基于ProE机械基础三维虚拟实验毕业设计论文.doc

基于Pro/E机械基础三维虚拟实验-机构认知实验Three-dimensional Virtual Experimental of Mechanical Foundation based on Pro/E-Experiment about Mechanism Cognition 摘要本文阐述了以Pro/e和VB作为主要开发工具，开发机构认知虚拟实验的过程，通过对现有机械原理展柜中的各种机构进行测绘，利用测绘结果，在Pro/e平台上建立基本构件、基本运动副，并装配出机械原理陈列柜中的各种机构，形成机构认知实验所需要的基本机构库。在VB平台上设计虚拟实验室的交互界面，实现浏览虚拟实验室中的各种机构、查看仿真结果、播放机构动画以及用Pro/e软件直接打开机构库进一步操作。构件机构认知虚拟实验的过程中所有用到的参数化建模方法、机构仿真方法、机构装配的爆炸图等不仅可以用于机构认知实验，同样也可用于进一步构建其他机构并进行分析。关键词：机械原理，虚拟实验室， Pro/e，动画，仿真 AbstractTaking the Pro / e and the VB as major development tools, this paper describes the process of a cognitive and virtual experiment. When the surveying and mapping of the various institutions existing in the showcase are finished, the basic components, the basic kinematic pair, and the assembly of mechanical principles will be completed, so the basic body needed for cognitive and virtual experiments is formed throughout the platform of Pro / e On the VB platform the interface of virtual laboratory can be designed, then the students can browse the various institutions, view simulation results, play the animation sector and open to further action using Pro / e institutional repository software directly. In the cognitive and virtual experiments the parametric modeling methods, simulation methods agencies, and institutions such as the assembly of the exploded diagram for the agency not only can be used for a cognitive experiment, also be used for further building and analyzing on other agenciesKey words: Mechanical Principle, Virtual lab, Pro/E, Animation, Simulation目录第1章 绪论11.1 概述11.2 本课题的研究内容11.3 本课题研究的历史现状21.3.1 虚拟实验系统概述21.3.2 国内外虚拟实验领域的发展概况和发展趋势21.4 本课题研究的现实意义31.5 本课题的主要工作和难点31.5.1 本课题的主要工作31.5.2 本课题的主要难点3第2章 机构认知实验42.1 实验目的42.2 实验设备4第3章 机构库的建立123.1 机构测绘123.2构件模型的建立123.2.1 杆类零件123.2.2 轴类构件123.2.3齿轮构件133.2.4凸轮构件133.2.5其它构件143.3参数化设计143.4 机构模型的建立203.3.1典型运动副的装配203.3.2机构模型223.3.3机构对照263.5机构仿真31第四章 界面设计334.1 界面设计334.2 流程设计34第五章 结论与展望385.1 结论385.2 展望38致谢39参考文献40附录A 外文翻译41附录B 草绘数据52附录C 源程序53第1章 绪论1.1 概述机械原理课程是机械类专业的一门主干技术基础课，其理论性和实践性都很强，它的实验教学是机械原理课程教学中的一个重要实践环节。