【文章內(nèi)容簡介】 齒輪副或凸輪從動機構(gòu)，則在機構(gòu)組裝并測試正確后，進(jìn)行齒輪副或凸輪從動機構(gòu)的設(shè)置，建立機構(gòu)元件連接條件之間的關(guān)系，以便驅(qū)動。（6） 添加伺服電機。當(dāng)連接完成設(shè)定后，即可設(shè)置伺服電機，以作為機構(gòu)的動力來源。（7） 其他設(shè)定。如果運動復(fù)雜，還需要添加其他設(shè)置，如彈簧、力、轉(zhuǎn)矩等。（8） 分析與仿真。當(dāng)機構(gòu)設(shè)置完成后，進(jìn)行各種分析。如位置、運動學(xué)、動態(tài)等，并可根據(jù)分析獲得結(jié)果報告。最終在動態(tài)仿真中的運動參數(shù)可以用一下圖示為一例進(jìn)行表達(dá)： 圖26 某動態(tài)仿真中選定三點的運動分析在動態(tài)仿真中能夠進(jìn)行簡單的運動與受力分析，但是復(fù)雜的分析這里就不能顯現(xiàn)出相應(yīng)的作用與優(yōu)勢。這樣就提出了下文的有限元分析。 pro/e與ANSYS的有限元分析有限元分析（FEA，F(xiàn)inite Element Analysis）利用數(shù)學(xué)近似的方法對真實物理系統(tǒng)（幾何和載荷工況）進(jìn)行模擬。還利用簡單而又相互作用的元素，即單元，就可以用有限數(shù)量的未知量去逼近無限未知量的真實系統(tǒng)。 有限元分析是用較簡單的問題代替復(fù)雜問題后再求解。它將求解域看成是由許多稱為有限元的小的互連子域組成，對每一單元假定一個合適的(較簡單的）近似解，然后推導(dǎo)求解這個域總的滿足條件(如結(jié)構(gòu)的平衡條件），從而得到問題的解。這個解不是準(zhǔn)確解，而是近似解，因為實際問題被較簡單的問題所代替。由于大多數(shù)實際問題難以得到準(zhǔn)確解，而有限元不僅計算精度高，而且能適應(yīng)各種復(fù)雜形狀，因而成為行之有效的工程分析手段。 　　對于不同物理性質(zhì)和數(shù)學(xué)模型的問題，有限元求解法的基本步驟是相同的，只是具體公式推導(dǎo)和運算求解不同。有限元求解問題的基本步驟通常為： 第一步：問題及求解域定義：根據(jù)實際問題近似確定求解域的物理性質(zhì)和幾何區(qū)域。 第二步：求解域離散化：將求解域近似為具有不同有限大小和形狀且彼此相連的有限個單元組成的離散域，習(xí)慣上稱為有限元網(wǎng)絡(luò)劃分。顯然單元越?。ňW(wǎng)絡(luò)越細(xì)）則離散域的近似程度越好，計算結(jié)果也越精確，但計算量及誤差都將增大，因此求解域的離散化是有限元法的核心技術(shù)之一。 第三步：確定狀態(tài)變量及控制方法：一個具體的物理問題通?？梢杂靡唤M包含問題狀態(tài)變量邊界條件的微分方程式表示，為適合有限元求解，通常將微分方程化為等價的泛函形式。 第四步：單元推導(dǎo)：對單元構(gòu)造一個適合的近似解，即推導(dǎo)有限單元的列式，其中包括選擇合理的單元坐標(biāo)系，建立單元試函數(shù)，以某種方法給出單元各狀態(tài)變量的離散關(guān)系，從而形成單元矩陣（結(jié)構(gòu)力學(xué)中稱剛度陣或柔度陣）。 為保證問題求解的收斂性，單元推導(dǎo)有許多原則要遵循。 對工程應(yīng)用而言，重要的是應(yīng)注意每一種單元的解題性能與約束。例如，單元形狀應(yīng)以規(guī)則為好，畸形時不僅精度低，而且有缺秩的危險，將導(dǎo)致無法求解。 第五步：總裝求解：將單元總裝形成離散域的總矩陣方程（聯(lián)合方程組），反映對近似求解域的離散域的要求，即單元函數(shù)的連續(xù)性要滿足一定的連續(xù)條件。總裝是在相鄰單元結(jié)點進(jìn)行，狀態(tài)變量及其導(dǎo)數(shù)（可能的話）連續(xù)性建立在結(jié)點處。 第六步：聯(lián)立方程組求解和結(jié)果解釋：有限元法最終導(dǎo)致聯(lián)立方程組。聯(lián)立方程組的求解可用直接法、選代法和隨機法。求解結(jié)果是單元結(jié)點處狀態(tài)變量的近似值。對于計算結(jié)果的質(zhì)量，將通過與設(shè)計準(zhǔn)則提供的允許值比較來評價并確定是否需要重復(fù)計算。 簡言之，有限元分析可分成三個階段，前處理、處理和后處理。前處理是建立有限元模型，完成單元網(wǎng)格劃分；后處理則是采集處理分析結(jié)果，使用戶能簡便提取信息，了解計算結(jié)果。ANSYS軟件是融結(jié)構(gòu)、流體、電磁場、聲場和耦合場分析于一體的大型通用有限元分析軟件。