基于proe的机构运动仿真教学课件.ppt
基于proe的机构运动仿真,1,基于proe的机构运动仿真1,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。,2,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,一、运动仿真基本流程,创建连接 销钉、圆柱、滑动杆、平面和球连接等建立伺服电动机 仿真运动的动力源创建运动副 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/扭矩等进行运动分析获取结果,3,一、运动仿真基本流程创建连接3,工作流程图,4,工作流程图4,二、建立运动模型,1. 运动连接, 刚性6个自由度被完全限制。 销钉仅有一个旋转自由度，使用“轴对齐”和“平移”两个约束来限制其他5个自由度 。 滑动杆仅有一个沿轴向的平移自由度，使用“轴对齐”和“旋转”两个约束限制其他5个自由度。,5,二、建立运动模型1. 运动连接 刚性5,二、建立运动模型, 柱面具有一个旋转自由度和一个沿轴向的平移自由度，使用“轴对齐”的约束限制其他4个自由度。 平面具有两个平移自由度和一个旋转自由度，使用“平面”约束限制其他3个自由度。,1. 运动连接（续）,6,二、建立运动模型 柱面1. 运动连接（续）6,二、建立运动模型, 球具有3个旋转自由度，使用“点对齐”约束来限制3个平移自由度。 焊接6个自由度被完全限制，使用“坐标系（重合）”约束所有自由度。, 轴承具有3个旋转自由度和一个平移自由度，相当于“球”连接的基础上再加一个平移自由度，使用“点与轴线对齐”来限制其他两个自由度。,1. 运动连接（续）,7,二、建立运动模型 球 轴承1. 运动连接（续）7,二、建立运动模型,1. 运动连接（续）,8,二、建立运动模型连接类型自由度约束平移旋转刚性（Rigid）,二、建立运动模型,2. 质量属性,运动模型的质量属性包括密度、体积、质量、重心和惯性矩。对于不需要考虑“力”的情况，例如纯粹的机械运动，可以不设置质量属性。“定义属性”有三个选项：“缺省”、“密度”和“质量属性”。一般只需要对“密度”进行设置即可；如果不指定相关设置，系统则会指派“缺省”的设置。,9,二、建立运动模型2. 质量属性运动模型的质量属性包括密度,二、建立运动模型,3. 拖动及快照,拖动功能可以在允许的运动范围内移动元组件，快照功能可以保存当前运动机构的位置状态。,10,二、建立运动模型3. 拖动及快照拖动功能可以在允许的运动,二、建立运动模型,4. 伺服电机,伺服电动机能够为机构提供驱动。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。,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,类型分为两种，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，用于创建复杂的运动如螺旋运动，不能用于运动分析。,11,二、建立运动模型4. 伺服电机伺服电动机能够为机构提供驱,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，图形中可以查看定义的轮廓，横坐标为时间,4. 伺服电机(续),12,定义轮廓，“规范”为位置时4. 伺服电机(续)12,插齿机构运动仿真,5. 实例演练,销钉连接圆柱连接,13,插齿机构运动仿真5. 实例演练销钉连接13,牛头刨床机构运动仿真,销钉连接滑动杆连接,14,牛头刨床机构运动仿真销钉连接14,三、运动副,1. 凸轮,凸轮运动副通过两个元件进行定义，可以使用指定曲面或曲线的方式来定义凸轮及凸轮的工作区域。如果勾选“自动选择”，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。“属性”选项卡能够控制凸轮之间是否分离和摩擦系数，如果勾选了“启用分离”，那么两个凸轮将会在运动过程中分开。,15,三、运动副1. 凸轮凸轮运动副通过两个元件进行定义，可以,三、运动副,实例演练：棘轮机构,1. 凸轮（续）,16,三、运动副实例演练：棘轮机构1. 凸轮（续）16,三、运动副,使用齿轮运动副可以控制两个连接轴之间的速度关系。齿轮运动副通过两个元件进行定义，彼此间无需相互接触。,2. 齿轮,17,三、运动副使用齿轮运动副可以控制两个连接轴之间的速度关系,三、运动副,齿轮类型分为一般、正、锥、涡轮、齿条与小齿轮。对于所有类型，需对每一个齿轮选取连接轴，传动比一般都采用齿数比的方式予以确定。对于齿条类，齿条的定义通常需要指出“滑动杆”连接轴，传动比定义一般使用 mm/rev，即齿轮旋转一周，齿条前进的距离。,2. 