基于proe的機構運動仿真

1、基于基于proeproe的機構運動仿真的機構運動仿真機構設計基礎 在Pro/E中的應用程序機構模塊進行裝配的運動學分析和仿真。結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。 可以檢查運動件是否產生干涉，干涉體積，運動件的軌跡等。 還可以進行運動的優(yōu)化設計。一、運動仿真基本流程v創(chuàng)建連接創(chuàng)建連接 銷釘、圓柱、滑動桿、平面和球連接等v建立伺服電動機建立伺服電動機 仿真運動的動力源v創(chuàng)建運動副創(chuàng)建運動副 為組件中某兩個相連接的元件設置相對運動 齒輪運動副、凸輪運動副或帶傳動副v設置運動環(huán)境設置運動環(huán)境 增加重力、執(zhí)行電動機、彈簧、阻尼器和力/扭矩等v進行運動分析進行運動分析v獲取結果獲取結

2、果工作流程圖建立連接連接軸設置運動副伺服電機建立運動模型設置運動環(huán)境機構運動分析獲取分析結果運動學動態(tài)靜態(tài)力平衡重復組件重力執(zhí)行電機彈簧阻尼力/扭矩初始條件回放運動干涉檢測運動包絡測量軌跡曲線二、建立運動模型1. 1. 運動連接運動連接 剛性剛性6個自由度被完全限制。個自由度被完全限制。 銷釘銷釘僅有僅有一個旋轉自由度一個旋轉自由度，使用，使用“軸對軸對齊齊”和和“平移平移”兩個約束來限制其他兩個約束來限制其他5個自由度個自由度 。 滑動桿滑動桿僅有僅有一個沿軸向的平移自由度一個沿軸向的平移自由度，使，使用用“軸對齊軸對齊”和和“旋轉旋轉”兩個約束限制兩個約束限制其他其他5個自由度。個自由度。

3、二、建立運動模型 柱面柱面具有具有一個旋轉自由度一個旋轉自由度和和一個沿一個沿軸向的平移自由度軸向的平移自由度，使用，使用“軸對齊軸對齊”的約束限制其他的約束限制其他4個自由度。個自由度。 平面平面具有具有兩個平移自由度兩個平移自由度和和一個旋一個旋轉自由度轉自由度，使用，使用“平面平面”約束限制約束限制其他其他3個自由度個自由度。1. 運動連接（續(xù)）運動連接（續(xù)）二、建立運動模型 球球具有具有3個旋轉自由度個旋轉自由度，使用，使用“點對齊點對齊”約束來限制約束來限制3個平移自個平移自由度。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“坐標系（重合）坐標系（重合）”約束所

4、有自約束所有自由度。由度。 軸承軸承具有具有3個旋轉自由度個旋轉自由度和和一個平移自由度一個平移自由度，相當于，相當于“球球”連接的基礎上再加一連接的基礎上再加一個平移自由度，使用個平移自由度，使用“點與點與軸線對齊軸線對齊”來限制其他兩個來限制其他兩個自由度。自由度。 1. 運動連接（續(xù)）運動連接（續(xù)）二、建立運動模型連接類型連接類型自由度自由度約束約束平移平移旋轉旋轉剛性（剛性（Rigid）00完全完全銷釘（銷釘（Pin）01軸對齊；平面或點對齊軸對齊；平面或點對齊滑動桿（滑動桿（Slider）10軸對齊；平面或點對齊軸對齊；平面或點對齊圓柱（圓柱（Cylinder） 11軸對齊軸對齊平面

5、（平面（Plannar）21平面匹配平面匹配/對齊對齊球（球（Ball）03點與點對齊點與點對齊焊接（焊接（Weld）00坐標系對齊坐標系對齊軸承（軸承（Bearing）13點與邊或軸線對齊點與邊或軸線對齊1. 運動連接（續(xù)）運動連接（續(xù)）二、建立運動模型2. 2. 質量屬性質量屬性運動模型的質量屬性包括運動模型的質量屬性包括密度、密度、體積、質量、重心和慣性矩體積、質量、重心和慣性矩。對于不。對于不需要考慮需要考慮“力力”的情況，例如純粹的的情況，例如純粹的機械運動，可以不設置質量屬性機械運動，可以不設置質量屬性?！岸x屬性定義屬性”有三個選項：有三個選項：“缺缺省省”、“密度密度”和和“質

6、量屬性質量屬性”。一。一般只需要對般只需要對“密度密度”進行設置即可；進行設置即可；如果不指定相關設置，系統(tǒng)則會指派如果不指定相關設置，系統(tǒng)則會指派“缺省缺省”的設置。的設置。 二、建立運動模型3. 3. 拖動及快照拖動及快照拖動功能可以在允許的運動拖動功能可以在允許的運動范圍內移動元組件，快照功能可范圍內移動元組件，快照功能可以保存當前運動機構的位置狀態(tài)。以保存當前運動機構的位置狀態(tài)。 二、建立運動模型4. 4. 伺服電機伺服電機伺服電動機能夠為伺服電動機能夠為機構提供驅動機構提供驅動。通過伺服電動機可以實現(xiàn)旋。通過伺服電動機可以實現(xiàn)旋轉及平移運動，并且能以函數(shù)的方式定義運動輪廓。轉及平移運

