機(jī)構(gòu)仿真之運(yùn)動分析指引

1、機(jī)構(gòu)仿真之運(yùn)動分析指引術(shù)語創(chuàng)建機(jī)構(gòu)前，應(yīng)熟悉下列術(shù)語在PROE中的定義：主體 (Body) - 一個元件或彼此無相對運(yùn)動的一組元件，主體內(nèi)DOF=0。連接 (Connections) - 定義并約束相對運(yùn)動的主體之間的關(guān)系。自由度 (Degrees of Freedom) - 允許的機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動。連接的作用是約束主體之間的相對運(yùn)動，減少系統(tǒng)可能的總自由度。拖動 (Dragging) - 在屏幕上用鼠標(biāo)拾取并移動機(jī)構(gòu)。動態(tài) (Dynamics) - 研究機(jī)構(gòu)在受力后的運(yùn)動。執(zhí)行電動機(jī) (Force Motor) - 作用于旋轉(zhuǎn)軸或平移軸上(引起運(yùn)動)的力。齒輪副連接 (Gear Pair Con

2、nection) - 應(yīng)用到兩連接軸的速度約束?；A(chǔ) (Ground) - 不移動的主體。其它主體相對于基礎(chǔ)運(yùn)動。接頭 (Joints) - 特定的連接類型（例如銷釘接頭、滑塊接頭和球接頭）。運(yùn)動 (Kinematics) - 研究機(jī)構(gòu)的運(yùn)動，而不考慮移動機(jī)構(gòu)所需的力。環(huán)連接 (Loop Connection) - 添加到運(yùn)動環(huán)中的最后一個連接。運(yùn)動 (Motion) - 主體受電動機(jī)或負(fù)荷作用時的移動方式。放置約束 (Placement Constraint) - 組件中放置元件并限制該元件在組件中運(yùn)動的圖元。回放 (Playback) - 記錄并重放分析運(yùn)行的結(jié)果。伺服電動機(jī) (Servo

3、 Motor) - 定義一個主體相對于另一個主體運(yùn)動的方式?？稍诮宇^或幾何圖元上放置電動機(jī)，并可指定主體間的位置、速度或加速度運(yùn)動。LCS - 與主體相關(guān)的局部坐標(biāo)系。LCS 是與主體中定義的第一個零件相關(guān)的缺省坐標(biāo)系。UCS - 用戶坐標(biāo)系。WCS - 全局坐標(biāo)系。組件的全局坐標(biāo)系，它包括用于組件及該組件內(nèi)所有主體的全局坐標(biāo)系。 運(yùn)動分析的定義在滿足伺服電動機(jī)輪廓和接頭連接、凸輪從動機(jī)構(gòu)、槽從動機(jī)構(gòu)或齒輪副連接的要求的情況下，模擬機(jī)構(gòu)的運(yùn)動。運(yùn)動分析不考慮受力，它模擬除質(zhì)量和力之外的運(yùn)動的所有方面。因此，運(yùn)動分析不能使用執(zhí)行電動機(jī)，也不必為機(jī)構(gòu)指定質(zhì)量屬性。運(yùn)動分析忽略模型中的所有動態(tài)圖元，

4、如彈簧、阻尼器、重力、力/力矩以及執(zhí)行電動機(jī)等，所有動態(tài)圖元都不影響運(yùn)動分析結(jié)果。如果伺服電動機(jī)具有不連續(xù)輪廓，在運(yùn)行運(yùn)動分析前軟件會嘗試使其輪廓連續(xù)，如果不能使其輪廓連續(xù)，則此伺服電機(jī)將不能用于分析。使用運(yùn)動分析可獲得以下信息：幾何圖元和連接的位置、速度以及加速度 元件間的干涉機(jī)構(gòu)運(yùn)動的軌跡曲線作為 Pro/ENGINEER 零件捕獲機(jī)構(gòu)運(yùn)動的運(yùn)動包絡(luò) 重復(fù)組件分析WF2.0以前版本里的“運(yùn)動分析”，在WF2.0里被稱為“重復(fù)組件分析”。它與運(yùn)動分析類似，所有適用于運(yùn)動分析的要求及設(shè)定，都可用于重復(fù)組件分析，所有不適于運(yùn)動分析的因素，也都不適用于重復(fù)組件分析。重復(fù)組件分析的輸出結(jié)果比運(yùn)動分析

