【文章內(nèi)容簡介】 連桿HK對Q點(diǎn)的作用力臂r3r3 = l24鏟斗對Q點(diǎn)的作用力臂r4r4 = l3連桿機(jī)構(gòu)的總傳動(dòng)比 顯然317式中可知，i是鏟斗油缸長度L2的函數(shù)，用代入可得初傳動(dòng)比，代入可得終傳動(dòng)比iz。 顯然i 、和 都是 的一元函數(shù)。2） 鏟斗相對于斗桿的擺角鏟斗的瞬時(shí)位置轉(zhuǎn)角為 其中，在NFQ中 暫時(shí)未定，其在后面的設(shè)計(jì)中可以得到。當(dāng)鏟斗油缸長度L3分別取L3max和L3min時(shí)，可分別求得鏟斗的最大和最小轉(zhuǎn)角和，于是得鏟斗的瞬間轉(zhuǎn)角:鏟斗的擺角范圍 (321) 圖35 鏟斗的運(yùn)動(dòng)分析 第4章 Pro/E建模和裝配 Pro/E是美國PTC公司旗下的產(chǎn)品Pro/Engineer軟件的簡稱。Pro/E（Pro/Engineer操作軟件）是美國參數(shù)技術(shù)公司（Parametric Technology Corporation，簡稱PTC）的重要產(chǎn)品。是一款集CAD/CAM/CAE功能一體化的綜合性三維軟件，在目前的三維造型軟件領(lǐng)域中占有著重要地位，并作為當(dāng)今世界機(jī)械CAD/CAE/CAM領(lǐng)域的新標(biāo)準(zhǔn)而得到業(yè)界的認(rèn)可和推廣，是現(xiàn)今最成功的CAD/CAM軟件之一。Pro/E的參數(shù)式有以下四個(gè)特征.1 三維實(shí)體模型 三維實(shí)體模型除了可以將用戶的設(shè)計(jì)概念以最真實(shí)的模型在計(jì)算機(jī)上呈現(xiàn)出來之外，用戶可隨時(shí)計(jì)算出產(chǎn)品的體積、面積、質(zhì)量中心、重量、慣性矩等，用以了解產(chǎn)品的真實(shí)性。2 單一數(shù)據(jù)庫 Proe 可隨時(shí)由三維實(shí)體模型產(chǎn)生二維工程圖，而且自動(dòng)標(biāo)注工程圖尺寸，在三維實(shí)體模型上做設(shè)計(jì)變更，則其二維工程圖也會(huì)自動(dòng)修改。反之，亦然。同時(shí)組件、模具、數(shù)控加工程序等相關(guān)文件也會(huì)自動(dòng)修改，如此可確保資料的正確性，并避免反復(fù)修正的耗時(shí)性。此單一數(shù)據(jù)庫的功能符合了現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)中同步工程的觀念。3 以特征作為設(shè)計(jì)的單位 Proe以最自然的思考方式從事設(shè)計(jì)工作，如鉆孔、挖槽、倒圓角等，均視為零件設(shè)計(jì)的基本特征，除了充分掌握設(shè)計(jì)概念之外，還在設(shè)計(jì)過程中導(dǎo)入了實(shí)際的制造觀念；也因?yàn)橐蕴卣髯鳛樵O(shè)計(jì)的單元，因此可隨時(shí)對特征做順序調(diào)整、插入特征、刪除特征、重新定義特征等修正動(dòng)作。4 參數(shù)式設(shè)計(jì) 配合單一數(shù)據(jù)庫，所有設(shè)計(jì)過程中使用的尺寸都保存在數(shù)據(jù)庫中，修改三維實(shí)體模型的尺寸，則二維工程圖、三維組件、模具等立即按照尺寸的變更做幾何形狀的變化，以此達(dá)到設(shè)計(jì)變更工作的一致性，用戶可以運(yùn)用強(qiáng)大的數(shù)學(xué)運(yùn)算方式，創(chuàng)建各尺寸參數(shù)的關(guān)系式，使得模型可自動(dòng)計(jì)算出應(yīng)有的外形，減少尺寸逐一修改的繁瑣費(fèi)時(shí)，并減少錯(cuò)誤的發(fā)生。 Proe 創(chuàng)建實(shí)體特征簡介 本文基于proe的挖掘機(jī)建模，重點(diǎn)包括動(dòng)臂、斗桿、鏟斗、液壓支柱，除工作裝置外，底座等其他部件只勾畫外部輪廓，不做詳細(xì)敘述。