基于proe的機(jī)構(gòu)運(yùn)動仿真學(xué)習(xí)教案

1、會計(jì)學(xué)1基于基于proe的機(jī)構(gòu)運(yùn)動的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(yndng)仿真仿真第一頁，共35頁。機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)(shj)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(chnshng)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)。第1頁/共34頁第二頁，共35頁。第2頁/共34頁第三頁，共35頁。建立連接連接軸設(shè)置運(yùn)動副伺服電機(jī)建立運(yùn)動模型設(shè)置運(yùn)動環(huán)境機(jī)構(gòu)運(yùn)動分析獲取分析結(jié)果運(yùn)動學(xué)動態(tài)靜態(tài)力平衡重復(fù)組件重力執(zhí)行電機(jī)彈簧阻尼力/扭矩初始條件回放運(yùn)動干涉檢測運(yùn)動包絡(luò)測量軌跡曲線第3頁/共34頁第四頁，共

2、35頁。 剛性剛性6個自由度被完全限制。個自由度被完全限制。 銷釘銷釘僅有一個旋轉(zhuǎn)自由度，使用僅有一個旋轉(zhuǎn)自由度，使用“軸對齊軸對齊”和和“平移平移”兩個約束來限制其他兩個約束來限制其他(qt)5個自由度個自由度 。 滑動桿滑動桿僅有一個沿軸向的平移自由度，使用僅有一個沿軸向的平移自由度，使用“軸軸對齊對齊”和和“旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)”兩個約束限制其他兩個約束限制其他(qt)5個自個自由度。由度。第4頁/共34頁第五頁，共35頁。 柱面柱面具有一個旋轉(zhuǎn)自由度和一個沿軸向具有一個旋轉(zhuǎn)自由度和一個沿軸向的平移自由度，使用的平移自由度，使用“軸對齊軸對齊(du q)”的約束限制其他的約束限制其他4個自由度。個自

3、由度。 平面平面具有兩個平移自由度和一個旋轉(zhuǎn)自具有兩個平移自由度和一個旋轉(zhuǎn)自由度，使用由度，使用“平面平面”約束限制其他約束限制其他3個個自由度。自由度。第5頁/共34頁第六頁，共35頁。 球球具有具有3個旋轉(zhuǎn)自由度，使用個旋轉(zhuǎn)自由度，使用“點(diǎn)對齊點(diǎn)對齊”約束約束(yush)來限制來限制3個平移自由度。個平移自由度。 焊接焊接6個自由度被完全限制，使用個自由度被完全限制，使用“坐標(biāo)系（重合）坐標(biāo)系（重合）”約束約束(yush)所有自由度。所有自由度。 軸承軸承具有具有3個旋轉(zhuǎn)自由度和一個平個旋轉(zhuǎn)自由度和一個平移自由度，相當(dāng)于移自由度，相當(dāng)于“球球”連接的基連接的基礎(chǔ)上再加一個平移自由度，使用礎(chǔ)

4、上再加一個平移自由度，使用“點(diǎn)與軸線對齊點(diǎn)與軸線對齊(du q)”來限制其來限制其他兩個自由度。他兩個自由度。 第6頁/共34頁第七頁，共35頁。連接類型連接類型自由度自由度約束約束平移平移旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)剛性（剛性（Rigid）00完全完全銷釘（銷釘（Pin）01軸對齊；平面或點(diǎn)對齊軸對齊；平面或點(diǎn)對齊滑動桿（滑動桿（Slider）10軸對齊；平面或點(diǎn)對齊軸對齊；平面或點(diǎn)對齊圓柱（圓柱（Cylinder）11軸對齊軸對齊平面（平面（Plannar）21平面匹配平面匹配/對齊對齊球（球（Ball）03點(diǎn)與點(diǎn)對齊點(diǎn)與點(diǎn)對齊焊接（焊接（Weld）00坐標(biāo)系對齊坐標(biāo)系對齊軸承（軸承（Bearing）13點(diǎn)與