齿轮（续）,18,三、运动副齿轮类型分为一般、正、锥、涡轮、齿条与小齿轮。,三、运动副,实例演练,2. 齿轮（续）,19,三、运动副实例演练2. 齿轮（续）19,四、运动环境,1. 重力,通过重力选项，可以对重力加速度的数值及方向进行设置。指令为直接点击按钮 缺省情况下，重力并未被启用，分析过程中欲使组件模拟真实的重力环境，需要在分析定义对话框的外部载荷选项卡中勾选“启用重力”选项。,20,四、运动环境1. 重力通过重力选项，可以对重力加速度的数,四、运动环境,2. 执行电动机,使用执行电动机可以为运动机构施加载荷。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，模分为9种类型。,21,四、运动环境2. 执行电动机使用执行电动机可以为运动机构,四、运动环境,3. 弹簧,通过弹簧可以在运动机构中产生线性弹力。直接点击按钮 弹簧的参照类型有“连接轴”及“点至点”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类型。弹力大小的公式“力 = K*（x - U）”当中，K为弹簧刚度系数，U为弹簧未拉伸时的长度。,22,四、运动环境3. 弹簧通过弹簧可以在运动机构中产生线性弹,四、运动环境,4. 阻尼,与弹簧不同，阻尼为耗散力，它可以作用于连接轴、两主体之间、槽运动副。直接点击按钮 ，其中C为阻尼系数。,23,四、运动环境4. 阻尼与弹簧不同，阻尼为耗散力，它可以作,四、运动环境,5. 力/扭矩,可以通过力/扭矩来模拟机构运动的外部环境。直接点击按钮 其类型分为“点力”与“主体扭矩”，即力与扭矩。和其他矢量相同，定义需要指出“模”和“方向”。,24,四、运动环境5. 力/扭矩可以通过力/扭矩来模拟机构运动,四、运动环境,6. 初始条件,初始条件包括初始位置和初始速度两个方面。点击按钮 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主体的位置。由于速度为矢量，所以在指出模的同时还要指出其方向，,进行动态分析时用到,25,四、运动环境6. 初始条件初始条件包括初始位置和初始速度,五、运动分析,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,26,五、运动分析完成运动模型及运动环境的设置后，需要对机构进,五、运动分析,1. 运动学,在不考虑力、质量、惯性的情况下，仅对机构进行运动分析时，可以使用“运动学、重复组件”的类型。由于仅考虑机构的运动，所以这两种类型不需要指定质量属性、弹簧、阻尼器、重力、力/力矩以及执行电动机等。外部负荷选项卡为灰显状态。,27,五、运动分析1. 运动学在不考虑力、质量、惯性的情况下，,五、运动分析,2. 动态,在考虑力、质量、惯性等外力作用的情况下，对机构进行分析可以使用“动态”的类型。选取该类型后，定义对话框下方的初始配置选项变为了“初始条件”，可以直接选取已设置好的初始条件。需要注意的是，动态类型中，不能为伺服电机指定起止时间，而只能从开始到结束。,28,五、运动分析2. 动态在考虑力、质量、惯性等外力作用的情,五、运动分析,3. 静态,静态类型主要用于研究机构中主体平衡时的受力情况。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衡状态，定义对话框中也因此无需对起止时间进行设置。其中“最大步距因子”能够改变静态分析中的缺省步长，它是一个处于0到1的常数。在分析具有较大加速度的机构时，推荐减小此值。,29,五、运动分析3. 静态静态类型主要用于研究机构中主体平衡,五、运动分析,4. 力平衡,力平衡用于分析机构处于某一形态时，为保证其静平衡所需施加的外力。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。,30,五、运动分析4. 力平衡力平衡用于分析机构处于某一形态时,六、获取结果,1. 回放,使用回放功能主要可以实现运动干涉检测、创建运动包络和动态影像捕捉。指令为点击按钮,31,六、获取结果1. 回放使用回放功能主要可以实现运动干涉检,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,回放：轨迹曲线菜单：插入-轨迹曲线“轨迹曲线”可选2D,六、获取结果,2. 测量,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,33,六、获取结果2. 测量通过测量功能，可以了解到机构运动过,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,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,