7、動，并且能以函數(shù)的方式定義運動輪廓。 選取運動軸，曲柄連桿機選取運動軸，曲柄連桿機構選擇曲軸的銷釘連接圖構選擇曲軸的銷釘連接圖標反向按鈕改變旋向標反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一種是連接軸伺服電機，用于定義某一旋轉軸的，用于定義某一旋轉軸的旋轉運動，可用于運動分析，另一種是旋轉運動，可用于運動分析，另一種是幾何伺服電機幾何伺服電機，用于創(chuàng)建，用于創(chuàng)建復雜的運動如螺旋運動，不能用于運動分析。復雜的運動如螺旋運動，不能用于運動分析。定義輪廓，定義輪廓，“規(guī)范規(guī)范”為位置時為位置時模選項定義為斜坡曲軸旋轉一圈模選項定義為斜坡曲軸旋轉一圈360360度，圖形中可以查看

8、定義的度，圖形中可以查看定義的輪廓，橫坐標為時間輪廓，橫坐標為時間4. 4. 伺服電機伺服電機( (續(xù)續(xù)) )插插齒齒機機構構運運動動仿仿真真5. 5. 實例演練實例演練銷釘連接銷釘連接圓柱連接圓柱連接牛頭刨床機構運動仿真銷釘連接銷釘連接滑動桿連接滑動桿連接三、運動副1. 1. 凸輪凸輪凸輪運動副通過兩個元件進行定義凸輪運動副通過兩個元件進行定義，可以使用指定，可以使用指定曲面或曲線曲面或曲線的的方式來定義凸輪及凸輪的工作區(qū)域。如果勾選方式來定義凸輪及凸輪的工作區(qū)域。如果勾選“自動選擇自動選擇”，那么在，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的所有相切曲面。選取一個曲面后，系統(tǒng)會自

9、動選取包含此曲面在內的所有相切曲面。“屬性屬性”選項卡能夠選項卡能夠控制凸輪之間是否分離和摩擦系數(shù)控制凸輪之間是否分離和摩擦系數(shù)，如，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動過程中分開。，那么兩個凸輪將會在運動過程中分開。三、運動副實例演練：棘輪機構1. 1. 凸輪（續(xù)）凸輪（續(xù)）三、運動副使用齒輪運動副可以控制兩個連使用齒輪運動副可以控制兩個連接軸之間的速度關系。齒輪運動副通接軸之間的速度關系。齒輪運動副通過兩個元件進行定義，彼此間無需相過兩個元件進行定義，彼此間無需相互接觸。互接觸。2. 2. 齒輪齒輪三、運動副齒輪類型分為一般、正、錐、渦輪、齒輪類型分為一般、正、錐

10、、渦輪、齒條與小齒輪。齒條與小齒輪。對于所有類型，需對對于所有類型，需對每一個齒輪選每一個齒輪選取連接軸取連接軸，傳動比一般都采用齒數(shù)比的，傳動比一般都采用齒數(shù)比的方式予以確定。方式予以確定。對于齒條類，齒條的定義通常需要對于齒條類，齒條的定義通常需要指出指出“滑動桿滑動桿”連接軸連接軸，傳動比定義一，傳動比定義一般使用般使用 mm/rev，即齒輪旋轉一周，齒條，即齒輪旋轉一周，齒條前進的距離。前進的距離。2. 2. 齒輪（續(xù)）齒輪（續(xù)）三、運動副實例演練2. 2. 齒輪（續(xù)）齒輪（續(xù)）四、運動環(huán)境1. 重力重力通過重力選項，可以對通過重力選項，可以對重力加速度的數(shù)值及方向重力加速度的數(shù)值及方

11、向進行設置。進行設置。指令為直接點擊按鈕指令為直接點擊按鈕 缺省情況下，重力并未被啟用，分析缺省情況下，重力并未被啟用，分析過程中欲使組件過程中欲使組件模擬真實的重力環(huán)境模擬真實的重力環(huán)境，需要在分析定義對話框的，需要在分析定義對話框的外部載荷選項卡中勾選外部載荷選項卡中勾選“啟用重力啟用重力”選項。選項。四、運動環(huán)境2. 執(zhí)行電動機執(zhí)行電動機使用執(zhí)行電動機可以為運動機構施加載荷使用執(zhí)行電動機可以為運動機構施加載荷。直接點擊按鈕。直接點擊按鈕 和伺服電動機類似，執(zhí)行電動機也需要連接軸以施加作用，模分和伺服電動機類似，執(zhí)行電動機也需要連接軸以施加作用，模分為為9種類型。種類型。四、運動環(huán)境3.