目前，机械原理实验存在以下局限性： 不能展示机构尺寸与性能的动态关系； 硬件依存性较强，需要数量较大的仪器设备；部分实验费时、费力、效率低。如机构运动简图测绘实验需要大量的实物与机构模型；齿轮的范成实验不但需要足够多套数的范成仪，而且实验过程繁琐、枯燥。随着招生规模的逐年扩大，教学改革的不断深入，机械原理实验的教学任务越来越重，仪器设备台套数和实验教师数量相对不足等问题愈加突出。为了以最少的经费投入解决以上问题，并进一步激发学生的学习兴趣、增强实验效果、提高实验教学质量，很多高校将开发机械原理虚拟实验系统。该系统将原有实验环境进行计算机虚拟，学生可以在计算机上进行实验，其具有简洁明快的操作、丰富的人机交互功能、悦目的动画演示，激发了学生的学习、实验兴趣，同时克服了原有实验的不足，很大程度上增强了实验效果。随着远程教育的广泛应用，网上虚拟实验室逐渐成为人们研究和应用的热点。虽然在虚拟仪器的设计和应用方面，目前出现了许多成熟的、商业化的产品，如LabView和LabWindows等，但由于在不同的专业和应用领域中，实验仿真模型的复杂程度、实验表现形式和工作运行模式等存在很大差异。因此，尚未出现完全通用的虚拟实验运行平台与设计工具。在虚拟实验的设计和应用方面也尚未出现国际化的规范和标准。在现代教育的一些理工高校中，机械设计实验教学占有非常重要的地位，而由于仪器设备、配套设施、场地等实验设备的限制、以及资金等硬件问题给教学造成了诸多不便。很多学校就希望借助于现代化的通信和信息处理技术，建立网上机械设计虚拟实验室，将各种机械设计实验融入到计算机中，学生可以通过计算机仿真交互地进行实验。这样，便能克服由于硬件设施限制所带来的问题，同时也能保证教学的质量1.2 本课题的研究内容由于实验受实验经费、 场地、 器材、 设备、 时间和检查监督等客观条件的限制，本课题是在Pro/Engineer平台上，构建一个三维虚拟的实验室。通过对各种机构的测绘，在Pro/Engineer平台上模拟出机构，供学生们在网上学习，完成机构认知试验。另外也可以选择各种典型的零件，在Pro/Engineer里面组装成新的组件，并进行运动仿真，输出指定构件的运动参数。特殊零件，例如齿轮，凸轮，可以通过参数化驱动生成。1.3 本课题研究的历史现状1.3.1 虚拟实验系统概述随着时代进步，INTERNET 技术和绘图软件等领域的不断发展，人们在分析和实验研究方面越来越方便和快捷了，提供这一切的就是新兴的虚拟实验系统和虚拟实验技术的不断发展和完善。虚拟实验系统就是以计算机网络为核心，借助计算机辅助设计技术建立虚拟仪器，然后将虚拟仪器通过和网络虚拟现实语言联系起来，以实现数据的采集、分析，操作以及网络共享的一个系统，而虚拟实验就是按照实验的教学要求，建立虚拟的工程实验环境，应用各种虚拟实验仪器和设备，对建立起来的实验模型进行实时仿真，构成新型的教学实验和创新。传统的基础性实验，如物理实验、机械基础实验、电子技术实验、自动控制原理与系统实验、自动检测与传感器实验等，都可以采用虚拟的方法进行。1.3.2 国内外虚拟实验领域的发展概况和发展趋势国外对虚拟实验已有研究，并应用于不同领域。工程上如LMS国际公司的LMS Virtual Lab提供集成平台，用于机械系统仿真以及相关属性分析。在教育界，虚拟实验室(Virtual Laboratory)已经出现，例如美国某大学为课程What is engineering建立了虚拟实验室， 主要实验有logic circuits、Robotic a等。虚拟实验从在数学上建立模型、促进实验过程的优化、更方便的处理数据、以演示性实验为主到如同涉足真实实验现场、亲自动手做试验；在工程设计上，虚拟实验实现了缩短设计流程，简化设计过程的目的。国内在教育领域，中国科技大学天文与应用物理系开发了大学物理虚拟实验，浙江大学建立了虚拟实验室。但从整体来看，我国的高等教育教学课件的制作量少，水平较低，尤其是理工科专业的虚拟试验用课件还有许多空白，如机械设计虚拟实验。据了解有些院校在做凸轮生成软件，但其局限性较大。思科公司CEO约翰钱伯斯预言，互联网应用的第一次浪潮是电子支持和电子服务；第二次浪潮是虚拟生产；第三次浪潮是电子学习。虚拟生产的时代已经到来，随着新技术和网络规模的发展，虚拟实验系统必将得到进一步的发展、完善。1.4 本课题研究的现实意义通过本设计，可以建立一个简单的网上试验系统，同时也可以根据本设计的测绘结果，对已经损坏的机构进行修复。这样就可以解决在现实的教学环境中，由于教学条件的限制，一些设备数量有限，或者由于时间的限制而产生的一系列问题。1.5 本课题的主要工作和难点1.5.1 本课题的主要工作1. 查阅相关资料，学习Pro/E软件，测绘零件库中零件；2. 用Pro/E软件绘制常用构件的三维模型，构建参数驱动的基本零件库； 3. 在Pro/E平台上进行二次开发，设计人机交互界面。4. 