ProE机构运动仿真设计及分析

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。
机构仿真主要术语。
序号
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
名称
主体（body） 基础（ground） 连接（ connections) 自由度（Degrees of Freedom) 执行电动机（ Force Motor） 机构（Joints） 齿轮副连接（Gear Pair Connection) 伺服电动机（ Servo Motor) LCS WCS
也就是指定N个点，以这些点为节点，按线性或样条插值方式构建一条通过所有点的曲线。
这条曲线就是电动机的轮廓。样条拟合构建的曲线比线性拟合构建的曲线平滑一点。
创建，可以查看运行情况 定义时间及帧，根据前面 伺服电机的定义，2秒钟 曲轴转角720度 并产生一个结果集
的升程表.此处简化为0.01秒既5
度一个点.在轮廓中位置插值采 用线性拟合.在轮廓位置中填入 基圆半径生成零点.
4. 建立分析
新建一个机构分析,类型运动学,终止时间0.72秒(旋转一圈),帧频可设为250(越大运 转越平顺) 。 电动机分别加入凸轮和挺柱的伺服电机，点运行。 并在回放界面保存结果集mot.pbk
先装连杆，采用坐标系 对齐方式
技巧：装配完成后可以按住CTRL+ALT键，按鼠标左键拖动零
件可检查零件的运动情况。
曲轴及活塞连杆机构装配
基础件机 体按坐标 系对齐装 活塞连杆机 构的装配注 意需要添加
配，曲轴
按销钉连 接装配到 缸体上， 对齐止推 轴承中心 面。
两个连接。
连杆大头销 钉连接到曲 柄销，活塞 在缸孔内滑 动杆连接。
3. 设置机构分析要素：
需要分别定义凸轮和挺柱的伺服电机，也就是此机构中 有两个伺服电机。 a. 添加并定义凸轮的伺服电机，凸轮定义按匀角速度旋 转运动，根据时间定义角速度，可设定凸轮的模为0-500度， 旋转一周为0.72秒。 b. 添加并定义挺柱伺服电机, 连接轴为滑动轴,模选择表,表文 件为.tab的文本文件,是时间和 升程的函数,来自凸轮轴图纸中
回放：干涉与动画
利用回放来查看机构中零件的干涉情况、输出影片、显示力和扭矩对机构的影响，以
及在分析期间跟踪测量的值。
动画演示，输出影片界面
测量：
创建测量，用来分析机构在整个运动过程中的各种具体参数，如位置、速度、力等，为
改进设计提供资料。查看测量的结果必须有一个分析的结果集。（只有运动学分析才能对 速度、加速度进行测量）
检查模型：在装配中，拖动可以移动的零部件，观察装配连接情况。
添加模型化要素：在机构中添加伺服电机等运动分析要素。 准备进行分析：定义初始位置，建立测量方式。 创建分析模型：对所创建的机构模型进行运动学分析。 获取分析结果：可以使用回放功能对分析结果进行回放，进行零件之间的干涉检查，观察测 量结果，获取轨迹曲线和运动包络线，了解机构的设计合理性，可行性等工程分析。
运动学分析流程
创建模型 检查模型 添加模型化要素 准备进行分析 分析模型 获取分析结果
创建模型：建立模型是设计运动仿真的基础步骤，只有机构模型建立正确合理，机构的模拟 才能够顺利进行。主要包括定义机构中的主体、建立连接、设置连接轴属性，根据设计需要， 添加凸轮、槽轮、齿轮副、带轮副等特殊连接。
a. 凸轮轴只画出轴颈即可,轴颈大小不要过凸轮基圆大小;
b. 挺柱要在底面画出一条曲线,此曲线为挺柱底面的轮廓,
始终与凸轮面相接触,即凸轮面在此线上滑动. C. 基础件，需创建凸轮旋转轴、挺柱滑动轴及对齐平面。
2. 组装模型:装配各主体并设置连接
a. 新建一组件，装配基础零件，按坐标系对齐方式装配到组件中。 b. 装配凸轮零件，按销钉连接。 c. 装配挺柱零件,按滑动杆连接。 注意要使挺柱底面的曲线与凸轮旋转轴垂直。
5. 合成凸轮型线
点菜单中插入--->轨迹曲线--->进入轨迹曲线界面--->纸零件选择凸轮轴--->轨迹选 "凸轮合成曲线"--->曲线或边中选挺柱底面的曲线---->结果集选上步保存的mot.pbk.确 定后即可生成凸轮型线。此型线可另保存为草绘，绘制凸轮轴时可直接调入使用。
完成的运动模型
进入机构工作界面
在PROE装配模块下，点击应用程序-->机构,进入机构工作台,快捷菜单如下:
模型工具栏
运动工具栏
动态工具栏
结构树
在机构模块中包含模型树、机构树两种结构 树，分别对机构模型特征和动力学分析特征进
行管理。使用右键菜单对特征进行更改、查询
等操作。
拖动和快照 (检查模型)
机构完成连接定义后，可以使用拖动功能，来查看定义是否正确。可以使用快照功能 对拖动后结果拍照保存，快照结果也可以应用于动画模快的设计。
图形中可以查看定义的轮廓，横坐 标为时间
