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PROE螺纹三种画法及仿真


基于 Pro/E 3.0 创建螺纹的三种方法
——原创:哈尔滨工业大学 翟万柱
笔者是 Pro/E 的初学者,在这里仅就个人在 Pro/E 学习中的点滴心得与大家 分享,希望大家提出宝贵意见、多多批评,以求共同进步。 螺纹机构是机械行业普遍应用的一种机构,为创建螺纹的方便 Pro/E 中设立 有强大的螺旋扫描功能,可以实现螺纹、弹簧等基于螺旋线多种特征,其中的

变 节距螺旋扫描功能更是为螺旋类特征的灵活创建提供的广阔的空间, 本文最后将 介绍变节距弹簧的建模过程。 在掌握直接应用内建功能实现螺旋特征创建的同时, 笔者认为从理论原理出 发, 通过基础建模功能实现设想功能也是十分必要的。不但对其他三维软件学习 起到借鉴作用, 同时也可以在内建功能不能满足要求的时候通过基础功能的灵活 运用达到目的,并可以对 Pro/E3.0 的基本功能和机械基础知识增进了解。 方法一: 首先, 应用“插入”(Insert)>“扫描”(Sweep)>“伸出项”(Protrusion)功能进行 普通梯形螺纹的建模。 想必大家对此功能都已熟悉, 唯一值得讨论的地方也是重要的地方可能就是 螺旋线的生成问题了。 简单易行的方法就是用方程建立曲线,而且可以容易的与 参数建立关系,使得生成特征具有通用性。 常用参数方程如下: (应用时注意坐标系的选择与类型的设定) 笛卡儿坐标下的螺旋线 柱坐标下的螺旋线 x = radia * cos ( t *(n*360)) r=radia y = radia * sin ( t * (n*360)) theta=theta0+t*(n*360) z = l*t z=t*l 其中:radia 为半径;n 为指定长度上螺旋线的圈数;l 为设定长度。 n=l/螺距;多头螺纹生成需要多条螺旋线,注意生成其他螺旋线时须 设定参数方程中角度的初始值; 对于左旋螺纹参数方程中角度值取负 值。 生成螺旋曲线方法为:单击“插入”(Insert)>“模型基准”(Model Datum)> “曲线”(Curve),或单击“基准”(Datum) 工具栏上的 按钮。然后选择“从

方程”(From Equation),接下来选择坐标系并指定坐标系类型后,既可在编辑 窗口中输入相关参数方程,得到目的曲线。 此种方法虽然简单、快结,但需要熟悉参数方程,并熟练坐标系的设定。对 于象笔者这样数学不佳, 又相对懒惰的朋友,是否有更直观的方法可行呢?答案 是肯定的。 下面笔者就以变截面扫描功能根据螺纹形成原理实现此目的, 虽然步骤繁琐 但容易理解,同时也可以为大家开拓思路,深刻的理解 Pro/E 基本功能。

下面以公称直径为 20 的标准梯形螺纹为例生成模型,但由于篇幅所限,关 系设定、族表生成、UDF 定义等相关参数化设定未涉及,如有需要可通过笔者 信箱与笔者联系, 定知无不言、 言无不尽以求共同进步。 proe_amateur@tom.com) ( 首先建立圆柱体作为基础特征,此处圆柱体直径为预生成螺纹之小径 17.5mm,圆柱高度为 50mm。 然后生成螺旋线,以备下一步利用扫描功能建立螺纹特征。 此处生成螺旋线的方法为“插入” (Insert)> 可变截面扫描” “ (Variable Section Sweep)。在此之前,先通过草绘工具建立两条辅助线,分别过圆柱中心与圆柱母 线,作为可变截面扫描的原点轨迹与截面控制轨迹,草绘结果如图 1-1。 然后点选“插入”(Insert)>“可变截面扫描”(Variable Section Sweep) 或在 “特征”工具栏中单击 ,再选择上步草绘直线(先选中心处直线,再选母线

处直线) ,选择后效果如图 1-2。

图 1-1 然后在对话栏中点选

图 1-2 编辑截面。此处以原点轨迹为圆心,画一构造圆过

“链 1” ,再从圆心引直线到构造圆上,角度任意如图 1-3。然后利用关系编辑角 度尺寸 sd4 ,点击“工具”(Tools)>“关系”(Relations),然后输入如下关系: sd4=trajpar*25*360 输入关系后截面变为图 1-4,此处尺寸参数符号可能为任意数,以用户画面 上的参数符号为准。

图 1-3

图 1-4

其中 25 为螺纹圈数,既参数方程中的“n” ,因为选择螺距为 2mm,所以 n=50/2=25 然后连续点击中键以结束可变截面扫描,结果如图 1-5。

图 1-5 图 1-6 下一步用螺旋面的边界与圆柱表面的交线生成螺旋线。既点选螺旋曲面及 Ctrl+圆柱外表面, 然后选择 “特征” 工具栏中的 或选取相交曲面后, “编 单击

辑”(Edit)>“相交”(Intersect)。生成螺旋线如图 1-6。 (图中已将螺旋曲面隐藏) 接下来为利用恒定截面扫描生成螺纹形状。 恒定截面扫描功能命令可通过两 种方法实现,既“插入” (insert)>“扫描”(sweep)>“伸出项” (Protrusion) 或点选“可变截面扫描”(Variable Section Sweep)功能后在上滑面板的“选项” 中选择“恒定剖面”此处以前者做为介绍。 进入“插入” (insert)>“扫描”(sweep)>“伸出项” (Protrusion)然后选 择“选取轨迹” (Select Traj) >“曲线链” (Curve chain) 选取刚刚已相交功 能生成的曲线做为扫描轨迹,选取结果如图 1-7,点击中键三次进入截面绘制, 并绘制截面如图 1-8。

图 1-7 图 1-8 生成螺纹如图 1-9 所示, 其中首尾部分须用平面进行修剪后才与真实螺纹相 同。若恒定截面扫描时生成为曲面,则可用非封闭端延伸功能达到相同效果。

平面修剪前 图 1-9

平面修剪后

思考问题:为生成左旋螺纹时应如何设置扫描截面关系。

方法二: 同样是应用“插入”(Insert)>“扫描”(Sweep)>“伸出项”(Protrusion)功能进行 普通螺纹的建模。此处仅在螺旋曲线的生成方法上有所改变,既用 “编 辑”(Edit)>“包络”(Wrap)功能生成螺旋曲线,并讨论“包络”功能与“投影”功 能之间的区别。 此处仅就螺旋线生成部分进行讨论,圆柱体生成、牙形截面绘制及扫描生成 螺纹特征与方法一中介绍类似。 在生成圆柱体后进入“编辑”(Edit)>“包络”(Wrap) , 选择上滑面板中 “参

照”>“草绘”下的定义按扭,选择 Front 平面并单击中键已缺省视图方向进行 草绘。草绘模式下加选圆柱体上表面为参考几何,如图 2-1。并绘制截面如图 2-1 所示。 其中角度值 1.945 为螺旋升角。 (螺旋升角的正切=螺距*头数/中径周长)
加选参照

图 2-1 单击
,则生成螺旋线如图 2-2。

图 2-2

读者是否已经注意到 Pro/E 中,曲线投影至曲面与包络之间的区别。区别就 在于投影曲线与原曲线长度不同,而包络生成的曲线与原曲线长度相同,就象把 曲线贴到曲面上一样。读者可以通过“分析”>“测量”>“长度”对两条曲线 进行测量,予以验证。 方法三: 此处在生成圆柱体后,直接以“插入”(Insert)>“螺旋扫描”(Helical Sweep) 功能进行螺纹特征的绘制。 Pro/E 中螺旋扫描功能十分强大,下面就对其中选项作以一一介绍: 进入“插入”(Insert)>“螺旋扫描”(Helical Sweep) 后,各选项及意义如下: 恒定 (Constant) - 螺距恒定。 可变 (Variable) - 螺距可变,而且由图形定义。 穿过轴 (Thru Axis) - 横截面位于穿过旋转轴的平面内。 垂直于轨迹 (Norm To Traj) - 确定横截面方向,使之垂直于轨迹(或旋转面)。 右手定则 (Right Handed) - 使用右手规则定义轨迹。 左手定则 (Left Handed) - 使用左手规则定义轨迹 作如图 3-1 选择后, 首先要求绘制螺旋线生成的母线,此时注意必须绘制旋 转中心,母线可以为斜线。绘制母线如图 3-2。

图 3-1 图 3-2 母线绘制结束后要求输入螺距, 再进行牙形截面的绘制既完成螺纹特征的生 成。 三种方法各有裨益, 笔者青睐第三种方法,但通过对前两中方法的学习与讨 论,可以使我们熟悉 Pro/E 的基本功能,并能灵活运用。请大家思考多头螺纹、 蜗杆、环行蜗杆、弹簧、锥形变节距弹簧等特征的绘制方法,想必在亲自建立上 述各特征后,也会和我一样对 Pro/E 有更深刻的体会,同时积累更多的 Pro/E 使 用技巧,也丰富了自己的 LIBRARY。如果对上述特征有简洁的绘制方法或值得 商榷之处,欢迎大家指导、批评。 原创:哈尔滨工业大学 翟万柱 (proe_amateur@tom.com) 2006-5-21