由世界上最大的有限元分析軟件公司之一的美國ANSYS開發(fā)，它能與多數(shù)CAD軟件接口，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享和交換，如Pro/Engineer, NASTRAN, Alogor, I－DEAS, AutoCAD等， 是現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計中的高級CAD工具之一。因此它可應(yīng)用于以下工業(yè)領(lǐng)域： 航空航天、汽車工業(yè)、生物醫(yī)學(xué)、橋梁、建筑、電子產(chǎn)品、重型機械、微機電系統(tǒng)、運動器械等。 軟件主要包括三個部分：前處理模塊，分析計算模塊和后處理模塊。前處理模塊提供了一個強大的實體建模及網(wǎng)格劃分工具，用戶可以方便地構(gòu)造有限元模型；分析計算模塊包括結(jié)構(gòu)分析（可進(jìn)行線性分析、非線性分析和高度非線性分析）、流體動力學(xué)分析、電磁場分析、聲場分析、壓電分析以及多物理場的耦合分析，可模擬多種物理介質(zhì)的相互作用，具有靈敏度分析及優(yōu)化分析能力。后處理模塊可將計算結(jié)果以彩色等值線顯示、梯度顯示、矢量顯示、粒子流跡顯示、立體切片顯示、透明及半透明顯示（可看到結(jié)構(gòu)內(nèi)部）等圖形方式顯示出來，也可將計算結(jié)果以圖表、曲線形式顯示或輸出。 ANSYS軟件提供的分析類型1. 結(jié)構(gòu)靜力分析 用來求解外載荷引起的位移、應(yīng)力和力。靜力分析很適合求解慣性和阻尼對結(jié)構(gòu)的影響并不顯著的問題。ANSYS程序中的靜力分析不僅可以進(jìn)行線性分析，而且也可以進(jìn)行非線性分析，如塑性、蠕變、膨脹、大變形、大應(yīng)變及接觸分析。圖27構(gòu)件的靜力分析 結(jié)構(gòu)動力學(xué)分析用來求解隨時間變化的載荷對結(jié)構(gòu)或部件的影響。與靜力分析不同，動力分析要考慮隨時間變化的力載荷以及它對阻尼和慣性的影響。ANSYS可進(jìn)行的結(jié)構(gòu)動力學(xué)分析類型包括：瞬態(tài)動力學(xué)分析、模態(tài)分析、諧波響應(yīng)分析及隨機振動響應(yīng)分析。 結(jié)構(gòu)非線性導(dǎo)致結(jié)構(gòu)或部件的響應(yīng)隨外載荷不成比例變化。ANSYS程序可求解靜態(tài)和瞬態(tài)非線性問題，包括材料非線性、幾何非線性和單元非線性三種?！　?　　ANSYS程序可以分析大型三維柔體運動。當(dāng)運動的積累影響起主要作用時，可使用這些功能分析復(fù)雜結(jié)構(gòu)在空間中的運動特性，并確定結(jié)構(gòu)中由此產(chǎn)生的應(yīng)力、應(yīng)變和變形。 圖28發(fā)動機箱體的熱分析　　程序可處理熱傳遞的三種基本類型：傳導(dǎo)、對流和輻射。熱傳遞的三種類型均可進(jìn)行穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)、線性和非線性分析。熱分析還具有可以模擬材料固化和熔解過程的相變分析能力以及模擬熱與結(jié)構(gòu)應(yīng)力之間的熱－結(jié)構(gòu)耦合分析能力。 　　 　　主要用于電磁場問題的分析，如電感、電容、磁通量密度、渦流、電場分布、磁力線分布、力、運動效應(yīng)、電路和能量損失等。還可用于螺線管、調(diào)節(jié)器、發(fā)電機、變換器、磁體、加速器、電解槽及無損檢測裝置等的設(shè)計和分析領(lǐng)域。 　　 　　ANSYS流體單元能進(jìn)行流體動力學(xué)分析，分析類型可以為瞬態(tài)或穩(wěn)態(tài)。分析結(jié)果可以是每個節(jié)點的壓力和通過每個單元的流率。并且可以利用后處理功能產(chǎn)生壓力、流率和溫度分布的圖形顯示。另外，還可以使用三維表面效應(yīng)單元和熱－流管單元模擬結(jié)構(gòu)的流體繞流并包括對流換熱效應(yīng)。 　　 　　程序的聲學(xué)功能用來研究在含有流體的介質(zhì)中聲波的傳播，或分析浸在流體中的固體結(jié)構(gòu)的動態(tài)特性。這些功能可用來確定音響話筒的頻率響應(yīng)，研究音樂大廳的聲場強度分布，或預(yù)測水對振動船體的阻尼效應(yīng)。 　　 用于分析二維或三維結(jié)構(gòu)對AC（交流）、DC（直流）或任意隨時間變化的電流或機械載荷的響應(yīng)。這種分析類型可用于換熱器、振蕩器、諧振器、麥克風(fēng)等部件及其它電子設(shè)備的結(jié)構(gòu)動態(tài)性能分析?？蛇M(jìn)行四種類型的分析：靜態(tài)分析、模態(tài)分析、諧波響應(yīng)分析、瞬態(tài)響應(yīng)分析 。