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Pro/E机构仿真名词解析(2)

2013/3/26    作者:未知    来源:网络文摘    阅读:2012


特殊连接:齿轮连接
齿轮连接用来控制两个旋转轴之间的速度关系。在PROE中齿轮连接分为标准齿轮和齿轮齿条两种类型。标准齿轮需定义两个齿轮,齿轮齿条需定义一个小齿轮和一个齿条。一个齿轮(或齿条)由两个主体和这两个主体之间的一个旋转轴构成。因此,在定义齿轮前,需先定义含有旋转轴的机构连接(如销钉)。
定义齿轮时,只需选定由机构连接定义出来的与齿轮本体相关的那个旋转轴即可,系统自动将产生这根轴的两个主体设定为“齿轮”(或“小齿轮”、“齿条”)和“托架”,“托架”一般就是用来安装齿轮的主体,它一般是静止的,如果系统选反了,可用“反向”按钮将齿轮与托架主体交换。“齿轮2”或“齿条”所用轴的旋转方向是可以变更的,点定义窗口里“齿轮2”轴右侧的反向按钮就可以,点中后画面会出现一个很粗的箭头指示此轴旋转的正向。
速比定义:在“齿轮副定义”窗口的“齿轮1”、“齿轮2”、“小齿轮”页面里,都有一个输入节圆直径的地方,可以在定义齿轮时将齿轮的实际节圆直径输入到这里。在“属性”页面里,“齿轮比”(“齿条比”)有两种选择,一是“节圆直径”,一是“用户定义的”。选择“节圆直径”时,D1、D2由系统自动根据前两个页面里的数值计算出来,不可改动。选择“用户定义的”时,D1、D2需要输入,此情况下,齿轮速度比由此处输入的D1、D2确定,前两个页面里输入的节圆直径不起作用。速度比为节圆直径比的倒数,即:齿轮1速度/齿轮2速度=齿轮2节圆直径/齿轮1节圆直径=D2/D1。齿条比为齿轮转一周时齿条平移的距离,齿条比选择“节圆直径”时,其数值由系统根据小齿轮的节圆数值计算出来,不可改动,选择“用户定义的”时,其数值需要输入,此情况下,小齿轮定义页面里输入的节圆直径不起作用。
图标位置:定义齿轮后,每一个齿轮都有一个图标,以显示这里定义了一个齿轮,一条虚线把两个图标的中心连起来。默认情况下,齿轮图标在所选连接轴的零点,图标位置也可自定义,点选一个点,图标将平移到那个点所在平面上。图标的位置只是一视觉效果,不会对分析产生影响。
要注意的事项
A.PROE里的齿轮连接,只需要指定一个旋转轴和节圆参数就可以了。因此,齿轮的具体形状可以不用做出来,即使是两个圆柱,也可以在它们之间定义一个齿轮连接。
B.两个齿轮应使用公共的托架主体,如果没有公共的托架主体,分析时系统将创建一个不可见的内部主体作为公共托架主体,此主体的质量等于最小主体质量的千分之一。并且在运行与力相关的分析(动态、力平衡、静态)时,会提示指出没有公共托架主体。
齿轮定义窗口:
拖动与快照
拖动,是在允许的范围内移动机械。快照,对机械的某一特殊状态的记录。可以使用拖动调整机构中各零件的具体位置,初步检查机构的装配与运动情况,并可将其保存为快照,快照可用于后续的分析定义中,也可用于绘制工程图。
“机构”----“拖动”,进入“拖动”窗口,此窗口具有一个工具栏,工具栏左第一个按钮为“保存快照”,即将当前屏幕上的状态保存为一个快照,左第二个按钮为“点拖动”,即点取机构上的一个点,移动鼠标以改变元件的位置,左第三个按钮为“主体拖动”,选取一个主体,移动鼠标以改变元件的位置。右侧两个按钮为“撤消”和“恢复”,每一次拖动,系统都会记录入内存,使用此两按钮,可查看已做的各次拖动的结果。“快照”页和“约束”页,分别有一个列表,显示当前已经定义的快照和为当前拖动定义的临时约束。