第 1 章 运动仿真

本章重点 应力分析的一般步骤 边界条件的创建 查看分析结果 报告的生成和分析

本章典型效果图

1.1 机构模块简介
在进行机械设计时, 建立模型后设计者往往需要通过虚拟的手段, 在电脑上模拟所设计 的机构, 来达到在虚拟的环境中模拟现实机构运动的目的。 对于提高设计效率降低成本有很 大的作用。Pro/ engineer 中“机构”模块是专门用来进行运动仿真和动态分析的模块。 PROE 的运动仿真与动态分析功能集成在“机构”模块中,包括 Mechanism design(机械设 计) 和 Mechanism dynamics(机械动态)两个方面的分析功能。 使用“机械设计”分析功能相当于进行机械运动仿真,使用“机械设计”分析功能来创建某 种机构,定义特定运动副,创建能使其运动起来的伺服电动机,来实现机构的运动模拟。并 可以观察并记录分析,可以测量诸如位置、速度、加速度等运动特征,可以通过图形直观的 显示这些测量量。也可创建轨迹曲线和运动包络,用物理方法描述运动。 使用“机械动态”分析功能可在机构上定义重力,力和力矩,弹簧,阻尼等等特征。可以设 置机构的材料,密度等特征,使其更加接近现实中的结构,到达真实的模拟现实的目的。 如果单纯的研究机构的运动,而不涉及质量,重力等参数,只需要使用“机械设计”分析功 能即可,即进行运动分析,如果还需要更进一步分析机构受重力,外界输入的力和力矩,阻 尼等等的影响,则必须使用“机械设计”来进行静态分析,动态分析等等。

1.2 总体界面及使用环境
在装配环境下定义机构的连接方式后,单击菜单栏菜单“应用程序”→“机构” ,如图 1-1 所示。 系统进入机构模块环境, 呈现图 1-2 所示的机构模块主界面: 菜单栏增加如图 1-3 所示的“机构”下拉菜单,模型树增加了如图 1-4 所示“机构”一项内容,窗口右边出现如 图 1-5 所示的工具栏图标。 下拉菜单的每一个选项与工具栏每一个图标相对应。 用户既可以 通过菜单选择进行相关操作。也可以直接点击快捷工具栏图标进行操作。

图 1-1 由装配环境进入机构环境图

图 1-2 机构模块下的主界面图

图 1-3 机构菜单

图 1-4

模型树菜单

图 1-5 工具栏图标

图 1-5 所示的“机构”工具栏图标和图 1-3 中下拉菜单各选项功能解释如下: 连接轴设置:打开“连接轴设置”对话框,使用此对话框可定义零参照、再生值以及连 接轴的限制设置。 凸轮:打开“凸轮从动机构连接”对话框,使用此对话框可创建新的凸轮从动机构, 也可编辑或删除现有的凸轮从动机构。 槽:打开“槽从动机构连接”对话框,使用此对话框可创建新的槽从动机构,也可编辑 或删除现有的槽从动机构。 齿轮:打开“齿轮副”对话框,使用此对话框可创建新的齿轮副,也可编辑、移除 复制现有的齿轮副。

伺服电动机:打开“伺服电动机”对话框,使用此对话框可定义伺服电动机,也可编辑、 移除或复制现有的伺服电动机。 执行电动机:打开“执行电动机”对话框,使用此对话框可定义执行电动机,也可编辑、 移除或复制现有的执行电动机。 弹簧:打开“弹簧” 对话框,使用此对话框可定义弹簧,也可编辑、移除或复制现有 的弹簧。 阻尼器: 打开“阻尼器”对话框,使用此对话框可定义阻尼器,也可编辑、移除或复 制现有的阻尼器。 力/扭矩: 打开“力/扭矩”(对话框,使用此对话框可定义力或扭矩。也可编辑、移除或 复制现有的力/扭矩负荷。 重力:打开“重力” 对话框,可在其中定义重力。 初始条件:打开“初始条件”对话框,使用此对话框可指定初始位置快照,并可为点、 连接轴、主体或槽定义速度初始条件。 质量属性:打开“质量属性”对话框,使用此对话框可指定零件的质量属性,也可指定 组件的密度。 拖动:打开“拖动”对话框,使用此对话框可将机构拖动至所需的配置并拍取快照。 连接:打开“连接组件”对话框,使用此对话框可根据需要锁定或解锁任意主体或连接, 并运行组件分析。 分析:打开“分析”对话框,使用此对话框可添加、编辑、移除、复制或运行分析。 回放:打开“回放” 对话框,使用此对话框可回放分析运行的结果。也可将结果保存 到一个文件中、恢复先前保存的结果或输出结果。 测量:打开“测量结果”对话框,使用此对话框可创建测量,并可选取要显示的测量和 结果集。也可以对结果出图或将其保存到一个表中。 轨迹曲线:打开“轨迹曲线”对话框,使用此对话框生成轨迹曲线或凸轮合成曲线。 除了这些主要的菜单和工具外。还有几个零散的菜单需要注意。

1.2.1“编辑”菜单
在“编辑”菜单中与“机构”模块有关的菜单主要是: 重定义主体:打开“重定义主体” 对话框,使用此对话框可移除组件中主体的组件约 束。通过单击箭头选择零件后,对话框显示已经定义好的约束,元件和组建参照,设计 者可以移除约束,重新指定元件或组件参照,如图 1-6 所示。 设置:打开“设置” 对话框,使用此对话框可 指定"机械设计"用来装配机构的公差, 也可指定在分析运行失败时“机械设计”将采取的操作。如是否发出警告声,操作失败 时是否暂停运行或是继续运行等等,该配置有利于设计者高效率的完成工作。如图 1-7 所示。

图 1-6

重定义主体对话框

图 1-7

设置对话框

1.2.2“视图”菜单
在“视图”菜单中与“机构”模块有关的菜单主要是: 加亮主体:以绿色显示基础主体。 显示设置: 机构显示,打开“显示图元” 对话框,使用此对话框可打开或关闭工具栏 上某个图标的可见性。去掉任何一个复选框前面的勾号,则该工具在工具栏上不可见。

图 1-8

显示图元对话框

1.2.3“信息”菜单:
单击 “信息” “机构” → 下拉菜单, 或在模型树中右键单击 “机构” 节点并选取 “信息” , 系统打开“信息” 菜单,如图 1-9 所示。使用“信息”菜单上的命令以查看模型的信息摘 要。利用这些摘要不必打开“机构”模型便可以更好地对其进行了解,并可查看所有对话框 以获取所需信息。在两种情况下,都会打开一个带有以下命令的子菜单。选取其中一个命令 打开带有摘要信息的 Pro/ENGINEER 浏览器窗口。 (1) 摘要: 机构的高级摘要, 其中包括机构图元的信息和模型中所出现的项目数。 如图 1-10 (2)详细信息:包括所有图元及其相关属性。如图 1-11 所示。 (3)质量属性:列出机构的质量、重心及惯性分量。如图 1-12 所示。 机构为“模型树”中每个“机械设计”图元都提供一个“信息”选项。右键单击并为某个特 定图元选中此选项后,会打开一个带有针对该图元的详细摘要的浏览器窗口。

图 1-9 信息菜单中机构信息图

图 1-10 摘要信息图

图 1-11 详细信息图

图 1-12 质量属性信息图

1.3 机械设计模块的分析流程
要进行机构运动仿真设计,必须遵循一定的步奏。Pro/Engineer“机械设计”模块包括 “机械设计运动” (运动仿真)和“机械设计动态” (动态分析)两部分,使用“机械设计” 分析功能,可在不考虑作用于系统上的力的情况下分析机构运动,并测量主体位置、速度和 加速度。和前者不同的是“机械动态”分析包括多个建模图元,其中包括弹簧、阻尼器、力 /力矩负荷以及重力。可根据电动机所施加的力及其位置、速度或加速度来定义电动机。除 重复组件和运动分析外,还可运行动态、静态和力平衡分析。也可创建测量,以监测连接上 的力以及点、顶点或连接轴的速度或加速度。可确定在分析期间是否出现碰撞,并可使用脉

冲测量定量由于碰撞而引起的动量变化。 由于动态分析必须计算作用于机构的力, 所以它需 要用到主体质量属性。两者进行分析时流程基本上一致: 类型 机械设计流程 机械动态动流程