5、邊或軸線對齊點(diǎn)與邊或軸線對齊第7頁/共34頁第八頁，共35頁。運(yùn)動模型的質(zhì)量屬性包括密度、運(yùn)動模型的質(zhì)量屬性包括密度、體積體積(tj)、質(zhì)量、重心和慣性矩。對、質(zhì)量、重心和慣性矩。對于不需要考慮于不需要考慮“力力”的情況，例如純的情況，例如純粹的機(jī)械運(yùn)動，可以不設(shè)置質(zhì)量屬性粹的機(jī)械運(yùn)動，可以不設(shè)置質(zhì)量屬性?！岸x屬性定義屬性”有三個選項(xiàng)：有三個選項(xiàng)：“缺缺省省”、“密度密度”和和“質(zhì)量屬性質(zhì)量屬性”。一。一般只需要對般只需要對“密度密度”進(jìn)行設(shè)置即可；進(jìn)行設(shè)置即可；如果不指定相關(guān)設(shè)置，系統(tǒng)則會指派如果不指定相關(guān)設(shè)置，系統(tǒng)則會指派“缺省缺省”的設(shè)置。的設(shè)置。 第8頁/共34頁第九頁，共35頁。拖

6、動功能可以在允許的運(yùn)動范圍內(nèi)移動元組件，快照功能可以保存當(dāng)前(dngqin)運(yùn)動機(jī)構(gòu)的位置狀態(tài)。 第9頁/共34頁第十頁，共35頁。伺服電動機(jī)能夠?yàn)闄C(jī)構(gòu)提供驅(qū)動。通過伺服電動機(jī)能夠?yàn)闄C(jī)構(gòu)提供驅(qū)動。通過(tnggu)(tnggu)伺服電動機(jī)可以實(shí)現(xiàn)伺服電動機(jī)可以實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)及平移運(yùn)動，并且能以函數(shù)的方式定義運(yùn)動輪廓。旋轉(zhuǎn)及平移運(yùn)動，并且能以函數(shù)的方式定義運(yùn)動輪廓。 選取運(yùn)動軸，曲柄連桿機(jī)構(gòu)選選取運(yùn)動軸，曲柄連桿機(jī)構(gòu)選擇曲軸的銷釘連接圖標(biāo)反向擇曲軸的銷釘連接圖標(biāo)反向(fn xin)(fn xin)按鈕改變旋向按鈕改變旋向類型分為兩種，類型分為兩種，一種是連接軸伺服電機(jī)一種是連接軸伺服電機(jī)，用于定義某一

7、旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)，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，另一種是動，可用于運(yùn)動分析，另一種是幾何伺服電機(jī)幾何伺服電機(jī)，用于創(chuàng)建復(fù)雜的，用于創(chuàng)建復(fù)雜的運(yùn)動如螺旋運(yùn)動，不能用于運(yùn)動分析。運(yùn)動如螺旋運(yùn)動，不能用于運(yùn)動分析。第10頁/共34頁第十一頁，共35頁。定義輪廓，定義輪廓，“規(guī)范規(guī)范(gufn)(gufn)”為為位置時位置時模選項(xiàng)定義為斜坡曲軸旋轉(zhuǎn)一圈模選項(xiàng)定義為斜坡曲軸旋轉(zhuǎn)一圈360360度，圖形中可以查看定義的輪度，圖形中可以查看定義的輪廓，橫坐標(biāo)為時間廓，橫坐標(biāo)為時間4. 4. 伺服電機(jī)伺服電機(jī)( (續(xù)續(xù)) )第11頁/共34頁第十二頁，共35頁。插插齒齒機(jī)機(jī)構(gòu)構(gòu)運(yùn)運(yùn)動動(yndn

