ProE机构运动仿真设计及分析
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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
“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。
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。
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
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
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
此机构中基础件为机体(也可以用机体总成骨 架),活塞在气缸中上下运动,不能旋转,活塞 采用滑动杆连接。关键有四组相同的活塞连杆机 构,因此活塞连杆可单独装配成一个小机构,然 后再往曲轴和缸体上连接。
活塞连杆机构装配
采用销钉连接装配活塞销, 对齐中间平面 销钉连接装配活塞,注意需 选择同一主体的轴和平面
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。
创建并执行运动分析:
加入前面定义的伺服电动机 点运行,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
活塞速度的测量结果,也可导出为EXCEL和文本格式
测量特征也可加入到运动分析中,进行结果查看,图形输出,如测量连杆大头最外 边与缸体裙部的距离。 应将测量保存为一个特征,然后才能进行测量分析
回放:轨迹曲线
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。
菜单视图---->方向---->拖动元件
左键点ຫໍສະໝຸດ Baidu要拖动的元件,然后进行拖动.
定义伺服电动机 (添加模型化要素)
机构完成连接定义后,需要给机构添加伺服电动机才能驱使机构运动.
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 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,
Pro/E运动学分析主要的要素是连接、动力和运动。必须采用连接方式建立装 配才可以运动。PRO/E一般的装配要求零件是0自由度,而连接装配是根据需求赋 予零件相对应的多个自由度,使之成为可以运动的结构。
机构连接形式:
序号
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
名称
自由度 旋转
0 1 0 1 1
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。
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。
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。
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
二、实例:曲柄活塞连杆机构装配
装配流程:
检查需装配的每个 主体,添加必要的 旋转轴和对齐平面 活塞连杆机构单独装 配为一个机构,活塞 销及活塞往连杆合件 上装配,均采用销钉 连接 新建装配, 装配缸体或 骨架模型 曲轴按销钉 连接装配到 基础上 分别按销钉连接和滑 动杆连接装配活塞连 杆机构的连杆大头和 活塞
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)
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。
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。
Pro/E机构运动仿真
设计及分析
商用车动力总成工程中心
2015年1月19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。
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
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。