创建模型

定义主体 生成连接 定义连接轴置 生成特殊连接

定义主体 指定质量属性 生成连接 定义连接轴设置 生成特殊连接

添加建模图元

应用伺服电动机

应用伺服电动机 应用弹簧 应用阻尼器 应用执行电动机 定义力/力矩负荷 定义重力

创建分析模型

运行运动学分析 运行重复组件分析

运行运动学分析 运行动态分析 运行静态分析 运行力平衡分析 运行重复组件分析

获得结果

回放结果 检查干涉 查看测量 创建轨迹曲线 创建运动包络

回放结果 检查干涉 查看定义的测量和动态测量 创建轨迹曲线和运动包络 创建要转移到 Mechanica 结构的 负荷集

表 1.1 分析流程表

1.4 机械设计运动分析详解
了解了上面基本的分析过程后,下面通过具体的例子一步一步来进行具体的分析。 (1)将光盘文件复制到硬盘上,启动 pro/engineer。单击菜单“文件”→“设置工作目录” 。 打开“选取工作目录”对话框工作,将目录设置为 X:/example_1。单击确定。则系 统工作在此目录下。如图 1-13 所示。

(2)单击菜单“文件”→“新建” 。打开“新建”对话框,选择“组件”选项,将组件名改 为 asm。去掉“使用缺省模版”复选框前面的勾号,单击“确定”按钮,系统打开“新 文件选项”对话框,如图 1-14 所示。 (3) 在列表中选择 mmns_asm_design 为模板,单击确定。 (4)单击 图标,打开“打开”对话框,如图 1-15 所示。选取 a.prt,单击“打开”按 钮,系统弹出“元件放置”对话框。单击 按钮接受缺省约束放置,单击确定按钮。 这样系统自动定义此为基础主体。如图 1-16 所示。

图 1-13 选取工作目录对话框

图 1-14 新文件选项对话框

图 1-15 打开对话框

图 1-16 元件放置对话框

图 1-16 元件放置后图

(5) 单击 图标,打开“打开”对话框,选取 b.prt,单击“打开”按钮,系统弹出“元 件放置”对话框。单击“连接”选项卡,对话框变成如图 1-17 所示,接受默认连接 的名称为 connnection_1,选择类型为销钉连接,按照图 1-19 选取 a.prt 的轴 A1 对 齐 b.prt 的轴 A1,平移选项选取轴端大端面和 b.prt 一个侧面,单击确定,完成后如 图 1-19 所示。在完成连接的过程中,可以通过如图 1-20 所示的移动选项卡对话框调 整机构位置。可以平移,旋转元件到一定的位置。便于观察和选取基准轴或面。

图 1-17 连接中的轴对齐图

图 1-18 连接中的平移图

图 1-19 连接匹配图

图 1-20 连接调整移动图

1.4.1 连接的作用
Pro/E 提供了十种连接定义。主要有刚性连接,销钉连接,滑动杆连接,圆柱连接,平 面连接,球连接 焊接,轴承,常规,6DOF(自由度) 。最后两种是野火 2.0 新增加的。

连接与装配中的约束不同,连接都具有一定的自由度,可以进行一定的运动 接头连接有三个目的: ? 定义“机械设计模块”将采用哪些放置约束,以便在模型中放置元件; ? 限制主体之间的相对运动,减少系统可能的总自由度 (DOF); ? 定义一个元件在机构中可能具有的运动类型; 1.销钉连接 此连接需要定义两个轴重合,两个平面对齐,元件相对于主体选转,具有一个旋转自由 度,没有平移自由度。如图示

图 1-21 销钉连接示意图 2.滑动杆连接 滑动杆连接仅有一个沿轴向的平移自由度,滑动杆连接需要一个轴对齐约束,一个平面 匹配或对齐约束以限制连接元件的旋转运动,与销连接正好相反,滑动杆提供了一个平移自 由度,没有旋转自由度。

图 1-22 滑动杆连接示意图 3. 圆柱连接 连接元件即可以绕轴线相对于附着元件转动,也可以沿着轴线相对于附着元件平移,只 需要一个轴对齐约束,圆柱连接提供了一个平移自由度,一个旋转自由度。

图 1-23 圆柱连接示意图 4. 平面连接 平面连接的元件即可以在一个平面内相对于附着元件移动,也可以绕着垂直于该平面的 轴线相对于附着元件转动,只需要一个平面匹配约束。

图 1-24 平面连接示意图 5.球连接 连接元件在约束点上可以沿附着组件任何方向转动,只允许两点对齐约束,提供了一 个平移自由度,三个旋转自由度。

图 1-25 球连接示意图

5. 轴承连接 轴承连接是通过点与轴线约束来实现的,可以沿三个方向旋转,并且能沿着轴线移动, 需要一个点与一条轴约束,具有一个平移自由度,三个旋转自由度。

图 1-26 轴承连接示意图 6.刚性连接 连接元件和附着元件之间没有任何相对运动,六个自由度完全被约束了。 7.焊接 焊接将两个元件连接在一起,没有任何相对运动,只能通过坐标系进行约束。 刚性连接和焊接连接的比较: (1)刚性接头允许将任何有效的组件约束组聚合到一个接头类型。这些约束可以是使装配 元件得以固定的完全约束集或部分约束子集。 (2)装配零件、不包含连接的子组件或连接不同主体的元件时,可使用刚性接头。 焊接接头的作用方式与其它接头类型类似。但零件或子组件的放置是通过对齐坐标系 来固定的。 (3)当装配包含连接的元件且同一主体需要多个连接时,可使用焊接接头。焊接连接允许 根据开放的自由度调整元件以与主组件匹配。 (4)如果使用刚性接头将带有“机械设计”连接的子组件装配到主组件,子组件连接将不 能运动。如果使用焊接连接将带有“机械设计”连接的子组件装配到主组件,子组件 将参照与主组件相同的坐标系,且其子组件的运动将始终处于活动状态。

1.4.2 连接过程中的调整方式
在连接机构时,常常会出现位置放置不合理现象,使得连接设置无法快速定位,可 通过手动的方式来直接移动或转动元件到一个比较恰当的位置。该过程主要是通过“元 件放置”对话框中的“移动”选项卡来完成。如图 1-27 所示。

图 1-27 移动方式图 图 1-28 选取对话框 1. “运动类型”组合框:选择手动调元件的方式。 (1)“定向模式” :可相对于特定几何重定向视图,并可更改视图重定向样式,可以提 供除标准的旋转、平移、缩放之外的更多查看功能。 (2) “平移” :单击机构上的一点,可以平行移动元件。 (3) “旋转” :单击机构上的一点,可以旋转元件。 (4) “调整” :可以根据后面的运动参照类型,选择元件上的曲面调整到参照面,边, 坐标系等。选择调整,会弹出图 1-28 所示的选取对话框。 2. “运动参照”组合框:选择需要参照的类型 (1) “视图平面” :系统缺省采用此种参照,且不会弹出图 1-28 所示的对话框。除了该 项外,选择下面任何一项均会弹出 1-28 所示的对话框。 (2) “选取平面” :可以选择创建的基准面,或是曲面作为参照。 (3)“图元/边” :可以选择图元上的边作为参照。 (4) “平面法向” :可以选择某个平面,则系统自动选取该平面的法向为参照。 (5) 点” 可以选择两点定义矢量方向作为参照。 “2 : (6) “坐标系” :选择坐标系作为参照。 3.“运动增量”组合框:设置运动位置改变的大小,有两种方式 (1) “平移”下拉框:有光滑,1,5,10 四个选项。选择光滑,一次可以移动任意长 度的距离。其余是按所选的长度每次移动相应的距离。 (2) “选转”下拉框:有光滑,5,10,30,45,90 六个选项。其中光滑为每次旋转任 意角度。其余是按所选的角度每次旋转相应的角度。 4. “位置”组合框:当用鼠标移动元件时 ,在“相对”文本框中显示移动的距离。

1.4.3 连接轴设置
定义完连接后,元件就能相对主体进行一定的运动,可以进行连接轴设置,以进一步设 定运动的范围,运动的起点等。单击“机构”→“连接轴设置”进入“连接轴设置”对话框, 如图 1-29 所示。各选项介绍如下: 1. “选取连接轴”选项组

