Proe活塞机构运动仿真分析 毕设.docx

运用Pro/E软件构建活塞机构的三维模型，对模型进行装配，并用MCChaniSm模块对活塞机构进行运动仿真，得到活塞的位移、速度、加速度的运动仿真曲线图:并从理论角度运用数理方法建立运动方程，借助MatlabSimUlink仿真模块对活塞机构进行仿真得到活塞的位移、速度、加速度的理论曲线。依据PrME运动仿真结果分析表明设计的活塞机构满意要求，活塞运动正常；对比MatlabSimulink仿真结果表明Pro/E进行模拟比数值理论方法更具优越性。关键词：Pro/ESimulink活塞机构运动仿真ABSTRACTThepaperConStrUCtSthethree-dimensionalmodelofpistonmechanismbyusingPro/Esoftware,gets(heassemblymodel,makeshepistonmechanismnoionsimulationbyusingMechanismnlulcandobtains(hedisplacement,velocity.accelerationofsliderandthemotionsimulationcur,e.FromatheoreticalpointofviewbymeansofmathematicalHlCthOdStoestablishthemotionequation,andmakingSinwlationbymeansofMatlabSiinulinksimulationmoduleandobtainingthedisplacement.velocity,accelerationcurve.ACeordingtothePro/Esimulationresultsshowthatthepistonmechanismdesigntomeettherequirements,thepistonmotionisnormal;ComparedwiththeMailabSimulinksimulationresultsshowthatthePro/EsimulationthannumericaltheoryIneIhodismoresuperiority.Keywords:Pro/ESimulinkPistonmechanismMotionsimulation第一章绪论11.1 选题依据及其意义11.2 国内外探讨现状及发展趋势21.3 课题内容3其次章活塞机构简介52.1 活塞机构的基本构造52.2 工作原理72.3 本章小结7第三章Pro/E的建模及奘配92.4 1Pro/E简介91.1.1 1.1简介91.1.2 主要特性91.1.3 主要模块103.2 机构的建模与装配113 .2.1,.造型建模114 .2.2整体装配143.3 本章小结18第四章运动仿真及分析203.4 1Pro/E运动仿真204 .1.1Mechanism模型的构建205 .1.2运动仿真244.2 SimUlink仿真274 .2.1SimUIink模型的构建275 .2.2仿真314.3 仿真结果对比分析334.4 本章小结34第五章总结与展望36致谢38参考文献39第一章绪论1.l选题依据及其意义在产品的开发过程中，有关产品的结构、功能、操作性能、生产工艺、装配性能，甚至维护性能等很多问题都须要在开发过程的前期解决。一般，人们借助理论分析、CAI）和各种比例的实物模型，或参考前期产品的开发阅历来解决有关新产品开发的各种问题，由于有关装配、操作和修理的问邀往往只会在产品的后期或在最终产品试车过程中、甚至在投入运用段时间后才能暴露出来,尤其是有关修理的问题往往是在产品已经售出很长时间以后才被发觉。为了解决这些问题，仃些产品就不得不返回设计阶段以便进行必要的设计变更,这样的产品开发程序不但效率低、耗时，费用也高。为了解决这些问题，仿其技术应运而生。仿真技术是利用计算机技术对所要进行的生产和制造活动进行全面的建模和仿真，包括产品的设计、加工、装配、各参数的设计改进等。在产品的设计阶段就实时地模拟出产品的形态和工作状况、制造过程、检查产品的可制造性和设计合理性，以便刚好修改设计，更有效地敏捷组织生产，缩短产品研制周期，获得最好的产品质量和效益。