【伺服电机】分为两种，一种是连接轴伺服电机，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，不能用于运动分析。
定义轮廓，“规范”为速度时，定义为常数，表示一秒钟旋转的角度。
模函数共有九种：常数、斜坡、余弦、SCCA、摆线、抛物线、多项式、表、用户
含义
一个元件或彼止无相对运动的一组元件，主体内自由度=0。 不移动的主体，其它主体相对于基础运动。 定义并约束相对运动的主体之间的关系。 允许的机械系统运动。连接的作用是约束主体之间的相对运动，减少系统可能的 总自由度。 作用于旋转轴或平移轴上（引起运动）的力。 特定的连接类型（例如销钉机构、滑块机构和球机构） 应用到两连接轴的速度约束。 定义一个主体相对于另一个主体运动的方式，可在机构或几何图元上放置电动机 ，并可指定主体间的位置、速度或加速度运动。 与主体相关的局部坐标系。LCS是与主体中定义的第一个零件相关的缺省坐标系 全局坐标系。组件的全局坐标系，它包括用于组件及该组件内所有主体的全局坐 标系。
3
0 3 3 3 X
0
0 1 3
X
自定义组合约束，可根据需要指定一个或多个基本约束来形成组合约束。
槽连接例子
机构特殊连接
机构的连接是在机构工作台中进行定义的，PROE5.0中有4种特殊的连接。
序号
1 2 3 4
名称
凸轮连接 3D接触 齿轮连接 带传动
说明
凸轮连接需指定两个主体上的各一个（或一组）曲面或曲线，利用凸轮的轮廓控制从动件的运 动规律。如发动机凸轮轴控制摇臂的运动。 元件不作任何约束，只是对3D模型进行空间点重合来使元件与组件发生关联。元件可任意旋 转和平移。 用来控制两个旋转轴之间的速度关系。在定义齿轮前，需先定义含有旋转轴的机构连接（如销 钉） 通过两个带轮曲面与带平面重合连接。两带轮在装配中就进行销钉连接。按CTRL选两带轮的 曲面
运动影片
三、机构动力学分析
在PROE5.0中,运动仿真和动态分析功能集成于机构模块中,包括机械设计和动 态分析两方面的分析功能. 在机构动力学分析中简单一种的是不涉及重力、弹簧、阻尼、力和力矩等的 分析，实现机构的运动模拟，可以观察并测量记录如位置、距离、速度、加速度 等运动特征，并可以通过图形直观地显示这些测量值。 另外一种可以在机构上定义重力、弹簧、阻尼、力和力矩等特征，对机构设 置材料、密度等属性，使其更加接近现实中的机构，达到真实模拟现实的目的。
平移
0 0 1 1 2
说明
使用一个或多个基本约束，交元件与组件连接在一起，连接后，元件与组件成为一个 主体，相互间没有自由度。 由一个轴对齐约束加一个与轴垂直的平移约束组成。元件可以绕轴旋转，不能平移。 例如，活塞销，齿轮、曲轴等。 由一个轴对齐约束与一个旋转约束组成，元件可沿轴平移，但不能旋转。如活塞。 由一个轴对齐约束组成，元件可绕轴旋转同时可沿轴向平移。如挺柱、气门等。 由一个平面约束组成，元件可在平面上移动（可指定偏移量），且能绕垂直于平面的 轴旋转。 由一个点对齐约束组成，元件可绕着对齐点任意旋转。如挺柱与挺杆的连接。 两个坐标系对齐，元件自由度完全消除。焊缝连接与刚性连接是有本质区别的。 刚性连接带有“连接设计”的子组件装配到主组件时，子组件连接将不能运动。 由一个点对齐一条直边或轴线的约束组成。与机械上的“轴承”不同。 由元件坐标系和组件坐标系重合来使元件和组件发生关联，但元件可任意旋转和平移 ，一般不常用。 由两个主体间的一个点和一曲线连接，从动件上的一个点，始终在主动件上的一根曲 线上运动，不检查两个主体是否干涉。实例参考。
定义的。以下是六种模的数学表达式：
模：SCCA
只能用于加速度伺服电机，不能用于执行电机。它用来模拟凸轮轮廓输出。 它称为“正弦-常数-余弦-加速度”运动，缩写为SCCA。共有五个参数：
七种电动机模的函数图例
下图给出了七种函数的模所代表的电机轮廓。 各函数的参数值设定如下：
电动机的模：表
Pro/E机构运动仿真
设计及分析
商用车动力总成工程中心
2013年7月10日
内
一．机构设计基础
容
二．实例：曲柄活塞连杆机构装配
三．机构动力学分析 四．实例：利用机构运动画凸轮型线
一、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。
“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。
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。
连杆螺栓上一个顶点的轨迹曲线。
四、实例：利用机构运动画凸轮型线 问题: 已知的气门的升程表，怎样把画出正确的凸轮型线?
这就需要利用Pro/E机构分析中的“凸轮合成曲线”功能。详细步聚如下： 1. 模型准备:设计运动主体,包括凸轮、挺柱和基础件。