【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 在整個(gè)機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)仿真的過程中 ， 各步驟之間并非絕對(duì)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(yùn)動(dòng)模型 ， 變化運(yùn)動(dòng)環(huán)境 ， 以及分析的結(jié)果對(duì)比 ，各步驟之間綜合的調(diào)整和作用 ， 才會(huì)使最終結(jié)果趨向滿意。 3 基于 PRO/E 的自動(dòng)送料裝置的虛擬裝配及運(yùn)動(dòng)分析 本章對(duì)送料裝置的料庫、傳動(dòng)裝置 以及座架進(jìn)行設(shè)計(jì)、建模，和裝配，尤其是對(duì)傳動(dòng)裝置的仿真運(yùn)動(dòng)分析和干涉檢查，以充分體現(xiàn) PRO/E 在設(shè)計(jì)過程中相對(duì)傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)。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(jiǎn)介 本機(jī)構(gòu)采用伺服電機(jī)帶動(dòng)絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，以帶動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)工作 ，并且使 料庫的 同傳動(dòng)裝置一起來回 往復(fù)運(yùn)動(dòng)， 經(jīng)過計(jì)算和調(diào)整，可使散熱器的芯體精確的送到工作臺(tái)排齊機(jī)構(gòu)的兩個(gè)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(jiǎn)化 操作，增強(qiáng)設(shè)備的自動(dòng)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(jì)的機(jī)械結(jié)構(gòu)，我們選定某國(guó)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(hào)電機(jī)的特點(diǎn)： a) 力矩特性強(qiáng)勁有力，在基準(zhǔn)轉(zhuǎn)速點(diǎn)的轉(zhuǎn)矩過載系數(shù) 倍 ， 基點(diǎn)以下為恒轉(zhuǎn)矩特性，基點(diǎn)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(jì)，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(jì)，部分機(jī)種有二種慣量設(shè)計(jì)（低 、 中慣量），以支持高動(dòng)態(tài)響應(yīng) d) 全封閉自制冷卻風(fēng)機(jī)， F 級(jí)、 IP54，高防護(hù) 、高可靠性、長(zhǎng)壽命、使用 安全 。 e) 編碼器機(jī)械接口標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，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?cè)O(shè)定絲杠的導(dǎo)程為 L=， 為了提高傳動(dòng)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(yùn)動(dòng)速度為 V=nL/60=（ 750*） /60=3) 齒輪、齒條設(shè)計(jì) 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(duì)速度為 ， 可知傳動(dòng)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)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(dòng)比 i=33/264=1/8； 可得曲柄的轉(zhuǎn)速為 : n3 =*8= 轉(zhuǎn) /秒； 則每?jī)蓚€(gè)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(gè)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(jì) 料庫采用固定式設(shè)計(jì)，即料庫被固定在傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的前梁上，隨傳動(dòng)機(jī)構(gòu)在主卡緊裝置的上方做往復(fù)運(yùn)動(dòng)， 散熱器的芯體被放入料庫的滑軌中，由傳動(dòng)裝置的落料桿壓入左 右排齊機(jī)構(gòu)的梳齒中 。 2) 傳動(dòng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)是整個(gè)送料裝置的關(guān)鍵部分，因?yàn)樗鼪Q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(gè)設(shè)備的工作，因此要精確的計(jì)算齒輪之間、齒輪和齒條以及絲杠和送料機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)之間的傳動(dòng)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(jì) 左（右）座架是傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的支撐部分，其上裝配有滑軌、滑塊，可保證傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，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(gè)送料裝置的動(dòng)力 — 電動(dòng)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(gè)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(duì)送料裝置進(jìn)行裝配。 我們都知道在設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)方法有 自底向上（ Bottomup）設(shè)計(jì)和自頂向下（ Topdown）設(shè)計(jì)兩種 ，被我們經(jīng)常采用的設(shè)計(jì)方法是第二種 自頂向下（ Topdown）設(shè)計(jì)的方法，當(dāng)我們?cè)O(shè)計(jì)完成之后 ， 進(jìn)行裝配的時(shí)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(huì)將裝配關(guān)系按照裝配時(shí)的先后順序依次添加到此裝配組中，所以在單個(gè)零件的基礎(chǔ)上進(jìn)行整臺(tái)機(jī)械設(shè)備的裝配時(shí)，就會(huì)造成裝配關(guān)系過大，不利于設(shè)計(jì)人員對(duì)裝配關(guān)系進(jìn)行編輯和修改。 而且如果我們?cè)谘b配的時(shí)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(jì)時(shí)，所有的裝配工作就基本上要從頭開始了，這樣的設(shè)計(jì)通用是很差的，在設(shè)計(jì)過 圖 33DownTop 設(shè)計(jì)方法 DownTop Design Method 程中，我們總是希望自己的設(shè)計(jì)具有很強(qiáng)的通用性，以便在以后的設(shè)計(jì)中 能夠重復(fù)利用已有的設(shè)計(jì)結(jié)果，減少重復(fù)勞動(dòng)、減少裝配設(shè)計(jì)時(shí)間 、降低失誤次數(shù)、提高設(shè)計(jì)效率 。