快照列表左侧有一列工具按钮,第一个为显示当前快照,即将屏幕显示刷新为选定快照的内容;第二个为从其它快照中把某些元件的位置提取入选定快照;第三个为刷新选定快照,即将选定快照的内容更新为屏幕上的状态;第四个为绘图可用,使选定快照可被当做分解状态使用,从而在绘图中使用,这是一个开关型按钮,当快照可用于绘图时,列表中的快照名前会有一个图标;第五个是删除选定快照。
约束列表显示已为当前拖动所定义的临时约束,这些临时约束只用于当前拖动操作,以进一步限制拖动时各主体之间的相对运动。
“高级拖动选项”提供了一组工具,用于精确限定拖动时被拖动点或主体的运动。
拖动窗口:
伺服电动机
伺服电动机可规定机构以特定方式运动。伺服电动机引起在两个主体之间、单个自由度内的特定类型的运动。伺服电动机将位置、速度或加速度指定为时间的函数,并可控制平移或旋转运动。通过指定伺服电动机函数,如常数或线性函数,可以定义运动的轮廓。可从多个预定义的函数中选取,也可输入自己的函数。可在一个图元上定义任意多个伺服电动机。
如果为非连续的伺服电动机轮廓选取或定义了位置或速度函数,在进行运动或动态分析时这个伺服电动机将被忽略。但是,可在重复组件分析中使用非连续伺服电动机轮廓。当用图形表示非连续伺服电动机时,系统将显示信息指示非连续的点。
伺服电动机分为两种,一种是连接轴伺服电机,用于定义某一旋转轴的旋转运动,一种是几何伺服电机,用于创建复杂的运动,如螺旋运动。连接轴伺服电机只需要选定一个事先由机构连接(如销钉)所定义的旋转轴,并设定方向即可,连接轴伺服电机可用于运动分析。几何伺服电机需要选取从动件上的一个点/平面,并选取另一个主体上的一个点/平面作为运动的参照,并需确定运动的方向及种类,几何伺服电机不能用于运动分析。
连接轴伺服电机选取一根旋转轴,并指定方向。
几何伺服电机根据选取的对象分以下几种:
从动“点”,参照“点”,平移;从动“点”,参照“平面”,旋转;从动“平面”,参照“平面”,旋转;从动“点”,参照“平面”,平移;从动“平面”,参照“平面”,平移。其中,前三种需要再选取一条直边来定义运动方向,后两种不需要。
电机轮廓也即是从动件的运动规律,对于平移运动,它是长度(单位:mm)对时间的函数,对于旋转,它是角度(单位:度)对时间的函数。点最下方的“图形”按钮,将会以图形的方式显示出电机的轮廓,其横轴就是时间,其纵轴,就是位置或速度或加速度。“模”定义的就是图形的形状,“规范”里定义的就是“模”所定义的图形的纵轴所代表的意义。模有九种:常数、斜坡、余弦、SCCA、摆线、抛物线、多项式、表、用户定义的。规范有三种:位置、速度、加速度。其中模里的SCCA这一种,只能用于描述加速度(即对应的“规范”只能是加速度)。“规范”为位置时,无需自己定义初始位置,为速度时,需定义“初始角”,为加速度时,需定义“初始角”和“初始角速度”,默认位置为当前屏幕上的位置。
点“规范”下的那个按钮,可进入“连接轴设置”窗口,对当前电机所用的连接轴进行设置。
伺服电动机定义窗口
电动机的轮廓(模)
电动机的模用来描述电动机的轮廓,定义模时,需选定模函数并输入函数的系数值。对于伺机服电动机,函数中的X为时间,对于执行电动机,函数中的X为时间或选取的测量参数。
模函数一共有九种:常数、斜坡、余弦、SCCA、摆线、抛物线、多项式、表、用户定义的。
下面先说说常数、斜坡、余弦、摆线、抛物线、多项式这六种。
常数,函数为q=A,A为一常数。此用于需要恒定轮廓时。
斜坡,即线性,函数为q=A+B*X,A为一常数,B为斜率。用于轮廓随时间做线性变化时。
余弦,函数为q=A*cos(360*X/T+B)+C,A为幅值,B为相位,C为偏移量。用于轮廓呈余弦规律变化时。
摆线,函数为q=L*X/T-L*sin(2*pi*X/T)/2*pi,L为总高度,T为周期。用于模拟凸轮轮廓输出。