在进行机械产品设计时，设计者都要进行机构的运动分析，以此来验证机构设计的合理性和可行性。运动仿真技术是上世纪80年头快速发展起来的一项通过在虚拟环境中模拟系统的运动，从而得到系统的三维动态效果，以此来代替物理样机进行仿真试验的计算机协助工程技术。运动仿真技术能够在不奢侈制造和试购物理样机所需时间、经费的前提下,通过反宓修改系统动力学模型，进行不同设计方案的仿真试验，获得最优的设计方案在Pro/E环境下，对活塞连杆机构建立了三维模型,通过定义各种约束，在装配模块中确定了原动件与从动件的关系，并运用机构运动分析模块，通过定义机构的连接与伺服电机，实现了活塞的运动仿真。参数化设计的本质是在可变参数的作用下，系统能够自动维护全部的不变参数，参数化设计可以大大提高模型的生成和修改的速度，在产品的系列设计、相像设计及专用CAD系统开发方面都具有较大的应用价值。虚拟装配是在虚拟环境中，利用虚拟现实技术将设计的产品三维模型进行预袋配，虚拟奘配可帮助产品摆脱对于试制物理样机并装配物理样机的依靠;，可以有效地提高产品装配建模的质量与速度。通过在计算机软件平台下对整套装置的设计仿真分析，能够刚好地发觉设计中的缺陷，并依据分析结果进行实时改进。参数化建模、虚拟装配、运动仿真贯穿于整个计算机协助设计全过程，可显著地缩短研发周期，降低设计成本，提高工作效率.本次建模与运动仿真分析实现了活塞机构的设计，对现实发动机制造过程有肯定的指导意义。1.2 国内外探讨现状及发展趋势计算机仿真技术是通过对系统模型的试验去探讨现实世界中已经存在的或已在设计中的系统。从本质上说，计算机仿我技术是一门利用冲算机软件模拟其实系统进行科学试胺的技术，它是对真实物理系统的抽象，既可以反映真实系统的本质特征，又易于进行试验分析。用户在这些抽象模型上可以更高效、节约、更敏建地对物理系统进行了解和设计。20世纪80年头后期，仿真技术在诸多方面都发生了非常正大的转变。仿真探讨的对象也由连续系统转向了离散事务系统.仿真也由试验转向了建模与结果分析。应用领域也由航空航天转向了制造业，并从探讨对象（产品）的动力学、运动学特性及加工、装配过程，扩大到了制造系统的设计和运行。制造的分布性使得仿真与网络技术相结合，出现了分布式仿真。近年来信息技术的发展，特殊是高性能海量并行处理技术、可视化技术、分布处理技术和虚拟现实技术的发展，使得仿真环境下建立一体化的交互式多维信息仿真模型成为可能，并可使之形成一些新的发展方向，如可视化仿真、多媒体仿真和虚拟现实仿真等.这3种仿真呈递进关系：可视化仿真强调可视的、敏捷的仿真分析环境：多媒体仿真除可视化之外还强调多样化的多媒体集成，如音像合成效果等：虚拟现实仿真则强调投入感、沉醉感和多维信息的人机交互性。U机构运动仿真技术就是通过运用机构中的后处理功能可以查看当前机构的运动，并II为探讨机构模型供应便利。PRO/EM'iIdfire是美国PTC公司最新推出的一套从设计到制造的机械自动化软件，产品设计师可以利用该软件轻松的完成部件、整机模型的装配，并对设计的产品预先进行踊态分析、装配干涉检验等操作.Pro/E系统供应/完善的仿真功能，通过对机构实体模型添加运动副、驱动器实现对机构运动速度、筑迹、位移、运动干涉等状况的分析，为机构的设计与检5佥供应数据支持，使得原来在二维图纸上难以表达和设计的运动变得直观和易于修改。分析结束后PRO/E还Uf以将仿真的结果以MPEG、JPEG等格式输出，楮助用户更好的完成机构设计。口它包含的Mechanism模块是个完整的三维实体静力学、运动学、动力学仿真模块，是机构运动分析强有力的工具，可快速创建机构虚拟模型并能便利地进行分析。Mecha-nism模块集成于Pro/Engineer中，操作直观简便，易于驾驭.a应用pro/c技术进行产品设计,能使设计、生产修理工作快速而高效地进行，所带来的经济效益是非常明显的。Pro/e技术的发展与应用水平已成为衡量一个国家的科学技术现代化和工业现代化的重要标记。当今世界工业产品的市场竞争，归根结底是设计手段和设计水平的竞争，发展中国家的工业产品要在世界市场占有一席之地，就必需采纳pro/e技术的探讨和开发工作起步相当较晚，自八十年头起先，CAD技术应用工作才逐步得到开展，随后pr。