12、彈簧彈簧通過彈簧可以在運動機構中產生線性彈力通過彈簧可以在運動機構中產生線性彈力。直接點擊按鈕。直接點擊按鈕 彈簧的參照類型有彈簧的參照類型有“連接軸連接軸”及及“點至點點至點”兩種，通常選取兩種，通常選取連接軸，對于之間沒有連接的兩個主體，可以采用點至點的參照連接軸，對于之間沒有連接的兩個主體，可以采用點至點的參照類型。彈力大小的公式類型。彈力大小的公式“力力 = K*（x - U）”當中，當中，K為彈簧剛度為彈簧剛度系數(shù)，系數(shù)，U為彈簧未拉伸時的長度。為彈簧未拉伸時的長度。四、運動環(huán)境4. 阻尼阻尼與彈簧不同，阻尼為耗散力與彈簧不同，阻尼為耗散力，它可以作用于連接軸、兩主體，它可以作用于連

13、接軸、兩主體之間、槽運動副。之間、槽運動副。直接點擊按鈕直接點擊按鈕 ，其中，其中C為阻尼系數(shù)。為阻尼系數(shù)。四、運動環(huán)境5. 力力/扭矩扭矩可以通過可以通過力力/扭矩來模擬機構運動的外部環(huán)境扭矩來模擬機構運動的外部環(huán)境。直接點擊按鈕直接點擊按鈕 其類型分為其類型分為“點力點力”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“模模”和和“方向方向”。四、運動環(huán)境6. 初始條件初始條件初始條件包括初始條件包括初始位置和初始速度初始位置和初始速度兩個兩個方面。點擊按鈕方面。點擊按鈕 初始位置的確定需要初始位置的確定需要借助快照功能，從事先

14、創(chuàng)建好的快照得到主借助快照功能，從事先創(chuàng)建好的快照得到主體的位置。由于速度為矢量，所以在指出模體的位置。由于速度為矢量，所以在指出模的同時還要指出其方向，的同時還要指出其方向，進行動態(tài)分析進行動態(tài)分析時用到時用到五、運動分析完成運動模型及運動環(huán)境的設置后，完成運動模型及運動環(huán)境的設置后，需要對機構進行分析。點擊按鈕需要對機構進行分析。點擊按鈕 五、運動分析1. 運動學運動學在在不考慮力、質量、慣性不考慮力、質量、慣性的情況下，的情況下，僅對機構進行運動分析時，可以使用僅對機構進行運動分析時，可以使用“運運動學、重復組件動學、重復組件”的類型。的類型。由于僅考慮機構的運動，所以這兩種由于僅考慮機

15、構的運動，所以這兩種類型不需要指定質量屬性、彈簧、阻尼器、類型不需要指定質量屬性、彈簧、阻尼器、重力、力重力、力/力矩以及執(zhí)行電動機等。外部力矩以及執(zhí)行電動機等。外部負荷選項卡為灰顯狀態(tài)。負荷選項卡為灰顯狀態(tài)。五、運動分析2. 動態(tài)動態(tài)在考慮在考慮力、質量、慣性力、質量、慣性等外力作用的等外力作用的情況下，對機構進行分析可以使用情況下，對機構進行分析可以使用“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選取該類型后，定義對話框下方的初始配置選項變?yōu)榱耸寂渲眠x項變?yōu)榱恕俺跏紬l件初始條件”，可以直，可以直接選取已設置好的初始條件。接選取已設置好的初始條件。需要注意的是，動態(tài)類型中，不

16、能為需要注意的是，動態(tài)類型中，不能為伺服電機指定起止時間，而只能從開始到伺服電機指定起止時間，而只能從開始到結束。結束。五、運動分析3. 靜態(tài)靜態(tài)靜態(tài)類型主要用于靜態(tài)類型主要用于研究機構中主體平研究機構中主體平衡時的受力情況衡時的受力情況。由于靜態(tài)分析中不考慮。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衡狀態(tài)，定義對話框中也因此無需對起止時間進行設置。時間進行設置。其中其中“最大步距因子最大步距因子”能夠改變靜態(tài)能夠改變靜態(tài)分析中的缺省步長，它是一個處于分析中的缺省步長，它是一個處于0到到1的的常數(shù)。在分析具

17、有較大加速度的機構時，常數(shù)。在分析具有較大加速度的機構時，推薦減小此值。推薦減小此值。五、運動分析4. 力平衡力平衡力平衡用于分析機構處于某一力平衡用于分析機構處于某一形態(tài)時，為形態(tài)時，為保證其靜平衡所需施加保證其靜平衡所需施加的外力的外力。由于進行平衡分析需要使機構由于進行平衡分析需要使機構保持零自由度，所以需要借助連接保持零自由度，所以需要借助連接鎖定、在兩個主體間鎖定，使機構鎖定、在兩個主體間鎖定，使機構在添加測力計鎖定后自由度減為零。在添加測力計鎖定后自由度減為零。六、獲取結果1. 回放回放使用回放功能主要可以實現(xiàn)運動干涉檢測、創(chuàng)建運動包絡和動使用回放功能主要可以實現(xiàn)運動干涉檢測、創(chuàng)建運動包絡和動態(tài)影像捕捉。指令為點擊按鈕