1、基于基于proeproe的机构运动仿真的机构运动仿真1机构设计基础v 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。v 可以检查运动件是否产生干涉，干涉体积，运动件的轨迹等。v 还可以进行运动的优化设计。2一、运动仿真基本流程v创建连接创建连接 销钉、圆柱、滑动杆、平面和球连接等v建立伺服电动机建立伺服电动机 仿真运动的动力源v创建运动副创建运动副 为组件中某两个相连接的元件设置相对运动 齿轮运动副、凸轮运动副或带传动副v设置运动环境设置运动环境 增加重力、执行电动机、弹簧、阻尼器和力/扭矩等v进行运动分析进行运动分析v获取
2、结果获取结果3工作流程图建立连接连接轴设置运动副伺服电机建立运动模型设置运动环境机构运动分析获取分析结果运动学动态静态力平衡重复组件重力执行电机弹簧阻尼力/扭矩初始条件回放运动干涉检测运动包络测量轨迹曲线4二、建立运动模型1.1.运动连接运动连接 刚性刚性6个自由度被完全限制。个自由度被完全限制。销钉销钉仅有仅有一个旋转自由度一个旋转自由度，使用，使用“轴对轴对齐齐”和和“平移平移”两个约束来限制其他两个约束来限制其他5个自由度个自由度。滑动杆滑动杆仅有仅有一个沿轴向的平移自由度一个沿轴向的平移自由度，使，使用用“轴对齐轴对齐”和和“旋转旋转”两个约束限制两个约束限制其他其他5个自由度。个自由
3、度。5二、建立运动模型 柱面柱面具有具有一个旋转自由度一个旋转自由度和和一个沿一个沿轴向的平移自由度轴向的平移自由度，使用，使用“轴对齐轴对齐”的约束限制其他的约束限制其他4个自由度。个自由度。平面平面具有具有两个平移自由度两个平移自由度和和一个旋一个旋转自由度转自由度，使用，使用“平面平面”约束限制约束限制其他其他3个自由度个自由度。1.运动连接（续）运动连接（续）6二、建立运动模型 球球具有具有3个旋转自由度个旋转自由度，使用，使用“点对齐点对齐”约束来限制约束来限制3个平移自个平移自由度。由度。焊接焊接6个自由度被完全限制，使用个自由度被完全限制，使用“坐标系（重合）坐标系（重合）”约束
4、所有自约束所有自由度。由度。轴承轴承具有具有3个旋转自由度个旋转自由度和和一个平移自由度一个平移自由度，相当于，相当于“球球”连接的基础上再加一连接的基础上再加一个平移自由度，使用个平移自由度，使用“点与点与轴线对齐轴线对齐”来限制其他两个来限制其他两个自由度。自由度。1.运动连接（续）运动连接（续）7二、建立运动模型连接类型连接类型自由度自由度约束约束平移平移旋转旋转刚性（刚性（Rigid）00完全完全销钉（销钉（Pin）01轴对齐；平面或点对齐轴对齐；平面或点对齐滑动杆（滑动杆（Slider）10轴对齐；平面或点对齐轴对齐；平面或点对齐圆柱（圆柱（Cylinder）11轴对齐轴对齐平面（平
5、面（Plannar）21平面匹配平面匹配/对齐对齐球（球（Ball）03点与点对齐点与点对齐焊接（焊接（Weld）00坐标系对齐坐标系对齐轴承（轴承（Bearing）13点与边或轴线对齐点与边或轴线对齐1.运动连接（续）运动连接（续）8二、建立运动模型2.2.质量属性质量属性运动模型的质量属性包括运动模型的质量属性包括密度、密度、体积、质量、重心和惯性矩体积、质量、重心和惯性矩。对于不。对于不需要考虑需要考虑“力力”的情况，例如纯粹的的情况，例如纯粹的机械运动，可以不设置质量属性机械运动，可以不设置质量属性。“定义属性定义属性”有三个选项：有三个选项：“缺缺省省”、“密度密度”和和“质量属性质
6、量属性”。一。一般只需要对般只需要对“密度密度”进行设置即可；进行设置即可；如果不指定相关设置，系统则会指派如果不指定相关设置，系统则会指派“缺省缺省”的设置。的设置。9二、建立运动模型3.3.拖动及快照拖动及快照拖动功能可以在允许的运动拖动功能可以在允许的运动范围内移动元组件，快照功能可范围内移动元组件，快照功能可以保存当前运动机构的位置状态。以保存当前运动机构的位置状态。10二、建立运动模型4.4.伺服电机伺服电机伺服电动机能够为伺服电动机能够为机构提供驱动机构提供驱动。通过伺服电动机可以实现旋。通过伺服电动机可以实现旋转及平移运动，并且能以函数的方式定义运动轮廓。转及平移运动，并且能以函