在數(shù)據(jù)兼容的基礎(chǔ)上，PRO/E 與這些專業(yè)的有限元分析的軟件的結(jié)合，使產(chǎn)品研發(fā)的過程更加的科學(xué)與便利。較傳統(tǒng)實物檢測相比，大大降低了成本，提高了產(chǎn)品的市場競爭力。 pro/e軟件在逆向工程中的應(yīng)用在全球化的今天面對日趨激烈的競爭，要想更快、更好地發(fā)展科技與技術(shù)，世界各國、各企業(yè)都在研究對策，充分利用他人的科技成果，對其進(jìn)行消化吸收與創(chuàng)新，進(jìn)而發(fā)展自己的技術(shù)已成為普遍的手段。但由于技術(shù)保密，除非購買轉(zhuǎn)讓，否則要獲得產(chǎn)品的圖樣、技術(shù)文檔、工藝等技術(shù)資料幾乎是不可能實現(xiàn)的，而產(chǎn)品實物作為商品和最終的消費品是最容易獲得的一類研究“對象”。在只有產(chǎn)品原型或?qū)嵨锬Ｐ偷臈l件下，可以基于產(chǎn)品實物逆向工程對產(chǎn)品零件進(jìn)行生產(chǎn)制造，另外通過重構(gòu)產(chǎn)品零件的CAD模型，在探詢和了解原設(shè)計的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)對原型的修改和再設(shè)計，已達(dá)到設(shè)計創(chuàng)新、產(chǎn)品更新之目的?！澳嫦蚬こ獭保≧everse Engineering,RE）,也稱反求工程、反向工程等。逆向工程起源于精密測量和質(zhì)量檢驗，它是設(shè)計下游向設(shè)計上游的反饋信息的回路。圖29逆向工程過程目前，大多數(shù)有關(guān)“逆向工程”技術(shù)的研究和應(yīng)用都集中在幾何形狀，即重建產(chǎn)品實物的CAS模型和最終產(chǎn)品的制造方面，稱為“實物逆向工程”。這是因為一方面，作為研究對象，產(chǎn)品實物是面向消費市場最廣、最多的的一類設(shè)計成果，也是最容易獲得的研究對象；另一方面，在產(chǎn)品開發(fā)和制造過程中，雖已廣泛使用了計算機幾何造型技術(shù)，但是仍與許多產(chǎn)品，由于種種原因，最初并不是由計算機輔助設(shè)計（Computer Aided Design,CAD）模型描述的，設(shè)計和制造者面對的是實物樣件。為了適應(yīng)先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展，需要經(jīng)過一定途徑將實物樣件轉(zhuǎn)化為CAD模型，一起利用計算機輔助制造（Computer Aided Manufacture,CAM）、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理（Product Data Management，PDM）及計算機集成制造系統(tǒng)（puter integrate manufacture system，CIMS）等先進(jìn)技術(shù)對其進(jìn)行處理或管理。同時，隨著現(xiàn)代測試技術(shù)的發(fā)展，快速精確的獲取食物的幾何信息已變成事實。目前，CAM\CAD系統(tǒng)中的一個研究及應(yīng)用熱點，并發(fā)展成為一個相對獨立的領(lǐng)域。在這一意義下，“實物逆向工程”（簡稱實物逆向工程）可定義為；逆向工程時和將實物轉(zhuǎn)變?yōu)镃AD模型相關(guān)的數(shù)字化技術(shù)、幾何模型重建技術(shù)和產(chǎn)品制造技術(shù)的總稱。 Pro\SCANTOOLS時一個專用的逆向設(shè)計模塊，能通過數(shù)據(jù)點構(gòu)造網(wǎng)格曲線（Style Cure），在給定誤差范圍內(nèi)，檢查出“壞”點，選定數(shù)據(jù)點作為參考點對曲線進(jìn)行擬合、光滑處理。以網(wǎng)格曲線為基礎(chǔ)構(gòu)造網(wǎng)格曲面（Style Suface）、近似曲面（Approximate Surface）和骨架曲面（Skeleton Surface），也可以生成一種基礎(chǔ)曲面（Underlying Surface），以測量點為參考點進(jìn)行擬合。具有找色和反射線等曲面分析工具。和Pro\SURFACE模塊配合使用，曲面生成后能轉(zhuǎn)換為一薄壁實體，然后在實體上進(jìn)行特征構(gòu)造。由于Pro\Engineer軟件的參數(shù)化特征功能，曲面、實體均以特征形式表現(xiàn)在造型樹記錄上，其修改和再定義也容易實現(xiàn)，為產(chǎn)品的創(chuàng)新設(shè)計帶來方便。 pro/e的CAM/C