/。也有JZ应用，国家逐步相识到开展pro/e应用工程的必要性和牢躯性，并在全国各个行业大力推广pro/e技术，同时绽开pro/e技术的不断探讨，开发与广泛应用，对pro/e技术提出越来越高的要求，因此pr。/。从本身技术的发展来看，其发展趋势是集成化、智能化和标准化,也只有不断完善，创新才能在日益激烈的竞争中立于不败之地。1.3 课题内容本毕设是利用Pro/E软件的仿真功能对活塞的运动过程进行动画模拟，并对活塞、连杆等进行一些简洁的数据分析及计尊，以确定设计的合理性，可行性，最终完成设计：同时应用Mauab的Simulink仿真模块进行理论分析,对比两者结果，分析两者仿真的优缺点.本毕设详细探讨方法及主要内容是运用Pro/E软件构造活塞连杆机构，绘制出活塞、连杆、底座及曲轴的三维实体图，绘制好活塞连杆机构后，然后进行整体装配构造活塞机构，最终利用mechanism模块对设计进行运动仿真，包括运动干涉检测、活塞运动凯迹、速度及加速度的检测，绘制出活塞的位置、速度、加速度的仿真曲线图：同时，分析活塞机构的运动方程，利用MMab的SimUIink模块构造仿真模型，编写必要的函数，运行仿真得到活塞的位置、速度、加速度的理论的线。最终，对两者结果进行分析，得出结论。本论文章节支配：第一章绪论：主要本毕设的选题依据及其意义，国内外探讨现状及发展趋势以及本毕设的课题内容。其次章活塞机构简介：本章主要重点介绍活塞机构的基本构造及其工作原理。第三章Pr。/E的建模及装配：本章前部分主要介绍Pro/E的主要特性及主要模块,后半部分主要讲解并描述运用Pro/E软件进行活塞机构的三维建模及其装配过程。第四章运动仿真及分析：本堂主要讲解并描述如何运用Pr。/E软件进行活塞机构的运动仿真分析以及Simulink模块进行曲柄滑块机构的运动仿其分析。第五章总结与展望：本常主要叙述整个毕设过程所遇到的问题及如何解决问题，以及通过毕设自己所学习到的学问和自己的感悟。致谢：感谢毕设过程中来自老师及同学的帮助。参考文献：华设过程中所参考的文献资料.其次章活塞机构简介2.1活塞机构的基本构造活塞机构是机械行业中常见的曲柄滑块机构，应用该机构最典型的实例就是发动机气缸，它可以将燃气能源转换为机械动能，它的作用是承受气体压力，并将此力通过活塞销传绐连杆以推动曲轴旋转。活塞机构主要由机体组、活塞连杆组、曲轴飞轮组三部分组成。1.机体组机体组主要由气缸体、气缸垫、气缸盖、曲轴箱、汽缸套及油底壳构成，该部分主要是构造活塞机构的外部特征。机体是构成发动机的骨架，是发动机件机构和各系统的安装基础，其内、外安装着发动机的全部主要零件和附件，承受各种载荷。因此，机体必须要有足筋的强度和刚度。气缸体是发动机各个机构和系统的装配基体，是发动机中最重要的一个部件，气缸体有水冷式缸体和风冷式气缸体，气缸盖的主要作用是封闭气缸上部，与活塞顶部和气缸壁一起构成燃烧室。气缸盖与气缸体之间装有气缸衬垫，其作用是保证气缸盖与气缸体间的密封,防止燃烧室漏气、水套漏水.油底壳的主要作用是储存机油并封闭曲轴箱。油底壳受力很小，一股采纳薄钢板冲压而成.2 .活塞连杆组活塞连杆组主要是由活塞、活塞环、活塞销、连杆组成，是活塞机构的主体部分，负责活塞机构中动力的传递。<1）活塞活塞的作用是与气缸盖、气缸壁等共同组成燃烧室，并承受气缸中气体压力,通过活塞销将作用力传给连杆,以推动曲轴旋转。活塞可分为头部、环槽部和裙部三部分。活塞头部活塞是燃烧室的组成部分，其形态取决丁燃烧室的形式“常见的活塞头部形态有平顶式、凹顶式和凸顶式。活塞环槽活塞环安装在活塞环槽内.汽油机一般由23道环槽,上面12道用来安装气环，实现气缸的密封；最卜面的一道用来安装油环,在油环槽底面上钻有很多径向回油孔，当活塞向下运动时，油环把气缸壁上多余的机油刮下来经【可油孔流回油底壳。若温度过高，第一道环简洁产生枳碳，出现过热卡死现象。活塞裙部活塞褶部起导向作用。(2)活塞环活塞环安装在活塞环槽内，用来密封活塞与气缸壁之间的间隙，防止窗气，同时使活塞往豆运动便顺捷。活塞环包括气环和油环两种。气环的作用是保证活塞与气缸壁间的密封，防止高温高压燃气进入曲轴箱；同时还将活寒顶部的大部分热量传导给气缸，再由冷却水或空气带走。