单击箭头用鼠标在机构上选取连接轴 2. “连接轴位置”选项组 表示连接轴位置的度量,对于连接轴使用角度表示的,是相对于零点位置的角度值,介于 -180-180 度之间。 3. “零参照”选项卡 (1) “指定参照”复选框:勾选该复选框,绿色主题参照和橙色主体参照变为可选。 (2) “绿色主体参照”选项组:选取一个点、顶点、曲面或平面作为“绿色主体参照” 。 (3) “橙色主体参照”选项组:选取一个点、顶点、曲面或平面作为“橙色主体参照” 。 定义旋转轴的连接轴零点参照时应注意下列事项: (1)点-点零点参照: “机械设计模块”以垂直于旋转轴的方向从每一点绘制向量。这两个 向量对连接零点应重合。这两个点不能位于连接轴上。 (2)点-平面零参照:包含点和旋转连接轴的平面应平行于为连接零点选取的平面。该点不 能位于连接轴上。 (3)平面-平面零参照: 这两个平面在连接零点处平行。两个平面都必须平行于旋转轴。 这里的主体主要是指如果通过 Pro/ENGINEER 中的连接方式将主体连接一起,则第一 主体是组件,被添加的主体是元件。 “零参照”选项卡上的绿色主体指元件放置过程中的组 件主体,而橙色主体则指元件。选取连接轴后,系统会将组件主体和元件主体分别以绿色和 橙色显示,同时“机械设计”还显示平面或向量,用来定义零点参照。对于平移连接轴,显 示一个绿色平面和一个橙色平面。对于旋转连接轴,显示一个绿色箭头和一个橙色箭头。另 一个绿色箭头用于指示正测量的方向。这些参照会改变方向,以反映“连接轴位置” 文本 框中的值。

4. “再生值”选项卡: 勾选指定再生值复选框,在“再生值”文本框中输入想要的位置,再按下 Enter 键,机构 即可按指定的位置重新生成。如图 1-30 所示。

图 1-29 连接轴设置对话框

图 1-30 再生值选项卡

5. “属性”选项卡:可以指定是否启用限制和摩擦。 (1)启用限制:勾选此复选框,可以为连接轴指定最小和最大位置,限制连接轴在此范围 内运动。恢复系数用在凸轮从动连接,槽连接等具有冲击的运动中,恢复系数定义为 两个图元碰撞前后的速度比,数值范围为 0-1。完全弹性碰撞的恢复系数为 1。完全 非弹性碰撞的恢复系数为 0。

(2)启用摩擦:勾选此复选框,可以为连接轴指定摩擦, 系数,R 为接触半径(只限于旋转轴) 。

为静摩擦系数,

为动摩擦

图 1-31 属性选项卡 连接轴设置体验:接上面的例子 example1 (6)单击“应用程序”→“机构”,选择“连接轴设置” 。弹出“连接轴设置”对话框,单 击“选取连接轴” ,通过鼠标选取上面所定义的连接轴。在“连接轴位置”文本框中 输入角度为 120 度,单击“生成零点” 。 (7)单击“再生值”选项卡,勾选“启用再生值”复选框,在“再生值”文本框中输入 60, 按下 Enter 键,机构立即改变到图 1-32 所示的位置。重新输入-120 度,按下 Enter 键,机构立即改变到图 1-33 所示的位置,单击确定按钮。此两幅图依据读者的系统有 所不同。主要是体验一下连接轴的设置功能。读者可以自行输入自己所要的角度值进 行比较。

图 1-32 60 度位置图

图 1-33

-120 度位置图

1.4.4 拖动功能
定义完连接轴后,可以使用拖动功能,来查看定义是否正确,连接轴是否可以按设想的 方式运动。可使用快照创建分析的起始点,或将组件放置到特定的配置中。可以使用接头禁 用和主体锁定功能来研究整个机械或部分机械的运动。单击“机构”→“拖动”或直接单击 工具栏图标 可以进入拖动对话框。 分别介绍一下各个菜单的功能。

1.快照与拖动工具栏: 给机构拍照。拖动到一个位置时单击此按钮可以拍照。同时该照添加到快照列表中。 拖动点。选取主体上某一点,该点会突出显示,并随光标移动,同时保持连接。该点 不能为基础主体上的点。 拖动主体。该主体突出显示,并随光标移动,同时保持连接。不能拖动基础主体。 撤消命令。 重做命令。 所谓的基础主体,就是在装配中添加元件或新建组件时按 接受缺省约束定义为基础主体。 2.快照选项卡: 显示选定快照。在列表中选定快照后单击此按钮可以显示该快照中机构的具体位置。 打开“快照构建”对话框,选取其他快照零件位置用于新快照。就是拷贝其他快照。 将选定快照的名改为 “当前快照” 输入框中的名称。 相当于改变列表框中快照的名称。 使选定快照可用作 Pro/ENGINEER 分解状态。随后分解状态可用 Pro/ENGINEER 绘图 视图中。单击此按钮时,“机械设计”在列表上的快照旁放置一个图标。 从列表中删除选定快照。

图 1-34 拖动对话框 图 1-35 约束选项卡 3.“约束”选项卡: 应用约束后, “机械设计”会将其名称放置于约束列表中。通过选中或清除列表中所选 约束旁的复选框,可打开和关闭约束。也可选择如下选项进行临时约束: 选取两个点、两条线或两个平面。这些图元将在拖动操作期间保持对齐。 选取两个平面。两平面在拖动操作期间将保持相互匹配。 为两个平面定向,使其互成一定角度。 并选取连接轴以指定连接轴的位置。指定后主体将不能拖动。 并选取主体,可以锁定主体。 并选取连接。连接被禁用。 从列表中删除选定临时约束。 使用所应用的临时约束来装配模型。 4.“高级拖动选项”选项卡: 打开“移动”对话框,它允许执行封装移动。

指定当前坐标系。通过选择主体来选取一个坐标系,所选主体的缺省坐标系是要使用 的坐标系。X、Y 或 Z 平移或旋转将在该坐标系中进行。 指定沿当前坐标系的 X 方向平移。 指定沿当前坐标系的 Y 方向平移。 指定沿当前坐标系的 Z 方向平移。 指定绕当前坐标系的 X 轴旋转。 指定绕当前坐标系的 Y 轴旋转。 指定绕当前坐标系的 Z 轴旋转。 参照坐标系:可使用选择器箭头在模型中选取坐标系。 拖动点位置:实时显示拖动点相对于选定坐标系的 X、Y 和 Z 坐标。

图 1-36 高级拖动选项卡 拖动功能体验,接上一例子 example1: (8)选择“应用程序”→“标准”重新进入装配环境下。单击 添加零件,打开“打开” 对话框,选取 c.prt ,单击打开,弹出“元件放置”对话框。单击“连接”选项卡, 选取 c.prt 的轴和 a.prt 的轴对齐如图 1-39 所示, 选取轴的小端面和 c.prt 的一个侧 面对齐如图 1-40 所示。完成连接定义,单击确定。实体参照如图 1-37 所示。完成后 见图 1-38 所示。

图 1-37 销钉连接实物图

图 1-38 连接完成图

图 1-39 轴对齐图

图 1-40 平移图

(9)单击 弹出“拖动”对话框,点击 图标,然后选 b.prt 的一个点可以拖动 b.prt 绕着轴旋转。按下 后给当前机构拍照,列表框中增加快照 Snapshot1。拖动 b.prt 在不同的位置拍照,列表框中增加 Snapshot2 ,Snapshot3, Snapshot4 等快照列表。 如图 1-41 所示。 (10)任意选取其中某个快照,单击 可以使机构重新定义到该快照中所记录的机构位置, 选取快照 Snapshot3,并在文本框中将其改为 snapshot4,再单击 ,则将快照 Snapshot3 改成快照 snapshot4 所记录的机构位置。 (11)单击“约束”选项卡→单击“ ”锁定主体图标,选择 b.prt 和 c.prt,单击“确 定”→“确定”如图 1-42 所示,则完成主体锁定定义。列表框中出现“主体-主体锁 定”复选框,去掉前面的勾号可以解除主体-主体锁定。系统以青色显示主动主体 b.prt, 以橙色显示从动主体 c.prt。 单击 拖动。 可看见 c.prt 随 b.prt 之一起转动。 实体图参考如图1-43 所示。

图 1-41 增加快照图

图 1-42 增加主体锁定图

图1-43 主体锁定实例参考图

1.4.5 定义驱动
定义完连接后就需要加饲服电机才能驱使机构运动,单击“机构”→“伺服电动机”或 直接单击工具栏图标 。 弹出 “伺服电动机” 对话框如图1-44 所示。 在对话框右边有新建, 编辑,复制,删除四个按钮,左边的列表框显示定义的饲服电动机名称和状态,在 Pro/E 中这样的对话框很多, 可以方便的进行管理。 单击 “新建” 按钮弹出饲服电动机定义对话框。

图 1-44 伺服电动机对话框 1. “新建”按钮:可以创建伺服电动机。 2.“编辑”按钮:重新编辑选定的伺服电动机。 3. “复制”按钮:在原有的基础上重新创建同样的电动机。 4. “删除”按钮:删除选定的电动机。 单击“新建”弹出“伺服电动机定义”对话框。 1. “名称”文本框:系统自动建立缺省名称 ServerMotor1,用户可以更改之。 2“类型”选项卡:指定伺服电动机的类型和方向等如图 1-45 所示。 (1) “从动图元”下拉列表框。选择伺服电动机要驱动从动图元类型为连接轴型,点型和 面型中的一种。 ·连接轴:使某个接头作指定运动。 ·点: 使模型中的某个点作指定运动。 ·平面:使模型中的某个平面作指定运动 (2)单击 可以在窗口中直接选定连接轴 (3) “反向”按钮:改变伺服电动机的运动方向 ,单击反向按钮则机构中伺服电机黄色 箭头指向相反的方向。 (4)“运动类型” :可以指定伺服电机的运动方式。如果从动图元选择为连接轴,变为灰 色不可选状态,同时系统自动选择为选转。