對液壓挖掘機(jī)反鏟工作裝置的零件進(jìn)行三維實(shí)體造型幾乎要用到Pro/ E中所有的常用操作方法,如拉伸、旋轉(zhuǎn)、切割、倒角、以及圓角等常用操作命令。任意零件都需先進(jìn)行草繪，然后使用命令創(chuàng)建基本特征，再進(jìn)行編輯修改，最后完成建模。首先介紹下Proe建模中常用的命令。a 拉伸 在完成二維截面的草圖繪制后，垂直此截面輸入拉伸深度長出實(shí)體圖41 拉伸的展示 b旋轉(zhuǎn) 將二維截面繞著一條中心線旋轉(zhuǎn)，輸入旋轉(zhuǎn)角度，做出一個(gè)旋轉(zhuǎn)體。圖42 旋轉(zhuǎn)的展示c 掃描 將二維截面沿著一條軌跡線掃描出實(shí)體圖43 掃描的展示d 倒圓角 將零件的一個(gè)或數(shù)個(gè)邊作為圓弧面，注意設(shè)置圓角半徑。 動(dòng)臂的建模是先草繪拉伸出整個(gè)側(cè)板，然后倒圓角，修改外型，再拉伸出連接處的肋板和上下耳座。最后鏡像完成所有的建模。圖44 動(dòng)臂側(cè)板的建模圖45 動(dòng)臂耳座的建模圖46動(dòng)臂與斗桿連接處建模圖47 動(dòng)臂的整體建模完成 斗桿的建模與動(dòng)臂建模相似，先草繪拉伸出輪廓，再拉伸鏡像，添加耳座孔的位置。圖48 斗桿輪廓的建模圖49 與動(dòng)臂油缸連接處 圖410 與鏟斗連接處 圖411斗桿的整體建模完成草繪拉伸輪廓，然后抽殼，形成外形輪廓。圖412 草繪拉伸輪廓 圖413抽殼 圖414拉伸鏟斗與斗桿連接處 圖415拉伸，陣列形成鏟齒4 其余部件的建模，不再詳述，只展示最后模型圖416 液壓缸原件圖417 連接件 圖418 機(jī)倉圖419 底座 挖掘機(jī)各部分的裝配 裝配的概述完成零件設(shè)計(jì)后，將設(shè)計(jì)的零件按照設(shè)計(jì)要求裝配在一起形成完整的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)。PROE中的裝配常使用2種方式，一是按約束類型裝配，二是按連接類型裝配。以約束條件裝配固定不動(dòng)的原件:在裝配機(jī)構(gòu)的元件時(shí)，若欲裝配的原件為固定不動(dòng)的原件，則操作者直接在現(xiàn)有的組件上及欲裝配的原件上選取點(diǎn)、線、面等幾何元素，PRO/ENGINEER系統(tǒng)即會(huì)自動(dòng)給定貼合、對齊、插入等約束條件，以將原件固定在現(xiàn)有的組件上，此外，也可自行指定元件固定住的約束條件。約束類型有以下幾種：自動(dòng)、缺省、固定、曲面上的邊、曲面上的點(diǎn)、直線上的點(diǎn)、相切、坐標(biāo)系、插入、配對、對齊等以連接條件裝配可移動(dòng)的原件：在裝配元件的過程時(shí)，如此元件為機(jī)構(gòu)中可移動(dòng)的元件，則須設(shè)置適當(dāng)?shù)摹斑B接條件”，使此元件與現(xiàn)有組建上的元件連接在一起。不同的連接條件提供不同的自由度及不同的移動(dòng)機(jī)能，以使元件在機(jī)構(gòu)運(yùn)作時(shí)有正確的運(yùn)動(dòng)方式要進(jìn)行挖掘機(jī)的運(yùn)動(dòng)仿真，必須將挖掘機(jī)工作時(shí)的每個(gè)動(dòng)作分解，故使用連接方式進(jìn)行裝配更加合理，通過觀察每個(gè)零部件的自由度，運(yùn)動(dòng)方式，從而使用相應(yīng)的連接方式加以裝配，完成挖掘機(jī)的建模。下面就常用的11種連接方式（剛性、銷釘、滑動(dòng)桿、圓柱、平面、球、焊接、軸承、一般、6DOF、槽等連接條件。）簡單說明。