油环主要是刮油、布油和协助密封作用。油环用来刮除气缸比上多余的机油，并在气缸比上铺涂一层匀称机油膜，这样即可以防止机油串入,又可以减小活塞与气缸的磨损与摩擦阻力。(3)活塞销活塞箱的作用是连接活塞与连杆小端，将活塞承受的气体的作用力传递给连杆.活塞销为中空的圆柱体，一般采纳低碳钢、低碳合金钢渗碳淬火或用45号中碳钢高频淬火。依据活塞销的固定方式的不同，可分为全浮式或半浮式两种。(4)连杆连杆的作用是将活塞承受的力传绐曲轴，从而使活塞的往亚运动转变成曲轴的旋转运动。连杆承受活塞销传来得气体的作用力以及本身摇摆和活塞组往笑运幼时的惯性力，这些力的大小和方向都是周期性变更的，因此，连杆受到的是压缩、拉升和弯曲等较边载荷.3 .曲轴飞轮组曲柄K轮组主要由曲轴、飞轮以及其它零件组成.曲轴是发动机最凿要的机件之一。其作用是将活塞连杆组传来的气体作用力转变成曲轴的旋转力矩对外输出，并驱动发动机的配气机构及其他协助装置工作。飞轮是一个转动惯量很大的圆盘，外缘上压有一个齿圈，与起动机的驱动齿轮啮合，供起动机发动机时运用。2.2工作原理活塞机构是发动机实现工作循环，完成能量转换的主要运动部分“在做功冲程中，它将燃料燃烧产生的气体作用在活塞顶上的膨胀压力转变为曲轴旋转的转矩，不断输出动力：在其它冲程中，则依靠曲柄和飞轮的转动惯性、通过连杆带动活塞上卜运动，为R-次做功创建条件。<1)将气体的压力变为曲轴的转矩(2)将活塞的往复运动变为曲轴的旋转运动<3)把燃烧作用在活塞顶上的力转变为曲轴的转矩，以向工作机械输出机械能.2. 3本章小结活塞机构是典型的曲柄滑块机构，主要由机体组、活塞连杆组、曲柄飞轮组三部分组成。机体组主要由气缸体、气缸垫、气缸盖、曲轴箱、汽缸套及油底壳构成：活塞连杆组主要是由活塞、活塞环、活塞销、连杆组成：曲柄K轮组主要由曲轴、飞轮以及其它零件组成。活塞机构的主要功能是通过活塞连杆组来实现的,在做功冲程中连杆组把燃烧后产生的气体作用在活塞顶上的压力转变为曲柄旋转的转矩，不断输出动力。在其它冲程中，则依粘曲柄K轮的转动惯性进行后续的运动。第三章Pro/E的建模及装配3. 1Pro/E简介3.1.1简介ProZEngineer操作软件是美国参数技术公司（PTe）旗下的CADCAMCAE一体化的三维软件。ProZEngineer软件以参数化著称，是参数化技术的最早应用者，在目前的三维造型软件领域中占有着重要地位。Pro/Engineer作为当今世界机械CADCECM领域的新标准而得到业界的认可和推广，是现今主流的CAD/CAM/CAE软件之一，特殊是在国内产品设计领域占据重要位置。（3.1.2主要特性Pr。/E第一个提出了参数化设计的概念，并且采纳了单一数据库来解决特征的相关性问题。另外，它采纳模块化方式，用户可以依据自身的须要进行选择，而不必安装全部模块。Pro/E的基于特征方式，能鲂将设计至生产全过程集成到一起，实现并行工程设计。它不但可以应用于工作站，而旦也可以应用到第机上。Pro/E采纳了模块方式，可以分别进行草图绘制、零件制作、装配设计、钱金设计、加工处理等，保证用户可以依据自己的须要进行选择运用。1 .参数化设计相对于产品而言，我们可以把它看成几何模型，而无论多么困难的几何模型，都可以分解成有限数珏的构成特征，而每一种构成特征，都可以用有限的参数完全约束，这就是参数化的基本概念。2 .基于特征建模Pro/E是基于特征的实体模型化系统，工程设计人员采纳具有智能特性的基于特征的功能去生成模型，如腔、壳、倒角及圆角，您可以随意勾画草图，轻易变更模型。这功能特性给工程设计者供应了在设计上从未仃过的简易和敏槌。3 .单一数据库（全相关）ProZEngineer是建立在统一基层上的数据库上，不像一些传统的CDGM系统建立在多个数据库上。所谓单一数据库，就是工程中的资料全部来自一个库，使得每一个独立用户在为一件产品造型而工作，不管他是哪一个部门的。换言之,在整个设计过程的任何一处发生改动，亦可以前后反应在整个设计过程的相关环节上。例如，一旦工程详图有变更，NC（数控）工具路径也会自动更新：组装工程图如有任何变动，也完全同样反应在整个：.维模型上.