基于Pro/E的四桿機構TOP-DOWN自動裝配與運動仿真設計

陳玉

（杭州西奧電梯有限公司，杭州 311199）

基于Pro/E的四桿機構TOP-DOWN自動裝配與運動仿真設計

陳玉

（杭州西奧電梯有限公司，杭州 311199）

采用Pro/E軟件實現四桿機構的TOP-DOWN自動裝配與運動仿真，從而簡化設計過程，提高設計效率，為結構設計提供有力的參考。

TOP-DWON；四桿機構；自動裝配；運動仿真

1 引言

要設計一個四桿機構，一般的方法是先畫出原理圖，假設各基本參數，然后根據解析幾何理論進行數學計算，得出其他參數，并進行驗算。計算過程反復用到三角函數，復雜且精確度有限，設計效率較低。

采用Pro/E軟件，將各參數關聯，實現零件的自動更新，則能省去復雜的計算過程；利用機構仿真替代驗算，自動得出關鍵點的運動軌跡，簡便直觀。本文介紹了一種采用自頂向下的設計偏置曲柄滑塊機構并進行運動仿真驗證的方法，探討利用工程設計軟件簡化設計的一種途徑。

2 設計輸入

設計一個四桿機構，實現滑塊沿水平方向往復運動，滑塊行程200mm，如圖1所示。

根據解析幾何理論，選取 L0、H0、L1、A 為基本參數。L0：滑塊中心至桿1固定端水平距離，L0=600mm；H0：滑塊中心至桿 1固定端垂直距離，H0=200mm；L1：桿 1有效長度，L1=200mm；A：桿 1 與水平方向初始夾角，A=10°；R：滑塊行程，R=200mm。

3 TOP-DOWN設計

圖1 四桿機構簡圖

3.1 布局文件的建立及參數初始值的設定

在Pro/E中新建布局LAY0001.LAY。繪制如圖1所示的簡圖并標注相關尺寸，尺寸代碼自動被識別為參數，按要求設定初值。

3.2 組件與運動骨架建立

在Pro/E中新建空組件FOURLINKGEAR.ASM。在組件下新建一個運動骨架MOTION_SKEL_0001.ASM。

打開MOTION_SKEL_0001.ASM進行編輯，為其添加基礎骨架與零件骨架，如圖2所示。

建立零件骨架時，將LAY0001.LAY聲明到其中，并將各參數賦給對應尺寸，為參數化驗證做好準備。

將完成的零件骨架與基礎骨架進行裝配。為了實現后期的運動仿真，此處需要進行機構類型的裝配。本文中，桿1與固定點是銷釘連接，桿1與桿2也是銷釘連接，滑塊與桿 4（即行程直線）是槽連接。機構示意如圖3所示。

圖2 桿1骨架

圖3 機構示意

圖4 四桿機構

3.3 零件建立

根據零件骨架建立對應零件模型。本文中DESIGN_SKEL_0002.PRT對應桿1，DESIGN_SKEL_0003.PRT 對應桿 2。

3.4 組件裝配

將桿1與桿2裝配至組件FOURLINKGEAR.ASM。因在MOTION_SKEL_0001.ASM已定義好機構，此處只需將零件裝配至對應骨架。PRT0001.PRT裝配至DESIGN_SKEL_0002.PRT，PRT0002.PRT裝配至DESIGN_SKEL_0003.PRT。完成后的四桿機構如圖4所示。

4 運動仿真及參數化驗證

將FOURLINKGEAR.ASM切換至“機構”模塊，左右拖動桿2，觀察桿1是否會越過第一象限。

在滑塊中心點插入向左直線運動與向右直線運動的伺服電動機各一，速度均設置為10mm/sec。創建一個運動分析AnalysisDifinition1（位置），設置Motor1的運行時間從"開始"至19.9sec，Motor2的運行時間從20到結束，運行AnalysisDifinition1（位置）。

插入軌跡曲線，選擇運行結果AnalysisDifinition1，機構運行軌跡曲線自動被記錄至組件。

在LAY0001.LAY中將L0改為400，L1改為250，再生組件，重新運行AnalysisDifinition1，可得到新的機構組成。重復插入軌跡曲線，可得到新的運行軌跡。與之前的軌跡相比，更改后的結構中，運行軌跡明顯變短，桿的上升行程也大幅減小。

圖5 軌跡曲線與參數化驗證

重復運動仿真，優選出符合要求的方案。

5 結論

本文采用Pro/E軟件實現四桿機構的TOP-DOWN自動裝配與運動仿真，簡化了設計過程，提高了設計效率。組件設計既要滿足產品結構需求，又要考慮到設計的可維護性與良好的延拓性。因此在設計時采用自頂向下的合理布局，并利用運動骨架進行運動仿真，在設計初期就全面了解機構的運行軌跡與各種工況，使機構設計更加簡單高效。

［1］韓玉龍.Pro/ENGINEER Wildfire組件設計與運動仿真專業教程［M］.北京：清華大學出版社，2004.

（編輯 黃 荻）

Automatic TOP-DOWN Assembly and Motion Simulation of Four Bar Mechanism Based on Pro/E

CHEN Yu
（Hangzhou XO-Lift Co.,Ltd.,Hangzhou 311199,China）

TOP-DOWN automatic assembly and 3D motion simulation of four bar Mechanism are carried out based on Pro/E.It can simplify the design process and improve the efficiency,and provide a strong reference for structure design.

TOP-DOWN;four bar mechanism;automatic assembly;motion simulation

TP391.7

A

1002-2333（2013）09-0147-02

陳玉（1979-），女，工程師，主要從事機械結構設計工作。

2013-05-23