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1、Pro/ENGINEER 專業(yè)模塊培訓(xùn)運動仿真 Version 1.1 一、關(guān)于運動仿真 Mechanism Design eXtension（ MDX， 機 構(gòu) 設(shè) 計 擴 展 ， 俗 稱 運 動 仿 真 ） 是 Pro/ENGINEER包含 的 運 動 分 析 模 塊 ， 能 夠 對 設(shè) 計 進 行 模 擬 仿 真 的 校 驗 ， 例 如 運 動 仿 真 顯 示 、 運 動 干 涉 檢 測 、 運動 軌 跡 、 速 度 、 加 速 度 等 等 。 MDX所 創(chuàng) 建 的 運 動 機 構(gòu) ， 即 可 以 導(dǎo) 入 Pro/MECHANICA Motion中 進 行 進 一 步 分 析 ， 也 可

2、 以 引 入 動 畫 （ Animation） 模 塊 中 以 創(chuàng) 建 更 完 善 的 仿 真 動 畫 。 演 示 二、工作流程及指令架構(gòu)1. 工作流程 建 立 連 接 連 接 軸 設(shè) 置 運 動 副 伺 服 電 機 建 立 運 動 模 型 設(shè) 置 運 動 環(huán) 境 分 析 運 動 機 構(gòu) 獲 取 分 析 結(jié) 果 運 動 學(xué) 動 態(tài) 靜 態(tài) 力 平 衡 重 復(fù) 組 件 重 力 執(zhí) 行 電 機 彈 簧 阻 尼 力 /扭 矩 初 始 條 件 回 放 運 動 干 涉 檢 測 運 動 包 絡(luò) 測 量 軌 跡 曲 線 二、工作流程及指令架構(gòu)2. 指令架構(gòu) 三、建立運動模型1. 運動連接 連 接 能 夠 限

3、 制 主 體 的 自 由 度 ， 僅 保 留 所 需 的 自 由 度 ，以 產(chǎn) 生 機 構(gòu) 所 需 的 運 動 類 型 。 連 接 在 “ 裝 配 ” 環(huán) 境 中 建 立 ， 點 擊 元 件 放 置 對 話 框中 的 “ 連 接 ” 選 項 即 可 進 入 連 接 設(shè) 置 狀 態(tài) ， Pro/E提 供 了10種 連 接 模 式 。 連 接 的 建 立 過 程 需 要 配 合 “ 約 束 ” 去 限 制 主 體 的 某些 自 由 度 ， 如 上 圖 所 示 。 而 常 規(guī) 的 裝 配 則 限 制 了 元 組 件 所 有 的 自 由 度 。 三、建立運動模型1. 運動連接 剛 性 6個 自 由 度

4、 被 完 全 限 制 。 銷 釘 僅 有 一 個 旋 轉(zhuǎn) 自 由 度 ， 使 用 “ 軸 對 齊 ” 和“ 平 移 ” 兩 個 約 束 來 限 制 其 他 5個 自 由 度 。 滑 動 桿 僅 有 一 個 沿 軸 向 的 平 移 自 由 度 ， 使 用 “ 軸 對齊 ” 和 “ 旋 轉(zhuǎn) ” 兩 個 約 束 限 制 其 他 5個 自 由 度 。 三、建立運動模型1. 運動連接 柱 面 具 有 一 個 旋 轉(zhuǎn) 自 由 度 和 一 個 沿 軸 向 的 平 移 自由 度 ， 使 用 “ 軸 對 齊 ” 的 約 束 限 制 其 他 4個 自 由 度 。 平 面 具 有 兩 個 平 移 自 由 度 和 一

5、 個 旋 轉(zhuǎn) 自 由 度 ， 使用 “ 平 面 ” 約 束 限 制 其 他 3個 自 由 度 。 三、建立運動模型1. 運動連接 球 具 有 3個 旋 轉(zhuǎn) 自 由 度 ， 使 用 “ 點 對 齊 ” 約 束 來 限 制 3個 平 移 自 由 度 。 焊 接 6個 自 由 度 被 完 全 限 制 ， 使 用 “ 坐 標 系 （ 重 合 ） ” 約 束 所 有 自 由 度 。 軸 承 具 有 3個 旋 轉(zhuǎn) 自 由 度 和 一 個 平 移 自 由度 ， 相 當(dāng) 于 “ 球 ” 連 接 的 基 礎(chǔ) 上 再 加 一個 平 移 自 由 度 ， 使 用 “ 點 與 軸 線 對 齊 ” 來 限 制 其 他 兩

