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在平面四桿機構教學中Pro／E的運動仿真的應用

時間:2011-02-24 09:39:38 來源:

　　1.建立四桿機構所需構件

　　1.1新建文件

　　啟動Pro/E，新建文件：選“零件”/“實體”，文件名默認。

　　我們可以使用兩次拉伸的方法建立四桿機構的第一個構件——機架。見草繪圖(圖一)。

　　圖1

　　1.2生成機架實體

　　底板拉伸深度10，圓柱銷拉伸深度12。如(圖二)。選擇“文件”/“保存副本”，輸入新文件名“sg0 1.Prt”。

　　圖2

　　1.3生成其余構件實體

　　為提高效率，可在上述實體的基礎上，再次進行編輯修改，完成后選擇“文件”/“保存副本”，輸入新文件名“sg02.prt”，繼續進行編輯修改，完成后“保存副本”，表1為各文件名。

　　表1

　　機構類型判定：最長+最短(180+70=250)≤其余兩桿長度之和(150+130=280)，且最短桿為連架桿。機構類型為曲柄搖桿機構。

　　2.構件組裝

　　構件組裝在Pro/E中完成，即利用其“組件/設計”模塊。

　　2.1新建裝配文件

　　執行“文件”/“新建”，選“組件”/“設計”，輸入文件名“sgjk.asm”，進入實體裝配環境。

　　2.2裝配機架

　　Pro/E中的裝配類型分為約束和連接，約束類型相對兩零件只能為固定狀態，而連接可以是活動狀態，且組裝完成后要為完全約束或完全連接定義狀態。

　　執行“插入”/“元件”/“裝配”，打開機架文件sg01.prt，約束類型為“缺省”。

　　2.3裝配曲柄

　　執行“插入”/“元件”/“裝配”，打開曲柄文件sg02.prt，連接類型為“銷釘”(圖三)，即((機械基礎》教材所指的鉸鏈連接，運動副為低副中的轉動副。放置方式為軸與軸對齊，面與面對齊，并分別選擇兩構件幾何特征，操控板顯示“完全連接定義”狀態。圖四為完成曲柄裝配后的效果圖。Ctrl+Alt+鼠標拖動曲柄，可以動態觀察曲柄繞機架圓柱銷轉動情況。

　　圖3

　　圖4

　　2.4裝配搖桿

　　搖桿和曲柄均為連架桿，搖桿文件為sg04.prt，方法同曲柄的裝配方法。

　　2.5裝配連桿

　　執行“插入”/“元件”/“裝配”，打開連桿文件sg03.prt，首先與曲柄連接，連接類型為“銷釘”，單擊操控板“放置”/“新設置”，增加與搖桿的連接，并進行相關幾何特征選取。完成后如圖五，Ctrl+Alt+鼠標拖動曲柄，可以動態觀察曲柄帶動連桿、搖桿運動，而且，曲柄只可轉動，搖桿只可擺動。

　　圖5

　　3.運動仿真

　　3.1基本原理

　　Pro/ENGINEER作為CAD/CAM/CAE系統集成軟件，為用戶提供了全方位的產品開發功能，集零件設計、產品組裝、機構設計與分析、模具設計與數控加工、工程圖繪制等功能于一體，可為用戶構成十分便捷、功能強大的設計及分析工作平臺，解決大量原本看來可能較為棘手的工程問題。機械工程中較為常見的機構可充分利用Pro/ENGINEER的產品組裝及機構仿真與分析功能，進行機構設計、仿真及動態分析。

　　3.2運動仿真基本步驟

　　3.2.1進入運動仿真環境。執行“應用程序”/“機構”，進入機構運動仿真環境，窗口左側出現運動仿真特征樹，右側顯示運動分析工具欄。

　　3.2.2設置主動件。單擊工具按鈕“伺服電機”，在彈出的窗口中圖六，選擇曲柄與機架的鉸接軸作為運動軸，即指定曲柄為主動件，來產生回轉運動。選定后效果如圖七。

　　圖6

　　圖7

　　切換到“輪廓”選項卡(圖八)，選“速度”，A處輸入“20”，數值越大，運動速度越快。

　　圖8

　　3.2.3運動仿真設置。單擊工具按鈕“機構分析”，在彈出的窗口中，按圖九進行設置，單擊“運行”，可以看到四桿機構開始動作，曲柄作整周回轉，搖桿左右擺動。30秒后結束，其運行結果將自動保存下來。

　　圖9

　　3.2.4運動仿真回放及輸出。單擊工具按鈕“回放”，用播放控制按鈕對運動仿真進行回放。單擊“捕獲”，在彈出的窗口中(圖十)，可以將動畫輸出為.mpeg和.avi視頻等格式。

　　圖10

　　4.運動分析

　　4.1生成搖桿速度與時間關系的運動分析圖

　　單擊工具按鈕“生成分析”，在圖十一中，單擊新建按鈕，彈出(圖十二)“測量定義”對話框，指定搖桿和連桿的連接軸為分析對象，進行(圖十二)設置，按確定。在圖十一中，單擊按鈕，將生成(圖十三)的結果，橫坐標表示時間，縱坐標表示速度。可見，在不同的時間點，搖桿的速度是不同的。曲線位置低的，運動速度慢，是四桿機構的工作行程，高的部分則是返回行程，急回特性效果明顯。同理，也可生成搖桿的加速度與曲柄轉動時間的關系圖。