在Pro/E中完成对典型装配体的运动仿真，模拟机构的运动过程,输出指定构件的运动参数5. 完成论文，准备答辩。1.5.2 本课题的主要难点1. 测绘工作量大，已经损坏的机构，要通过查阅资料进行复原。2. 建立机构库时，工作量大，而且重复零件较多，因此需要零件的参数化设计，通过改变零件的参数，生成新的类似的零件。第2章 机构认知实验2.1 实验目的1、通过机构的认知，帮助学生更好的学习机械原理课程。2、加深学生对基本机构组成原理的认识，为机构创新设计奠定良好的基础；2.2 实验设备机械原理展示柜，是根据机械原理课程教学内容所设计，它展示了机构的传动原理，让同学们通过参观，帮助大家加强对常用典型机构的感性认识，促进同学们对机构等问题的理解，以便帮助同学们更好的学习。目前国内新的机械原理示教陈列柜是根据大、中专院校、技校、职业学校的机械原理教学大纲设计的电化教学设备。本陈列柜共分十个柜和一个电脑控制台，并配有一台功率放大器，VCD机和激光片，声控同步演示，采用单独驱动由电脑或电子设备控制演示，可由VCD控制顺序自动运行讲解；又能根据教材、教学需要而遥控任意选择进行单独演示。模型材料采用进口有机板；板面附有银涤纶不干胶作必要的图表和文字说明，演示形象逼真，运行可靠，制作工艺美观，使用本陈列柜可提高教学效果，节约学时，是一套现代化机械课程教学应用实验设备。包含一下内容：第一柜 机器与机构如图2-1所示，包括前言、内燃机、蒸汽机、缝纫机、牛头刨床、球面高副、螺旋副、移动副、曲面副、球面副、圆柱副、转动副等内容。 图2-1机器与机构第二柜 平面连杆机构的基本形式，如图2-2所示，包括铰链四杆机构：曲柄摇杆机构2件、双曲柄机构、双摇杆机构2件。单移动副机构：曲柄滑块机构、曲柄摇块机构、转动导杆机构、移动导杆机构、双移动副机构：曲柄移动导机构、双滑块机构、双转块机构。其中双转块机构（如图2-12）、双滑块机构（如图2-13）、曲柄移动导杆机构（如图2-14）、曲柄摇杆机构（如图2-16）已经损坏。图2-2平面连杆机构基本形式第三柜 平面连杆机构如图2-3所示，包括机构运动简图：泵2件、泵的简图2件、颚式破碎机与间图。连杆机构：飞剪、压包机、翻转机构、摄影升降机、天平、起重机。 图2-3平面连杆机构第四柜 凸轮机构的形式如图2-4所示，包括形凸轮3件：滚子、尖端、平面、移动凸轮轮、槽凸轮机构、交叉槽凸轮机构、等径凸轮机构、等宽凸轮机构、主回凸轮机构、球面凸轮机构、圆锥凸轮机构、圆柱凸轮机构。其中主回凸轮机构（如图2-20）、交叉槽凸轮机构、圆锥凸轮机构、圆柱凸轮机构已经损坏。 图2-4凸轮机构第五柜 齿轮传动的各种类型如图2-5所示，包括平行轴传动：外啮合直齿圆柱齿轮机构、内啮合直齿轮机构、直齿轮齿条机构、斜齿圆柱齿轮机构、人字圆柱齿轮机构。相交轮传动：直齿圆锥齿轮机构、双曲线圆锥齿轮机构、斜齿圆锥齿轮机构相错轴传动：螺旋齿轮机构、螺旋齿轮齿条机构、圆柱蜗杆蜗轮机构、弧面蜗杆蜗轮机构。 图2-5齿轮传动第六柜 轮系的基本形成如图2-6所示，包括渐开线齿轮各部分名称、浙开线的形成、摆线的形成、齿数、模数、压力解、齿高系数。 图2-6轮系第七柜 轮系的基本形成如图2-7所示，包括周转轮系、差动轮系、行星轮系、定轴轮系合并一件、获得大传动比，实现特定的运动、运动的合成、旋转线、用于传递、运动的分解、谐波运动减速器，摆线针轮行星减速器、汽车差速器两种动作。 图2-7轮系的基本形成第八柜 间歇运动机构如图2-8所示，包括齿式棘轮机构2件、摩擦式棘轮机构、外啮合槽轮机构，内槽轮机构，球面槽轮机构、渐开线不完全齿轮机构、摆线针轮不完全轮机构（2件）、凸轮式间歇机构2件、停歇连杆机构、停歇导杆机构其中内槽轮机构、球面槽轮机构、摆线针轮不完全机构（如图2-19）、停歇连杆机构已经损坏。图2-8间歇运动架构第九柜 组合机构如图2-9所示，包括串联组合：行程扩大机构、换向传动机构；并联组合：齿轮连杆曲线、实验给定轨迹的机构2件、实验变速运动的机构、同轴槽轮机构，误差校正机构、电动马游艺机装置。其中电动马游艺装置、同轴槽轮机构（如图2-17）、实现给定轨迹的机构（如图2-15）已经损坏。 图2-9组合机构第十柜 空间连杆机构如图2-10所示，包括空间四村结构：RSSR空间四杆机构、RCCR联轴节、单万向节、双万向节、4R揉面机构、RRSRR角度传动的空间五杆机构、空间六杆机构的萨勒特机构。其中rssr空间四杆机构（如图2-18）、萨勒特机构（如图2-11）已经损坏。图2-10空间连杆机构综上所述实验室现有的机械原理陈列柜是1986年购进的，目前该设备比较陈旧，而且很多机构损坏严重，随着学校的不断扩招，以及课程学时的压缩，目前的试验设备已经不能满足正常的试验要求。因此，通过本设计，可以对现有的试验设备进行改进，实现目前比较先进的设备的部分功能，同时，通过测绘，也可以对损坏的设备进行简单的修复。以满足教学的实验要求。 