抛物线,函数为q=A*X+(1/2)*B*X^2,A为线性系数,B为二次项系数。用于模拟电动机的轨迹。
多项式,函数为q=A+B*X+C*X^2+D*X^3,A为常数,B为线性系数,C为二次项系数,D为三次项系数。用于模拟一般的电动机轨迹。
电动机的模:SCCA
此函数只能用于加速度伺服电机,不能用于执行电机。它用来模拟凸轮轮廓输出。它称做“正弦-常数-余弦-加速度”运动,缩写为SCCA。它一共有五个参数:
A = 渐增加速度归一化时间部分
B = 恒定加速度归一化时间部分
C = 递减加速度的归一化时间部分
H = 幅值
T = 周期
其中A + B + C = 1,用户必须提供 A 和 B 的值、幅值和周期。
SCCA 设置的值按下表计算:
y = H * sin [(t*pi)/(2*A)]   0 <= t < A 时
y = H      A <= t < (A + B) 时
y = H * cos [(t - A - B)*pi/(2*C)]   (A+B) <= t < (A + B + 2C) 时
y = - H     (A+B+2C) <= t < (A + 2B + 2C) 时
y = - H * cos [(t - A - 2B - 2C)*pi/(2*A)]  (A+2B+2C) <= t <= 2*(A + B + C) 时
上式中的t 是归一化时间,按下式进行计算:t=ta*2/T   (ta:实际时间;T:SCCA轮廓周期)
如果ta大于T,轮廓将重复自身。
电动机的模:七种函数图例
下图给出了七种函数的模所代表的电机轮廓。各函数的参数值:
常数:A=8。
斜坡(线性):A=18,B=-1.2。
余弦:A=6,B=40,C=3,T=5。
摆线:L=12,T=8
抛物线:A=4,B=-0.6
多项式:A=7,B=-1.5,C=1,D=-0.1
SCCA:A=0.4,B=0.3,H=5,T=10
电动机的模:表
电动机的模类型选择为“表”,也就是指定N个点,以这些点为节点,按线性或样条插值的方式构建一条通过所有点的曲线,这条曲线就是电动机的轮廓。如电动机的模是指定给“位置”或“速度”的(即“规范”为位置或速度),插值方式可选“线性拟合”或“样条拟合”之一,如是指定给“加速度”并用于伺服电机(即“规范”为加速度),则插值方式只能是“线性拟合”。样条拟合构建的曲线比线性拟合构建的曲线平滑一点。
类型选为“表”后,在“模”类型的下方会出现一个列表框,可用框右侧的“增加行”/“删除行”来向列表中加增加或删除行。这个表由N行两列构成,第一列是时间(即电机轮廓的横轴,如是执行电机或力,也可能是别的测量变量而不是时间),第二列是模(即电机轮廓的纵轴)。每一行有一个时间值和一个模值,这两个数代表电机轮廓上的一个点。输入时要注意的时,时间列只能是递增或递减的。
创建并执行运动分析
“机构”----“分析”----“新建”。
类型里选择“运动学”或“重复的组件”。然后设置“优先选项”页和“电动机”页。对于运动分析和重复组件分析,“外部负荷”页是不可用的。
“优先选项”页里设置运动的起止时间及定义动画时域,并可设定主体锁定、连接锁定及初始位置。主体锁定使两个主体在运动分析(或重复组件分析)期间不做相对运动,由机构连接设定的自由度在分析期间不起作用。连接锁定使选定的连接在分析期间保持当前配置。设置主体锁定需选择一个先导主体,如果选择先导主体时用了中键,则用基体作为先导主体。连接锁定可以用于机构连接、凸轮连接、槽连接,不能用于齿轮连接,对于齿轮副,只能锁定产生齿轮轴的机构连接。初始位置选取当前位置作为分析起点,或用一先前保存的快照作分析起点。
