基于proe的机构运动仿真学习教案

1、会计学1基于基于proe的机构运动的机构运动(yndng)仿真仿真第一页，共35页。机构设计(shj)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(chnshng)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。第1页/共34页第二页，共35页。第2页/共34页第三页，共35页。建立连接连接轴设置运动副伺服电机建立运动模型设置运动环境机构运动分析获取分析结果运动学动态静态力平衡重复组件重力执行电机弹簧阻尼力/扭矩初始条件回放运动干涉检测运动包络测量轨迹曲线第3页/共34页第四页，共

2、35页。 刚性刚性6个自由度被完全限制。个自由度被完全限制。 销钉销钉仅有一个旋转自由度，使用仅有一个旋转自由度，使用“轴对齐轴对齐”和和“平移平移”两个约束来限制其他两个约束来限制其他(qt)5个自由度个自由度 。 滑动杆滑动杆仅有一个沿轴向的平移自由度，使用仅有一个沿轴向的平移自由度，使用“轴轴对齐对齐”和和“旋转旋转”两个约束限制其他两个约束限制其他(qt)5个自个自由度。由度。第4页/共34页第五页，共35页。 柱面柱面具有一个旋转自由度和一个沿轴向具有一个旋转自由度和一个沿轴向的平移自由度，使用的平移自由度，使用“轴对齐轴对齐(du q)”的约束限制其他的约束限制其他4个自由度。个自

3、由度。 平面平面具有两个平移自由度和一个旋转自具有两个平移自由度和一个旋转自由度，使用由度，使用“平面平面”约束限制其他约束限制其他3个个自由度。自由度。第5页/共34页第六页，共35页。 球球具有具有3个旋转自由度，使用个旋转自由度，使用“点对齐点对齐”约束约束(yush)来限制来限制3个平移自由度。个平移自由度。 焊接焊接6个自由度被完全限制，使用个自由度被完全限制，使用“坐标系（重合）坐标系（重合）”约束约束(yush)所有自由度。所有自由度。 轴承轴承具有具有3个旋转自由度和一个平个旋转自由度和一个平移自由度，相当于移自由度，相当于“球球”连接的基连接的基础上再加一个平移自由度，使用础

4、上再加一个平移自由度，使用“点与轴线对齐点与轴线对齐(du q)”来限制其来限制其他两个自由度。他两个自由度。 第6页/共34页第七页，共35页。连接类型连接类型自由度自由度约束约束平移平移旋转旋转刚性（刚性（Rigid）00完全完全销钉（销钉（Pin）01轴对齐；平面或点对齐轴对齐；平面或点对齐滑动杆（滑动杆（Slider）10轴对齐；平面或点对齐轴对齐；平面或点对齐圆柱（圆柱（Cylinder）11轴对齐轴对齐平面（平面（Plannar）21平面匹配平面匹配/对齐对齐球（球（Ball）03点与点对齐点与点对齐焊接（焊接（Weld）00坐标系对齐坐标系对齐轴承（轴承（Bearing）13点与

5、边或轴线对齐点与边或轴线对齐第7页/共34页第八页，共35页。运动模型的质量属性包括密度、运动模型的质量属性包括密度、体积体积(tj)、质量、重心和惯性矩。对、质量、重心和惯性矩。对于不需要考虑于不需要考虑“力力”的情况，例如纯的情况，例如纯粹的机械运动，可以不设置质量属性粹的机械运动，可以不设置质量属性。“定义属性定义属性”有三个选项：有三个选项：“缺缺省省”、“密度密度”和和“质量属性质量属性”。一。一般只需要对般只需要对“密度密度”进行设置即可；进行设置即可；如果不指定相关设置，系统则会指派如果不指定相关设置，系统则会指派“缺省缺省”的设置。的设置。 第8页/共34页第九页，共35页。拖

6、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(dngqin)运动机构的位置状态。 第9页/共34页第十页，共35页。伺服电动机能够为机构提供驱动。通过伺服电动机能够为机构提供驱动。通过(tnggu)(tnggu)伺服电动机可以实现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。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，曲柄连杆机构选选取运动轴，曲柄连杆机构选择曲轴的销钉连接图标反向择曲轴的销钉连接图标反向(fn xin)(fn xin)按钮改变旋向按钮改变旋向类型分为两种，类型分为两种，一种是连接轴伺服电机一种是连接轴伺服电机，用于定义某一