图2-11萨勒特机构 图2-12 双转块机构 图2-13双滑块机构 图2-14 曲柄移动导杆机构图2-15 实现给定轨迹机构 图2-16 曲柄摇杆机构图2-17 同轴槽轮机构 图2-18rssr空间四杆机构图2-19 摆线针轮不完全齿轮机构 图2-20 主回凸轮机构第3章 机构库的建立3.1 机构测绘针对现有机械原理陈列柜中的机构进行测绘，详细测绘结果见附录B。3.2构件模型的建立3.2.1 杆类零件杆类是构成机构的常用基本构件，具有外形结构简单的特点，其长度根据运动副间距离设计，因此，本设计采用了很多杆类构件，常见的杆类模型如图3-1所示。图3-1杆类零件3.2.2 轴类构件轴类零件的关键参数是直径，长度则由被连接的机构确定，主要和齿轮凸轮等传动件配合使用。常用的典型轴类构件如图3-2所示图3-2轴类零件3.2.3齿轮构件齿轮是广泛应用于齿轮机构中，类型很多，主要有圆柱齿轮和锥齿轮，圆柱齿轮又分为直齿圆柱齿轮和斜齿圆柱齿轮以及人字形圆柱齿轮，圆锥齿轮也分为直齿圆锥齿轮和曲线圆锥齿轮，根据传动轴的方向不同，采用不同类型的齿轮进行传动，典型齿轮如图3-3所示图3-3齿轮构件3.2.4凸轮构件凸轮是一个具有曲线轮廓或凹槽的构件，常为主动件，作等速转动，但也有做往复摆动或者移动的，被凸轮直接推动的构件称为推杆，基本形式如图3-4所示。图3-4凸轮构件3.2.5其它构件还有一些常用的构件，如棘轮构件、槽轮构件、蜗轮蜗杆等，如图3-5所示。图3-5其它构件3.3参数化设计Pro/e是优秀的三维CAD/CAM集成软件，它将生产过程中主要的设计、制造和工程分为三大环节有机结合起来，提出了参数化的新思想，所谓参数化就是用关系式来驱动生成尺寸，改变关系式的参数值，就可以通过关系式改变尺寸，通过对主要控制参数的修改，再生得要新的模型。本设计采用了很多齿轮构件，同一种齿轮可由参数化来实现主要过程如下：新建零件-创建拉伸特征-草绘-绘制基本圆包括基圆、齿根圆、分度圆、齿顶圆，定义尺寸由参数驱动-创建参数-添加关系式-创建渐开线曲线-镜像草绘出齿形-复制阵列新建零件，采用国标，进入拉伸界面，点击工具菜单选择下拉菜单里面的参数，定义齿轮的基本参数齿数、模数、压力角、齿顶圆、齿根圆、分度圆、基圆、齿厚，如图3-6所示图3-6参数设置点击工具，在下拉菜单中添加关系直尺圆柱齿轮参数化方程：HA=(HAX+X)*MHF=(HAX+CX-X)*MD=M*ZDA=D+2*HADB=D*COS(ALPHA)DF=D-2*HFD6=360/(4*Z)D9=BIF HAX=1D14=0.38*MENDIFD15=360/ZD22=360/ZP23=Z-1D72=360/z如图3-7所示图3-7关系设置在插入菜单中点击插入基准曲线，选择方程，定义坐标系为笛卡尔坐标系，在记事本中输入基准曲线的方程，如图3-8所示alpha=60*tr=db/2x=r*cos(alpha)+pi*r*alpha/180*sin(alpha)y=r*sin(alpha)-pi*r*alpha/180*cos(alpha)z=0生成渐开线如图3-9所示图3-8渐开线方程图3-9渐开线利用拉伸命令，在前视基准面拉伸出轮辐部分如图3-10所示图3-10生成轮辐创建基准轴，通过轮辐中心轴，创建基准点通过渐开线和分度圆，建立基准平面1，使其通过基准轴和基准点，创建基准平面2，使其通过基准轴并和基准面1旋转角度90/z，添加关系式，点击确定，把渐开线关于基准平面2做镜像，修建成封闭轮廓后拉伸成齿。如图3-11所示图3-11轮齿把拉伸出来的齿形，做复制阵列，阵列出整个齿轮如图3-12图3-12复制阵列如果需要生成其他齿轮，则只要在工具窗口中选择参数下拉菜单修改参数（图3-13）就可以了，生成其他参数的直齿圆柱齿轮，如图3-14所示。图3-13修改参数图3-14生成齿轮3.4 机构模型的建立3.3.1典型运动副的装配典型运动副及其装配如表3-1。表3-1 典型运动副名称简图 实例装配图移动副续表 3-1名称简图 实例装配图转动副齿轮副凸轮副球面副3.3.2机构模型1连杆机构及其传动特点连杆机构的共同特点是原动件的运动都要经过一个不与机架直接相连的中间构件才能传动从动件，故称之为连杆机构如图3-16a。连杆机构中的运动副一般均为低副，其运动副元素为面接触，压力较小，承载能力较大，润滑好，磨损小，加工制造容易，且，连杆机构中的低副一般是几何封闭，对保证工作的可靠性有利。在连杆机构中，在原动件的运动规律不变的条件下，可以改变各构件的相对长度来使从动件得到不同的运动规律。连杆上各点的轨迹是各种不同的形状的曲线，其形状随着各构件相对长度的改变而改变，故连杆曲线的形式多样，可以用来满足一些特定工作的需要。利用连杆机构还可以方便的达到改变运动的传递方向、行程扩大、实现增力和远距离传动等目的。平面连杆机构和空间连杆机构也是连杆机构的一种。