【文章內(nèi)容簡介】 在整個機(jī)械系統(tǒng)運動仿真的過程中 ， 各步驟之間并非絕對的線性或單方面 ， 而是相互關(guān)聯(lián)和影響的 ， 通過分析反饋信息 ， 完善運動模型 ， 變化運動環(huán)境 ， 以及分析的結(jié)果對比 ，各步驟之間綜合的調(diào)整和作用 ， 才會使最終結(jié)果趨向滿意。 3 基于 PRO/E 的自動送料裝置的虛擬裝配及運動分析 本章對送料裝置的料庫、傳動裝置 以及座架進(jìn)行設(shè)計、建模，和裝配，尤其是對傳動裝置的仿真運動分析和干涉檢查，以充分體現(xiàn) PRO/E 在設(shè)計過程中相對傳統(tǒng)設(shè)計的優(yōu)勢。并且深入研究 PRO/E 的分層裝配技術(shù)，以及這些技術(shù)在 中型功能體的虛擬裝配 中的應(yīng)用 。 送料裝置 簡介 本機(jī)構(gòu)采用伺服電機(jī)帶動絲杠轉(zhuǎn)動，以帶動傳動機(jī)構(gòu)工作 ，并且使 料庫的 同傳動裝置一起來回 往復(fù)運動， 經(jīng)過計算和調(diào)整，可使散熱器的芯體精確的送到工作臺排齊機(jī)構(gòu)的兩個梳齒之間，以便進(jìn)行排齊工作和以后的壓裝擴(kuò)口 。而且通過激光記數(shù)器可以控制每次料庫的行程，這些工作都可以由電路控制系統(tǒng)來完成，以大大簡化 操作，增強設(shè)備的自動化程度。 主要參數(shù)的選取與設(shè)定 1) 電機(jī)的選擇 按照已設(shè)計的機(jī)械結(jié)構(gòu)，我們選定某國產(chǎn) 的 交流感應(yīng)伺服電機(jī) ， 該電機(jī) 具有優(yōu)越的伺服性能、更多的規(guī) 格范圍、精致的全規(guī)格制模外殼，中 、低慣量規(guī)格選擇， 其中我們選取其基準(zhǔn)轉(zhuǎn)速為 n=750 轉(zhuǎn) /分鐘、功率 、 扭矩范圍 845Nm。 該型號電機(jī)的特點： a) 力矩特性強勁有力，在基準(zhǔn)轉(zhuǎn)速點的轉(zhuǎn)矩過載系數(shù) 倍 ， 基點以下為恒轉(zhuǎn)矩特性，基點以上可達(dá) 23 倍功率恒定區(qū)域，可以支持快速加減速的力矩要求。 b) 接近線性化設(shè)計，力矩 /電流 → CONST，便于控制和載荷力矩判定。 c) 采 用 低慣量設(shè)計，部分機(jī)種有二種慣量設(shè)計（低 、 中慣量），以支持高動態(tài)響應(yīng) d) 全封閉自制冷卻風(fēng)機(jī)， F 級、 IP54，高防護(hù) 、高可靠性、長壽命、使用 安全 。 e) 編碼器機(jī)械接口標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計，確保 PG 與主軸同心度，編碼器輸出線采用專用接線端子，連接可靠便于接線，在結(jié)構(gòu)上保證可靠屏蔽，避免干擾。 2) 我們設(shè)定絲杠的導(dǎo)程為 L=， 為了提高傳動效率，采用多線螺紋，設(shè)定絲杠的螺旋線數(shù)為 3，可得送料機(jī)構(gòu)的往復(fù)運動速度為 V=nL/60=（ 750*） /60=3) 齒輪、齒條設(shè)計 選定齒輪的模數(shù) m=，齒輪（一）的齒數(shù) Z1 =22， 分度圓直徑 d=33mm；如圖 31： 圖 31 齒輪（一） Fig 31 Gear（一） 我們已經(jīng)知道， 齒輪（一）與齒條的相對速度為 ， 可知傳動軸的轉(zhuǎn)動速度 n1 =； 齒輪（二）與齒輪（一） 參數(shù)相同； 齒輪（三）的模數(shù) m=，齒數(shù) Z2 =176，分度圓直徑 d=260mm；如圖 32： 圖 32 齒輪（三 ） Fig 32 Gear（三） 齒輪（二）與齒輪（一）的傳動比 i=33/264=1/8； 可得曲柄的轉(zhuǎn)速為 : n3 =*8= 轉(zhuǎn) /秒； 則每兩個翅片之間的間距為： l=； 不過這只是送料裝置的送料的速度，翅片的間距最終由排齊機(jī)構(gòu)的梳齒決定，送料裝置的任務(wù)是將翅片送入兩個梳齒之間，以后的裝配工作由其他機(jī)構(gòu)完成。 