图 1-45 伺服电动机定义对话框 图 1-46 轮廓选项卡 3“轮廓”选项卡:可以指定伺服电机的速度,加速度位置等如图 1-46 所示。 (1)“规范”组合框: 可以调出连接轴设置对话框,旁边的下拉框可以选择速度,加速度,位置三种类型。 对于不同的选项,相应会有不同的对话框出现。 位置: 单击直接调用连接轴设置对话框设置连接轴。 选定的连接轴将以洋红色箭头标示, 同时高亮显示绿色和橙色主体。如图 1-47 所示

图 1-47 位置对话框类型 速度:出现初始位置标签,选择当前。则机构以当前位置为准,也可以输入一个角度后 按 使机构的零位置变为数字所指示的位置。如图 1-48 所示。 加速度:在出现初始角度标签的同时,增加了一个初始角速度标签,可以指定初始角速 度的大小。如图 1-49 所示。

图 1-48 速度对话框类型 图 1-49 加速度对话框类型 (2)“模”组框:用来选取电动机的运动方程式。 在下拉组框中有常数,余弦,斜坡等 9 种类型,选择每一种类型都有对应的对话框弹 出。这几种模类型如下

图 1-50 模类型图

图 1-51 常数类型

图 1-52 斜坡类型

图 1-53 余弦函数类型

图 1-54

SCCA 类型

图 1-55 摆线类型

图 1-56 抛物线类型 图 1-57 多项式类型 在所有这些模的类型当中,当选择 SCCA 类型时,对话框自动选择加速度为规范,且变为灰 色不可选状。每一种类型的模选项,均对应各自的参数输入对话框。参数的具体意义见表 1-2。表类型和用户自定义类型为野火 2.0 新增加的模类型。 对于如图 1-58 所示的表类型,需要编写扩展名为“.tab”的机械表数据文件。该文件 包括“时间”栏和“项”栏。时间是电动机运行的时间段,在“项”栏中是电动机的参数, 包括位置,速度,加速度等。需要用记事本编辑。编辑后保存扩展名为“.tab”的文件。 ? 单击该按钮,弹出如图

图 1-58 表类型

图 1-59 用户自定义类型

图 1-60 选取表格文件对话框

函数类型 常数 线性

说明 恒定轮廓 轮廓随时间做线性变化

所需设置 q = A 其中 A 为 常数。 q = A + B*x A =为常数,B 为斜率。

余弦

要为电动机轮廓指定余弦曲 线时,使用该类型。 用于模拟凸轮轮廓输出。 用于模拟凸轮轮廓输出。

q = A*cos(360*x/T + B) + C A 幅值,B 相位 C 偏移量,T 周期。 略 q = L*x/T - L*sin(2*Pi*x/T)/2*Pi L 总高度,T 周期。

(SCCA) 摆线

抛物线

可用于模拟电动机的轨迹。

q = A*x + 1/2 B(x ) A 线性系数,B 二次项系数

2

多项式

用于一般的电动机轮廓。

q = A + B*x + C*x + D*x A 常数项,B 线性项系数。

2

3

C 二次项系数,D 三次项系数。 表 1-2

4“图形”选项卡:以图形形式表示轮廓,使之以更加直观的形式来查看。

图 1.29 (1) 按钮:点此进入图形工具对话框

(2) “位置”复选框:在图形中只显示出位置随时间的关系曲线 (3) “速度”复选框:在图形中只显示出速度随时间的关系曲线 (4) “加速度”复选框:在图形中只显示出随时间的关系曲线 (5) “在单独图形中”:三种曲线在单独的图形中显示出来取消则可以在一个坐标系下 显示。

图 1.31 1.4.5 运行分析: 点击“机构”→“分析”,或直接单击工具栏图标 ,弹出分析对话框,此对话框和伺服 电动机对话框类似,用来建立和管理分析集,单击“新建”按钮,弹出分析定义对话框 1 名称:系统缺省为分析命名,用户可以更改之 2 类型:下拉组合框。用户可以选择进行运动学,动态,静态,力平衡和重复组件分析。 (1) 运动学:运动学是动力学的一个分支,它考虑除质量和力之外的运动所有方面。运动 分析会模拟机构的运动,满足伺服电动机轮廓和任何接头、凸轮从动机构、槽从动机 构或齿轮副连接的要求。运动分析不考虑受力。因此,不能使用执行电动机,也不必 为机构指定质量属性。模型中的动态图元,如弹簧、阻尼器、重力、力/力矩以及执 行电动机等,不会影响运动分析 (2) 动态: 使用动态分析可研究作用于机构中各主体上的惯性力、 重力和外力之间的关系。

(3) 静态:使用静态分析可研究作用在已达到平衡状态的主体上的力 (4) 力平衡:力平衡分析是一种逆向的静态分析。在力平衡分析中,是从具体的静态形态 获得所施加的作用力,而在静态分析中,是向机构施加力来获得静态形态 (5) 重复组件: 使用重复组件分析可确定机构能否在采用的伺服电动机和连接要求下进行 装

图 1.32 3“优先选项”选项卡 (1)图形显示分组框:确定进行运行时的时间和帧频等。 (2)“锁定的图元”: 锁定主体, 先选的为先导主体, 后选的为从动主体。 从动主体对主动主体保持不变。 选取要锁定的接头或凸轮从动机构连接。 删除不需要的约束。

图 1.33 (3)初始配置:可以确定零位置为当前或是选取快照所确定的位置。 4“电动机”选项卡: (1)显示出电动机列表,起止时间 (2) (3) 添加新行 添加所有的电动机

(4)

删除电动机

图 1.34 5“外部负荷”选项卡: 进行运动学分析时该选项卡为灰色不可选状态, 可参照电动机选项卡, 与电动机选项卡相 比,该项下部多了启用重力和启用所有摩擦复选框。

图 1.35 1.4.6 回放 查看机构中零件的干涉情况、 将分析的不同部分组合成一段影片、 显示力和扭矩对机构 的影响,以及在分析期间跟踪测量的值 运行分析后,点击“机构”→“回放”或直接单击工具栏图标 进入回放对话框。

1“结果集”下拉框:显示所有的结果集,用户可以选取特定的结果集进行分析。 2“干涉”选项卡:可以设定进行干涉分析的类型。 (1)“模式”:给出在回放期间要检查的干涉类型。 无干涉:不进行干涉检查。 快速检查:进行低层次的干涉检查,系统会自动选取"停止回放"作 为一个选项。 两个零件:允许指定两个零件进行干涉检查,产生干涉的区域将会加亮。 全局干涉:检查整个组件中所有元件间的干涉,产生干涉的区域将会加亮。 (2) “选项”:提供相对于干涉检查类型附加分析。 包括面组:将曲面作为干涉检查的一部分。

停止回放 :一旦检测到干涉, 就停止回放。 此选项只可用于"两个零件"或"全局干涉"

图 1.36 3 “影视进度表”:可指定要查看的部分以及在回放期间是否要显示回放已用去的时间。 (1)显示时间:可以在回放期间在绘图窗口左上角显示逝去时间。 (2) 缺省进度表:控制是否要查看整个分析。取消选中则可指定要回放的时间段。 开始:输入开始时间 终止:输入结束时间 按此键把输入的数字增加到列表中 更改列表中的数字 删除列表中的数字

图 1.37 按 后进入动画对话框:动画可以实现机构的即时运动查看,可以实现快进,快退,循环 播放。通过捕获可以制作成可以播放的流媒体文件。

图 1.38

⑩ 单击“机构”→“伺服电动机”或直接单击工具栏图标 →“新建”→弹出“伺服电动 机定义”对话框→选择 a.prt 和 b.prt 间的连接轴→单击“轮廓”选项卡→选择“速度” 类型→选择“模”为常数→输入 A 为 20→单击应用→确定→回到“伺服电动机定义”对 话框→关闭。 11 单击 弹出“分析”对话框→点击“新建”→接受默认的名称→选择分析类型为“运动 ○ 学”→输入运行时间为 20→接受下面所有默认的选项→点击“运行”→运行完后确定→ 回到“分析”对话框→关闭。 12点击 进入“回放”对话框→选择“全局干涉”点击 →系统计算干涉情况,若有干涉 ○ 回出现红色标志干涉区域→继续按 →弹出“动画”对话框→按 播放,察看运动 情况 13单击“捕获”→接受缺省值→确定 制定视频动画播放文件。 ○ 1.4.7 特殊连接 在野火中有三种特殊的连接, 可以设置特殊连接后进行各种分析, 这三种连接分别为凸 轮副连接,槽连接,齿轮运动副连接下面分别介绍: 一、凸轮副连接 点击“机构”→“凸轮”或直接点击图标 进入凸轮机构连接对话框,点击“新建” 弹出凸轮从动机构连接定义对话框,名称编辑框显示出系统缺省定义的凸轮名称。