如图3-16b和3-16c2凸轮机构在各种机械，特别是自动机和自动控制装置中，广泛的采用各种形式的凸轮机构。凸轮是一个具有曲线轮廓或凹槽的构件，通常为主动件作等速转动，但也有做往复摆动或移动的，被凸轮直接推动的构件称为推杆。凸轮机构最大的优点是只要适当的设计出凸轮的轮廓曲a bc图3-16连杆机构线就可以使推杆得到各种预期的运动规律，而且响应快速，机构简单紧凑。凸轮机构的缺点是图轮廓线与推杆之间为点、线接触，易磨损，凸轮制造较困难。盘形凸轮机构如图3-17，这种凸轮是一个具有变化向径的盘形构件绕固定轴线回转。圆柱凸轮（如图3-18）是一个在圆柱面上开有曲线凹槽，或者是在圆柱端面上作出曲线轮廓的构件。由于凸轮与推杆的运不在同一平面内，所以是一种空间凸轮机构。 图3-17 平底盘形凸轮机构图 图3-18 圆柱凸轮3齿轮机构齿轮机构是在各种机构中应用最为广泛的一种传动机构。它依靠齿轮齿廓直接接触来传递空间任意两轴之间的运动和动力，并具有传递功率范围大、传动效率高、传动比准确、使用寿命长、工作可靠等优点；但也存在对制造和安装精度要求高以及成本较高等缺点。1)用于平行轴间传动的齿轮机构图3-19所示为用于平行轴传动的齿轮机构，其中，图3-19a所示为外啮合齿轮机构，两轮转向相反；图3-19b为内啮合齿轮机构，两轮转向相同。图3-19c为齿轮与齿条机构，齿条作直线移动，图中个齿轮的齿向与齿轮轴向的方向一致，称为直齿轮。图3-19d中齿轮的齿向相对于齿轮的轴线倾斜了一个角度，称为斜齿轮；abcd 图3-19 齿轮机构2)用于相交轴间传动的齿轮机构图3-20所示为用于相交轴间的锥齿轮机构。图3-20 直齿圆锥齿轮3)用于交错轴间传动的齿轮机构图3-21所示为用于相错轴间传动的齿轮机构。图为交错轴斜齿轮机构，图3-22为蜗杆机构图3-21 相错轴齿轮传动 图3-22 蜗杆蜗轮机构4其他机构1)棘轮机构棘轮机构的典型形式如图3-23所示，它由摇杆、棘爪、棘轮和止动爪等组成的。图3-23齿式棘轮机构2)槽轮机构槽轮机构的典型结构如图3-24所示，它由拨盘、从动槽轮和机架组成。图3-24槽轮机构3)不完全齿轮机构不完全齿轮机构是有齿轮机构演变而得到的一种间歇运动机构。在主动轮上只作出一部分齿，并根据运动时间与停歇时间要求，在从动轮上做出与主动轮轮齿相啮合的轮齿。当主动轮做连续回转运动是，从动轮作间歇回转运动。图3-25不完全齿轮机构3.3.3机构对照机构名称路径rrsrr-角度传动机构装配图-rrsrr-角度传动机构-asm0001.asm.4rss-空间四杆机构装配图-kongjiansiganjigou.asm.3摆线针轮不完全齿轮机构装配图-摆线针轮不完全齿轮机构-asm0001.asm.2泵A装配图-泵A -asm0001.asm.1续表 3-2机构名称路径泵B装配图-泵B- asm0002.asm.1并联组合装配图-并联组合- asm0001.asm.1槽轮机构装配图-槽轮机构- asm0001.asm.2槽轮机构-凸轮装配图-槽轮机构-凸轮- asm0003.asm.5齿轮齿条装配图-齿轮齿条- gear_rack.asm.3齿轮式间歇机构装配图-齿轮式间歇机构- asm0002.asm.2齿式棘轮机构装配图-齿式棘轮机构- asm0002.asm.1等径凸轮机构装配图-等径凸轮机构- asm0001.asm.2等宽凸轮机构装配图-等宽凸轮机构- asm0001.asm.1颚式破碎机装配图-颚式破碎机- asm0001.asm.3翻转机构装配图-翻转机构- asm0001.asm.1续表 3-2机构名称路径飞剪装配图-飞剪- asm0001.asm.1复杂槽轮机构装配图-复杂槽轮机构- asm0001.asm.2交错轴斜齿轮传动装配图-交错轴斜齿轮传动- jiaocuo_gear.asm.4交错轴锥齿轮装配图-交错轴锥齿轮- bevel_gear.asm.2铰链四杆机构-曲柄摇杆-双曲柄-双摇杆机构装配图-铰链四杆机构-曲柄摇杆-双曲柄-双摇杆机构- asm0001.asm.1连杆停歇机构装配图-连杆停歇机构- asm0001.asm.1内啮合齿式棘轮机构装配图-内啮合齿式棘轮机构- neiniehe.asm.2盘形凸轮机构装配图-盘形凸轮机构- asm0001.asm.2平行轴直齿轮装配图-平行轴直齿轮- gear_modify.asm.1起重机装配图-起重机- asm0001.asm.1续表 3-2机构名称路径曲柄滑块机构装配图-曲柄滑块机构- asm0002.asm.1曲柄摇块机构装配图-曲柄摇块机构- asm0002.asm.1曲柄移动导杆机构装配图-曲柄移动导杆机构- asm0001.asm.1萨勒特机构装配图-萨勒特机构- sarlt.asm.1摄影升降机装配图-摄影升降机- asm0001.asm.1实现给定轨迹的机构装配图-实现给定轨迹的机构- asm0001.asm.2双滑块机构装配图-双滑块机构- zhuangpeiti.asm.3双摇杆机构装配图-双摇杆机构- asm0002.asm.1双转块机构装配图-双转块机构- shuangzhuankuai.asm.3锁合装置装配图-锁合装置-asm0002.asm.2凸轮式间歇运动机构装配图-凸轮式间歇运动机构- asm0005.asm.2续表 