表41Pro/E連接方式的解釋說明名稱符號(hào)自由度操作方式解釋說明適用于平移旋轉(zhuǎn)剛性00由組件及元件選幾何圖元，直至完全約束 住兩個(gè)零件粘合在一起，相當(dāng)于固定住元件底座的整體裝配銷釘01選連個(gè)軸，再選兩個(gè)平面元件只能繞軸旋轉(zhuǎn)液壓缸底部圓孔滑動(dòng)桿10選兩個(gè)邊或軸，再選兩個(gè)平面元件只能沿著一個(gè)邊或一個(gè)軸平移斗桿液壓缸圓柱11選兩個(gè)軸元件沿著一個(gè)軸平移，且繞著此軸旋轉(zhuǎn)液壓柱頂部圓孔平面21選兩個(gè)平面元件沿著平面移動(dòng)，且繞著平面的垂直方向旋轉(zhuǎn)機(jī)艙和底座球03選個(gè)點(diǎn)元件可以在這個(gè)點(diǎn)任意旋轉(zhuǎn)焊接00選2個(gè)坐標(biāo)系兩個(gè)元件粘合在一起 裝配的過程 圖420 機(jī)倉的裝配 圖421 動(dòng)臂的裝配底座裝配主要是面對齊、匹配，動(dòng)臂裝配主要是銷釘、軸對齊、匹配。 圖422 液壓缸元件的裝配 圖423 動(dòng)臂液壓缸的裝配動(dòng)臂液壓缸主要采用滑動(dòng)桿、軸對齊、旋轉(zhuǎn)命令完成裝配，在液壓元件的裝配過程中，液壓缸底部圓孔均采用“銷釘”連接，而液壓柱頂部圓孔均采用“圓柱”連接。圖424 動(dòng)臂與斗桿的裝配圖425 斗桿液壓缸和鏟斗的裝配 圖426 鏟斗液壓缸的裝配第5章 PRO/E運(yùn)動(dòng)仿真工作裝置的運(yùn)動(dòng)Pro/E運(yùn)動(dòng)仿真的基本流程是建立運(yùn)動(dòng)模型，設(shè)置運(yùn)動(dòng)環(huán)境，分析運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)、獲取結(jié)果回放。在第四章，我們已經(jīng)完成了運(yùn)動(dòng)模型的裝配，即將動(dòng)臂，斗桿，液壓系統(tǒng)，連接片，挖斗，回轉(zhuǎn)裝置，以及挖掘機(jī)的整體按照它們應(yīng)該具備的運(yùn)動(dòng)方式連接在了一起，但是元件在組件中仍然無法移動(dòng)或旋轉(zhuǎn)，必須對連接組件的某些元件賦予“動(dòng)力”，才能做仿真運(yùn)動(dòng)。在Pro/E機(jī)械操作環(huán)境中，伺服電動(dòng)機(jī)能為機(jī)構(gòu)提供動(dòng)力，所以仿真的關(guān)鍵是伺服電動(dòng)機(jī)的添加與設(shè)置。伺服電動(dòng)機(jī)的相關(guān)名詞解釋伺服電動(dòng)機(jī)：伺服電動(dòng)機(jī)可規(guī)定機(jī)構(gòu)以特定的方式運(yùn)動(dòng)，它用于引起在2個(gè)主體之間、單自由度內(nèi)的特定類型的運(yùn)動(dòng)，將位置、速度或加速度指定為時(shí)間的函數(shù)，并可控制平移或旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。伺服電動(dòng)機(jī)分為2種，運(yùn)動(dòng)軸伺服電機(jī)和運(yùn)動(dòng)電機(jī)。運(yùn)動(dòng)軸伺服電機(jī)：用于定義某一旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，只需選擇一個(gè)由連接所定義的旋轉(zhuǎn)軸，并設(shè)定方向即可。本文全部采用的是運(yùn)動(dòng)軸伺服電動(dòng)機(jī)。幾何伺服電機(jī)：用于創(chuàng)建復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)。需要選取從動(dòng)件上的一個(gè)點(diǎn)或平面，并選取另一個(gè)主體上的一個(gè)點(diǎn)或一個(gè)平面作為運(yùn)動(dòng)的參照，需要確定運(yùn)動(dòng)的方向和種類。電動(dòng)機(jī)的輪廓選項(xiàng)：可以指定伺服電動(dòng)機(jī)的位置、速度、加速度隨時(shí)間變化而變化的規(guī)律。