各部件概述 1) 料庫部分設(shè)計 料庫采用固定式設(shè)計，即料庫被固定在傳動機(jī)構(gòu)的前梁上，隨傳動機(jī)構(gòu)在主卡緊裝置的上方做往復(fù)運動， 散熱器的芯體被放入料庫的滑軌中，由傳動裝置的落料桿壓入左 右排齊機(jī)構(gòu)的梳齒中 。 2) 傳動結(jié)構(gòu)的設(shè)計 傳動機(jī)構(gòu)的設(shè)計是整個送料裝置的關(guān)鍵部分，因為它決定了料庫的行走速度、落料的頻率，而且它的精度直接影響整個設(shè)備的工作，因此要精確的計算齒輪之間、齒輪和齒條以及絲杠和送料機(jī)構(gòu)運動之間的傳動比關(guān)系，以保證送料機(jī)構(gòu)與左（右）排齊 機(jī)構(gòu)和主卡緊裝置之間的配合。 3) 左（右）座架的設(shè)計 左（右）座架是傳動機(jī)構(gòu)的支撐部分，其上裝配有滑軌、滑塊，可保證傳動機(jī)構(gòu)的往復(fù)運動，另外也可在座架上裝配控制系統(tǒng)，方便操作人員的控制，而且整個送料裝置的動力 — 電動機(jī)，也裝配在右座架上 。 裝配 裝配方法 本次裝配屬中型裝配體，因此其涉及的零部件數(shù)量和種類都很多，如果我們 不加分類地將所有零件裝入同一個裝配體的話，那么裝配過程將十分煩瑣，而且這樣裝配的思路也不夠清晰，因此我們就需要采用一種合理的方法來對送料裝置進(jìn)行裝配。 我們都知道在設(shè)計過程中，設(shè)計方法有 自底向上（ Bottomup）設(shè)計和自頂向下（ Topdown）設(shè)計兩種 ，被我們經(jīng)常采用的設(shè)計方法是第二種 自頂向下（ Topdown）設(shè)計的方法，當(dāng)我們設(shè)計完成之后 ， 進(jìn)行裝配的時候 ， 通常被我采用的則是 自底向上（ Bottomup）的進(jìn)行裝配 。 此外在 PRO/E 環(huán)境下，如果我們裝配到裝配體中的零件數(shù)量過多的話， PRO/E 就會將裝配關(guān)系按照裝配時的先后順序依次添加到此裝配組中，所以在單個零件的基礎(chǔ)上進(jìn)行整臺機(jī)械設(shè)備的裝配時，就會造成裝配關(guān)系過大，不利于設(shè)計人員對裝配關(guān)系進(jìn)行編輯和修改。 而且如果我們在裝配的時候，以零件為單位依次添加裝配關(guān)系，那么當(dāng)別人想要修改此設(shè)計時，所有的裝配工作就基本上要從頭開始了，這樣的設(shè)計通用是很差的，在設(shè)計過 圖 33DownTop 設(shè)計方法 DownTop Design Method 程中，我們總是希望自己的設(shè)計具有很強的通用性，以便在以后的設(shè)計中 能夠重復(fù)利用已有的設(shè)計結(jié)果，減少重復(fù)勞動、減少裝配設(shè)計時間 、降低失誤次數(shù)、提高設(shè)計效率 。如果我們能夠從一個個的小部件開始裝配，那么在以后的設(shè)計過程能中我們就有機(jī)會重復(fù)利用這樣的小部件。 各部件裝配 圖 根據(jù) 自底向上（ Bottomup） 的裝配方法，下面我們自動將送料裝置有單個組裝成小功能體，在有一個個具有一定功能的部件最終組裝成為總體，即總體裝配的圖樣。 1) 料庫 料庫的功能是存放散熱器的芯體， 它由 左（右）支架、擋板、橫梁、軸、卡環(huán)、限位塊、外擋板、可調(diào)擋板、左（右）套、銅套等 19 個零件一些其他的螺栓螺母等國家標(biāo)準(zhǔn)件組成。 