7、数的方式定义运动轮廓。选取运动轴，曲柄连杆机选取运动轴，曲柄连杆机构选择曲轴的销钉连接图构选择曲轴的销钉连接图标反向按钮改变旋向标反向按钮改变旋向类型分为两种，类型分为两种，一种是连接轴伺服电机一种是连接轴伺服电机，用于定义某一旋转轴的，用于定义某一旋转轴的旋转运动，可用于运动分析，另一种是旋转运动，可用于运动分析，另一种是几何伺服电机几何伺服电机，用于创建，用于创建复杂的运动如螺旋运动，不能用于运动分析。复杂的运动如螺旋运动，不能用于运动分析。11定义轮廓，定义轮廓，“规范规范”为位置时为位置时模选项定义为斜坡曲轴旋转一圈模选项定义为斜坡曲轴旋转一圈360360度，图形中可以查看定义的度，图
8、形中可以查看定义的轮廓，横坐标为时间轮廓，横坐标为时间4.4.伺服电机伺服电机(续续)12插插齿齿机机构构运运动动仿仿真真5.5.实例演练实例演练销钉连接销钉连接圆柱连接圆柱连接13牛头刨床机构运动仿真销钉连接销钉连接滑动杆连接滑动杆连接14三、运动副1.1.凸轮凸轮凸轮运动副通过两个元件进行定义凸轮运动副通过两个元件进行定义，可以使用指定，可以使用指定曲面或曲线曲面或曲线的的方式来定义凸轮及凸轮的工作区域。如果勾选方式来定义凸轮及凸轮的工作区域。如果勾选“自动选择自动选择”，那么在，那么在选取一个曲面后，系统会自动选取包含此曲面在内的所有相切曲面。选取一个曲面后，系统会自动选取包含此曲面在内
9、的所有相切曲面。“属性属性”选项卡能够选项卡能够控制凸轮之间是否分离和摩擦系数控制凸轮之间是否分离和摩擦系数，如，如果勾选了果勾选了“启用分离启用分离”，那么两个凸轮将会在运动过程中分开。，那么两个凸轮将会在运动过程中分开。15三、运动副实例演练：棘轮机构1.1.凸轮（续）凸轮（续）16三、运动副使用齿轮运动副可以控制两个连使用齿轮运动副可以控制两个连接轴之间的速度关系。齿轮运动副通接轴之间的速度关系。齿轮运动副通过两个元件进行定义，彼此间无需相过两个元件进行定义，彼此间无需相互接触。互接触。2.2.齿轮齿轮17三、运动副齿轮类型分为一般、正、锥、涡轮、齿轮类型分为一般、正、锥、涡轮、齿条与小
10、齿轮。齿条与小齿轮。对于所有类型，需对对于所有类型，需对每一个齿轮选每一个齿轮选取连接轴取连接轴，传动比一般都采用齿数比的，传动比一般都采用齿数比的方式予以确定。方式予以确定。对于齿条类，齿条的定义通常需要对于齿条类，齿条的定义通常需要指出指出“滑动杆滑动杆”连接轴连接轴，传动比定义一，传动比定义一般使用般使用 mm/rev，即齿轮旋转一周，齿条，即齿轮旋转一周，齿条前进的距离。前进的距离。2.2.齿轮（续）齿轮（续）18三、运动副实例演练2.2.齿轮（续）齿轮（续）19四、运动环境1.重力重力通过重力选项，可以对通过重力选项，可以对重力加速度的数值及方向重力加速度的数值及方向进行设置。进行设
11、置。指令为直接点击按钮指令为直接点击按钮 缺省情况下，重力并未被启用，分析缺省情况下，重力并未被启用，分析过程中欲使组件过程中欲使组件模拟真实的重力环境模拟真实的重力环境，需要在分析定义对话框的，需要在分析定义对话框的外部载荷选项卡中勾选外部载荷选项卡中勾选“启用重力启用重力”选项。选项。20四、运动环境2.执行电动机执行电动机使用执行电动机可以为运动机构施加载荷使用执行电动机可以为运动机构施加载荷。直接点击按钮。直接点击按钮 和伺服电动机类似，执行电动机也需要连接轴以施加作用，模分和伺服电动机类似，执行电动机也需要连接轴以施加作用，模分为为9种类型。种类型。21四、运动环境3.弹簧弹簧通过弹
12、簧可以在运动机构中产生线性弹力通过弹簧可以在运动机构中产生线性弹力。直接点击按钮。直接点击按钮 弹簧的参照类型有弹簧的参照类型有“连接轴连接轴”及及“点至点点至点”两种，通常选取两种，通常选取连接轴，对于之间没有连接的两个主体，可以采用点至点的参照连接轴，对于之间没有连接的两个主体，可以采用点至点的参照类型。弹力大小的公式类型。弹力大小的公式“力力=K*（x-U）”当中，当中，K为弹簧刚度为弹簧刚度系数，系数，U为弹簧未拉伸时的长度。为弹簧未拉伸时的长度。22四、运动环境4.阻尼阻尼与弹簧不同，阻尼为耗散力与弹簧不同，阻尼为耗散力，它可以作用于连接轴、两主体，它可以作用于连接轴、两主体之间、槽