这种独特的数据结构与工程设计的完整的结合，使得一件产品的设计结合起来。这一优点，使得设计更优化，成品痂量更高，产品能更好地推向市场，价格也更便宜。4 .1.3主要模块Pro/E软件供应了大量的模块供用户运用，其中主要的模块介绍如下。1. .EngineerPrO/Engineer是软件包，并非模块，它是该系统的基本部分，其中功能包括参数化功能定义、实体号件及组装造型，三维上色，实体或线框造型,完整工程图的产生及不同视图展示（三维造型还可移动，放大或缩小和旋转）,Pr。/Engineer是个功能定义系统,即造型是通过各种不同的设计专用功能来实现,其中包括：筋（RibS）、槽（Sk）CS）、倒角（Chamfers）和抽壳（Shells）等,采纳这种手段来建立形体,对于工程师来说是更自然，更直观，无需采纳困琲的几何设计方式。这系统的参数比功能是采纳符号式的赐予形体尺寸，不像其他系统是干脆指定一些固定数值于形体，这样工程师可随意建立形体上的尺寸和功能之间的关系，任何一个参数变更，其他相关的特征也会自动修正。这种功能使得修改更为便利和可令设计优化更趋完备，Pro/Engineer还可输出三维和二维图形赐予其他应用软件，诸如有限元分析及后置处理等，这都是通过标准数据交换格式来实现，用户更可.配上ProZEngineer软件的其它模块或自行利用C语言编程，以增加软件的功能Pro/Engineer功能如下：（1）特征驱动（例如：凸台、槽、倒角、腔、壳等）：< 2）参数化（参数=尺寸、图样中的特征、载荷、边界条件等）：< 3）通过零件的特征值之间，我荷/边界条件与特征参数之间（如表面积等）的关系来进行设计：< 4）支持大型、困难组合件的设计（规则排列的系列组件，交替排列，Pro/PRoGRAM的各种能用零件设计的程序化方法等）。< 5）贯穿全部应用的完全相关性（任何一个地方的变动都将引起与之有关的每个地方变动）。其它协助模块将进一步提高扩展Pr。/ENGI比ER的基本功能。2. ASSEMB1.YPrO/ASSEMB1.Y是一个参数化组装管理系统，能供应用户自定义手段去牛.成一组组装系列及可自动地更换零件。Pr。/ASSEMB1.Y是Pr。/ADSSEMB1.Y的个扩展选项模块，只能在Pro/Engineer环境下运行，它具有如下功能：< 1）在组合件内自动零件替换（交替式）< 2）规则排列的组合（支持组合件子集）< 3）组装模式下的零件生成（考虑组件内已存在的零件来产生个新的零件）< 4）ProMSSEMB1.Y里有一个Pr。/Progtam模块，它供应一个开发工具。运用户能自行编写参数化零件及组装的自动化程序，这种程序可使不是技术性用户也可产生自定义设计，只须要输入一些简洁的参数即可（5）组件特征（绘零件与广组件组成的组件附加特征值，如：给两种零件之间加一个焊接特征等）3.2机构的建模与装配3.2.1 三维造型建模活塞机构主要由活塞、连杆、曲轴以及底座构成、且本次主要是进行活塞机构的运动仿真分析，所以在运用Pro/E进行建模时主要构建以上零部件，包括活塞、连杆、曲轴及底座.由丁没有查到详细的国标尺寸，因此建模时详细尺寸自已依据实际阅历定义，活塞机构是典型的曲柄滑块机构，所以其中主要尺寸为曲轴轴向至连杆大端轴线距离为Rl-70mm,连杆长度为R2-250三,偏心距为0“通过阅历来大体确定各零部件的详细尺寸并记录下来，详细尺寸确定后，接下来就是进行活塞机构的各零部件的:维建模.M1 .活塞的建模单击【拉伸】，草绘一个直径为100的圆，设置拉伸长度为120.单击【拉伸】，选择圆柱底面草绘一个直径为80,设置拉伸长度为80,去除材料.同样，采纳【拉伸】，草绘草图，进行拉伸和去除材料得到活塞下半部分的活塞销孔特征的构建以及连杆小端连接处特征的构建。单击【旋转】，草绘两个正方形，旋转设巴去除材料，得到活塞槽特征的构建。各特征构建步骤及最终活塞模型构建如图3.U图3.1活塞2 .连杆组的建模连杆组主要由连杆、连杆湍盖、螺栓螺母组成，由于螺枪螺母只起到连接的作用，所以建模时只构建连杆和端盖的三维模型，然后将两者进行装配得到连杆组的三维模型.首先利用【拉伸】吩咐来构建模型的大致外型，然后再进行【倒角】、【孔】以及【镜像】操作来构建一些其它的细微环节特征。