图 1.39 1 “凸轮 1”选项卡:定义第一个凸轮 (1)“曲面/曲线”:单击箭头选取曲线或曲面定义凸轮工作面,在选取曲面时若钩选自动 选取复选框则系统自动选取与所选曲面相邻的任何曲面,凸轮与另一凸轮相互作用的 一侧由凸轮的法线方向指示。 如果选取开放的曲线或曲面, 会出现一个洋红色的箭头, 从相互作用的侧开始延伸,指示凸轮的法向。 选取的曲线或边是直的,“机械设计模块”会提示选取同一主体上的点、顶点、平面实 体表面或基准平面以定义凸轮的工作面。 所选的点不能在所选的线上。 工作面中会出现 一个洋红色箭头,指示凸轮法向。

图 1.40 通过曲面选取方式

图 1.41

图 1.42

通过直线选取方式

2“凸轮 2”选项卡:定义第二个凸轮,与“凸轮 1”选项卡类似。 3“属性选项卡” (1)升离:启用升离允许凸轮从动机构连接在拖动操作或分析运行期间分离 e 在 0-1 之间 (2)摩擦: us 静摩擦系数 Uk 动摩擦系数

图 1.43 凸轮连接例子: 下拉菜单“文件”→“设置工作目录”→“选取文件目录”确定 1. 点击“文件”下拉菜单→点击“新建”→“组件”→输入名字 asm→不使用缺省模板→ 选取 mmns_asm_design→确定; 2. 点创建图元→骨架模型→创建特征→确定; 3. 创建基准轴→选取 ASM_RIGHT 基准面→按住 CTRL 选取 ASM_TOP 基准面→确定 4. 创建基准轴→选取 ASM_FRONT→用鼠标拖动白色方格分别至 ASM_RIGHT,ASM_TOP 基准 面,偏移参照距离分别为 64.5 和 25→确定;(该 25 依据具体位置不同也可为-25,主 要是使 A_2 轴在 A_1 轴右上方) 5. 点击创建基准面→选取 ASM_FRONT→输入偏距平移 5→确定

图 1.44

图 1.45 6 点击下拉菜单“窗口”→“激活” 7 点击→选取 a.prt→打开→在弹出的元件放置对话框中选择连接→接受默认的连接名→选 择连接类型为销钉→选取 a.prt 的连接轴 A_2→组件参照选取 ASM_SKEL.PART 的轴 A_1→平 移选取→选取元件参照为 FRONT 面→组件参照为 ASM_FORNT→确定

图 1.46 8 添加元件→选取 c.prt→打开→选取连接→接受缺省名称→设置连接类型为销钉连接→选 取 c.prt 的轴 A_4 与 ASM_SKEL.PRT 的 A_2 对齐→选取 c.prt 的 front 面与 DTM1 平移对齐 →确定

图 1.47 9 添加元件→选取 b.prt→打开→选取连接选项卡→接受缺省名称→设置连接为销钉连接 →选取 b.prt 的轴 A_3 与 c.prt 的轴 A_3 对齐→选取 b.prt 的 front 面与 c.prt 背对当前 视图的平面平移对齐,并输入平移偏距为 5→按 Enter 键→确定

最后完成图如下

图 1.48 10 下拉菜单“应用程序”→“机构” 11 按下凸轮→在弹出的“凸轮从动机构连接”对话框中点击“新建”→弹出“凸轮从动机 构定义”对话框→在“凸轮 1”选项卡中钩选“自动选取”复选框→选取靠近小圆弧的 曲面→确定→点选“凸轮 2”选项卡→钩选“自动选取”复选框→选取圆柱外表面→确 定→回到“凸轮从动机构连接”对话框→关闭。如下图示

图 1.49 12 点下伺服电动机 →弹出“伺服电动机”对话框→点击“新建”→在“类型”选项卡中 选取“连接轴”→选取 a.prt 的 connection_1 连接→点击“轮廓”选项卡→在“规范” 中选取“速度”→“模”选取常数→输入 A 为 20→确定→回到“伺服电动机”对话框→ 关闭; 13 点击 →弹出“分析”对话框→点击“新建”→接受默认的名称→选择分析类型为“运 动学”→输入运行时间为 30→接受下面所有默认的选项→点击“运行”→运行完后确定 →回到“分析”对话框→关闭;

14 点击 进入“回放”对话框→点击 情况 二 槽从动连接机构

→弹出“动画”对话框→按

播放,察看运动

槽从动机构是两个主体之间的点-曲线约束。主体一上有一条 3D 曲线(槽),主体二 上有一个点(从动机构)。从动机构点在整个三维空间中都随槽运动。可使用一条开放或闭 合曲线来定义槽。槽从动机构会将从动机构点约束在定义曲线的内部, “机械设计模块”不 检查包括从动机构点和槽曲线的几何上的干涉。 不必确保槽和槽从动机构几何正好拟合在一 起。

图 1.50 1 图元选项卡: (1) 从动机构点: 从动机构点必须在一个和槽曲线不同的主体上。可以选取一个基准点或一个顶点。 基 准点必须属于一个单独的主体 , 组件级基准点不能用作从动机构点。 要创建零件级 基准点,不必关闭或再生组件。打开零件并定义点。关闭零件时,组件中的主体将包 含刚创建的点。 (2) 槽曲线: 槽曲线可以为平面、非平面曲线、边、基准曲线、开放或封闭曲线。所选曲线必须 相邻,但不必是平滑曲线。可选取多条不连续的曲线。 (3) 槽端点: 可以为槽端点选取基准点、顶点、曲线/边及曲面。如果选取曲线、边或曲面,槽端 点则位于所选图元和槽曲线的交点处。 如果不选取端点, 槽从动机构的缺省端点就是为槽所选的第一条和最后一条曲线的最 末端。 如果为槽从动机构选取一条闭合曲线,或选取形成闭合环的一系列曲线,则 不必指定端点。但是,如果选择在一闭合曲线上定义端点,则最终槽将是一个开口槽 2 属性选项卡: (1) 恢复系数:用来定义冲击等 e 在 0-1 之间 (2) 摩擦:用来定义摩擦

图 1.52

1 点“新建”→“组件” →输入名字 asm→不使用缺省模板→选取 mmns_asm_design→确定; 2 新建基准面。选取 ASM_RIGHT→输入偏距 30→确定

图 1.53 3 按下 →选取 dizuo.prt 文件→打开→按下 接受缺省约束→确定;

4 按下 →选取 guanpan.prt 文件→打开→弹出“元件放置”对话框→选取“连接”→接受 缺省名称→选取连接类型为销钉→并选取 guanpan.prt 的 A_5 轴与 dizuo.prt 的 A_5 对齐 →图示两个面为平移面→单击反向使带曲线的一面朝外→确定; (注:其间要用到移动选 项卡移动 guangpan.prt 以便于选取平移面)

图 1.54 5 按下 →选取 suo.prt→打开→弹出放置对话框→选约束选项卡→设置如下的约束

图 1.55 完成后如下图示

图 1.56

6 按下

→选取 ydzhou.prt→打开→弹出“元件放置”对话框→选约束选项卡

图 1.57

7 按下 →选取 zheng.prt →打开→弹出“元件放置”对话框→选“连接”选项卡→设置 连接为“滑动杆”连接→选取 zheng.prt 的轴 A_2 与 ydzhou.prt 的轴 A_2 对齐→旋转约 束选取两者的 top 面→确定;具体见下图

连接选项卡

轴对齐

旋转

图 1.5

图 完成后的图 8 下拉“应用程序”菜单→点击“机构”,进入机构环境→单击 弹出“槽从动机构连接” 对话框→单击 “新建” →弹出 “槽从动机构连接定义” 对话框按下图选取→确定→回到 “槽 从动机构连接”对话框→关闭。(注:显示基准点需要按下 ,另外可以通过“编辑” →“查找”→弹出“搜索工具”来方便查找)



图 9 单击“机构”→点击“连接轴设置”→选取滑动连接→在如下位置生成零点→在“属性” 选项卡中启用限制→输入合适的数值(此数值依据具体情况会有不同数值)→确定

图 10 建立伺服电动机:单击点下伺服电动机 →弹出“伺服电动机”对话框→点击“新建” →在“类型”选项卡中选取“连接轴”→选取 guangpan.prt 上的连接轴→点击“轮廓” 选项卡→“规范”选项卡中选取“速度”→“初始位置”接受当前位置→选取“模”为 常数,A 输入为 20→确定→回到“伺服电动机定义”对话框→关闭 11 单击 弹出“分析”对话框→点击“新建”→接受默认的名称→选择分析类型为“运动 学”→输入运行时间为 30→接受下面所有默认的选项→点击“运行”→运行完后确定→ 回到“分析”对话框→关闭; 12 点击 进入“回放”对话框→点击 情况 →弹出“动画”对话框→按 播放,察看运动