如圖 34： 2） 傳動機(jī)構(gòu) 在前面的篇幅中我們已經(jīng)談過，傳動機(jī)構(gòu)是整個自動送料裝置的關(guān)鍵部件，而且直接影響整臺設(shè)備的工作，因為它的各種運動需要與其他部件相配合，比如要通過它精確地 將散熱器芯體送入左（右）排齊機(jī)構(gòu)的兩個叔齒之間，然后才能進(jìn)行以后的排齊、 壓裝擴(kuò)口、釬焊等工作 。 送料機(jī)構(gòu)由齒輪（一）、半聯(lián)軸器、連桿軸、墊圈、傳動軸、連桿、落料桿、襯套、曲柄、緊定法蘭套等 32 個零件以及其他螺母螺栓等國家標(biāo)準(zhǔn)零件組成。如圖 35： 圖 34 料庫裝配圖 Fig34 Material Database assemble 圖： 35 送料機(jī)構(gòu) Fig35 Taking materials Device assemble 因為此裝配體較大，我們特意將送料機(jī)構(gòu)的局部放大，以便能更清晰的看到送料機(jī)構(gòu)的組成結(jié)構(gòu)和工作原理，如圖 36 與圖 37： 圖 36：落料桿 Fig36: Blanking Kon 圖 37：嚙合齒輪 Fig37: Meshing gear 3) 右座架 右座架被固定在床身上，它的功能是與左座架一起支撐送料機(jī)構(gòu)和料庫，并且其上固定有滑軌，通過滑軌可使送料機(jī)構(gòu)在其上做往復(fù)運動，整個送料裝置的動力源 —— 電動機(jī)，就是被裝在右座架上，電機(jī)的工作可以受設(shè)備的 PLC 自動控制，也可以進(jìn)行人 工控制，如圖 38 所示： 圖 38 右座架 Fig38 right Pedestal 為了能更清晰的看到送料機(jī)構(gòu)的組成結(jié)構(gòu)和工作原理，我們將此組件局部放大，入圖39 所示： 圖 39 局部放大圖 Fig39 Local Click 4) 左座架 左座架的作用與右座架大致相同，不過左座架 與右座架一起 只是單純的起支撐作用，如圖 310 所示： 圖 310 左座架 Fig310 Left Pedestal 通過以上四個較大部件的裝配完成，下面我們就可以將這些部件組裝到一起，完成 整個自動送料裝置的裝 配，一些不十分的清晰的地方，之前已經(jīng)做過局部放大，可供參照，在此就不在贅訴，如圖 311 所示： 圖 311 總裝圖 Fig311 the overall assemble diagram 運動分析 在 Pro/E 的裝配模塊中對機(jī)構(gòu)進(jìn)行組裝然后轉(zhuǎn)入 Pro/Mechanism 中進(jìn)行仿真分析，由于機(jī)構(gòu)比較復(fù)雜、可能出現(xiàn)的錯誤比較多，所以采用部分裝配再仿真、分析，仿真、分析數(shù)據(jù)正確后再加入新部件，再分析 、仿真的方法逐漸由部分到整體的實現(xiàn)送料裝置模型的正確建立 ]9[ 。 機(jī)構(gòu)運動包括自由度的計算、各個構(gòu)件位移、速度和加速度的計算以及構(gòu)件會不會干涉、還有如何改變構(gòu)件的尺寸來滿足設(shè)計的需要等內(nèi)容。 MXD 的操作流程 1) 以 connections 方式建立欲分析的機(jī)構(gòu)組裝 。 2) 補足相關(guān)的運動配合條件 。 3) 設(shè)定初始位置 。 4) 加入驅(qū)動條件 （ 讓機(jī)構(gòu)產(chǎn)生動作，必須加入動力條件 ） 。 5) 設(shè)定分析條件并仿真 。 6) 播放、輸出分析結(jié)果 。 