构建的连杆、端盖以及装配好的连杆组的三维模型如图3.2。图3.2连杆及端盖3 .曲轴的建模曲轴的三维建模首先通过两次【拉伸】，拉伸出曲轴左侧的飞轮和左轴的特征，然后进行【镜像】得到右侧特征，最终再通过【拉伸】得到其它特征，最终得到的曲轴的三维模型如图3.3。图3.3曲轴4 .底座的建模底座的三维模型由于特征比较多，所以建模过程比较困雄。首先通过【旋转】构建出底座中间部分的特征，然后进行【拉伸】构建出底座恻的特征，再进行【优像】得先竞座的整体模型，最终通过【倒角】、【孔】来构建其它细微环节特征。构建的底座三维模型如图3.4。图3.4底座5 .2.2整体装配Proe中，零件的装配过程，事实上就是个约束限位的过程，依据不同的零件模型及设计须要，选择合适的装配约束类型，从而完成零件模型的定位。传统的装配元件方法是在“放置”页面给元件加入各种固定约束，将元件的自由度削减到0,因元件的位置被完全固定，这样装配的元件不能用于运动分析：另一种装配元件的方法是在“连接”页面给元件加入各种组合约束.”在proe中常用的连接类型有如下几种：1 .刚性:刚性连接，自由度为零，零件装配处于完全约束状态。2 .销钉：销钉连接，自由度为I,零件可沿某一轴旋转.3 .滑动杆：滑动连接，自由度为1,零件可沿某一轴平移。4 .圆柱：缸连接，自由度为2,零件可沿某一轴平移或旋转.5 .平面：平面连接，自由度为2,零件可在某一平面内自由移动，也可绕该平面的法线方向旋转，该类型需满意平面约束关系。6 .球：球连接，自由度为3,零件可绕某点自由旋转,但不能进行任何方向的平移,该类型需满意点对齐约束条件。在本次毕设过程中由于要进行活塞机构的运动仿真分析，所以在进行活塞机构的装配时选择其次种连接方式即机构连接，曲柄与基座、曲柄与连杆、连杆与活塞之间均为销钉连接：活塞与基座间为滑动杆连接，详细的活塞机构的装配过程如下。选择菜单栏的【文件】一【设置工作书目】，系统伸出“选取工作书目”对话框，选择活塞零件图所在文件夹，单击【确定】按钮，完成工作书目的设置.选择菜单栏的【文件】一【新建吩咐工系统弹出【新建】对话框，点选【组件】,取消【运用缺省模版】的选择，单击【确定】按钮，系统弹出新文件选项对话框，如图3.5。a.JQ”口IT*日。R-.-.1-<.-图3.5新文件对话框单击【确定】按钮，选择MnnS-asm-design,单击【确定】，进入装配模块.1 .创建骨架模型（1）单击【创建按钮】，系统弹出元件创建对话框，在“元件创建”对话框中，单选【喟架模型】，维击【确定】，系统弹出“创建”选项，单击n»nns_asnidesign.单击【确定】，进入元件创建。（2）单击工具栏【轴】按钮，系统伸出“基准轴”对话框，双选组件的FRONT和RlGHT两个基准面作为参照面，创建基准轴AA-1,胞击【确定】，创建基准轴完成。2 .装配底座（1）单击【装配1系统弹出“打开”对话框，选择元件dizuo.prl,单击【打开】，底座就添加在组件模块中了。（2）选择【将约束转化为机构连接】中的“用户定义”，单击【放置】按钮,在3D模型中选择底座的基准面和组件的基准面，然后在将其他两个基准面进行约束）（3）在【状态】框中显示“完成连接定义状单击【完成】,如图3.6。图3.6奘能底座3 .装配曲轴（1）单击【装配工系统弹出“打开”对话框,选择元件quzhouprt,单击【打开】，曲轴就添加在组件模块中了。（2）选择【将约束转化为机构连接】中的“销钉”，单击【放置】,单击【轴对齐】在3D模型中选择底座轴线和曲轴的轴线，单击【平移工在3D模型中选择曲柄的曲面和底座的内侧面，偏移量设为“10”。（3）在【状态】框中显示“完成连接定义”，单击【完成】，如图3.7。图3.7装配曲轴4 .装配连杆（D单击【装配】,系统弹出“打开”，选择元件Iiangan.asm.单击【打开】,连杆就添加在组件模块中了。（2）选中【将约束转化为机构连接】中的“销钉”,单击【放巴】，单击【轴对齐】,在3D模型中选择曲轴的轴线和连杆大端的轴线,单击【平移】,在3D模型中选择曲轴曲柄曲面和连杆外曲面，偏移量为“1”。（3）在【状态】框中显示“完成连接定义状单击【完成】,如图3.8。图3.8装配连杆5 .