8、g)仿仿真真5. 5. 實(shí)例實(shí)例(shl)(shl)演練演練銷釘連接銷釘連接(linji)圓柱連接圓柱連接(linji)第12頁/共34頁第十三頁，共35頁。牛頭刨床機(jī)構(gòu)(jgu)運(yùn)動仿真銷釘連接銷釘連接(linji)滑動桿連接滑動桿連接(linji)第13頁/共34頁第十四頁，共35頁。凸輪運(yùn)動副通過兩個元件進(jìn)行定義，可以使用指定曲面或曲線的方式來凸輪運(yùn)動副通過兩個元件進(jìn)行定義，可以使用指定曲面或曲線的方式來定義凸輪及凸輪的工作區(qū)域。如果定義凸輪及凸輪的工作區(qū)域。如果(rgu)勾選勾選“自動選擇自動選擇”，那么在選取一，那么在選取一個曲面后，系統(tǒng)會自動選取包含此曲面在內(nèi)的所有相切曲面。個曲面

9、后，系統(tǒng)會自動選取包含此曲面在內(nèi)的所有相切曲面?！皩傩詫傩浴边x項(xiàng)卡能夠控制凸輪之間是否分離和摩擦系數(shù)，如選項(xiàng)卡能夠控制凸輪之間是否分離和摩擦系數(shù)，如果勾選了果勾選了“啟用分離啟用分離”，那么兩個凸輪將會在運(yùn)動過程中分開。，那么兩個凸輪將會在運(yùn)動過程中分開。第14頁/共34頁第十五頁，共35頁。實(shí)例(shl)演練：棘輪機(jī)構(gòu)1. 1. 凸輪凸輪(tln)(tln)（續(xù)）（續(xù)）第15頁/共34頁第十六頁，共35頁。使用使用(shyng)齒輪運(yùn)動副可以控制兩齒輪運(yùn)動副可以控制兩個連接軸之間的速度關(guān)系。齒輪運(yùn)動副通個連接軸之間的速度關(guān)系。齒輪運(yùn)動副通過兩個元件進(jìn)行定義，彼此間無需相互接過兩個元件進(jìn)行定義

10、，彼此間無需相互接觸。觸。2. 2. 齒輪齒輪(chln)(chln)第16頁/共34頁第十七頁，共35頁。齒輪類型分為一般、正、錐、渦輪、齒條與齒輪類型分為一般、正、錐、渦輪、齒條與小齒輪。小齒輪。對于所有類型，需對每一個齒輪選取連接軸對于所有類型，需對每一個齒輪選取連接軸，傳動比一般都采用齒數(shù)比的方式予以確定。，傳動比一般都采用齒數(shù)比的方式予以確定。對于齒條類，齒條的定義通常對于齒條類，齒條的定義通常(tngchng)需需要指出要指出“滑動桿滑動桿”連接軸，傳動比定義一般使用連接軸，傳動比定義一般使用 mm/rev，即齒輪旋轉(zhuǎn)一周，齒條前進(jìn)的距離。，即齒輪旋轉(zhuǎn)一周，齒條前進(jìn)的距離。2. 2

11、. 齒輪齒輪(chln)(chln)（續(xù)）（續(xù)）第17頁/共34頁第十八頁，共35頁。實(shí)例(shl)演練2. 2. 齒輪齒輪(chln)(chln)（續(xù)）（續(xù)）第18頁/共34頁第十九頁，共35頁。通過重力通過重力(zhngl)選項(xiàng)，可以對重力選項(xiàng)，可以對重力(zhngl)加速度的數(shù)值及方加速度的數(shù)值及方向進(jìn)行設(shè)置。指令為直接點(diǎn)擊按鈕向進(jìn)行設(shè)置。指令為直接點(diǎn)擊按鈕 缺省情況下，重力缺省情況下，重力(zhngl)并未被啟用，分析過程中欲使組件模擬真實(shí)的重力并未被啟用，分析過程中欲使組件模擬真實(shí)的重力(zhngl)環(huán)境，需環(huán)境，需要在分析定義對話框的外部載荷選項(xiàng)卡中勾選要在分析定義對話框的外部載荷