5、少，不能分析速度、加速度，不能做機(jī)構(gòu)的運(yùn)動包絡(luò)。使用重復(fù)組件分析可獲得以下信息：幾何圖元和連接的位置元件間的干涉 機(jī)構(gòu)運(yùn)動的軌跡曲線 運(yùn)動分析工作流程創(chuàng)建模型：定義主體，生成連接，定義連接軸設(shè)置，生成特殊連接檢查模型：拖動組件，檢驗(yàn)所定義的連接是否能產(chǎn)生預(yù)期的運(yùn)動加入運(yùn)動分析圖元：設(shè)定伺服電機(jī)準(zhǔn)備分析：定義初始位置及其快照，創(chuàng)建測量分析模型：定義運(yùn)動分析，運(yùn)行結(jié)果獲得：結(jié)果回放，干涉檢查，查看測量結(jié)果，創(chuàng)建軌跡曲線，創(chuàng)建運(yùn)動包絡(luò)裝入元件時的兩種方式：接頭連接與約束連接向組件中增加元件時，會彈出“元件放置”窗口，此窗口有三個頁面：“放置”、“移動”、“連接”。傳統(tǒng)的裝配元件方法是在“放置”頁面給

6、元件加入各種固定約束，將元件的自由度減少到0，因元件的位置被完全固定，這樣裝配的元件不能用于運(yùn)動分析（基體除外）。另一種裝配元件的方法是在“連接”頁面給元件加入各種組合約束，如“銷釘”、“圓柱”、“剛體”、“球”、“6DOF”等等，使用這些組合約束裝配的元件，因自由度沒有完全消除（剛體、焊接、常規(guī)除外），元件可以自由移動或旋轉(zhuǎn)，這樣裝配的元件可用于運(yùn)動分析。傳統(tǒng)裝配法可稱為“約束連接”，后一種裝配法可稱為“接頭連接”。約束連接與接頭連接的相同點(diǎn)：都使用PROE的約束來放置元件，組件與子組件的關(guān)系相同。約束連接與接頭連接的不同點(diǎn)：約束連接使用一個或多個單約束來完全消除元件的自由度，接頭連接使用一

7、個或多個組合約束來約束元件的位置。約束連接裝配的目的是消除所有自由度，元件被完整定位，接頭連接裝配的目的是獲得特定的運(yùn)動，元件通常還具有一個或多個自由度?！霸胖谩贝翱冢?yd1)  <-Element not supported - Type: 8 Name: #comment-><-Element not supported - Type: 8 Name: #comment->接頭連接的類型接頭連接所用的約束都是能實(shí)現(xiàn)特定運(yùn)動(含固定)的組合約束，包括：銷釘、圓柱、滑動桿、軸承、平面、球、6DOF、常規(guī)、剛性、焊接，共10種。銷釘：由一個軸對齊約束和一個

8、與軸垂直的平移約束組成。元件可以繞軸旋轉(zhuǎn)，具有1個旋轉(zhuǎn)自由度，總自由度為1。軸對齊約束可選擇直邊或軸線或圓柱面，可反向；平移約束可以是兩個點(diǎn)對齊，也可以是兩個平面的對齊/配對，平面對齊/配對時，可以設(shè)置偏移量。圓柱：由一個軸對齊約束組成。比銷釘約束少了一個平移約束，因此元件可繞軸旋轉(zhuǎn)同時可沿軸向平移，具有1個旋轉(zhuǎn)自由度和1個平移自由度，總自由度為2。軸對齊約束可選擇直邊或軸線或圓柱面，可反向?；瑒訔U：即滑塊，由一個軸對齊約束和一個旋轉(zhuǎn)約束(實(shí)際上就是一個與軸平行的平移約束)組成。元件可滑軸平移，具有1個平移自由度，總自由度為1。軸對齊約束可選擇直邊或軸線或圓柱面，可反向。旋轉(zhuǎn)約束選擇兩個平面，

9、偏移量根據(jù)元件所處位置自動計(jì)算，可反向。軸承：由一個點(diǎn)對齊約束組成。它與機(jī)械上的“軸承”不同，它是元件（或組件）上的一個點(diǎn)對齊到組件（或元件）上的一條直邊或軸線上，因此元件可沿軸線平移并任意方向旋轉(zhuǎn)，具有1個平移自由度和3個旋轉(zhuǎn)自由度，總自由度為4。平面：由一個平面約束組成，也就是確定了元件上某平面與組件上某平面之間的距離(或重合)。元件可繞垂直于平面的軸旋轉(zhuǎn)并在平行于平面的兩個方向上平移，具有1個旋轉(zhuǎn)自由度和2個平移自由度，總自由度為3。可指定偏移量，可反向。球：由一個點(diǎn)對齊約束組成。元件上的一個點(diǎn)對齊到組件上的一個點(diǎn)，比軸承連接小了一個平移自由度，可以繞著對齊點(diǎn)任意旋轉(zhuǎn)，具有3個入旋轉(zhuǎn)自由