6、 個 自 由 度 。 三、建立運動模型1. 運動連接連 接 類 型 自 由 度 約 束平 移 旋 轉(zhuǎn)剛 性 （ Rigid） 0 0 完 全銷 釘 （ Pin） 0 1 軸 對 齊 ； 平 面 或 點 對 齊滑 動 桿 （ Slider） 1 0 軸 對 齊 ； 平 面 或 點 對 齊圓 柱 （ Cylinder） 1 1 軸 對 齊 平 面 （ Plannar） 2 1 平 面 匹 配 /對 齊球 （ Ball） 0 3 點 與 點 對 齊焊 接 （ Weld） 0 0 坐 標 系 對 齊軸 承 （ Bearing） 1 3 點 與 邊 或 軸 線 對 齊 三、建立運動模型2. 質(zhì)量屬性 運

7、 動 模 型 的 質(zhì) 量 屬 性 包 括 密 度 、 體 積 、 質(zhì) 量 、 重心 和 慣 性 矩 。 對 于 不 需 要 考 慮 “ 力 ” 的 情 況 ， 例 如 純粹 的 機 械 運 動 ， 可 以 不 設(shè) 置 質(zhì) 量 屬 性 。 通 過 點 擊 下 拉 式 菜 單 “ Mechanism” 質(zhì) 量 屬 性 ，對 質(zhì) 量 屬 性 進 行 設(shè) 置 ， 或 直 接 按 下 快 捷 按 鈕 。 “ 定 義 屬 性 ” 有 三 個 選 項 ： “ 缺 省 ” 、 “ 密 度 ”和 “ 質(zhì) 量 屬 性 ” 。 一 般 只 需 要 對 “ 密 度 ” 進 行 設(shè) 置 即 可 ； 如 果 不 指 定

8、相 關(guān) 設(shè) 置 ， 系 統(tǒng) 則 會 指 派 “ 缺 省 ” 的設(shè) 置 。 “ 主 體 ” 是 內(nèi) 部 沒 有 自 由 度 的 運 動 單 元 ， 可 以 是零 件 也 可 以 是 組 件 。 三、建立運動模型3. 連接軸設(shè)置 對 運 動 組 件 的 連 接 完 成 以 后 ， 可 以 通 過 “ 連 接 軸 設(shè)置 ” 功 能 對 連 接 進 行 一 系 列 的 設(shè) 定 。 M e c h a n i s m 環(huán) 境 中 ， 使 用 下 拉 式 菜 單“ Mechanism” 連 接 軸 設(shè) 置 ， 可 以 打 開 連 接 軸 設(shè) 置 對話 框 。 三、建立運動模型4. 拖動及快照 拖 動 功

9、能 可 以 在 允 許 的 運 動 范 圍 內(nèi) 移 動 元組 件 ， 快 照 功 能 可 以 保 存 當(dāng) 前 運 動 機 構(gòu) 的 位 置狀 態(tài) 。 直 接 點 擊 按 鈕 （ 拖 動 ） 或 下 拉 式 菜 單“ Mechanism” “ 拖 動 ” 進 行 操 作 。 三、建立運動模型5. 伺服電機 伺 服 電 動 機 能 夠 為 機 構(gòu) 提 供 驅(qū) 動 。 通 過 伺 服 電 動 機 可 以 實 現(xiàn) 旋 轉(zhuǎn) 及 平 移 運 動 ， 并 且 能 以 函 數(shù)的 方 式 定 義 運 動 輪 廓 。 直 接 點 擊 按 鈕 或 點 擊 下 拉 式 菜 單 “ Mechanism” 伺 服 電 動