3-2机构名称路径万向节装配图-万向节- wanxiangjie.asm.2涡轮蜗杆机构装配图-涡轮蜗杆机构- asm0001.asm.1斜齿轮平行轴装配图-斜齿轮平行轴- helical.asm.3压包机装配图-压包机- asm0001.asm.3移动导杆机构装配图-移动导杆机构- asm0002.asm.1圆柱滚子轴承装配图-圆柱滚子轴承- bearing.asm圆柱凸轮装配图-圆柱凸轮- cylinder_cam.asm.4直齿轮平行轴装配图-直齿轮平行轴- gear.asm.5直齿圆柱齿轮-内齿轮装配图-直齿圆柱齿轮-内齿轮- another.asm.1主回凸轮机构装配图-主回凸轮机构- asm0001.asm.1转动导杆机构装配图-转动导杆机构- zhuandongdaogan.asm.23.5机构仿真机构仿真是pro/e的一个应用模块，其功能是对组件产品进行机构运动分析和仿真，以确保组件在进行机构运动时没有零件干涉的现象，并确认零件的运动达到预期的效果。使用pro/e进行机构仿真的首要工作是辨认整个组件产品中哪些是固定不动的元件、哪些是可动的元件、可动元件的自由度为何、可动元件之间如何连接，以及可动元件的运动方式。在满足伺服电动机轮廓和接头连接、凸轮从动机构、槽从动机构或齿轮副连接的要求的情况下，模拟机构的运动。运动分析不考虑受力，它模拟除质量和力之外的运动的所有方面，因此，运动分析不能使用执行电动机，也不必为机构指定质量属性。运动分析忽略模型中所有动态图元，如弹簧、阻尼器、重力、力/力矩以及执行电动机等，所有动态图元都不影响运动分析结果。如果伺服电动机具有不连续轮廓，在运动运动分析前软件会尝试使其轮廓连续，如果不能时期轮廓连续，则此伺服电机将不能用于分析。如图3-26为曲柄滑块的仿真结果。图3-26曲柄滑块仿真结果如图3-27为齿轮与齿条的仿真结果图3-27齿轮与齿条的仿真结果如图3-28是平底盘形凸轮机构的仿真结果图3-28平底盘形凸轮机构仿真结果第四章 界面设计4.1 界面设计在虚拟实验室中打开如图4-1所示的登录界面，然后点击图4-2中机构认知实验进入图4-3所示界面，就可以浏览各种机构了。 图4-1 界面1 图4-2 界面2图4-3 界面34.2 流程设计源程序见附录C在VB平台上通过工程建立交互界面，主要流程如图4-4所示： 键入文档的引述或关注点的摘要。您可将文本框放置在文档中的任何位置。请使用“绘图工具”选项卡更改引言文本框的格式。机构认知 图4-4 流程图用户在登录系统后，点击进入虚拟实验室，然后选择机构认知实验，选择想要浏览的机构，比如点击齿轮类机构然后出来各种齿轮类机构的集合图片，如图4-5所示：图4-5齿轮机构进入机构认知后，点击平面连杆机构，就可以看到如图4-6所示的机构图图4-6平面连杆机构进入机构认知后，点击空间连杆机构，就可以看到如图4-7所示的机构图图4-7空间连杆机构进入机构认知后，点击平面连杆机构基本形式，就可以看到如图4-8所示的机构图4-8平面连杆机构基本形式进入机构认知后，点击其他机构，就可以看到如图4-9所示的机构图图4-9其他机构进入机构认知后，点击凸轮机构，就可以看到如图4-10所示的机构图图4-10凸轮机构第五章 结论与展望5.1 结论机械原理虚拟实验室,主要在pro/e平台上构建出机械原理展柜里面的各种机构的构件、组件，然后进行运动的仿真，输出指定构件的运动参数，使学生们通过登陆网上实验室在虚拟环境中完成机械原理课程中的认知试验。学生还可以通过选择零件库中的零件，自己做机构创新试验。构件分为杆、轴类构件、齿轮类构件、凸轮类构件和其它构件。所有的这些构件都有很多机构重复使用。因此，每一种构件都可以通过参数化方法来实现，这样可以为实验者节省大量时间。5.2 展望在科技高度发达的今天，虚拟试验终有一天会发展的很完善。无论是教学试验还是研究试验都可以在虚拟实验室中完成。随着制造全球化的发展和市场竞争的日益激烈，快速多变的市场要求企业能够根据市场需要快速开发出能够满足需求的产品。以缩短产品设计周期为目的的快速响应设计技术日益受到重视。因此可以采用参数化、模块化设计等现代设计技术手段，构建基本机构快速响应设计模块，实现基本机构构建参数化造型到虚拟仿真的自动化。因为时间有限，本设计存在很多不完善之处，以后还可以多做一些参数化的标准构件。然后做出更多的实验机构。本设计与其他虚拟实验的设计组合到一起，形成比较完善的网上实验系统，为机械原理与机械设计实验提供更多方便。致谢本设计的指导老师是范晓珂老师。