10、度，總自由度為3。6DOF：即6自由度，也就是對元件不作任何約束，僅用一個元件坐標(biāo)系和一個組件坐標(biāo)系重合來使元件與組件發(fā)生關(guān)聯(lián)。元件可任意旋轉(zhuǎn)和平移，具有3個旋轉(zhuǎn)自由度和3個平移自由度，總自由度為6。剛性：使用一個或多個基本約束，將元件與組件連接到一起。連接后，元件與組件成為一個主體，相互之間不再有自由度，如果剛性連接沒有將自由度完全消除，則元件將在當(dāng)前位置被“粘”在組件上。如果將一個子組件與組件用剛性連接，子組件內(nèi)各零件也將一起被“粘”住，其原有自由度不起作用。總自由度為0。焊接：兩個坐標(biāo)系對齊，元件自由度被完全消除。連接后，元件與組件成為一個主體，相互之間不再有自由度。如果將一個子組件與組

11、件用焊接連接，子組件內(nèi)各零件將參照組件坐標(biāo)系發(fā)按其原有自由度的作用?？傋杂啥葹?。接頭連接類型：(yd2)  <-Element not supported - Type: 8 Name: #comment-><-Element not supported - Type: 8 Name: #comment->接頭連接約束：常規(guī)常規(guī)：也就是自定義組合約束，可根據(jù)需要指定一個或多個基本約束來形成一個新的組合約束，其自由度的多少因所用的基本約束種類及數(shù)量不同而不同?？捎玫幕炯s束有：匹配、對齊、插入、坐標(biāo)系、線上點(diǎn)、曲面上的點(diǎn)、曲面上的邊，共7種。在定義的時候，可根

12、據(jù)需要選擇一種，也可先不選取類型，直接選取要使用的對象，此時在類型那里開始顯示為“自動”，然后根據(jù)所選擇的對象系統(tǒng)自動確定一個合適的基本約束類型。常規(guī)匹配/對齊：對齊）。單一的“匹配/對齊”構(gòu)成的自定義組合約束轉(zhuǎn)換為約束連接后，變?yōu)橹挥幸粋€“匹配/對齊”約束的不完整約束，再轉(zhuǎn)換為接頭約束后變?yōu)椤捌矫妗边B接。àß這兩個約束用來確定兩個平面的相對位置，可設(shè)定偏距值，也可反向。定義完后，在不修改對象的情況下可更改類型（匹配常規(guī)插入：選取對象為兩個柱面。單一的“插入”構(gòu)成的自定義組合約束轉(zhuǎn)換為約束連接后，變?yōu)橹挥幸粋€“插入”約束的不完整約束，再轉(zhuǎn)換為接頭約束后變?yōu)椤皥A柱”連接。常規(guī)

13、坐標(biāo)系：選取對象為兩個坐標(biāo)系，與6DOF的坐標(biāo)系約束不同，此坐標(biāo)系將元件完全定位，消除了所有自由度。單一的“坐標(biāo)系”構(gòu)成的自定義組合約束轉(zhuǎn)換為約束連接后，變?yōu)橹挥幸粋€“坐標(biāo)系”約束的完整約束，再轉(zhuǎn)換為接頭約束后變?yōu)椤昂附印边B接。常規(guī)線上點(diǎn)：選取對象為一個點(diǎn)和一條直線或軸線。與“軸承”等效。單一的“線上點(diǎn)”構(gòu)成的自定義組合約束轉(zhuǎn)換為約束連接后，變?yōu)橹挥幸粋€“線上點(diǎn)”約束的不完整約束，再轉(zhuǎn)換為接頭約束后變?yōu)椤拜S承”連接。常規(guī)曲面上的點(diǎn)：選取對象為一個平面和一個點(diǎn)。單一的“曲面上的點(diǎn)”構(gòu)成的自定義組合約束轉(zhuǎn)換為約束連接后，變?yōu)橹挥幸粋€“曲面上的點(diǎn)”約束的不完整約束，再轉(zhuǎn)換為接頭約束后仍為單一的“曲面