10、機 新 建 ， 進 行 伺 服 電 機 的 創(chuàng)建 。 三、建立運動模型6. 實例演練 牛 頭 刨 床 主 運 動 機 構(gòu) 插 齒 機 主 運 動 機 構(gòu)附 件 1， 2 四、運動副1. 凸輪 直 接 點 擊 按 鈕 或 下 拉 式 菜 單 “ Mechanism” 凸 輪 ，可 從 彈 出 的 對 話 框 中 對 凸 輪 機 構(gòu) 進 行 新 建 、 編 輯 、 刪 除的 操 作 ， 大 部 分 Mechainsm所 創(chuàng) 建 的 對 象 都 使 用 此 種 方式 予 以 管 理 ） 。 四、運動副1. 凸輪 凸 輪 運 動 副 通 過 兩 個 元 件 進 行 定 義 ， 可 以 使 用 指 定

11、曲 面 或 曲 線 的 方 式 來 定 義 凸 輪 及 凸 輪 的工 作 區(qū) 域 。 如 果 勾 選 “ 自 動 選 擇 ” ， 那 么 在 選 取 一 個 曲 面 后 ， 系 統(tǒng) 會 自 動 選 取 包 含 此 曲 面 在 內(nèi)的 所 有 相 切 曲 面 。 “ 屬 性 ” 選 項 卡 能 夠 控 制 凸 輪 之 間 是 否 分 離 和 摩 擦 系 數(shù) ， 如果 勾 選 了 “ 啟 用 分 離 ” ， 那 么 兩 個 凸 輪 將 會 在 運 動 過 程 中 分 開 。 四、運動副1. 凸輪 實 例 演 練 ： 槽 輪 機 構(gòu) 附 件 3 四、運動副2. 槽 槽 從 動 機 構(gòu) 能 夠 實 現(xiàn)

12、兩 個 主 體 之 間 的 點 -曲 線 約 束 。 可 以 通過 點 擊 按 鈕 或 下 拉 式 菜 單 “ Mechainsm” 齒 輪 新 建 ， 建 立 槽運 動 副 。 槽 機 構(gòu) 的 定 義 需 要 指 出 “ 從 動 機 構(gòu) 點 ” 和 “ 槽 曲 線 ” ， 可 以使 用 “ 槽 端 點 ” 選 項 指 定 從 動 機 構(gòu) 點 的 運 動 范 圍 。 屬 性 選 項 卡 能 夠 為 槽從 動 機 構(gòu) 設(shè) 置 恢 復(fù) 系 數(shù)。 四、運動副2. 槽 實 例 演 練 ： 自 動 改 錐 附 件 四、運動副3. 齒輪 使 用 齒 輪 運 動 副 可 以 控 制 兩 個 連 接 軸 之

13、間 的 速 度 關(guān) 系 。 點 擊按 鈕 或 下 拉 式 菜 單 “ Mechainsm” 齒 輪 新 建 ， 建 立 齒 輪 運 動副 。 齒 輪 運 動 副 通 過 兩 個 元 件 進 行 定 義 ， 彼 此 間 無 需 相 互 接 觸 。 四、運動副3. 齒輪 齒 輪 類 型 分 為 標 準 （ 兩 個 齒 輪 ） 、 齒 條 與 齒 輪 。 對 于 標 準 類 ， 需 對 每 一 個 齒 輪 選 取 連 接 軸 ， 并 指 出 相對 于 接 頭 的 兩 個 主 體 中 ， 哪 一 個 是 齒 輪 ， 哪 一 個 是 機 架 。傳 動 比 一 般 都 采 用 齒 數(shù) 比 的 方 式 予

14、以 確 定 。 對 于 齒 條 類 ， 齒 條 的 定 義 通 常 需 要 指 出 “ 滑 動 桿 ” 連接 軸 ， 傳 動 比 定 義 一 般 使 用 mm/rev， 即 齒 輪 旋 轉(zhuǎn) 一 周 ， 齒條 前 進 的 距 離 。 四、運動副3. 齒輪 實 例 演 練 附 件 5 四、運動環(huán)境1. 重力 通 過 重 力 選 項 ， 可 以 對 重 力 加 速 度 的 數(shù) 值 及 方 向 進 行 設(shè) 置 。 指 令 為 直 接 點 擊 按 鈕 或 下拉 式 菜 單 “ Mechanism” 重 力 。 缺 省 情 況 下 ， 重 力 并 未 被 啟 用 ， 分 析 過 程 中 欲 使 組 件 模

