ProE运动仿真

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1、Pro/ENGINEER 专业模块培训运动仿真 Version 1.1 一、关于运动仿真 Mechanism Design eXtension（ MDX， 机 构 设 计 扩 展 ， 俗 称 运 动 仿 真 ） 是 Pro/ENGINEER包含 的 运 动 分 析 模 块 ， 能 够 对 设 计 进 行 模 拟 仿 真 的 校 验 ， 例 如 运 动 仿 真 显 示 、 运 动 干 涉 检 测 、 运动 轨 迹 、 速 度 、 加 速 度 等 等 。 MDX所 创 建 的 运 动 机 构 ， 即 可 以 导 入 Pro/MECHANICA Motion中 进 行 进 一 步 分 析 ， 也 可

2、 以 引 入 动 画 （ Animation） 模 块 中 以 创 建 更 完 善 的 仿 真 动 画 。 演 示 二、工作流程及指令架构1. 工作流程 建 立 连 接 连 接 轴 设 置 运 动 副 伺 服 电 机 建 立 运 动 模 型 设 置 运 动 环 境 分 析 运 动 机 构 获 取 分 析 结 果 运 动 学 动 态 静 态 力 平 衡 重 复 组 件 重 力 执 行 电 机 弹 簧 阻 尼 力 /扭 矩 初 始 条 件 回 放 运 动 干 涉 检 测 运 动 包 络 测 量 轨 迹 曲 线 二、工作流程及指令架构2. 指令架构 三、建立运动模型1. 运动连接 连 接 能 够 限

3、 制 主 体 的 自 由 度 ， 仅 保 留 所 需 的 自 由 度 ，以 产 生 机 构 所 需 的 运 动 类 型 。 连 接 在 “ 装 配 ” 环 境 中 建 立 ， 点 击 元 件 放 置 对 话 框中 的 “ 连 接 ” 选 项 即 可 进 入 连 接 设 置 状 态 ， Pro/E提 供 了10种 连 接 模 式 。 连 接 的 建 立 过 程 需 要 配 合 “ 约 束 ” 去 限 制 主 体 的 某些 自 由 度 ， 如 上 图 所 示 。 而 常 规 的 装 配 则 限 制 了 元 组 件 所 有 的 自 由 度 。 三、建立运动模型1. 运动连接 刚 性 6个 自 由 度

4、 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 。 三、建立运动模型1. 运动连接 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

5、 个 旋 转 自 由 度 ， 使用 “ 平 面 ” 约 束 限 制 其 他 3个 自 由 度 。 三、建立运动模型1. 运动连接 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

6、 个 自 由 度 。 三、建立运动模型1. 运动连接连 接 类 型 自 由 度 约 束平 移 旋 转刚 性 （ Rigid） 0 0 完 全销 钉 （ Pin） 0 1 轴 对 齐 ； 平 面 或 点 对 齐滑 动 杆 （ Slider） 1 0 轴 对 齐 ； 平 面 或 点 对 齐圆 柱 （ Cylinder） 1 1 轴 对 齐 平 面 （ Plannar） 2 1 平 面 匹 配 /对 齐球 （ Ball） 0 3 点 与 点 对 齐焊 接 （ Weld） 0 0 坐 标 系 对 齐轴 承 （ Bearing） 1 3 点 与 边 或 轴 线 对 齐 三、建立运动模型2. 质量属性 运

7、 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 。 通 过 点 击 下 拉 式 菜 单 “ Mechanism” 质 量 属 性 ，对 质 量 属 性 进 行 设 置 ， 或 直 接 按 下 快 捷 按 钮 。 “ 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

8、相 关 设 置 ， 系 统 则 会 指 派 “ 缺 省 ” 的设 置 。 “ 主 体 ” 是 内 部 没 有 自 由 度 的 运 动 单 元 ， 可 以 是零 件 也 可 以 是 组 件 。 三、建立运动模型3. 连接轴设置 对 运 动 组 件 的 连 接 完 成 以 后 ， 可 以 通 过 “ 连 接 轴 设置 ” 功 能 对 连 接 进 行 一 系 列 的 设 定 。 M e c h a n i s m 环 境 中 ， 使 用 下 拉 式 菜 单“ Mechanism” 连 接 轴 设 置 ， 可 以 打 开 连 接 轴 设 置 对话 框 。 三、建立运动模型4. 拖动及快照 拖 动 功

9、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 。 直 接 点 击 按 钮 （ 拖 动 ） 或 下 拉 式 菜 单“ Mechanism” “ 拖 动 ” 进 行 操 作 。 三、建立运动模型5. 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 。 直 接 点 击 按 钮 或 点 击 下 拉 式 菜 单 “ Mechanism” 伺 服 电 动

10、机 新 建 ， 进 行 伺 服 电 机 的 创建 。 三、建立运动模型6. 实例演练 牛 头 刨 床 主 运 动 机 构 插 齿 机 主 运 动 机 构附 件 1， 2 四、运动副1. 凸轮 直 接 点 击 按 钮 或 下 拉 式 菜 单 “ Mechanism” 凸 轮 ，可 从 弹 出 的 对 话 框 中 对 凸 轮 机 构 进 行 新 建 、 编 辑 、 删 除的 操 作 ， 大 部 分 Mechainsm所 创 建 的 对 象 都 使 用 此 种 方式 予 以 管 理 ） 。 四、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

