Pro/E在正弦機構運動仿真分析中的應用

朱燦一，康劉陽，徐飛寧

（長安大學，陜西西安710064）

Pro/E在正弦機構運動仿真分析中的應用

朱燦一，康劉陽，徐飛寧

（長安大學，陜西西安710064）

本文分析了正弦機構的工作原理，建立正弦機構機構模型，研究了該正弦機構在Pro/E軟件環境中的運動仿真分析。實現快速完成機構設計的同時對所設計結果進行了初步分析檢驗，節約了利用實際產品做實驗所需的時間、人力和財力。通過實例驗證了參數化設計的正弦機構在虛擬裝配之后的運動學仿真。

Pro/E；正弦機構；運動仿真

Pro/E的機構模塊中包含運動仿真和動態分析，對某種機構進行機械運動仿真，必須定義與之相應的運動副，并且要有“動力源”伺服電機來實現機構的運動模擬。通過對機構的運動仿真可以得出一系列結論，比如對機構的速度、加速度、位置、角速度等運動特性進行測量，也可以以圖形的形式來表達這些測量，這樣就可以更直觀的加以分析［1］。

本文基于Pro/E平臺下，對機構進行運動仿真設置的時，對于模型的重力和其他外在作用力可以不予以考慮，此時的運動分析可以測量速度、加速度、位置的變化，對于各個元件之間是否有干涉、自由度發生沖突等都可以進行檢查。從運動仿真的結果中可以得到機構的運動規律以及一系列相關的數據，這樣更能展示機構實際的運行狀態，可以大大簡化機構的開發過程。工業中許多機器都有應用該機構實現機器的運動轉換、動力傳遞或往復運動。如磨齒機、研磨機柴油機、開式壓力機、十字滑塊往復式壓縮機等［2］。

1　裝配

正弦機構屬于連桿機構類型。在鉸鏈四桿機構中一個轉動副轉化為移動副后就成為曲柄滑塊機構。而正弦機構又是由曲柄滑塊機構演化而來的。其演化過程如圖1所示。圖1（a）中用圓弧槽的形式代替曲柄滑塊機構可以得到兩個含有移動副的滑塊四桿機構，如圖1（b）。如果把圓弧槽的半徑無限放大即可演化為正弦機構，如圖1（c）。由該機構的基本型式可以確定它是一種單自由度雙移動副平面連桿機構［3］。

圖1　曲柄滑塊機構演化成正弦機構

首先對正弦機構的零件進行建模，然后對各個零部件進行裝配，此時需要明確零件之間需要滿足的裝配關系，依據所要實現的功能來定義各個零件的自由度。

對機構進行運動仿真與分析，需要以“連接”的方式來裝配零件模型。機構中的零部件需要以機械約束的方式裝配進來，此時該零件相對于其他零部件應該具有某種特定的自由度。在將零部件進行裝配前，應知道該元件與裝置中其他元件的約束關系、相對運動關系和該元件的自由度。裝配結果圖如圖2.

圖2　裝配結果圖

2　運動仿真

2.1建齒輪機構

進入機構運動分析模塊創建齒輪機構如圖3，該機構通過兩個元件進行定義，需要注意的是兩個元件上并不一定需要真實的齒形。它的運動仿真與普通連接的定義方法不同，有各自的特殊參數設置。齒輪機構的傳動比是通過兩個分度圓的直徑來決定的。

圖3　創建齒輪機構

2.23D接觸

利用3D接觸可以實現機構中兩元件之間的接觸不穿透以及碰撞的模擬，3D接觸還可以進行壓力角、接觸面積和滑動速度等參數的分析研究。在擋環與主體之間建立3D接觸如圖4.

圖4　創建3D接觸

2.3定義電動機

在Pro/E仿真中，電動機有伺服電動機、執行電動機和力/扭矩等，其中伺服電動機最常用。機構運動分析模塊（Mechanism）進行伺服電動機的設置，如圖5所示。此時需要指定伺服電動機的函數，也就是要對伺服電動機進行定義，這樣就可以得到電動機的運動形式。對于該機構而言，齒輪2為主動齒輪，因此定義齒輪2的運動軸為動力源，伺服電動機安裝在齒輪2上［4］。

圖5　定義伺服電動機

運動分析可以分析機構中的位移、速度、加速度、距離等。它可以充分的模擬機構的實際運動情況，在進行運動分析時，滿足機構運動的情況下，對于機構的連接方式和伺服電動機的選擇沒有要求。而且運動分析時可以不考慮機構的質量和受力情況，所以，任何載荷和質量以及模型中的彈簧、阻尼等對于機構的運動分析都不會產生影響。從而，在設置時可以不予以考慮。運動分析的設置如圖6所示。

圖6　運動分析的設置

3　運動分析

打開測量窗口，進行測量定義如圖7所示。選擇測量類型為“位置”，選取滑塊的邊末端為測量參考點，從而得出動點的運動規律。測量結果得到一條正弦曲線，分析曲線可知，在伺服電動機勻速旋轉的一個周期內，滑塊作變速往復運動，正弦曲線的波峰和波谷時刻就是滑塊的換向時刻。圖8所示。

圖7　測量定義

圖8　測量結果

4　結束語

對正弦機構的運動分析可知，該機構是一種直線往復運動，這是一種很常見的機械運動。它可以把轉動轉化為直線運動，這在實際生活中應用非常廣泛。通過對該機構的運動仿真以及對輸出運動軌跡和曲線的分析，可以更加直觀的反映出機構的運動軌跡和規律，從而為后續的研究和機構設計開發提供了參考。

［1］周培顯.基于PROE曲柄滑塊機構的運動仿真及分析［J］.新技術新工藝，2012，29002:26-28.

［2］邢亮，沈豫鄂.PROE運動仿真中單向勻速電機實現往復直線運動的方式及分析［J］.艦船電子工程，2009，29；2909: 193-197.

［3］關文芳.正弦機構鍵合圖建模與仿真研究［D］.中南大學，2012.

［4］張榮英，崔向群，丁廣文.淺談Pro/E在機構往復運動仿真中的設置［J］.邢臺職業技術學院學報，2013，30；10605: 74-77.

Key works： Pro/E；sine agencies；motion simulation

Pro/E App lied in Sine Agencies Motion Simulation Analysis

ZHU Can-yi，KANG Liu-yang，XU Fei-ning
（Chang'an University，Xi'an shangxi 710064，China）

This paper analysises the working principle of sine agencies，builds the sine agencies model，researches the motion simulation of the sinusoidal mechanism in Pro/E software environment.To make the rapid completion of the organization design，whilemaking a preliminary analysis test of the results，saving the time，human and financial resources in using the actual products to text.Examples show the motion simulation of parametric-designing sine agencies after the virtual assembly.

TP391

A

1672-545X（2016）05-0260-03

2016-02-22

朱燦一（1990-），男，山東菏澤人，碩士，研究方向：液壓傳動與控制。