13、运动副。之间、槽运动副。直接点击按钮直接点击按钮 ，其中，其中C为阻尼系数。为阻尼系数。23四、运动环境5.力力/扭矩扭矩可以通过可以通过力力/扭矩来模拟机构运动的外部环境扭矩来模拟机构运动的外部环境。直接点击按钮直接点击按钮 其类型分为其类型分为“点力点力”与与“主体扭矩主体扭矩”，即力与扭矩。和其他，即力与扭矩。和其他矢量相同，定义需要指出矢量相同，定义需要指出“模模”和和“方向方向”。24四、运动环境6.初始条件初始条件初始条件包括初始条件包括初始位置和初始速度初始位置和初始速度两个两个方面。点击按钮方面。点击按钮 初始位置的确定需要初始位置的确定需要借助快照功能，从事先创建好的快照得到
14、主借助快照功能，从事先创建好的快照得到主体的位置。由于速度为矢量，所以在指出模体的位置。由于速度为矢量，所以在指出模的同时还要指出其方向，的同时还要指出其方向，进行动态分析进行动态分析时用到时用到25五、运动分析完成运动模型及运动环境的设置后，完成运动模型及运动环境的设置后，需要对机构进行分析。点击按钮需要对机构进行分析。点击按钮 26五、运动分析1.运动学运动学在在不考虑力、质量、惯性不考虑力、质量、惯性的情况下，的情况下，仅对机构进行运动分析时，可以使用仅对机构进行运动分析时，可以使用“运运动学、重复组件动学、重复组件”的类型。的类型。由于仅考虑机构的运动，所以这两种由于仅考虑机构的运动，
15、所以这两种类型不需要指定质量属性、弹簧、阻尼器、类型不需要指定质量属性、弹簧、阻尼器、重力、力重力、力/力矩以及执行电动机等。外部力矩以及执行电动机等。外部负荷选项卡为灰显状态。负荷选项卡为灰显状态。27五、运动分析2.动态动态在考虑在考虑力、质量、惯性力、质量、惯性等外力作用的等外力作用的情况下，对机构进行分析可以使用情况下，对机构进行分析可以使用“动态动态”的类型。的类型。选取该类型后，定义对话框下方的初选取该类型后，定义对话框下方的初始配置选项变为了始配置选项变为了“初始条件初始条件”，可以直，可以直接选取已设置好的初始条件。接选取已设置好的初始条件。需要注意的是，动态类型中，不能为需要
16、注意的是，动态类型中，不能为伺服电机指定起止时间，而只能从开始到伺服电机指定起止时间，而只能从开始到结束。结束。28五、运动分析3.静态静态静态类型主要用于静态类型主要用于研究机构中主体平研究机构中主体平衡时的受力情况衡时的受力情况。由于静态分析中不考虑。由于静态分析中不考虑速度及惯性，所以能比动态更快的找到平速度及惯性，所以能比动态更快的找到平衡状态，定义对话框中也因此无需对起止衡状态，定义对话框中也因此无需对起止时间进行设置。时间进行设置。其中其中“最大步距因子最大步距因子”能够改变静态能够改变静态分析中的缺省步长，它是一个处于分析中的缺省步长，它是一个处于0到到1的的常数。在分析具有较大
17、加速度的机构时，常数。在分析具有较大加速度的机构时，推荐减小此值。推荐减小此值。29五、运动分析4.力平衡力平衡力平衡用于分析机构处于某一力平衡用于分析机构处于某一形态时，为形态时，为保证其静平衡所需施加保证其静平衡所需施加的外力的外力。由于进行平衡分析需要使机构由于进行平衡分析需要使机构保持零自由度，所以需要借助连接保持零自由度，所以需要借助连接锁定、在两个主体间锁定，使机构锁定、在两个主体间锁定，使机构在添加测力计锁定后自由度减为零。在添加测力计锁定后自由度减为零。30六、获取结果1.回放回放使用回放功能主要可以实现运动干涉检测、创建运动包络和动使用回放功能主要可以实现运动干涉检测、创建运动包络和动态影像捕捉。指令为点击按钮态影像捕捉。指令为点击按钮 31v回放：轨迹曲线回放：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一零件的运动。32六、获取结果2.测量测量通过测量功能，可以了解到机构运动过通过测量功能，可以了解到机构运动过程中精确的参数。点击按钮程中精确的参数。点击按钮 33综合演练行星齿轮机构运动挖掘机摇臂受力分析物理模型求解34