可以看到光盘在转动时,针是沿着轴作直线运动。可以单击保存按钮保存该结果。 三 齿轮从动连接: 使用齿轮副可控制两个连接轴之间的速度关系。 齿轮副中的每个齿轮都需要有两个主体 和一个接头连接。第一主体指定为托架,通常保持静止。第二主体能够运动,根据所创建的 齿轮副的类型,可称为齿轮、小齿轮或齿条。齿轮副连接可约束两个连接轴的速度,但是不 能约束由接头连接的主体的相对空间方位。 在齿轮副中,两个运动主体的表面不必相互接触就可工作。这是因为“机械设计”中的齿轮 副是速度约束,并非基于模型几何,因此可以直接指定齿轮比。



1“齿轮 1”选项卡: (1) 连接轴:选取一个连接轴 (2) 主体: 齿轮:选取一个旋转连接轴。接头上出现一个双向的着色箭头,指示该轴的正方向。 旋转方向由右手定则确定。 托架:选取托架 使齿轮和托架颠倒。 (3)节圆: 输入节圆直径后按 Enter 键改变节圆大小。 (4)图标位置:显示节圆和连接轴零点参照。单击鼠标中键可接受缺省位置 2“齿轮 2”选项卡:同上 3“属性”选项卡:

图 “齿轮比” :定义齿轮副中两个齿轮的相对速度 (1)节圆直径:使用在“齿轮 1” 和“齿轮 2”选项卡中定义的节圆直径比的倒数作 为速度比,D1 和 D2 变为不可编辑。 (2)用户自定义:在“齿轮 1” 和“齿轮 2”下输入节圆的直径值。齿轮速度比等于 节圆直径比的倒。 齿轮副连接实例: 1.将工作目录设置到 chilun 文件夹 2.单击“文件”→“新建”→“组件”→输入名字 asm→不使用缺省模板→确定→选取 mmns_asm_design→确定; 3.在左边目录树“显示/设置”中选择下拉“设置”选项卡→选择“树过滤器”→勾选“特 征”复选框→确定 4.单击 基准轴图标→选取 ASM_RIGHT 面→按住 CTRL 键选取 ASM_TOP→确定

5.单击 基准轴图标→选取 ASM_FRONT 面→移动白色小方框至 ASM_TOP 面距离为 0→移动另 外一个方框至 ASM_RIGHT 面距离为 62.5→确定;

图 6.单击 →选取 chilun1.prt→打开→弹出“元件放置”对话框→选“连接”选项卡→设置 连接为“销钉”连接→选择 chilun1.prt 的 GEAR.AXIS 轴与 AA_1 轴相对齐 →选择 ASM_FRONT 与齿轮的前端面平移匹配→确定;

图 7. 单击 →选取 chilun2.prt→打开→弹出“元件放置”对话框→选“连接”选项卡→设 置连接为“销钉”连接→选择 chilun2.prt 的 GEAR.AXIS 轴与 AA_2 轴相对齐 →选择 ASM_FRONT 与齿轮的前端面平移匹配→确定;完成后如图示

图 8. 下拉菜单“应用程序”→“机构” 9. 单击 →弹出“齿轮副”对话框→单击“新建”→在弹出的“齿轮副定义”对话框中接 受缺省的名称→“类型”选择为标准齿轮→选取左边的连接轴→在“主体”选项卡中系 统自动选取了齿轮和托架→输入节圆半径为 50→单击“齿轮 2”选项卡→选取右边的连 接轴→在“主体”选项卡中系统自动选取了齿轮和托架→输入节圆半径为 75→确定→回 到“齿轮副定义”对话框→关闭。



10.单击“拖动”任意选取一点拖动齿轮可以查看运动状态 11.单击“机构”→单击“连接轴设置”→选取左边的连接轴→输入合适的数字使两齿轮刚 好啮合并在此位置生成零点→单击“再生值”选项卡→并指定再生值为 0,则齿轮重新 定位到刚好啮合状态→确定



图 12.建立伺服电动机:单击伺服电动机 →弹出“伺服电动机”对话框→点击“新建”→在 “类型”选项卡中选取“连接轴”→选取 chilun1.prt 上的连接轴→点击“轮廓”选项 卡→“规范”选项卡中选取“速度”→“初始位置”接受当前位置→选取“模”为常数, A 输入为 20→确定→回到“伺服电动机定义”对话框→关闭 13.单击 弹出“分析”对话框→点击“新建”→接受默认的名称→选择分析类型为“运动 学”→输入运行时间为 30→接受下面所有默认的选项→点击“运行”→运行完后确定→ 回到“分析”对话框→关闭; 14.点击 进入“回放”对话框→选择“全局干涉”点击 →系统计算干涉情况,若有干涉 回出现红色标志干涉区域→继续按 →弹出“动画”对话框→按 播放,察看运 动情况 15.单击“捕获”→接受缺省值→确定 制定视频动画播放文件

图 机械动态:“机械动态” 包括多个建模图元,其中包括弹簧、阻尼器、力/力矩负荷以及重 力。可根据电动机所施加的力及其位置、速度或加速度来定义电动机。除重复组件和运动分

析外,还可运行动态、静态和力平衡分析。也可创建测量,以监测连接上的力以及点、顶点 或连接轴的速度或加速度。 执行电动机:打开“执行电动机”对话框,使用此对话框可定义执行电动机,也可编 辑、移除或复制现有的执行电动机。 弹簧:打开“弹簧” 对话框,使用此对话框可定义弹簧,也可编辑、移除或复制现有 的弹簧。 阻尼器: 打开“阻尼器”对话框,使用此对话框可定义阻尼器,也可编辑、移除或复 制现有的阻尼器。 力/扭矩: 打开“力/扭矩”(对话框,使用此对话框可定义力或扭矩。也可编辑、移 除或复制现有的力/扭矩负荷。 重力:打开“重力” 对话框,可在其中定义重力。 初始条件:打开“初始条件”对话框,使用此对话框可指定初始位置快照,并可为点、 连接轴、主体或槽定义速度初始条件。 质量属性:打开“质量属性”对话框,使用此对话框可指定零件的质量属性,也可指 定组件的密度。

在装配模式单击“应用程序”→单击“机构”下拉菜单→单击 →弹出“重力”对话框

或直接点右边工具栏图标

图图 1 模:在文本框中可以输入重力加速度大小 模是以"距离/秒 "为量纲的 必须给重力加速度的模输入一个正值。距离单位取决于为 组件所选的单位,要改变单位,可使用“编辑”→“设置”→“单位”命令。
2

图 2 方向:可以输入 X、 Y、和 Z 坐标,以定义重力加速度力的向量。重力加速度的缺省方向 是“全局坐标系”(WCS) 的 Y 轴负方向 定义完后,模型中会出现指示重力加速度方向的 WCS 图标和箭头,在进行动态、静态、 或力平衡分析时,如果要使“机械设计”在计算过程中包括重力,需要选中“分析定义”对 话框的“外部负荷”选项卡中的“启用重力”复选框。如下图示



执行电动机: 使用执行电动机可向机构施加特定的负荷。执行电动机引起在两个主体之间、 单个自由度内产生特定类型的负荷。执行电动机一般用在动态分析中,执行电动机通过对平 移或旋转连接轴施加力而引起运动。 可在每个动态分析的定义中打开和关闭执行电动机。 单击“机构”下拉菜单→单击“ 执行电动机”或直接点右边工具栏图标 电动机”对话框单击“新建”→弹出“执行电动机定义”对话框 →弹出“执行



大部分选项是和饲副服电动机一样的 创建弹簧: 单击“机构”下拉菜单→单击“ 弹簧”或直接点右边工具栏图标 对话框→单击“新建”→弹出“弹簧定义”对话框 →弹出“弹簧”

图 1“名称”:缺省名称为 spring1,用户可以改变之 2“参照类型”选项卡:选取定义弹簧的参照 可以在连接轴上定义弹簧,也可以在两点之间定义弹簧,





3“属性”选项卡:可以定义弹簧的有关参数 力=k﹡(x-U),该公式为定义弹性力大小的公式,K为弹性系数,,U为 弹簧初始长度,单位依据用户选择单位制而不同。

阻尼: 阻尼器是一种负荷类型,阻尼器产生的力会消耗运动机构的能量并阻碍其运动。例如, 可使用阻尼器代表将液体推入柱腔的活塞减慢运动的粘性力。 阻尼力始终和应用该阻尼器的 图元的速度成比例,且与运动方向相反 单击“机构”下拉菜单→单击“ 阻尼器”或直接点右边工具栏图标 →弹出“阻尼 器”对话框→单击“新建”→弹出“阻尼器定义”对话框,有三种方式定义阻尼器参照类型。