12、選項(xiàng)卡中勾選“啟用重力啟用重力(zhngl)”選項(xiàng)。選項(xiàng)。第19頁/共34頁第二十頁，共35頁。使用執(zhí)行使用執(zhí)行(zhxng)電動機(jī)可以為運(yùn)動機(jī)構(gòu)施加載荷。直接點(diǎn)電動機(jī)可以為運(yùn)動機(jī)構(gòu)施加載荷。直接點(diǎn)擊按鈕擊按鈕 和伺服電動機(jī)類似，執(zhí)行和伺服電動機(jī)類似，執(zhí)行(zhxng)電動機(jī)也需要連接軸電動機(jī)也需要連接軸以施加作用，模分為以施加作用，模分為9種類型。種類型。第20頁/共34頁第二十一頁，共35頁。通過彈簧可以在運(yùn)動機(jī)構(gòu)中產(chǎn)生線性彈力。直接點(diǎn)擊通過彈簧可以在運(yùn)動機(jī)構(gòu)中產(chǎn)生線性彈力。直接點(diǎn)擊(din j)按按鈕鈕 彈簧的參照類型有彈簧的參照類型有“連接軸連接軸”及及“點(diǎn)至點(diǎn)點(diǎn)至點(diǎn)”兩種，通常選取連

13、接兩種，通常選取連接軸，對于之間沒有連接的兩個主體，可以采用點(diǎn)至點(diǎn)的參照類型。彈軸，對于之間沒有連接的兩個主體，可以采用點(diǎn)至點(diǎn)的參照類型。彈力大小的公式力大小的公式“力力 = K*（x - U）”當(dāng)中，當(dāng)中，K為彈簧剛度系數(shù)，為彈簧剛度系數(shù)，U為彈為彈簧未拉伸時的長度?；晌蠢鞎r的長度。第21頁/共34頁第二十二頁，共35頁。與彈簧不同，阻尼為耗散力，它可以作用于連接軸、兩主體之間與彈簧不同，阻尼為耗散力，它可以作用于連接軸、兩主體之間、槽運(yùn)動副。、槽運(yùn)動副。直接點(diǎn)擊按鈕直接點(diǎn)擊按鈕 ，其中，其中(qzhng)C為阻尼系數(shù)。為阻尼系數(shù)。第22頁/共34頁第二十三頁，共35頁?？梢酝ㄟ^力可以通過

14、力/扭矩來模擬機(jī)構(gòu)運(yùn)動的外部環(huán)境。扭矩來模擬機(jī)構(gòu)運(yùn)動的外部環(huán)境。直接點(diǎn)擊按鈕直接點(diǎn)擊按鈕 其類型分為其類型分為“點(diǎn)力點(diǎn)力”與與“主體扭矩主體扭矩”，即力與扭矩。和其他，即力與扭矩。和其他矢量相同，定義需要指出矢量相同，定義需要指出(zh ch)“模?！焙秃汀胺较蚍较颉?。第23頁/共34頁第二十四頁，共35頁。初始條件包括初始位置和初始速度兩個初始條件包括初始位置和初始速度兩個方面。點(diǎn)擊按鈕方面。點(diǎn)擊按鈕 初始位置的確定需初始位置的確定需要借助快照功能，從事先創(chuàng)建好的快照得到要借助快照功能，從事先創(chuàng)建好的快照得到主體的位置。由于速度為矢量，所以主體的位置。由于速度為矢量，所以(suy)在指出模的

15、同時還要指出其方向，在指出模的同時還要指出其方向，進(jìn)行進(jìn)行(jnxng)動動態(tài)分析時用到態(tài)分析時用到第24頁/共34頁第二十五頁，共35頁。完成運(yùn)動模型及運(yùn)動環(huán)境的設(shè)置后，需要對機(jī)完成運(yùn)動模型及運(yùn)動環(huán)境的設(shè)置后，需要對機(jī)構(gòu)進(jìn)行分析構(gòu)進(jìn)行分析(fnx)。點(diǎn)擊按鈕。點(diǎn)擊按鈕 第25頁/共34頁第二十六頁，共35頁。在不考慮力、質(zhì)量、慣性的情況下在不考慮力、質(zhì)量、慣性的情況下，僅對機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動分析時，可以使用，僅對機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動分析時，可以使用“運(yùn)動學(xué)、重復(fù)組件運(yùn)動學(xué)、重復(fù)組件”的類型的類型(lixng)。由于僅考慮機(jī)構(gòu)的運(yùn)動，所以這兩由于僅考慮機(jī)構(gòu)的運(yùn)動，所以這兩種類型種類型(lixng)不需要指定