设计过程中，范老师一致对我们严格要求，一直以来都觉得老师要求太苛刻，可是当我知道她为了帮我们改进设计，加班到后半夜，我就觉得我们付出的辛苦都是应该的。老师严谨的作风和一丝不苟的工作态度，还有高尚的人格魅力都给我带来很多感动，通过这简短的毕业实习，我熟悉了pro/e的操作，熟悉了很多的专业只是，为下一步走进企业做好了准备工作。我更大的收获是学会了解决问题和处理问题的方法，范老师的敬业精神让我很感动，以后走向工作岗位，我也要向老师学习。在此，学生谨向导师致以最真挚的感激和最崇高的敬佩之情。另外，对大学四年来关心过、指导过、给予我帮助的老师一并表示感谢。是您谆谆的教导，伟大的人格和无私奉献的精神，让我终生难忘，永远鞭策我前进。在此，我要向诸位老师深深地鞠上一躬。再者，感谢同组同学谢巧、任飞和韩超在设计期间给予我的帮助。还要感谢陪我走过了四年大学生活的同学们对我的鼓励和支持。最后，感谢百忙之中抽出时间审稿和参加本论文答辩的老师。参考文献1 周邦杰，刘兴玉,段明德. 基于Pro/E 4.0的直齿轮的参数化设计与分析J.机械研究与应运，2009（6）:66-67.2 杨传华,樊文武,魏天路,韩庆林. 基于Pro/E的二次开发工具Pro/Toolkit的几个关键技术N.佳木斯大学学报，2006（2）:201-203.3 刘青科，杨佳，古缘. 基于ProE 与V B 零件虚拟模型库系统建立J. 林业机械与木工设备，2008（2）:42-43.4 周旭红,廉良冲. 基于Pro/E 建立参数化零件库的应用研究J. 廊坊师范学院学报，2010（3）:103-106.5 卫大为,李健康.Pro/ E二次开发的机械零件参数化设计J. 机械制造与研究， 2004(12) : 2124.6 敬谦,周志勇,程明. 基于Pro/E的圆柱齿轮减速器参数化设计J. 信息技术, 2010(12): 105107.7 刘斌,储伟俊. 基于 Pro/E的圆柱螺旋弹簧仿真J. 机械工程师,2007(9):114 115.8 王学军，李静. Visual Basic程序设计上机指导与习题集M.北京：中国铁道出版社，2008.9 谭雪松，胡谨，郑平. Pro/ENGINEER Wildfire 4.0M. 北京：人民邮电出版社，2009.10 赵海峰,郭燕. 虚拟试验系统在机械设计中的研究与应用J. 科技信息, 2010(33): 501502.11 王文波.Pro/E wildfire 4.0 二次开发实例解析M.北京：清华大学出版社，2009.12 林清安.Pro/ENGINEER 综合教程M.北京：电子工业出版社,2008.13 詹友刚.Pro/ENGINEER中文野火版4.0高级应用教程M.北京：机械工业出版社，2008.14 胡育辉.基于Pro/E的二次开发 J.铸造设备研究，2010（8）:130-132.15 曾 平，马 骥，陈言秋基于CAD软件的“机械设计虚拟实验室”的研究与实现J工程图学学报，2004，25(1)：29 3316 张群艳，肖 刚，吕慧强基于VRML的机械基础实验虚拟场景构建J浙江工业大学学报，2005，33(3)：29930217 沈璞虚拟现实技术在现代工业设计中的应用J制造业自动化，2004，26(6)：76 78技术研究J计算机集成制造系统，2005，11(1)：444718 Roger B. Myerson. Mechanism Design. Econometrica 56, 120.19 Mechanism Design and Analysis. PU-889-320-01.附录A 外文翻译第三章 机器人运动学3.1引言3.2构件种类3.3连接种类3.4 为构建添加框架时的规定3.5机器人运动学3.6执行器空间，关节空间和笛卡儿空间3.7两个工业机器人运动学的例子3.8框架的标准名称3.9工具在哪3.10 计算考虑因素3.1 引言运动学是一个运动科学，在不考虑使它发生的力的情况下，来处理问题。在运动科学研究的范围内，来研究位置，速度，加速度，以及所有的位置变量的高阶导数（相对于时间或任何其他变量（s）。因此，对机械手的运动学研究是指所有的几何和基于时间的运动特性。这些运动、力、力矩之间的关系构成了动力学问题，这是第六章的主题。在这一章中，我们考虑在静态情况下机械装置的位置和方向。在第五章和第六章中，我们将考虑在速度和加速度参与下的运动。为了处理复杂的几何形状的机械手，我们将研究机构不同部分的结构，然后描述这些框架之间的关系。除其他之外，机械手运动学研究还涉及当机械装置连接时这些框架的位置将如何变化。相对于作为一个多变量函数的操作基础，本章的中心议题是一种用来计算机械手的终端效应的位置和方向的方法。3.2构件描述机械手可以被看作是一种以关节链连接的机构设置。这些机构被称为构件。这些关节把相邻的构件连接起来。低副一词是用来形容两个相互接触的构件之间发生相对滑动而产生相对运动时的连接。