14、上的點(diǎn)”構(gòu)成的自定義組合約束。常規(guī)曲面上的邊：選取對象為一個平面/柱面和一條直邊。單一的“曲面上的點(diǎn)”構(gòu)成的自定義組合約束不能轉(zhuǎn)換為約束連接。自由度與冗余約束自由度（DOF）是描述或確定一個系統(tǒng)（主體）的運(yùn)動或狀態(tài)（如位置）所必需的獨(dú)立參變量（或坐標(biāo)數(shù)）。一個不受任何約束的自由主體，在空間運(yùn)動時，具有6個獨(dú)立運(yùn)動參數(shù)（自由度），即沿XYZ三個軸的獨(dú)立移動和繞XYZ三個軸的獨(dú)立轉(zhuǎn)動，在平面運(yùn)動時，則只具有3個獨(dú)立運(yùn)動參數(shù)（自由度），即沿XYZ三個軸的獨(dú)立移動。主體受到約束后，某些獨(dú)立運(yùn)動參數(shù)不再存在，相對應(yīng)的，這些自由度也就被消除。當(dāng)6個自由度都被消除后，主體就被完全定位并且不可能再發(fā)生任何運(yùn)動

15、。如使用銷釘連接后，主體沿XYZ三個軸的平移運(yùn)動被限制，這三個平移自由度被消除，主體只能繞指定軸（如X軸）旋轉(zhuǎn)，不能繞另兩個軸（YZ軸）旋轉(zhuǎn)，繞這兩個軸旋轉(zhuǎn)的自由度被消除，結(jié)果只留下一個旋轉(zhuǎn)自由度。冗余約束指過多的約束。在空間里，要完全約束住一個主體，需要將三個獨(dú)立移動和三個獨(dú)立轉(zhuǎn)動分別約束住，如果把一個主體的這六個自由度都約束住了，再另加一個約束去限制它沿X軸的平移，這個約束就是冗余約束。合理的冗余約束可用來分?jǐn)傊黧w各部份受到的力，使主體受力均勻或減少磨擦、補(bǔ)償誤差，延長設(shè)備使用壽命。冗余約束對主體的力狀態(tài)產(chǎn)生影響，對主體的對運(yùn)動沒有影響。因運(yùn)動分析只分析主體的運(yùn)動狀況，不分析主體的力狀態(tài)，

16、在運(yùn)動分析時，可不考慮冗余約束的作用，而在涉及力狀態(tài)的分析里，必須要適當(dāng)?shù)奶幚砗萌哂嗉s束，以得到正確的分析結(jié)果。系統(tǒng)在每次運(yùn)行分析時，都會對自由度進(jìn)行計(jì)算。并可創(chuàng)建一個測量來計(jì)算機(jī)構(gòu)有多少自由度、多少冗余。PROE的幫助里有一個門鉸鏈的例子來講冗余與自由度的計(jì)算，但其分析實(shí)豐有欠妥當(dāng)，各位想準(zhǔn)確計(jì)算模型的自由度的話，請找機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方面的書來仔細(xì)研究一番。這也不是幾句話能說明白的，我這里只提一下就是了，不再詳述。 <-Element not supported - Type: 8 Name: #comment-><-Element not supported - Type: 8

17、Name: #comment->約束轉(zhuǎn)換接頭連接與約束連接可相互轉(zhuǎn)換。在“元件放置”窗口的“放置”頁面和“連接”頁面里，在約束列表下方，都有一個“約束轉(zhuǎn)換”按鈕。使用此按鈕可在任何時候根據(jù)需要將接頭連接轉(zhuǎn)換為約束連接，或?qū)⒓s束連接轉(zhuǎn)換為接頭連接。在轉(zhuǎn)換時，系統(tǒng)根據(jù)現(xiàn)有約束及其對象的性質(zhì)自動選取最相配的新類型。如對系統(tǒng)自動選取的結(jié)果不滿意，可再進(jìn)行編輯。轉(zhuǎn)換的規(guī)則，可參考PROE的自帶幫助。不過，沒有很好的空間想像力和耐性的兄弟就不用看了。需要記住的一個：曲線上的點(diǎn)、曲面上的點(diǎn)、相切約束，在轉(zhuǎn)換時是不會轉(zhuǎn)換成常規(guī)連接的。下圖顯示“約束轉(zhuǎn)換”和“反向”按鈕：(yd3)  基礎(chǔ)與重定義主體基礎(chǔ)是在運(yùn)動分析中被設(shè)定為不參與運(yùn)動的主體。創(chuàng)建新組