典型机构的运动仿真

学习情境四： 典型机构的运动仿真 任务 连杆机构、曲柄滑块机构的运动仿真

任务简介：

本任务将通过连杆机构、曲柄滑块机构，简单的讲述仿真运动的各项参数设置以及主要的操作流程。在进行机构运动仿真运动前，必须对参与运动的各物体或组件之间的装配关系进行设置。注意这里各组件之间的装配部等于一般意义的装配，需使用“连接”，这是Pro/E软件对参与运动的组件之间进行装配的一种定义。Pro/ENGINEER机构设计模块是Pro/ENGINEER的一个内嵌模块，该模块包括了进行机构设计和仿真的各种命令。使得原来在二维视图上难以设计和表达的运动过程变得非常直观和易于修改，大大简化了机构的设计开发过程，缩短了其开发周期，减少了开发费用，同时也提高了产品质量。 任务主要训练内容：

1、 组件的创建。

2、 熟悉连接的操作界面。 3、 连接装配的一般过程。

4、 运动仿真生成的一般过程，仿真操作。

案例1 四连杆机构

相关知识点 １．界面的进入

进入装配设计的主界面，完成机构的装配后，单击主菜单命令【应用程序】?【机构】，系统会自动进入机构设计操作界面。

2．界面介绍

机构设计模块操作界面主要包括：绘图区、组件模型树导航区、机构设计模型树导航区，具体内容介绍如下：

（1）绘图区：主要用来显示当前零件或组件的三维实体，系统自动在图形区生成3个相互垂直的基准平面和一个基准坐标系，分别为“ASM_FRONT”、“ ASM_RIGHT”、“ASM_TOP”与“ASM_DEF_CSYS”。

（2）组件模型树导航区：主要用来显示当前零件或组件中每个特征或零件列表，它以层的形式显示当前模型的结构。另外，模型树可以帮助用户完成如下操作：选取操作中所需的特征、零件和组件等（如选取基准平面）；利用右键快捷菜单重新命名文件名，创建或修改零件、组件的特征等；在绘制复杂的图形时，通过显示或隐藏特征、零件、组件，使绘制界面简单化。

（3）机构设计模型树导航区：主要用来显示机构设计的所有项目，包含的内容有主体、连接、电动机和分析等，当其中的某个项目被定义后，其前方会出现一个符号。

3．图标简介

机构设计模块操作界面中常用的按钮功能如下：

●机构显示：主要用来显示或关闭在创建连接时系统自动显示的连接符号和图标。 ●凸轮副 ：就是用凸轮的轮廓曲面去控制从动件的运动轨迹。 ●齿轮副：主要用来控制两个旋转轴之间的速度关系。