運動干涉檢查 機(jī)構(gòu)的仿真是建立在裝配的基礎(chǔ)上來完成的， 我們知道機(jī)構(gòu)運動的運動副 雖然不 是在裝配 的過程中定義的， 但是在裝配的時候我們必須設(shè)定好機(jī)構(gòu)的自由度，結(jié)構(gòu)才能正常運轉(zhuǎn)， 裝配的時候我們可以選擇放置的裝配方式，也可以選擇連接的方式來對自動送料機(jī)構(gòu)進(jìn)行裝配。 二者的區(qū)別是：如果進(jìn)行放置裝配的話，那么這個裝配的零件是不能動的，如果用連接的方式進(jìn)行裝配的話，那么給機(jī)構(gòu)加一個動力源的話就 會按照我們定義的方式進(jìn)行運動， 我們所說的運動副就是用連接的裝配方式進(jìn)行定義的 ]10[ 。 如圖 312 和圖 313 所示： 當(dāng)我們以 connections 方式建立欲分析的機(jī)構(gòu)組裝 以后，就需要定義必要的運動副，在自動送料裝置的仿真中， 存在轉(zhuǎn)動副、移動副等，以銷釘、滑塊作為連接方式。其工作原理是 當(dāng)右座架上的電機(jī)工作時帶動絲杠轉(zhuǎn)動，使送料機(jī)構(gòu)沿著座架上的滑軌移動，帶動送料機(jī)構(gòu)上的齒輪旋轉(zhuǎn)，然后通過曲柄將轉(zhuǎn)動最終轉(zhuǎn)化為落料桿的上下往復(fù)運動，達(dá)到送料的目的 . 1) 定義運動副：由于篇幅限制的原因，我們只列舉性的說明齒輪副的定義方法： 首先選擇“應(yīng)用程序” —— “機(jī)構(gòu)”，進(jìn)入機(jī)構(gòu)模式； 圖 312 放置裝配 圖 313 連接裝配 Fig 312 Placing assembly Fig 313 Link assembly 選擇 圖標(biāo)，進(jìn)行齒輪副的定義，我們新建一個齒輪副， 我們必須定義齒輪 （ 一 ）與齒輪 （ 二 ） 的連接軸（即定義齒輪主體），以及兩個齒輪的節(jié)圓直徑大小，另外如果我們要定義齒輪和齒條的齒輪副的話，只需將 “類型”改為“齒輪和齒條”即可， 如圖 314： 圖 314 定義齒輪副 Fig 314Definition gear 2） 定義動力源 選擇 按鈕， 定義連接軸、運動的形式，比如位置、速度、加速度等。如圖 315 所示： 圖 315 定義動力源 Fig 315 Power Source Definition 3） 運動仿真 當(dāng)初始條件設(shè)定好以后，我們就可以進(jìn)行機(jī)構(gòu)運動的仿真了，不過為了方便起見，一般都要對機(jī)構(gòu)進(jìn)行快照，選擇 按鈕即可進(jìn)行定義，在這里我 們就不再贅述。 選擇 按鈕就可以對機(jī)構(gòu)進(jìn)行運動學(xué)、動態(tài)、靜態(tài)分析，這里我們只進(jìn)行運動學(xué)的分析，其中我們需要定義的是：機(jī)構(gòu)運動一個周期的時間的長短、間隔時間，禎頻的大小等，如圖 316： 另外我們還可以將仿真過程錄制 mpg 文件，在其他的視頻軟件上播放。 干涉檢查 在進(jìn)行總布置設(shè)計時，一項重要的工作就是對各相對運 動的零部件進(jìn)行運動校核。其中包括 齒輪或曲柄 的運動干涉情況。在 Pro/ENGINEER 中，干涉檢查是靜態(tài)的，只有當(dāng)用戶發(fā)出命令時才進(jìn)行。但可以通過 Analysis 中的 Modle Analysis 來輸入一定參數(shù)，從而進(jìn)行初步分析 ]11[ 。 圖 316 運動分析 Fig 316 Motion Analysis 我們用回放以前運動分析的功能就可進(jìn)行機(jī)構(gòu)仿真干涉的檢查，點擊 ，選擇一個運動分析，我們可以讓 Pro/E 進(jìn)行無干涉檢查回放，兩個零件的干涉檢查以及全局的干涉檢查回放，如圖 317： 生成工程 圖 Pro/ENGINEER 中提供了相應(yīng)的功能模塊來創(chuàng)建三維實體零件所對應(yīng)的各種工程圖。工程圖中的各個視圖以及三維實體都