11、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 。 四、运动副1. 凸轮 实 例 演 练 ： 槽 轮 机 构 附 件 3 四、运动副2. 槽 槽 从 动 机 构 能 够 实 现

12、两 个 主 体 之 间 的 点 -曲 线 约 束 。 可 以 通过 点 击 按 钮 或 下 拉 式 菜 单 “ Mechainsm” 齿 轮 新 建 ， 建 立 槽运 动 副 。 槽 机 构 的 定 义 需 要 指 出 “ 从 动 机 构 点 ” 和 “ 槽 曲 线 ” ， 可 以使 用 “ 槽 端 点 ” 选 项 指 定 从 动 机 构 点 的 运 动 范 围 。 属 性 选 项 卡 能 够 为 槽从 动 机 构 设 置 恢 复 系 数。 四、运动副2. 槽 实 例 演 练 ： 自 动 改 锥 附 件 四、运动副3. 齿轮 使 用 齿 轮 运 动 副 可 以 控 制 两 个 连 接 轴 之

13、间 的 速 度 关 系 。 点 击按 钮 或 下 拉 式 菜 单 “ Mechainsm” 齿 轮 新 建 ， 建 立 齿 轮 运 动副 。 齿 轮 运 动 副 通 过 两 个 元 件 进 行 定 义 ， 彼 此 间 无 需 相 互 接 触 。 四、运动副3. 齿轮 齿 轮 类 型 分 为 标 准 （ 两 个 齿 轮 ） 、 齿 条 与 齿 轮 。 对 于 标 准 类 ， 需 对 每 一 个 齿 轮 选 取 连 接 轴 ， 并 指 出 相对 于 接 头 的 两 个 主 体 中 ， 哪 一 个 是 齿 轮 ， 哪 一 个 是 机 架 。传 动 比 一 般 都 采 用 齿 数 比 的 方 式 予

14、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 。 四、运动副3. 齿轮 实 例 演 练 附 件 5 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 或 下拉 式 菜 单 “ Mechanism” 重 力 。 缺 省 情 况 下 ， 重 力 并 未 被 启 用 ， 分 析 过 程 中 欲 使 组 件 模

15、 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 。 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 或 下 拉 式 菜 单“ Mechanism” 执 行 电 动 机 新 建 ， 进 行 定 义 。 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 8种 类 型 。 四、运动环境3. 弹簧 通 过 弹 簧 可 以 在 运 动 机 构 中 产 生 线

16、 性 弹 力 。 直 接 点 击 按 钮 或 下 拉 式 菜 单“ Mechanism” 弹 簧 新 建 ， 进 行 定 义 。 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 。 四、运动环境4. 阻尼 与 弹 簧 不 同 ， 阻 尼 为 耗 散 力 ， 它 可 以

17、作 用 于 连 接 轴 、 两 主 体 之 间 、 槽 运 动 副 。 直 接 点 击 按 钮 或 下 拉 式 菜 单 “ Mechanism” 阻 尼 新 建 ， 进 行 定 义 ， 其 中 C为 阻 尼 系数 。 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 或 下 拉 式 菜 单 “ Mechanism” 力 /扭 矩 新 建 ， 进 行 定 义 。 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 “

18、模 ”和 “ 方 向 ” 。 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 或 下 拉 式 菜 单 “ Mechanism” 初 始 条 件 新 建 ， 进 行 定 义 。 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 ， 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

19、击 按 钮 或 下 拉 式 菜 单 “ Mechanism” 分 析 ， 进 行分 析 定 义 。 五、运动分析1. 运动学、重复的组件 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 。 运 动 学 重 复 的 组 件

20、 位 置 速 度 、 加 速 度 运 动 干 涉 轨 迹 曲 线 运 动 包 络 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 。 实 例

21、演 练 ： 附 件 6、 7 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 。 实 例 演

22、 练 ： 附 件 8 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 。 实 例 演 练 ： 附 件 9 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

23、 为 点 击 按钮 或 下 拉 式 菜 单 “ Mechanism” 回 放 。 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 或 下 拉 式 菜 单 “ Mechanism” 测 量 ， 进 行 定 义 。 六、获取结果3. 轨迹曲线 使 用 轨 迹 曲 线 功 能 ， 可 以 直 观 的 了 解 到 运 动 主 体 的 点 、 边 或 曲 线 相 对 于 零 件 的 运 动 。 点 击下 拉 式 菜 单 “ Mechanism” 轨 迹 曲 线 ， 进 行 定 义 。 “ 纸 零 件 ” 就 是 作 为 轨 迹 曲 线 所 参 照 的 零 件 。创 建 后 的 轨 迹 曲 线 将 位 于 纸 零 件 的 特 征 当 中 。 七、综合演练 行 星 齿 轮 机 构 运 动 挖 掘 机 摇 臂 受 力 分 析附 件 10、 11、 12 物 理 模 型 求 解