装配活塞（1）单击工具栏【装配工系统弹出“打开”对话框，选择元件huosaiprt,单击【打开工就聘活寒添加到当前模块了。（2）在【将约束转化为机构连接】框中选择“滑动杆”，单击【放匿】，单击【轴对齐】，在3D模型中选择上面创建的基准轴AA和活塞轴线,单击【旋转】,选取活塞的TOP基准面和组件的RIGHT基准面。（3）单击【放211【新设置即创建J'一个新的连接。选择【将约束转化为机构连接】中的销钉,单击【放置】，单击【轴对齐】,在3D模型中选择活塞孔的轴线和连杆小端孔的轴线，单击【平移工在3D模型中选择活塞内侧面和连杆外侧面，偏移量为“1”。（4）在【状态】中显示“完成连接定义”，单击【完成如图3.9图3.9装配活塞最终点击保存按钮保存，至此，活塞机构的整体装配完成。3.3本章小结Pro/E第一个提出J"参数化设计的概念，并且采纳J'单一数据库来解决特征的相关性问题。另外，它采纳模块化方式，可以分别进行草图绘制、零件制作、装配设计、镀金设计、加工处理等，保证用户可以依据自己的须要进行选择运用.运用Pro/E的建模和装配功能进行活塞机构的三维模型构建以及整体装配。依据活塞机构的特征来构建其:维模型，然后依据底座、曲轴、连杆、活塞的依次进行模型的整体装配，装配时采纳机构连接来对所构建的模里进行约束。模型的三维建模和整体装配是对模型进行进步仿真分析的前提，只有构建好模型，才能对模型进行运动仿真分析、动力学分析、结构和热力学分析。第四章运动仿真及分析4.1PrO/E运动仿真在Pro/E中机构模块卜.进行仿真主要有以卜.三个步骤：将各零件运用相应连接进行装配，使之具有个自由度；定义伺服电动机：执行运动仿真.产生可视化运动结果，并且对运动参数进行分析测量。S4.1.1MeChaniSm模型的构建首先，单击【应用程序】选择“机构”进入MeChaniSm机构模块。然后，先单击工具栏上的“拖动元件”图标，选择曲轴上的一点来拖动，来试验一下拖动机构的动态功能。然后，单击“拖动”对话框中的【约束，选择“面对齐”，选择图4.1所示两面,最终单击【快照】。1.添加伺服电动机(I)堆击【同服电动机】，系统弹出“何服电动机”对话框,如图4.2。图4.2伺服机定义(2)点选【从动图元】的【运动轴】，单击【选取】，选取曲轴轴线。(3)在伺服电动机定义中，单击【轮廓】，选择【规范】中的“速度”，选择【模】中的“常数”，在（八）框中输入36,单击【确定】,完成伺服电动机创建。2 .自由度分析(I)单击【机构分析】,系统弹出“分析定义''对话框,如图4.3。图4.3机构定义（2）选择【类型】中的“力平衡”，单击自由度中的DOF右边的按钮,在文本框中显示的数即为自由度假如没有伺服电动机，自由度则为1。3 .机构分析（1）单击【机构分析】,系统弹出“分析定义”对话框,选择【类型】中的“运动学”，在【终止时间】框中输入20,初始位置选择“Snapshot1"，如图4.4.图1.4运动分析定义（2）堆击【运行】，模型就起先运动。4.回放（1）单击【回放工系统弹出“回放”对话框.（2）单击【创建运动包络】，系统弹出“创建运动包结”对话框，单击【读取元件】中的【选取1在3D模型中选择连杆，单击【预览】,如图4.5。图4.5运动包络图（3）单击【关闭】按钮，返回“回放”对话框，在【结果集】下拉列表中选择"AnalysisDefiniIionI”选项，单击【碰撞检测】按钮,系统弹出“碰撞检测设置”对话框，点选【全局碰撞检测】，单击【例定】按钮，返回“回放”对话框。（4）单击【回放】按钮，系统起先检测碰撞。（5）几分钟后，系统弹出“动画”对话框和检测结果，如图4.6.图4.6动（6）单击【捕获】按钮,系统弹出“捕获”对话框，单击【确定】按钮，系统在拈11下生成捕获动画文件huosai.mpg.4.1.2运动仿真仿真之前创建仿真所需的测fit点，打开“huosai.prt”，单击创建点按钮，选择活塞上孔轴线和基准右面得到点"PNTOw。（1）单击【测量工系统弹出“测量结果”对话框，单击【创建新测量】,系统外出“测量定义”对话框。（2）在“测址定义”对话框中,选择【类型】中的“位理”，单击【点或运幼轴】中的【选取】，在3D模型中选择活塞上的点PNTO,选择【重量】中的“Y重量：”，单击【确定】.