“电动机”页里设置用于分析的电动机。对于运动分析和重复组件分析,只能用连接轴伺服电动机,几何伺服电动机及执行电动机都不可用。可以设定各个电动机的作用时间,以实现多个电动机分时段起作用。
定义结束后点“运行”,将执行分析,并产生一个结果集。
分析定义窗口:
回放:干涉与动画
“回放”用来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。可以将运动分析结果捕捉为MPEG动画文件或一系列的JPG、TIF或BMP文件。可以创建运动包络。“机构”----“回放”,启动“回放”窗口。在“结果集”里,选择将用于回放的运动分析(或重复组件分析)结果集。
“干涉”页面设置干涉检查选项。检查模式有四种:无干涉、快速检查、两个零件、全局干涉。“无干涉”即不检查干涉;“快速检查”是进行较低层次的检查,选用此模式将自动选中“停止回放”选项;“两个零件”是只检查所选定的两个零件之间的干涉情况;“全局干涉”是检查所有零件的所有类型的干涉。检查选项有两个:包括面组、停止回放。“包括面组”是曲面也将参与干涉检查;“停止回放”是一旦检查到干涉,回放就停止。
“影片进度表”页设置回放的结果片段。“显示时间”,如选中,则在回放时会在屏幕左上角显示回放已进行的时间。“缺省进度表”选中则回放整个结果集,如取消此项,则在其下方的时间段列表启动,可自已输入要播放的时间段,如果输入多个时间段,则按从上到下的次序依次播放,同一时间段可多次输入,以实现此小段的重复播放,如某时间段的“开始”时间大于“结束”时间,则此小段将反向播放。要修改某一时间段的起止时间,先在列表中选中此时间段,再输入新的开始、结束时间,点“更新”按钮确认修改。默认情况下,“显示时间”和“缺省进度表”都是选中的。
回放分析结果时,可显示代表与分析相关的测量、力、扭矩、重力和执行电动机的大小和方向的三维箭头。使用显示箭头可查看负荷对机构的相对影响。对于力、线性速度和线性加速度矢量,显示单头箭头,对于力矩、角速度和角加速度矢量显示双头箭头。箭头的颜色取决于测量或负荷的类型。回放分析结果时,箭头的大小将改变,以反映测量值、力或扭矩的计算值。箭头方向随计算矢量方向而改变。“显示箭头”页里的“测量”列表中,列出所选结果集中所有可用箭头显示的测量,“输入负荷”列表中,列出所选结果集中所有可用箭头显示的负荷。
设置好以上各参数后,点“回放”窗口左上角的“播放”按钮,则进入“动画”窗口。在此窗口可按前面的设置对回放结果进行动画演示。“捕捉”按钮,可将动画结果保存为MPEG动画文件或一系列的JPG、TIF或BMP文件。选中“照片级渲染帧”,输出结果的图片质量较高。
回放窗口
回放:可用箭头显示的测量与负荷
不是所有的测量与负荷都可以用箭头显示。
可用箭头显示的测量有:
连接反作用(机构):青色箭头。顶端位于指定连接轴、指向机构的 DOF 方向。
连接反作用(凸轮):青色箭头。法向反作用力,顶端位于两个凸轮的接触点处,指向凸轮的法线方向。切向反作用力,顶端位于两个凸轮的接触点处,并指向凸轮的切线方向。
连接反作用(槽):青色箭头。顶端指向从动点和槽之间的接触点处。
连接反作用(齿轮副):青色箭头。顶端指向在上面施加了力或扭矩的齿轮体。
净负荷:洋红色箭头。在用于定义图元的点之间延伸,对于电动机它指向连接轴,对于力它指向点,对于扭矩、点对点弹簧和阻尼器它指向主体的质心。箭头指向所施加的力的方向。
测力计反作用:
深绿色箭头。指向力的作用点且与力同向。
速度: 黄色箭头。顶端位于指定点或连接轴、指向运动方向。
加速度:
红色箭头。顶端位于指定点或连接轴、指向运动方向。
重量: 棕色箭头。指向重力加速度方向。
距离间隔:顶端位于指定点,指向彼此相背离的两个共线的洋红色箭头。
