 轴承 具有3个旋转自由度和
3、 一个平移自由度，相当于“ 球”连接的基础上再加一个 平移自由度，使用“点与轴 线对齐”来限制其他两个自 由度。 1. 运动连接（续） 二、建立运动模型 连接类型 自由度 约束 平移旋转 刚性（Rigid）00完全 销钉（Pin）01轴对齐；平面或点对齐 滑动杆（Slider ） 10轴对齐；平面或点对齐 圆柱（Cylinder ） 11轴对齐 平面（Plannar ） 21平面匹配/对齐 球（Ball）03点与点对齐 焊接（Weld）00坐标系对齐 轴承（Bearing ） 13点与边或轴线对齐 1. 运动连接（续） 二、建立运动模型 2. 质量属性 运动模型的质量属性包括密度、 体积、质量
4、、重心和惯性矩。对于不 需要考虑“力”的情况，例如纯粹的机 械运动，可以不设置质量属性。 “定义属性”有三个选项：“缺省” 、“密度”和“质量属性”。一般只需要 对“密度”进行设置即可；如果不指定 相关设置，系统则会指派“缺省”的设 置。 二、建立运动模型 3. 拖动及快照 拖动功能可以在允许的运动 范围内移动元组件，快照功能可 以保存当前运动机构的位置状态 。 二、建立运动模型 4. 伺服电机 伺服电动机能够为机构提供驱动。通过伺服电动机可以实现旋 转及平移运动，并且能以函数的方式定义运动轮廓。 选取运动轴，曲柄连杆机 构选择曲轴的销钉连接图 标反向按钮改变旋向 类型分为两种，一种是连接轴伺
5、服电机，用于定义某一旋转轴的旋 转运动，可用于运动分析，另一种是几何伺服电机，用于创建复杂 的运动如螺旋运动，不能用于运动分析。 定义轮廓，“规范”为位置时 模选项定义为斜坡曲轴旋转一圈 360度，图形中可以查看定义的 轮廓，横坐标为时间 4. 伺服电机(续) 插 齿 机 构 运 动 仿 真 5. 实例演练 销钉连接 圆柱连接 牛头刨床机构运动仿真 销钉连接 滑动杆连接 三、运动副 1. 凸轮 凸轮运动副通过两个元件进行定义，可以使用指定曲面或曲线的 方式来定义凸轮及凸轮的工作区域。如果勾选“自动选择”，那么在选 取一个曲面后，系统会自动选取包含此曲面在内的所有相切曲面。 “属性”选项卡能够控
6、制凸轮之间是否分离和摩擦系数，如 果勾选了“启用分离”，那么两个凸轮将会在运动过程中分开。 三、运动副 实例演练：棘轮机构 1. 凸轮（续） 三、运动副 使用齿轮运动副可以控制两个连 接轴之间的速度关系。齿轮运动副通 过两个元件进行定义，彼此间无需相 互接触。 2. 齿轮 三、运动副 齿轮类型分为一般、正、锥、涡轮 、齿条与小齿轮。 对于所有类型，需对每一个齿轮选 取连接轴，传动比一般都采用齿数比的 方式予以确定。 对于齿条类，齿条的定义通常需要 指出“滑动杆”连接轴，传动比定义一般 使用 mm/rev，即齿轮旋转一周，齿条前 进的距离。 2. 齿轮（续） 三、运动副 实例演练 2. 齿轮（续
7、） 四、运动环境 1. 重力 通过重力选项，可以对重力加速度的数值及方向进行设置。 指令为直接点击按钮 缺省情况下，重力并未被启用，分析 过程中欲使组件模拟真实的重力环境，需要在分析定义对话框的 外部载荷选项卡中勾选“启用重力”选项。 四、运动环境 2. 执行电动机 使用执行电动机可以为运动机构施加载荷。直接点击按钮 和伺服电动机类似，执行电动机也需要连接轴以施加作用，模分 为9种类型。 四、运动环境 3. 弹簧 通过弹簧可以在运动机构中产生线性弹力。直接点击按钮 弹簧的参照类型有“连接轴”及“点至点”两种，通常选取连接 轴，对于之间没有连接的两个主体，可以采用点至点的参照类型 。弹力大小的公
8、式“力 = K*（x - U）”当中，K为弹簧刚度系数， U为弹簧未拉伸时的长度。 四、运动环境 4. 阻尼 与弹簧不同，阻尼为耗散力，它可以作用于连接轴、两主体 之间、槽运动副。 直接点击按钮 ，其中C为阻尼系数。 四、运动环境 5. 力/扭矩 可以通过力/扭矩来模拟机构运动的外部环境。 直接点击按钮 其类型分为“点力”与“主体扭矩”，即力与扭矩。和其他矢量 相同，定义需要指出“模”和“方向”。 四、运动环境 6. 初始条件 初始条件包括初始位置和初始速度两个 方面。点击按钮 初始位置的确定需要 借助快照功能，从事先创建好的快照得到主 体的位置。由于速度为矢量，所以在指出模 的同时还要指出其
9、方向， 进行动态分析 时用到 五、运动分析 完成运动模型及运动环境的设置后， 需要对机构进行分析。点击按钮 五、运动分析 1. 运动学 在不考虑力、质量、惯性的情况下， 仅对机构进行运动分析时，可以使用“运 动学、重复组件”的类型。 由于仅考虑机构的运动，所以这两种 类型不需要指定质量属性、弹簧、阻尼器 、重力、力/力矩以及执行电动机等。外 部负荷选项卡为灰显状态。 五、运动分析 2. 动态 在考虑力、质量、惯性等外力作用的 情况下，对机构进行分析可以使用“动态” 的类型。 选取该类型后，定义对话框下方的初 始配置选项变为了“初始条件”，可以直接 选取已设置好的初始条件。 需要注意的是，动态类
10、型中，不能为 伺服电机指定起止时间，而只能从开始到 结束。 五、运动分析 3. 静态 静态类型主要用于研究机构中主体平 衡时的受力情况。由于静态分析中不考虑 速度及惯性，所以能比动态更快的找到平 衡状态，定义对话框中也因此无需对起止 时间进行设置。 其中“最大步距因子”能够改变静态分 析中的缺省步长，它是一个处于0到1的常 数。在分析具有较大加速度的机构时，推 荐减小此值。 五、运动分析 4. 力平衡 力平衡用于分析机构处于某一形 态时，为保证其静平衡所需施加的外 力。 由于进行平衡分析需要使机构保 持零自由度，所以需要借助连接锁定 、在两个主体间锁定，使机构在添加 测力计锁定后自由度减为零。 六、获取结果 1. 回放 使用回放功能主要可以实现运动干涉检测、创建运动包络和动 态影像捕捉。指令为点击按钮 回放：轨迹曲线 菜单：插入-轨迹曲线 “轨迹曲线”可选2D或3D， “凸轮合成曲线”只能是2D。 轨迹曲线用来表示机构中某一元素相对于另一零件的运动。分为“轨迹曲线”与“凸 轮合成曲线”两种： “轨迹曲线”表示机构中某一点或顶点相对于另一零件的运动。 “凸轮合成曲线”表示机构中某曲线或边相对于另一零件的运动。 六、获取结果 2. 测量 通过测量功能，可以了解到机构运动过 程中精确的参数。点击按钮 综合演练 行星齿轮机构运动挖掘机摇臂受力分析物理模型求解