图3.1给出了六种可能的低副。图3-1六种低副机械设计一般都优先选择只由一个自由度的关节组成的机械装置。大多数机械装置拥有的转动关节或者滑动关节也被称为柱状关节。在大多数情况下，一个机构是由具有n个自由度的构件构成的，它可以建模为n个具有一个自由度关节和n-1个长度为零的构件。因此，不是一般性，我们只考虑具有一个自由度关节的机械装置。编号是从手臂的不能活动的构件开始的，该构件被称为0构件。第一个可移动的构件叫做构件1，以此类推，手臂的自由端的构件被称为构件n。一般为了在三维空间里获得想要的位置，需要最小有六个关节的机构。典型的机械装置有五个或六个关节。一些机器人实际并不像单一的运动链那样简单，它们都具有平行四边形的连接或其他封闭的运动结构。我们将在本章的后面考虑这样一个机器人。在一个典型的机器人单链路的设计过程中，机械设计师必须考虑它的许多特性：使用材料的类型，强度和刚度。图3-2机器人单链路图3-2一个构件的运动功能是维持它支持的关节轴之间的固定关系。这种关系可以用两个参数来描述：构件长度，a，环捻，。该构件中，关节轴承的位置和类型，外部形状，重量和惯性，以及更多。但是，对取得机构的运动方程而言，一个构件被认为只作为刚体定义两个相邻的机械手的关节轴的关系。联合轴是由空间中的线或者向量的方向来定义的，是指第i个构件相对于第i-1个构件的相对旋转。事实证明，对于运动而言，一个构件可以用两个数字来定义，它定义了空间两轴的相对位置。对于三维空间中的任意两轴，它们之间存在着已经定义好的测量距离。这个距离是沿着相互垂直的两轴的直线测量的。这种相互垂直的轴线一直存在，除了两个轴是平行的情况之外它是独特的，在这种情况下，有许多等长度的相互垂直的线。图3.2显示了沿着构件i-1和相互垂直的轴线的方向的构件的长度，ai-1就是测得的距离，另外一种测量构件参变量ai-1的方法是，想象一个扩大的圆柱体，它的轴线就是关节i-1的轴线，并且它和关节i的轴线相交，圆柱的半径的长度就是要测量的ai-1的长度。定义两个轴之间的相对位置的第二个参数是构件转角。如果我们设想这样一个平面，它的标准是刚刚建立的两条相互垂直的直线，我们就可以把第i-1轴和第i轴投影到这个平面上，并且测量这两个投影之间的夹角。这个角是在右手坐标系中测量的从轴i-1轴到轴i的转角i-1 。我们将引用这个关于转角的定义。 图3.3：一个支持两个转动轴的简单构件。在图3.2中，对于构件i-1和角i-1，i-1是用来定义轴i-1轴到轴i的转角。在相交轴的情况下，转角是在同时包含两个轴的平面内测量的，但是在这种情况下，i-1角已经失去了意义，定义角i-1的其中一个事随意选取的。你应该相信上面定义的这两个参数，长度和转角，可以定义空间中任意两条线的关系。例3.1图3.3显示了机器人构建的机械图纸。如果这个构件在机器人中应用，并且用轴承“A”来将编号低的关节编号，给出这个构件的长度和转角。假设以每个轴承的孔为中心。通过检查，常见的垂直线沿着连接轴承的metao 线，因此构件的长度是7英寸。最终的观点实际上显示了平面上轴承的投影，而这个平面以相互垂直的直线作为标准。构件的转角是在右手坐标系中测量的，它是从i-1轴到i轴的垂直线间的转角，所以，在这个例子中，它是+45度。3.3构件连接的种类如何将机器人的构件连接在一起的问题是机械设计人员所要解决的，这这当中存在很多问题。这些问题包括关节的强度，润滑，轴承和齿轮的装配等。但是对于运动学的研究，我们只需要考虑两个量，它们将完全确定构件连接在一起的方式。图3.4：构件连接图3.4：构件的偏移量，d，和关节的转角，是用来描述连接构件之间连接特性的两个参数。一个互连参数就是沿着同一个轴线从一个构件到另一个构件之间的距离。这个参数被称为构件偏移量。在关节轴i出的偏移量被表示为di。第二个参数描述从一个构件到它的下一个相邻的构件的轴线之间的旋转量。这就是所谓的关节角度，i。互相联系的第一个参数是构件偏移量，图3.4显示了构件i-1到构件i之间的连接。回想一下，ai-1是和构件i-1的两轴相互垂直的，同样，ai也是通过相同的方式定义的，它和构件i的两个轴线相互垂直。互相联系的第一个参数是构件偏移量，di， 这个参数是有正负之分的测量量，它是沿着关节i的轴线从ai-1与轴线的交点到ai与轴线的交点之间的距离。偏移量di已经在图3.4中标出，如果关节i是移动的，构件偏移量di的大小会有所改变。连接的第二个参数是ai-1和ai的延伸线之间的转角，它是在关节i的轴线上测得的。这在图3.4中已经表明，就是那两条用双斜线标识的线。这个参数被命名为i，并且随着旋转关节的不同而变化。运动链中的第一个构件和最后一个构件构件长度，ai ,和构件转角i .取决于关节轴i 和 i+1。因此，从a1 到an-1 ，从i 到 n-1，就是用本章中讨论的方法来定义的。在运动链的最后，我们将按照这个协定将这些量定义为零。