如下图4.7。图4.7测量定义（3）单击【创建新测量】，系统弹出“测量定义”对话框,选择【类型】中的“速度”选项，单击【点或运动轴】中的【选取】，选择活塞上的点PNT0,选择t重量】中的“丫重量”，单击【确定】。（4）单击【创建新测证】，系统弹出“测量定义”对话框，选择【类型】中的“加速度”选项，单击【点或运动轴】中的【选取工选择活塞上的点PNT0,选择【重员】中的“丫重量”，单.击【确定】。须要的三个测员定义结束，如图4.8。sa1XW椅x8surlmasur23UJ3320.177O.OOO9375S4-353727分另傩制测电<>nal>>ssDfntonl图4.8测量结果（5）在“测盘定义”对话中【测量】中选中“measure1”.选中【结果集】中“analySiSdCfiniIiOnI”选项，单击【检测选定结果集所选测量的图形】，系统弹出“图形工具”对话框,对话框显示了活塞的位置曲线,如图4.9。（6）在“测量定义”对话中【测量】中选中''measum2”,选中【结果集】'“analySisdefiniIion1”选项，单击【检测选定结果集所选测疥的图形】，系统弹出“图形工具”对话框，对话框显示了活塞的速度运动仿真曲线，如图4.10。图4.10活寤速度曲线（7）在“测量定义”对话中【测量】中选中“mcasun;3"，选中【结果集】中4. 2SimUIink仿真SimUIink是MAT1.AB最重要的组件之一，它供应个动态系统建模、仿真和综合分析的集成环境。在该环境中，无需大量书写程序，而只须要通过简洁宜观的以标操作，就可构造出困难的系统。Simulink具有适应面广、结构和流程清楚及仿真精细、贴近实际、效率高、敏捷等优点，并基于以上优点Simulink已被广泛应用丁限制理论和数字信号处理的困难仿真和设计。同时有大量的第三方软件和硬件可应用于或被要求应用于SimUlink。”4.2. 1SimUIink模型的构建1.建立运动方程图4.12描述了曲柄滑块机构的矢量环。对于曲柄滑块机构，矢员Rl的大小陵时间变更，而方向保持不变。曲柄滑块机构的矢量方程为:R1+R2=R,式（4/）将此矢量方程分解到X和y坐标轴上，得到/;COSa+4CoSa=4式（4-2）fsin+rsin6=0式中，q.q分别为叫.&与横轴的夹角，小4,G分别为的大小。将上式对时间求导数,有Sin«-nw2Sin02=ry式(43)“叫cose+r2w2COSq=O其中r3是矢fitR3大小的变更率，也是滑块相对地面的平移速度。可以写成如下的矩阵形式：WSEa式(4tCOS*4sin&1%-rycos,0r*，1.'_假如曲柄的速度WI已知，方程描述的是曲柄滑块机构速度，通过该式可求得仿真时的初始条件。再将上式进行求导数,有-ZjHfCoSa-rtatsinQ-r2wizcos<-riaisinOi=ry式<4-5)-qVVJSina+ZJalCoSa-riw1sinO1+ria,CoSa=0写成矩阵形式：GSina1I:FCOS40j*J式(4-6)-¼,l2cos0-riatsin(-,hcos-¼,l'sin+AalCoSa-r1w2's>n4假如知道曲柄的角加速度，可通过枳分模块得到曲柄角速度，再由连杆的连杆的角加速度可得到连杆角速度，从而得到滑块的加速度，进而得到滑块的速度。2.仿真模型建立利用MatIab进行仿真分析，主要包括两个步骤：(I)编制计兑所需的函数模块(2>利用SimUIink模块建立仿真系统框图，设置初始值进行仿真分析。E<1)函数模块的编写依据式<4-6)的加速度运动方程编写计算所需的函数，其实就是构建两个矩阵，矩阵的值由系统框图的五个输入量代替即下代中的u(D、u(2)、U、u(4),u(5)分别代替%、%0、名，其中曲柄和连杆的长度依据Proe中的建模尺寸确定，函数如图4.13。图4.13函数（2）仿真系统框图建立依据曲柄滑块机构的运动方程来建立仿真系统框图，由初始条件可知曲柄的角加速度为一常数，通过积分模块得曲柄角速度，再经枳分模块得角位移：由速度运动方程可知连杆的初始角速度，通过积分得到连杆角位移，然后将得到的曲柄角加速度、角速度、角位移以