速度间隔:顶端位于指定点的两个共线的黄色箭头。当点作相互远离而运动时,速度值为负,并且显示箭头的指向彼此相对。当点彼此相对运动时,速度值为正,并且显示箭头的指向彼此远离。
加速度间隔:顶端位于指定点的两个共线的红色箭头,对于负值其指向彼此相对,对于正值其指向彼此远离。
只有计算方法为“每一时间步距”的以上各种测量才会出现在“回放”窗口的“显示箭头”页面的“测量”列表中。
可用箭头显示的负荷有:
重力:棕色箭头。顶端位于各主体的质量中心、指向重力加速度方向。
执行电动机:绿色箭头。顶端位于指定连接轴、指向机构的 DOF 方向。
力: 橙色箭头。顶端位于作用点。
扭矩: 双头橙色箭头。指向主体质量中心。
点对点力:顶端位于指定点或顶点的两个共线的洋红色箭头,对于负值力箭头指向彼此相对,对于正值力箭头指向彼此远离。
回放:测量
可以创建测量,用来分析系统在整个运动过程中的各种具体参数,如位置、速度、力等,为改进设计提供资料。创建分析之后即可创建测量,但查看测量的结果则必须有一个分析的结果集,与动态分析相关的测量,一般应在运行分析之前创建。
运动分析通常提供以下测量:
位置、速度、加速度、间隔、Pro/ENGINEER特征、自由度、冗余、时间、主体方向、主体角速度、主体角加速度等。
重复组件分析通常提供以下测量:
位置、间隔(距离)、自由度、冗余、时间、主体方向、主体角速度、主体角加速度、Pro/ENGINEER 特征等。
“机构”----“测量”,进入“测量结果”窗口,在此可新建、编辑、删除、复制测量。载入一个结果集后,选择此结果集,可查看所创建的测量在此结果集的结果。点击窗口左上角的“绘制图形”按钮,将以曲线图表示所选测量在当前结果集中的结果。
示例:创建一个计算系统自由度的测量,步骤如下:
“机构”----“测量”----点击“测量”下方的第一个图标----在“测量定义”窗口的“类型”下选择“系统”----“属性”里选择“自由度”----确定。
测量包括各种类型的测量,每一个测量也有多种计算方法,因此测量是一个内容较多较广的话题,本文只略作介绍,进一步的内容,请兄弟们自己研究或偶下一步再做专讲此内容的教程。
回放:轨迹曲线
轨迹曲线用来表示机构中某一元素相对于另一零件的运动。它分为“轨迹曲线”与“凸轮合成曲线”两种。“轨迹曲线”表示机构中某一点或顶点相对于另一零件的运动。“凸轮合成曲线”表示机构中某曲线或边相对于另一零件的运动。
“机构”----“轨迹曲线”进入“轨迹曲线”窗口。首先要选取一个参照零件,即“纸零件”(Paper Part),如选择基础,则按中键即可。然后选取曲线类型,即“轨迹曲线”还是“凸轮合成曲线”,对“轨迹曲线”,要求选取一个点(基准点、顶点、曲线端点),对“凸轮合成曲线”,要求选取一条(组)曲线或边。然后指定曲线类型,选取一个结果集,点“预览”查看将生成的轨迹曲线,点“确定”创建轨迹曲线并保存入参照零件中。
“曲线类型”分2D和3D两种,“轨迹曲线”可选2D或3D,“凸轮合成曲线”则只能是2D。
“轨迹曲线”,2D,系统创建一条由一系列点组成的描述选定点运动的样条曲线,即轨迹曲线,并将它与一个坐标系三个基准平面合并到一个组里,这个组保存入参照零件(纸零件)。
“轨迹曲线”,3D,系统将创建一系列的基准点,这些点的位置由参照零件的初始坐标系确定,再创建一条通过所有基准点的空间样条曲线,基准点与样条曲线合并为一个组,保存在参照零件(纸零件)中。
“凸轮合成曲线”,2D,系统创建两条由一系列点组成的描述选点边(曲线)组的首尾两个端点的运动的样条曲线,即轨迹曲线,并将它们各与一个坐标系三个基准平面合并到一个组里,所创建的两个组保存在参照零件(纸零件)中。

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