16、質(zhì)量屬性、彈不需要指定質(zhì)量屬性、彈簧、阻尼器、重力、力簧、阻尼器、重力、力/力矩以及執(zhí)行電力矩以及執(zhí)行電動機(jī)等。外部負(fù)荷選項(xiàng)卡為灰顯狀態(tài)。動機(jī)等。外部負(fù)荷選項(xiàng)卡為灰顯狀態(tài)。第26頁/共34頁第二十七頁，共35頁。在考慮力、質(zhì)量、慣性等外力作用的情況下，在考慮力、質(zhì)量、慣性等外力作用的情況下，對機(jī)構(gòu)進(jìn)行分析可以對機(jī)構(gòu)進(jìn)行分析可以(ky)使用使用“動態(tài)動態(tài)”的類型。的類型。選取該類型后，定義對話框下方的初始配置選選取該類型后，定義對話框下方的初始配置選項(xiàng)變?yōu)榱隧?xiàng)變?yōu)榱恕俺跏紬l件初始條件”，可以，可以(ky)直接選取已設(shè)置直接選取已設(shè)置好的初始條件。好的初始條件。需要注意的是，動態(tài)類型中，不能為伺服

17、電機(jī)需要注意的是，動態(tài)類型中，不能為伺服電機(jī)指定起止時間，而只能從開始到結(jié)束。指定起止時間，而只能從開始到結(jié)束。第27頁/共34頁第二十八頁，共35頁。靜態(tài)類型主要用于研究機(jī)構(gòu)中主體平衡時的受力情況。由于靜態(tài)分析中不考慮速度及慣性，所以能比動態(tài)更快的找到平衡狀態(tài)，定義對話框中也因此無需對起止時間進(jìn)行設(shè)置。其中“最大步距因子”能夠改變靜態(tài)分析中的缺省步長，它是一個處于(chy)0到1的常數(shù)。在分析具有較大加速度的機(jī)構(gòu)時，推薦減小此值。第28頁/共34頁第二十九頁，共35頁。力平衡用于分析機(jī)構(gòu)處于某一形力平衡用于分析機(jī)構(gòu)處于某一形態(tài)時，為保證其靜平衡所需施加的外態(tài)時，為保證其靜平衡所需施加的外力。

18、力。由于進(jìn)行平衡分析需要使機(jī)構(gòu)保由于進(jìn)行平衡分析需要使機(jī)構(gòu)保持零自由度，所以持零自由度，所以(suy)需要借助連需要借助連接鎖定、在兩個主體間鎖定，使機(jī)構(gòu)接鎖定、在兩個主體間鎖定，使機(jī)構(gòu)在添加測力計(jì)鎖定后自由度減為零。在添加測力計(jì)鎖定后自由度減為零。第29頁/共34頁第三十頁，共35頁。使用回放功能主要可以實(shí)現(xiàn)運(yùn)動干涉檢測、創(chuàng)建運(yùn)動包絡(luò)和動態(tài)影像捕捉使用回放功能主要可以實(shí)現(xiàn)運(yùn)動干涉檢測、創(chuàng)建運(yùn)動包絡(luò)和動態(tài)影像捕捉(bzhu)。指令為點(diǎn)擊按鈕。指令為點(diǎn)擊按鈕 第30頁/共34頁第三十一頁，共35頁?；胤呕胤?hu fn(hu fn) )：軌跡曲線軌跡曲線菜單(ci dn)：插入-軌跡曲線“軌跡曲線(qxin)”可選2D或3D，“凸輪合成曲線(qxin)”只能是2D。 軌跡曲線用來表示機(jī)構(gòu)中某一元素相