连接轴,点至点,槽,属性中c为阻尼系数。 力和扭矩: 可以应用力/扭矩来模拟对机构运动的外部影响。 力/扭矩通常表示机构与另一主 体的动态交互作用,并且是在机构的零件与机构外部实体接触时产生的 单击“机构”下拉菜单→单击“ 力/扭矩”或直接点右边工具栏图标 矩”对话框→单击“新建”→弹出“力/扭矩”定义对话框 →弹出“力/扭







初始条件:初始条件指位置和速度设置,为了进行动态分析,有时候需要指定初始条件。 单击 进入“初始条件定义”对话框

图 1 名称:系统自动启用缺省名称,用户可以更改之。 2 快照:此为定义位置初始条件,可以选择已经拍下的快照,点击 构位置。 3 速度条件: 定义点或顶点处的线速度,选取一个点或顶点作为参照图元。 定义连接轴的旋转或平移速度,选取连接轴作为参照分析。 定义主体沿已定义向量的角位移,选取一个主体作为参照图元。 定义从动机构点相对于槽曲线的初始切向速度,选取一个槽从动机构连接作为参照图 元。 计算具有速度约束的模型,测试是否正确,机构是否可以驱动。 删除加亮显示的约束。 ,也可以采用当前的机

质量属性:运行动态和静态分析,需要为机构指定质量属性,机构的质量属性由其密度、体 积 质量,惯性矩组成。

点击 图

进入“质量属性”对话框

1 参照类型:可以选择零件,组件,和主体三个选项。 零件:选择该项,可指定其质量、重心及惯量,其他项不可选。 组件:选择该项,只能指定要进行计算的质量块的密度。 主体:选择该项,则只能查看其质量属性,不能对其进行编辑。 2 零件:单击箭头可以选择需要定义的零件。 3 定义属性:用于选取定义质量属性的方法,包括 缺省:此选项可用于所有三种参照类型。如果选取此选项,所有输入字段将保持非活动 状态。对话框根据在 Pro/ENGINEER 中定义的密度或质量属性文件来显示质量属 性值。如果在 Pro/ENGINEER 中既未指定密度,也未指定质量属性,"机械动态" 将为模型显示缺省值。 密度:如果已选取了零件或组件作为参照类型,则此选项可用。使用此选项用密度定义 质量属性。只能选取体积大于零的零件或组件 质量属性:此选项仅当选取了零件作为参照类型时可用。使用此选项,可定义质量、重 心及惯性矩。 4 坐标系:选取零件或主体的坐标系 5 基本属性:包括密度,体积,质量。对于不同的参照类型,不可选项会有不同 6 重心:指定重心 7 惯量:可以指定惯量是在坐标系原点或是在重心。

实例: 1下拉菜单“文件”“设置工作目录”“选取文件目录”确定 2单击“文件”下拉菜单→点“新建”→“组件”→输入名字 asm→不使用缺省模板→选取 mmns_asm_design→确定; 3单击 省放置 →选取 jizuo.prt 文件→弹出“元件放置”对话框→在约束选项卡中直接点击缺 →确定

4单击 →选取 tanpian.prt 文件→弹出“元件放置”对话框→选“连接”选项卡→设置 连接为“滑动杆”连接→选择 jizuo.prt 轴 A_2 与 tanpian.prt 的轴A_2 相对齐 →选择 tanpian.prt 的面 right 与ASM_RIGHT 面旋转对齐→确定 5单击 →选取 qiu.prt 文件→弹出“元件放置”对话框→选“连接”选项卡→设置连接 为“滑动杆”连接→选择 jizuo.prt 轴 A_3 与 qiu.prt 的轴A_2 相对齐 →选择 qiu.prt 的 面 right 与ASM_RIGHT 面旋转对齐→确定,完成后如图示

图 6下拉“应用程序”菜单→点击“机构”,进入机构环境→单击 弹出“槽从动机构连接” 对话框→单击“新建”→弹出“槽从动机构连接定义”对话框按下图选取→在属性显项卡中 设置恢复系数 e 为 1,表示弹性碰撞→选取确定→回到“槽从动机构连接”对话框→关闭。

图 7 设置重力加速度 单击 进入重力加速度对话框,使得 z 方向为-1,x 和 y 方向为 0,

图 8 赋予质量属性: 单击 进入“质量属性”对话框→“参照类型”选择为“零件”→选择 qiu.prt→选择“定 义属性”为“质量属性”→设置“质量”为 0.003→“惯性”选择在重心→单击“应用”→ 确定,如下图示



9 单击 选择一个合适的位置拍照为 sanpshot1 关闭。 此步是为了便于以后快速的定位到预 先设置的位置。 10 定义初始位置

图 11 单击 弹出“分析”对话框→点击“新建”→接受默认的名称→选择分析类型为“动态” →输入运行时间为 2→帧频为 100→选择初始条件为定义的初始条件并单击 →单击外部负 荷选择“启用重力 ”复选框→在锁定的图元中选择 →选择 jizuo.prt 和 tanpian.prt→ Enter→点击“运行”→运行完后确定→回到“分析”对话框→关闭;(该分析为测试弹片 固定不动时小球的运动情况)。

图 12 点击 动情况 进入“回放”对话框→继续按 →弹出“动画”对话框→按 播放,察看运

13 单击“捕获”→接受缺省值→确定 制定视频动画播放文件 14 单击 进入测量定义对话框

图 单击“新建测量”→选择“位置”类型→选择 qiu.prt 上的基准点→坐标系选择 tanpian.pr 的坐标系为参考坐标系→选取测量方向为 z 方向→点击应用→确定

图 选择结果集按得出下面的图形,可以看出小球的最大上升距离为 11 逐渐衰减。

图 单击 “新建测量” →选择 “速度” 类型→选择 qiu.prt 上的基准点→坐标系选择 tanpian.prt 的坐标系为参考坐标系→选取测量方向为 z 方向→点击应用→确定

图 得出的图形如下图示小球的最大速度约为 450(mm/sec)



15 加入弹簧: 单击“机构”下拉菜单→单击“ 弹簧”或直接点右边工具栏图标 →弹出“弹簧”对话 框→单击“新建”→弹出“弹簧定义”对话框,按图所示定义弹簧。定义完后系统自动加上 了一个弹簧。

图 16 单击 弹出“分析”对话框→点击“新建”→接受默认的名称→选择分析类型为“动态” →输入运行时间为 2→帧频为 100→选择初始条件为定义的初始条件并单击 →单击外部 负荷选择“启用重力 ”复选框→单击运行,运行结束后单击确定→关闭 17 点击 进入“回放”对话框→继续按 动情况 →弹出“动画”对话框→按 播放,察看运

18 单击 进入测量定义对话框→单击 “新建测量” →选择 “速度” 类型→选择 qiu.prt 上 的 基准点→坐标系选择 jizuo.prt 的坐标系为参考坐标系→选取测量方向为 z 方向→点击

应用→确定

图 从速度图可以看出小球的最大速度有所降低并且由于弹簧的作用,使得小球不停的往复运 动。 测量结果与图形工具详解:



安装该模块。。 。。

结构和热力学模拟 结构和热力学模拟是一种 CAE 工具,能够模拟现实中模型的行为,计算应力,应变,频率,扰度 和热力学传导路径,在实验室里模拟现实世界. 结构和热力学是两种不同的模拟模式. 结构模式用来模拟模型和装配的结构行为. 通过给模型施加载荷和约束,进而来考察静态, 模态,预应力,翘曲,振动, 结构模式主要用来解决线性,小变形问题,结构模块和疲劳向导 结合可用来研究模型的疲劳周期问题。 热力学模块:主要用来解决模型和装配的热力学行为。使用这个模块,可以为模型应用热应 力,指定温度,和对流条件。进而进行稳态和暂态热力分析。 在 proe 中 结构和热力学模块可以以两种方式进行。集成模式和独立模式。 在集成模式中,用户是在 pro/engineer 的主模块下进行操作的, 大体的工具栏还在, 只不过 添加了该模块的特殊的工具图标和菜单。选择应用—〉mechanica 进入集成环境,要保证能 进入,当前进程一定要有 part 或 asm 模型,才能保证菜单的激活。 独立模式中 ,用户是在独立的界面中进行工作,几何模型可以从 pro/engineer 中输入,也 可以是从其他结构和热力学几何创建工具中导入。 独立模式可以脱离 pro/e 进行工作。 是一 个独立的模块。在程序文件夹 ptc 中可以看到该模块的程序家文件 pro mechanica(如果正 确安装了的话) 进行 mechanica 有两种工作流程。 无论是结构分析或是热力学模拟, 当用户进行对产品进行

分析和优化设计时,必须为模型赋予各种行为需求并按照一定的顺序进行分析。一种是 native 流程,一种是 fem(有限元模式) 流程 Native 流程 Fem 流程


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