15、 擬 真 實 的 重 力 環(huán) 境 ， 需 要 在 分 析 定義 對 話 框 的 外 部 載 荷 選 項 卡 中 勾 選 “ 啟 用 重 力 ” 選 項 。 四、運動環(huán)境2. 執(zhí)行電動機 使 用 執(zhí) 行 電 動 機 可 以 為 運 動 機 構(gòu) 施 加 載 荷 。 直 接 點 擊 按 鈕 或 下 拉 式 菜 單“ Mechanism” 執(zhí) 行 電 動 機 新 建 ， 進 行 定 義 。 和 伺 服 電 動 機 類 似 ， 執(zhí) 行 電 動 機 也 需 要 連 接軸 以 施 加 作 用 ， 模 分 為 8種 類 型 。 四、運動環(huán)境3. 彈簧 通 過 彈 簧 可 以 在 運 動 機 構(gòu) 中 產(chǎn) 生 線

16、 性 彈 力 。 直 接 點 擊 按 鈕 或 下 拉 式 菜 單“ Mechanism” 彈 簧 新 建 ， 進 行 定 義 。 彈 簧 的 參 照 類 型 有 “ 連 接 軸 ” 及 “ 點 至 點 ” 兩 種 ， 通 常 選 取 連 接 軸 ， 對 于 之 間 沒 有 連 接 的兩 個 主 體 ， 可 以 采 用 點 至 點 的 參 照 類 型 。 彈 力 大 小 的 公 式 “ 力 = K*（ x - U） ” 當(dāng) 中 ， K為 彈 簧剛 度 系 數(shù) ， U為 彈 簧 未 拉 伸 時 的 長 度 。 四、運動環(huán)境4. 阻尼 與 彈 簧 不 同 ， 阻 尼 為 耗 散 力 ， 它 可 以

17、作 用 于 連 接 軸 、 兩 主 體 之 間 、 槽 運 動 副 。 直 接 點 擊 按 鈕 或 下 拉 式 菜 單 “ Mechanism” 阻 尼 新 建 ， 進 行 定 義 ， 其 中 C為 阻 尼 系數(shù) 。 四、運動環(huán)境5. 力/扭矩 可 以 通 過 力 /扭 矩 來 模 擬 機 構(gòu) 運 動 的 外 部 環(huán) 境 。 直 接 點 擊 按 鈕 或 下 拉 式 菜 單 “ Mechanism” 力 /扭 矩 新 建 ， 進 行 定 義 。 其 類 型 分 為 “ 點 力 ” 與 “ 主 體 扭 矩 ” ， 即 力 與 扭 矩 。 和 其 他 矢 量 相 同 ， 定 義 需 要 指 出 “

18、模 ”和 “ 方 向 ” 。 四、運動環(huán)境6. 初始條件 初 始 條 件 包 括 初 始 位 置 和 初 始 速 度 兩 個 方 面 。 點 擊 按 鈕 或 下 拉 式 菜 單 “ Mechanism” 初 始 條 件 新 建 ， 進 行 定 義 。 初 始 位 置 的 確 定 需 要 借 助 快 照 功 能 ， 從 事 先 創(chuàng) 建 好 的 快 照得 到 主 體 的 位 置 。 由 于 速 度 為 矢 量 ， 所 以 在 指 出 模 的 同 時 還 要指 出 其 方 向 ， 五、運動分析 完 成 運 動 模 型 及 運 動 環(huán) 境 的 設(shè) 置 后 ， 需 要 對 機 構(gòu) 進 行 分析 。 點

19、擊 按 鈕 或 下 拉 式 菜 單 “ Mechanism” 分 析 ， 進 行分 析 定 義 。 五、運動分析1. 運動學(xué)、重復(fù)的組件 在 不 考 慮 力 、 質(zhì) 量 、 慣 性 的 情 況 下 ， 僅 對 機 構(gòu) 進 行 運 動分 析 時 ， 可 以 使 用 “ 運 動 學(xué) 、 重 復(fù) 組 件 ” 的 類 型 。 由 于 僅 考 慮 機 構(gòu) 的 運 動 ， 所 以 這 兩 種 類 型 不 需 要 指 定 質(zhì)量 屬 性 、 彈 簧 、 阻 尼 器 、 重 力 、 力 /力 矩 以 及 執(zhí) 行 電 動 機 等 。外 部 負 荷 選 項 卡 為 灰 顯 狀 態(tài) 。 運 動 學(xué) 重 復(fù) 的 組 件