●伺服电动机：用于定义某一旋转轴的旋转运动，即给指定的轴施加力，使其运动。 ●定义分析：用于创建机构动态运动时的产生设置。

●回放以前运行的分析：用于连续播放运行分析的结果。 ●定义重力：用于设置重力加速度的参数和方向。

●定义弹簧：用于定义机构运动时拉簧产生的拉力、压簧产生的压力和扭簧产生的扭力等。

●定义阻尼：用于设置机构运动时产生的阻力。 ●拖动封装元件：用于调整零件、组件之间的相对位置。 机构运动副

选取预定义连接集之前，必须知道如何放置约束和使用自由度来定义运动，然后再选取相应的连接以便使机构按所希望的运动方式运动。每个预定义的连接集与特定的自由度相关联。

Pro/ENGINEER中共提供了11种连接模式，下面分别进行介绍。 1.刚性连接

使用一个或多个基本约束，将元件与组件连接到一起。受刚性连接的元件、组件属于同一个主体，连接后6个方向上的自由度被完全限制，相互之间不再有自由度。

约束：与普通装配一样定义。自由度为0。 2.销钉连接

仅有一个旋转自由度，由一个轴对齐约束和一个与轴垂直的平移约束来限制其他5个自由度，元件可以绕轴旋转。

约束的类型：轴对齐，平面匹配/对齐或点对齐。自由度为1。 3.滑动杆

仅有一个沿轴向的平移自由度。实际上就是一个与轴平行的平移运动，使用“轴对齐”和“旋转”两个约束限制其他5个自由度。

约束的类型：轴（或边）对齐，平面匹配/对齐或点对齐。自由度为1。 4.圆柱

具有一个旋转自由度和一个沿轴向的平移自由度，元件可绕轴旋转，同时可沿轴向平移。使用“轴对齐”的约束限制其他4个自由度。

约束的类型：轴对齐。自由度为2。 5.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，元件可绕垂直于平面的轴旋转并在平行于平面的两个方向上平移。

约束的类型：平面匹配/对齐。自由度为3。 6.球

具有3个旋转自由度。使用“点对齐”约束来限制3个自由度。 约束的类型：点与点对齐。自由度为3。 7.焊接

使用“坐标系（重合）”约束所有自由度，连接后，元件与组件成为一个主体，6个自由度被完全限制，相互之间不再有自由度。

约束的类型：坐标系对齐。自由度为0。 8.轴承

轴承连接可以看成是由球形接头及滑块接头组成的。构件可在3个轴向任意旋转，同时也可以沿指定轴方向平移。

约束的类型：点与边、轴或曲线对齐。自由度为4。 9.常规

常规连接自由度可以由用户自己选择，约束方式可以根据实际需要进行选择。确定自由度的数目后，可在元件放置操控板中重定义一般连接。某些常规连接的自由度数与其他连接类型的自由度数相同。

10. 6DOF

因为未应用任何约束，所以不影响元件与组件的相对运动。元件可以在任何方向上平移及旋转，具有3个旋转自由度和3个平移自由度。6DOF连接需要将元件的坐标系与组件中的坐标系对齐。自由度为6。

11.槽

具有一个自由度，元件上的一个点始终在组件上的一根曲线上运动，线条既可以是直线也可以是螺旋曲线。

约束的类型：零件上的点、创建的基准点或线段的端点与组件上的边、曲线或轴线约束。自由度为1。 案例1 四连杆机构

图1.1所示为四连杆机构。通过该实例，读者将初步了解机构常用连接及构件的初始定位和活动范围。

侧连杆 固定杆

图1.1 四连杆机构组装完成图例

1）四连杆机构工作原理

四连杆机构是最简单、最常用的连杆机构。连杆机构的功能是利用一个移动的曲柄让其他的连杆旋转、摆动或作往复运动。固定杆不动，然后转动左侧的侧连杆，此时右侧的

侧连杆就会产生往复运动。

2）四连杆机构装配的操作步骤

（1）设置工作目录到“情景4\\素材\\四连杆”。 （2）新建一个组件。

选择主菜单的【文件】?【新建】?【组件】，输入文件名“4-1”，取消使用缺省模板，单击确定按钮，在“新文件选项”对话框中选择单位制mmns_asm_design，单击确定按钮，系统进入组件环境。

（3）装配基础元件“4-1-1.prt”。

单击装配按钮，在打开的对话框中选取零件“4-1-1.prt”，单击打开按钮。在弹出的元件放置操控面板的约束下拉列表中选择位置固定。

命令，如图1.2所示。单击确定按钮

，

图1.2约束下拉列表

（4）装配“4-1-2.prt”。

①单击装配按钮，在打开对话框中打开零件“4-1-2.prt”。

②在弹出的元件放置操控面板的约束下拉列表中选择销钉命令，如图1.3所示。 ③在操控面板中单击放置按钮，弹出销钉下滑面板，如图1.4所示。

该“销钉”连接采用“轴对齐”约束和“平移”2个约束，如图1.5所示。

图1.3销钉命令 图1.4“轴对齐”约束 图1.5“平移”约束

●“轴对齐”：选取A孔与B轴（或选取A_4和A_5两轴线）。