介紹了機(jī)構(gòu)的Pro/E三維建模方法及運(yùn)動(dòng)仿真技術(shù);結(jié)合實(shí)例完成了幾種機(jī)構(gòu)的三維建模和運(yùn)動(dòng)仿真;通過仿真分析可以直觀地了解機(jī)構(gòu)中各零件的運(yùn)動(dòng)關(guān)系，還可以通過進(jìn)行各種測(cè)量來(lái)研究機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)特性，以便及時(shí)修改和完善設(shè)計(jì)。

　　引言

　　隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，CAD/CAM/CAE技術(shù)應(yīng)用越來(lái)越廣泛。在CAD設(shè)計(jì)軟件中，Pro/E是一款功能強(qiáng)大的并深受廣大技術(shù)工作者歡迎的三維軟件，它在機(jī)械設(shè)計(jì)的各個(gè)領(lǐng)域應(yīng)用十分廣泛。本文介紹機(jī)構(gòu)的Pro/E三維建模方法以及運(yùn)動(dòng)仿真技術(shù)，并結(jié)合實(shí)例完成機(jī)構(gòu)的三維建模和運(yùn)動(dòng)仿真。

1、零件的參數(shù)化建模

　　參數(shù)化設(shè)計(jì)是Pro/E重要的設(shè)計(jì)理念，所謂參數(shù)化設(shè)計(jì)是將模型中的定量信息變量化，使之成為可以任意調(diào)整的參數(shù)。對(duì)于變量化參數(shù)賦予不同的數(shù)值，就可以得到不同大小和形狀的零件模型。其中，參數(shù)化模型的建立是關(guān)鍵。參數(shù)化設(shè)計(jì)可以大大提高模型生成和修改速度，在產(chǎn)品系列設(shè)計(jì)、相似設(shè)計(jì)等具有較大的應(yīng)用價(jià)值。比如:Pro/E的二維草繪實(shí)質(zhì)是參數(shù)化的，在草繪環(huán)境下，只需要繪制出大致的二維幾何形狀，不必是精確的尺寸值，然后再修改尺寸值，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)以正確的尺寸值來(lái)修正幾何形狀。除此之外，Pro/E對(duì)二維草圖上的某些幾何圖形會(huì)自動(dòng)假設(shè)某些相關(guān)性，如:對(duì)稱、對(duì)齊、相切等限制條件，以減少尺寸標(biāo)注的困難，并達(dá)到全約束的草圖外形。

　　參數(shù)是參數(shù)化設(shè)計(jì)的重要概念，在三維模型中，參數(shù)是通過“尺寸”的形式來(lái)體現(xiàn)的，變更參數(shù)可以很方便地修改設(shè)計(jì)意圖。在零件模式下，單擊“工具”菜單，打開參數(shù)對(duì)話框即可對(duì)參數(shù)進(jìn)行添加或編輯。其中，關(guān)系式是參數(shù)化設(shè)計(jì)的另一個(gè)重要概念，它體現(xiàn)了參數(shù)之間互相約束的關(guān)系。

2、機(jī)構(gòu)的裝配

　　在對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行裝配時(shí)，首先分析機(jī)構(gòu)的整體結(jié)構(gòu)和各零件的功能，了解零件對(duì)于整個(gè)機(jī)構(gòu)而言是活動(dòng)件還是固定件。若是活動(dòng)件，多采用連接的方式進(jìn)行裝配;若是固定件，則定義幾個(gè)約束關(guān)系完成組合。

圖1 預(yù)定義集列表框

　　2.1、連接的類型

　　當(dāng)向一個(gè)裝配體中添加元件時(shí)，系統(tǒng)會(huì)彈出元件放置操控板。如圖1所示，在元件放置操控板的“預(yù)定義集”列表框中列出了幾種連接類型:剛性、銷釘、滑動(dòng)桿、圓柱、平面、球、焊接、常規(guī)等。從“預(yù)定義集”列表框中選擇連接類型后，進(jìn)入“放置”上滑面板，定義相應(yīng)的約束，將元件“連接”到裝配體中。

　　這些連接類型中，銷釘連接是最常用的類型，連接元件可以繞著附著元件轉(zhuǎn)動(dòng)，不能相對(duì)于附著元件移動(dòng)，銷釘連接提供一個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度，沒有平移自由度。圓柱連接與銷釘連接的區(qū)別是連接元件既可以繞著軸線相對(duì)于附著元件轉(zhuǎn)動(dòng)，也可以沿著軸線相對(duì)于附著元件平移，它提供一個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度和一個(gè)平移自由度。滑動(dòng)桿連接中，連接只能沿著軸線相對(duì)于附著元件移動(dòng)，只能提供一個(gè)平移自由度，沒有旋轉(zhuǎn)自由度。平面連接提供兩個(gè)平移自由度和一個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度，使連接元件既可以在一個(gè)平面內(nèi)相對(duì)于附著元件移動(dòng)，也可以繞著垂直于該平面的軸線相對(duì)于附著元件轉(zhuǎn)動(dòng)。球連接提供三個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度，沒有移動(dòng)自由度。軸承連接是球連接和滑動(dòng)桿連接的組合，連接元件既可以在約束點(diǎn)上沿任意方向相對(duì)于附著元件旋轉(zhuǎn)，也可以沿著對(duì)齊的軸線移動(dòng)，提供一個(gè)平移自由度和三個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度。而剛性連接使連接元件與附著元件之間沒有任何相對(duì)運(yùn)動(dòng)，它們會(huì)共同構(gòu)成一個(gè)主體。

　　2.2、骨架模型的建立

　　在大型的裝配設(shè)計(jì)中，會(huì)由于零部件過多造成彼此間的約束條件相沖突，裝配會(huì)出現(xiàn)困難。Pro/E中提供了一個(gè)骨架模型的功能，使設(shè)計(jì)者在裝配前先設(shè)計(jì)好零件在空間的靜態(tài)位置。建立好骨架模型相當(dāng)于給機(jī)構(gòu)建立了產(chǎn)品裝配的基本框架，可以將相應(yīng)的元件裝配到骨架模型上，從而構(gòu)成完整的組件或者機(jī)構(gòu)。骨架模型主要由一些基準(zhǔn)點(diǎn)、基準(zhǔn)軸、基準(zhǔn)坐標(biāo)系、基準(zhǔn)曲線和曲面組成。

　　在機(jī)構(gòu)的三維建模中，往往不是一個(gè)完整的裝配體，骨架模型在其中的作用主要就是確定好元件的空間位置，這樣就不需要設(shè)計(jì)一些與機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)關(guān)系不大的機(jī)座零件。

5、結(jié)束語(yǔ)

　　本文介紹了Pro/E的參數(shù)化三維建模和運(yùn)動(dòng)仿真技術(shù)，并應(yīng)用這些技術(shù)對(duì)常用機(jī)構(gòu)進(jìn)行三維建模和運(yùn)動(dòng)仿真分析。通過運(yùn)動(dòng)仿真分析一方面可以直觀地了解機(jī)構(gòu)中各零件的運(yùn)動(dòng)關(guān)系;另一方面還可以通過測(cè)量進(jìn)一步研究機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)特性，發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)的不足以便及時(shí)改進(jìn)，能減少實(shí)際產(chǎn)品生產(chǎn)時(shí)出現(xiàn)的問題，大幅度縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，減少產(chǎn)品開發(fā)的成本，提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。