ProE机构运动仿真设计及分析.ppt

1、商用车动力总成工程中心 2020年7月28日,Pro/E机构运动仿真设计及分析,内 容,机构设计基础 实例：曲柄活塞连杆机构装配 机构动力学分析 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。,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

2、以运动的结构。,机构连接形式:,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。,二、实例：曲柄活塞连杆机构装配,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。,装配流程：,活塞连杆机构装配,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配，曲轴按销钉连接装配到缸体上，对齐止推轴承中心面。,活塞连杆机构的装配注意需要

3、添加两个连接。连杆大头销钉连接到曲柄销，活塞在缸孔内滑动杆连接。,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。,创建模型,运动学分析流程,检查模型,添加模型化要素,准备进行分析,分析模型,获

4、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。 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。,进入机构工作界面

5、 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:,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。 菜单视图-方向-拖动元件 左键点需要拖动的元件,然后进行拖动.,定义伺服电动机 (添加模型化要素),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

6、，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。,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.,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,各函数的参

7、数值设定如下：,下图给出了七种函数的模所代表的电机轮廓。,电动机的模：表,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：,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,加入前面定义的伺服电动机 点运行，可以查看运行情况 并产生一个结果集,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

8、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）,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,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。,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。 “凸轮合成曲线”表示机构中某曲线或边相对于另

9、一零件的运动。,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?,1. 模型准备:设计运动主体,包括凸轮、挺柱和基础件。 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。,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：,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

10、，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。,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。