4 基于Pro/E的健骑机的运动仿真

基于Pro/E的健骑机的模型已经建立，接下来主要确定模型运动仿真的机构组成和初步动态仿真分析。

4.1 机构组件的确定

在Pro/E的组件页面下，在菜单-应用程序-机构中（如图12）对健骑机模型的连接、电动机、分析等进行数据设计。

图12  机购界面

（1）电动机选择把手和脚架的A-2连接为ServoMotor1，初始角设置预览位置为-180deg，模采用余弦，把振幅设置为100，其余默认。如下图13所示。

图13  伺服电动机的确认和定义

（2）右键点击图12分析，在弹出的对话框中，选择类型、终止时间、帧频、最小间隔如下图14所示。

图14  分析界面

（3）最后点击运行，机构则会显示运动轨迹

4.2 运动仿真分析

4.2.1 仿真动画的生成

在确定了4.1中几个步骤之后，点击按钮，进入回放界面，继续点击按钮，进入动画界面，如图15所示。点击捕获，设置输出工作目录，生成MPG格式的文件，便是运动仿真的效果视频了。

图15  动画界面 4.2.2 仿真分析

在动画生成之后，便要对健骑机模型进行仿真分析了。由于在使用健骑机的时候，我们是双手紧握手柄，同时双脚踩动踏脚，做往返运动。从运动的动画可以看出在健骑机运动时，主要是把手和脚架这2个主运动点以及坐垫这个副运动点的相对运动。因此在仿真分析时，我们就选取这3个点为参考点，选取Pro/E的笛卡尔坐标为零点。

（1）点击按钮，进入测量结果界面，点击按钮，进入测量定义界面，在这里面设定类型、点或运动轴以及评估方法，分别对measure1，measure2，measure3（如图16所示）进行定义：

图16  运动分析中点的确定

（2）点击应用、确定，回到测量结果界面，点击则生成下图所示各点的位置/时间变化曲线。

图17  点measure1的X方向位置变化曲线

图18  点measure2在X方向上的位置变化曲线

图19  点measure3在Y方向上的位置变化曲线

其中各个参数的最大、最下值如图20所示：

参数名称	最大	最小
measure1：MDX	-20.872555（t_min=0.75000）	4.562005(t_max=0.25000)
measure2：MDX	-40.027296 ( t_min=0.25000)	-11.548490(t_max=0.75000)
measure3：MDX	54.411203( t_min=0.25000)	73.835309(t_max=0.75000)

图20  3个点的最大、最小值

由以上各图和表可以看出模型中，把手的移动范围为25mm左右，脚架的移动范围为30mm左右，而坐垫的移动范围为20mm左右，由于比例为1:10，它们的实际移动范围则分别是25cm、30cm、20cm，再结合大部分人体的身体比例，此模型已经可以让人起到很好的锻炼作用了。

当然，由于时间关系，不能对健骑机速度变化、力情况、各部分的干涉以及产品的外观等等一一进行仿真分析，但是相信在以后的学习和工作中，我会努力弥补这方面的不足，积极创新，对产品做出好的优化设计。
5 结束语

本文借助Pro/E实现了对健骑机从建立模型、装配到仿真分析的全过程，最终实现了对样机的设计。设计从开始到现在主要完成了一下几方面内容：

（1）对健骑机的测量收集数据工作

（2）零件的建模

（3）虚拟样机的装配

在完成了所有的零件的建模之后，利用Pro/E的装配模块 ，结合对“约束”概念的理解，使用“约束”完成了快速成型机的零件装配。

（4）运动仿真分析

在完成了零件装配之后，利用Pro/E的装配模块，通过定义“驱动”，完成了快速成型机的运动仿真，并进行简单的仿真分析，从而生成满足设计要求的健骑机模型。

在利用Pro/E软件完成本课题的过程中遇到了许多问题，比如：（1）零件之间的连接方法有很多，像刚体、销钉、滑动杆、圆柱、平面等等，我们在装配零件时如何选用合适的连接直接影响到以后的运动仿真，如果选错，仿真就无法进行；（2）由于Pro/E软件仿真方面的局限性，无法对样机的仿真分析做到很具体，因此机构的优化设计或许有不足之处。还有一些问题，在这里不一一赘述，但相信在以后的学习中，我会经过自己的努力，改善这些不足之处。

本文借助Pro/E实现了对简化健骑机从建立模型、装配到仿真分析的全过程，最终实现了对健骑机样机的设计。借助像Pro/E这样的三维CAD软件和仿真技术，大大缩短了新产品设计的周期;而且通过对数字化模型的分析可以提早发现产品的缺陷并加以修改，达到了优化设计的目的;直接在数字化模型上进行各种运动及材料特性的仿真分析而不用投入大量的人力、财力进行产品试制，有效节约了生产成本。应用仿真技术对健身器材行业，及各个机械行业都是大有裨益的。

参考文献

[1] 文熙.Pro/ENGINEER野火版3.0宝典[M].北京:电子工业出版社,2006

[2] 李乃文,郭晓俊,姜勇.Pro/ENGINEERWildfire3.0中文版机械设计基本技术与案例实践[M].北京:清华大学出版社,2007

[3] 王隆太.先进制造技术[M].北京:机械工业出版社,2006

[4] 陈榕林.机械设计