7、旋转轴的旋转运，用于定义某一旋转轴的旋转运动，可用于运动分析，另一种是动，可用于运动分析，另一种是几何伺服电机几何伺服电机，用于创建复杂的，用于创建复杂的运动如螺旋运动，不能用于运动分析。运动如螺旋运动，不能用于运动分析。第10页/共34页第十一页，共35页。定义轮廓，定义轮廓，“规范规范(gufn)(gufn)”为为位置时位置时模选项定义为斜坡曲轴旋转一圈模选项定义为斜坡曲轴旋转一圈360360度，图形中可以查看定义的轮度，图形中可以查看定义的轮廓，横坐标为时间廓，横坐标为时间4. 4. 伺服电机伺服电机( (续续) )第11页/共34页第十二页，共35页。插插齿齿机机构构运运动动(yndn

8、g)仿仿真真5. 5. 实例实例(shl)(shl)演练演练销钉连接销钉连接(linji)圆柱连接圆柱连接(linji)第12页/共34页第十三页，共35页。牛头刨床机构(jgu)运动仿真销钉连接销钉连接(linji)滑动杆连接滑动杆连接(linji)第13页/共34页第十四页，共35页。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。如果定义凸轮及凸轮的工作区域。如果(rgu)勾选勾选“自动选择自动选择”，那么在选取一，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。个曲面

9、后，系统会自动选取包含此曲面在内的所有相切曲面。“属性属性”选项卡能够控制凸轮之间是否分离和摩擦系数，如选项卡能够控制凸轮之间是否分离和摩擦系数，如果勾选了果勾选了“启用分离启用分离”，那么两个凸轮将会在运动过程中分开。，那么两个凸轮将会在运动过程中分开。第14页/共34页第十五页，共35页。实例(shl)演练：棘轮机构1. 1. 凸轮凸轮(tln)(tln)（续）（续）第15页/共34页第十六页，共35页。使用使用(shyng)齿轮运动副可以控制两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，彼此间无需相互接过两个元件进行定义

10、，彼此间无需相互接触。触。2. 2. 齿轮齿轮(chln)(chln)第16页/共34页第十七页，共35页。齿轮类型分为一般、正、锥、涡轮、齿条与齿轮类型分为一般、正、锥、涡轮、齿条与小齿轮。小齿轮。对于所有类型，需对每一个齿轮选取连接轴对于所有类型，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。，传动比一般都采用齿数比的方式予以确定。对于齿条类，齿条的定义通常对于齿条类，齿条的定义通常(tngchng)需需要指出要指出“滑动杆滑动杆”连接轴，传动比定义一般使用连接轴，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。，即齿轮旋转一周，齿条前进的距离。2. 2

11、. 齿轮齿轮(chln)(chln)（续）（续）第17页/共34页第十八页，共35页。实例(shl)演练2. 2. 齿轮齿轮(chln)(chln)（续）（续）第18页/共34页第十九页，共35页。通过重力通过重力(zhngl)选项，可以对重力选项，可以对重力(zhngl)加速度的数值及方加速度的数值及方向进行设置。指令为直接点击按钮向进行设置。指令为直接点击按钮 缺省情况下，重力缺省情况下，重力(zhngl)并未被启用，分析过程中欲使组件模拟真实的重力并未被启用，分析过程中欲使组件模拟真实的重力(zhngl)环境，需环境，需要在分析定义对话框的外部载荷选项卡中勾选要在分析定义对话框的外部载荷