本次仿真全部選擇速度來定義。我們現(xiàn)在已經(jīng)裝配獲得了挖掘機(jī)的整機(jī)造型，首先通過拖動(dòng)，調(diào)整挖掘機(jī)工作設(shè)置到合適的位置，確定仿真的初始狀態(tài)和位置，然后進(jìn)行快照。步驟結(jié)果如下圖51 Pro/E拖動(dòng)的界面點(diǎn)擊拖動(dòng)，選擇合適的組件，移動(dòng)鼠標(biāo)，然后點(diǎn)擊快照，選擇快照3為仿真的初始位置。圖52 快照3的選擇圖53 快照3 設(shè)置伺服電動(dòng)機(jī)經(jīng)過觀察和分析將挖掘機(jī)的整個(gè)工作循環(huán)過程分解為3個(gè)液壓缸伸縮動(dòng)作的組合，按照時(shí)間的先后順序和動(dòng)作持續(xù)時(shí)間的合理安排，完成仿真。這些動(dòng)作的完成是由動(dòng)臂液壓缸、斗桿液壓缸、鏟斗液壓缸在17個(gè)伺服電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)下進(jìn)行的。每個(gè)液壓缸的設(shè)置步驟相似，在此僅詳述電機(jī)1的設(shè)置過程。圖54 伺服電動(dòng)機(jī)的定義1圖55 伺服電動(dòng)機(jī)的定義2右擊電動(dòng)機(jī)下面的伺服，在類型中選擇運(yùn)動(dòng)軸，點(diǎn)擊箭頭，在原模型中選擇斗臂油缸的滑動(dòng)桿連接，作為旋轉(zhuǎn)軸，根據(jù)動(dòng)作分析的要求，電機(jī)1對應(yīng)于動(dòng)臂的伸展，觀察動(dòng)機(jī)的箭頭運(yùn)動(dòng)方向是否正確，不正確則點(diǎn)反向，若是旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，則用右手法則判斷， 在輪廓中選擇速度，輸入模值為30，點(diǎn)擊確定。完成電機(jī)1的設(shè)置。同理，設(shè)置其他的16個(gè)電機(jī)。點(diǎn)擊機(jī)構(gòu)分析圖標(biāo)，按照下圖，輸入每個(gè)電機(jī)的開始和終止時(shí)間，實(shí)現(xiàn)多電機(jī)分時(shí)段產(chǎn)生作用，共同完成挖掘機(jī)的整個(gè)工作運(yùn)動(dòng)過程。 圖56 伺服電動(dòng)機(jī)起始時(shí)間的設(shè)置具體電機(jī)設(shè)置參數(shù)情況如下表表51 17個(gè)伺服電動(dòng)機(jī)參數(shù)設(shè)置表序號(hào)完成動(dòng)作起止時(shí)間模常數(shù)單位1動(dòng)臂液壓缸的伸展0——10S30mm/sec2斗桿液壓缸的伸展0——10S100mm/sec3鏟斗的液壓缸的收縮 10——12S 150mm/sec4工作臺(tái)左轉(zhuǎn)移動(dòng) 12——16S23deg/sec5動(dòng)臂液壓缸的收縮 12——16S80mm/sec6鏟斗液壓缸的收縮16——18S280mm/sec7工作臺(tái)右轉(zhuǎn)移動(dòng)18——22S23deg/sec8動(dòng)臂液壓缸的伸展22——32S30mm/sec9斗桿液壓缸收縮32——42S80mm/sec10動(dòng)臂液壓缸伸展42——52S70mm/sec11斗桿液壓缸的伸展52——54S280mm/sec12鏟斗液壓缸的伸展52——54S200mm/sec13動(dòng)臂液壓缸的收縮54——64S30mm/sec14工作臺(tái)的左轉(zhuǎn)移動(dòng)64——68S23 deg/sec15斗桿液壓缸的收縮68——70S100mm/sec16鏟斗的液壓缸收縮68——70S200mm/sec17工作臺(tái)的右轉(zhuǎn)移動(dòng)70——74S23deg/sec