20、 位 置 速 度 、 加 速 度 運 動 干 涉 軌 跡 曲 線 運 動 包 絡(luò) 五、運動分析2. 動態(tài) 在 考 慮 力 、 質(zhì) 量 、 慣 性 等 外 力 作 用 的 情 況 下 ， 對 機 構(gòu) 進行 分 析 可 以 使 用 “ 動 態(tài) ” 的 類 型 。 選 取 該 類 型 后 ， 定 義 對 話 框 下 方 的 初 始 配 置 選 項 變 為 了“ 初 始 條 件 ” ， 可 以 直 接 選 取 已 設(shè) 置 好 的 初 始 條 件 。 需 要 注 意 的 是 ， 動 態(tài) 類 型 中 ， 不 能 為 伺 服 電 機 指 定 起 止時 間 ， 而 只 能 從 開 始 到 結(jié) 束 。 實 例

21、演 練 ： 附 件 6、 7 五、運動分析3. 靜態(tài) 靜 態(tài) 類 型 主 要 用 于 研 究 機 構(gòu) 中 主 體 平 衡 時 的 受 力 情 況 。由 于 靜 態(tài) 分 析 中 不 考 慮 速 度 及 慣 性 ， 所 以 能 比 動 態(tài) 更 快 的 找到 平 衡 狀 態(tài) ， 定 義 對 話 框 中 也 因 此 無 需 對 起 止 時 間 進 行 設(shè) 置 。 其 中 “ 最 大 步 距 因 子 ” 能 夠 改 變 靜 態(tài) 分 析 中 的 缺 省 步 長 ，它 是 一 個 處 于 0到 1的 常 數(shù) 。 在 分 析 具 有 較 大 加 速 度 的 機 構(gòu) 時 ，推 薦 減 小 此 值 。 實 例 演

22、 練 ： 附 件 8 五、運動分析4. 力平衡 力 平 衡 用 于 分 析 機 構(gòu) 處 于 某 一 形 態(tài) 時 ， 為 保 證其 靜 平 衡 所 需 施 加 的 外 力 。 由 于 進 行 平 衡 分 析 需 要 使 機 構(gòu) 保 持 零 自 由 度 ，所 以 需 要 借 助 連 接 鎖 定 、 在 兩 個 主 體 間 鎖 定 ， 使 機構(gòu) 在 添 加 測 力 計 鎖 定 后 自 由 度 減 為 零 。 實 例 演 練 ： 附 件 9 六、獲取結(jié)果1. 回放 使 用 回 放 功 能 主 要 可 以 實 現(xiàn) 運 動 干 涉 檢 測 、 創(chuàng) 建 運 動 包 絡(luò) 和 動 態(tài) 影 像 捕 捉 。 指 令

23、 為 點 擊 按鈕 或 下 拉 式 菜 單 “ Mechanism” 回 放 。 六、獲取結(jié)果2. 測量 通 過 測 量 功 能 ， 可 以 了 解 到 機 構(gòu) 運 動 過 程 中 精 確 的 參 數(shù) 。點 擊 按 鈕 或 下 拉 式 菜 單 “ Mechanism” 測 量 ， 進 行 定 義 。 六、獲取結(jié)果3. 軌跡曲線 使 用 軌 跡 曲 線 功 能 ， 可 以 直 觀 的 了 解 到 運 動 主 體 的 點 、 邊 或 曲 線 相 對 于 零 件 的 運 動 。 點 擊下 拉 式 菜 單 “ Mechanism” 軌 跡 曲 線 ， 進 行 定 義 。 “ 紙 零 件 ” 就 是 作 為 軌 跡 曲 線 所 參 照 的 零 件 。創(chuàng) 建 后 的 軌 跡 曲 線 將 位 于 紙 零 件 的 特 征 當(dāng) 中 。 七、綜合演練 行 星 齒 輪 機 構(gòu) 運 動 挖 掘 機 搖 臂 受 力 分 析附 件 10、 11、 12 物 理 模 型 求 解