12、选项卡中勾选“启用重力启用重力(zhngl)”选项。选项。第19页/共34页第二十页，共35页。使用执行使用执行(zhxng)电动机可以为运动机构施加载荷。直接点电动机可以为运动机构施加载荷。直接点击按钮击按钮 和伺服电动机类似，执行和伺服电动机类似，执行(zhxng)电动机也需要连接轴电动机也需要连接轴以施加作用，模分为以施加作用，模分为9种类型。种类型。第20页/共34页第二十一页，共35页。通过弹簧可以在运动机构中产生线性弹力。直接点击通过弹簧可以在运动机构中产生线性弹力。直接点击(din j)按按钮钮 弹簧的参照类型有弹簧的参照类型有“连接轴连接轴”及及“点至点点至点”两种，通常选取连

13、接两种，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。弹力大小的公式力大小的公式“力力 = K*（x - U）”当中，当中，K为弹簧刚度系数，为弹簧刚度系数，U为弹为弹簧未拉伸时的长度。簧未拉伸时的长度。第21页/共34页第二十二页，共35页。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。、槽运动副。直接点击按钮直接点击按钮 ，其中，其中(qzhng)C为阻尼系数。为阻尼系数。第22页/共34页第二十三页，共35页。可以通过力可以通过

14、力/扭矩来模拟机构运动的外部环境。扭矩来模拟机构运动的外部环境。直接点击按钮直接点击按钮 其类型分为其类型分为“点力点力”与与“主体扭矩主体扭矩”，即力与扭矩。和其他，即力与扭矩。和其他矢量相同，定义需要指出矢量相同，定义需要指出(zh ch)“模模”和和“方向方向”。第23页/共34页第二十四页，共35页。初始条件包括初始位置和初始速度两个初始条件包括初始位置和初始速度两个方面。点击按钮方面。点击按钮 初始位置的确定需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，所以主体的位置。由于速度为矢量，所以(suy)在指出模的

15、同时还要指出其方向，在指出模的同时还要指出其方向，进行进行(jnxng)动动态分析时用到态分析时用到第24页/共34页第二十五页，共35页。完成运动模型及运动环境的设置后，需要对机完成运动模型及运动环境的设置后，需要对机构进行分析构进行分析(fnx)。点击按钮。点击按钮 第25页/共34页第二十六页，共35页。在不考虑力、质量、惯性的情况下在不考虑力、质量、惯性的情况下，仅对机构进行运动分析时，可以使用，仅对机构进行运动分析时，可以使用“运动学、重复组件运动学、重复组件”的类型的类型(lixng)。由于仅考虑机构的运动，所以这两由于仅考虑机构的运动，所以这两种类型种类型(lixng)不需要指定

16、质量属性、弹不需要指定质量属性、弹簧、阻尼器、重力、力簧、阻尼器、重力、力/力矩以及执行电力矩以及执行电动机等。外部负荷选项卡为灰显状态。动机等。外部负荷选项卡为灰显状态。第26页/共34页第二十七页，共35页。在考虑力、质量、惯性等外力作用的情况下，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对机构进行分析可以(ky)使用使用“动态动态”的类型。的类型。选取该类型后，定义对话框下方的初始配置选选取该类型后，定义对话框下方的初始配置选项变为了项变为了“初始条件初始条件”，可以，可以(ky)直接选取已设置直接选取已设置好的初始条件。好的初始条件。需要注意的是，动态类型中，不能为伺服

17、电机需要注意的是，动态类型中，不能为伺服电机指定起止时间，而只能从开始到结束。指定起止时间，而只能从开始到结束。第27页/共34页第二十八页，共35页。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(chy)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。第28页/共34页第二十九页，共35页。力平衡用于分析机构处于某一形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态时，为保证其静平衡所需施加的外力。

18、力。由于进行平衡分析需要使机构保由于进行平衡分析需要使机构保持零自由度，所以持零自由度，所以(suy)需要借助连需要借助连接锁定、在两个主体间锁定，使机构接锁定、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。在添加测力计锁定后自由度减为零。第29页/共34页第三十页，共35页。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(bzhu)。指令为点击按钮。指令为点击按钮 第30页/共34页第三十一页，共35页。回放回放(hu fn(hu fn) )：轨迹曲线轨迹曲线菜单(ci dn)：插入-轨迹曲线“轨迹曲线(qxin)”可选2D或3D，“凸轮合成曲线(qxin)”只能是2D。 轨迹曲线用来表示机构中某一元素相