如果我們能夠從一個(gè)個(gè)的小部件開始裝配，那么在以后的設(shè)計(jì)過程能中我們就有機(jī)會(huì)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(dòng)將送料裝置有單個(gè)組裝成小功能體，在有一個(gè)個(gè)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(gè)零件一些其他的螺栓螺母等國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)件組成。 如圖 34： 2） 傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 在前面的篇幅中我們已經(jīng)談過，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)是整個(gè)自動(dòng)送料裝置的關(guān)鍵部件，而且直接影響整臺(tái)設(shè)備的工作，因?yàn)樗母鞣N運(yùn)動(dòng)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(gè)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(dòng)軸、連桿、落料桿、襯套、曲柄、緊定法蘭套等 32 個(gè)零件以及其他螺母螺栓等國(guó)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?yàn)榇搜b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(yùn)動(dòng)，整個(gè)送料裝置的動(dòng)力源 —— 電動(dòng)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(dòng)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(gè)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(gè)自動(dòng)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(yùn)動(dòng)分析 在 Pro/E 的裝配模塊中對(duì)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(cuò)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(shí)現(xiàn)送料裝置模型的正確建立 ]9[ 。 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)包括自由度的計(jì)算、各個(gè)構(gòu)件位移、速度和加速度的計(jì)算以及構(gòu)件會(huì)不會(huì)干涉、還有如何改變構(gòu)件的尺寸來滿足設(shè)計(jì)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(bǔ)足相關(guān)的運(yùn)動(dòng)配合條件 。 3) 設(shè)定初始位置 。 4) 加入驅(qū)動(dòng)條件 （ 讓機(jī)構(gòu)產(chǎn)生動(dòng)作，必須加入動(dòng)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(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)副 雖然不 是在裝配 的過程中定義的， 但是在裝配的時(shí)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(yùn)轉(zhuǎn)， 裝配的時(shí)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(duì)自動(dòng)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(gè)裝配的零件是不能動(dòng)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(gè)動(dòng)力源的話就 會(huì)按照我們定義的方式進(jìn)行運(yùn)動(dòng)， 我們所說的運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)副，在自動(dòng)送料裝置的仿真中， 存在轉(zhuǎn)動(dòng)副、移動(dòng)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(shí)帶動(dòng)絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，使送料機(jī)構(gòu)沿著座架上的滑軌移動(dòng)，帶動(dòng)送料機(jī)構(gòu)上的齒輪旋轉(zhuǎn)，然后通過曲柄將轉(zhuǎn)動(dòng)最終轉(zhuǎn)化為落料桿的上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，達(dá)到送料的目的 . 1) 定義運(yùn)動(dòng)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(gè)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(gè)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(dòng)力源 選擇 按鈕， 定義連接軸、運(yùn)動(dòng)的形式，比如位置、速度、加速度等。如圖 315 所示： 圖 315 定義動(dòng)力源 Fig 315 Power Source Definition 3） 運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)的仿真了，不過為了方便起見，一般都要對(duì)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(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)態(tài)、靜態(tài)分析，這里我們只進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)的分析，其中我們需要定義的是：機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)一個(gè)周期的時(shí)間的長(zhǎng)短、間隔時(shí)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(jì)時(shí)，一項(xiàng)重要的工作就是對(duì)各相對(duì)運(yùn) 動(dòng)的零部件進(jìn)行運(yùn)動(dòng)校核。其中包括 齒輪或曲柄 的運(yùn)動(dòng)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(shí)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(yùn)動(dòng)分析 Fig 316 Motion Analysis 我們用回放以前運(yùn)動(dòng)分析的功能就可進(jìn)行機(jī)構(gòu)仿真干涉的檢查，點(diǎn)擊 ，選擇一個(gè)運(yùn)動(dòng)分析，我們可以讓 Pro/E 進(jìn)行無干涉檢查回放，兩個(gè)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(shí)體零件所對(duì)應(yīng)的各種工程圖。工程圖中的各個(gè)視圖以及三維實(shí)體都