【正文】 關(guān)系，拖動(dòng)裝配關(guān)系，驗(yàn)正所設(shè)置的連接關(guān)系是否能產(chǎn)生所希望的運(yùn)動(dòng)形式。然后 設(shè)置機(jī)構(gòu)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)的虛擬環(huán)境 ： 設(shè)置重力大小 、 執(zhí)行電動(dòng)機(jī)的參數(shù) 、阻尼力大小、摩擦力和接觸力等外力，模擬仿真實(shí)際樣機(jī)的運(yùn)動(dòng)情況。 3. 分析運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu) ： 定義快照及其初始位置 ， 然后定義運(yùn)動(dòng)分析參數(shù) ， 運(yùn)行 。 ①建立連接 ②連接軸設(shè)置 ③運(yùn)動(dòng)副 ④伺服電機(jī) ①重力 ②執(zhí)行電動(dòng)機(jī) ③阻尼 ④力 /扭矩 ⑤初始條件 ①位置 ②運(yùn)動(dòng)學(xué) ③動(dòng)態(tài) ④力平衡 ①測(cè)量 ②速度 ③加速度 ④自由度 ⑤回放 ⑥運(yùn)動(dòng)干涉檢測(cè) ⑦運(yùn)動(dòng)包絡(luò) ⑧創(chuàng)建軌跡曲線 創(chuàng)建 小車模 型 建立運(yùn)動(dòng) 仿真 設(shè)置 運(yùn)動(dòng)環(huán)境 分析 運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu) 獲取 分析結(jié)果 圖 61 機(jī)構(gòu)仿真流程 第 34 頁(yè) 共 64 頁(yè) 4. 獲取分析下結(jié)果 ： 創(chuàng)建測(cè)量，查看測(cè)量結(jié)果，運(yùn)動(dòng)仿真回放，干涉檢查。 小車機(jī)構(gòu)仿真界面如下圖 ： 圖 62 無(wú)碳小車動(dòng)態(tài)仿真仿真界面圖 無(wú)碳小車動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)仿真 無(wú)碳小車?yán)硐霠顟B(tài) 動(dòng)態(tài)仿真 Pro/e 中進(jìn)行小車在地面上運(yùn)動(dòng) 模擬仿真時(shí)，可以設(shè)置幾種工況。 （ 1）小車只受到地面的滾動(dòng)摩擦阻力 （ 2）小車既受到地面的驅(qū)動(dòng)力，也受到內(nèi)部連接處（如：軸承跟軸連接，曲柄連桿連接等等）摩擦阻力。 （ 3）改變小車的曲柄長(zhǎng)度，從而改變小車的運(yùn)行軌跡。 小車運(yùn)動(dòng)的所有連接和重力加速度方向如下圖 ： 第 35 頁(yè) 共 64 頁(yè) 圖 63 上圖中左側(cè)為設(shè)置小車運(yùn)動(dòng)的所有連接 ， 紫紅色箭頭為模擬小車受到地球的重力加速度 。 分配材料并分析重心位置和整車重量 重物：碳鋼 Steel 小車零件的材料： AL2021 然后，通過(guò) pro/e 分析模塊的質(zhì)量屬性分析整車的重心位置及其重量，選擇重物下降的軸心與底板上表面相交點(diǎn)建立的坐標(biāo)系為分析基準(zhǔn) A. 當(dāng)重物恰好剛剛從最高處自由滑落時(shí)，分析質(zhì)量屬性結(jié)果如下圖 圖 64 即：整車的重量大約為 重心位置 大約 在（ ， ， 220） mm B. 當(dāng)重物滑落到與底板接觸時(shí)，分析質(zhì)量屬性結(jié)果如下圖： 第 36 頁(yè) 共 64 頁(yè) 即：重量不變，重心位置下降了 重心位置大約在（ ， ,） mm A、 B兩種情況均是在重物自由落體的兩個(gè)極限位置，重物下降過(guò)程中，重心始終在重物豎直方向的形心附近，因此，小車運(yùn)行過(guò)程中不會(huì)傾倒。 阻尼設(shè)計(jì) 小車的三個(gè)輪子利用機(jī)構(gòu)連接中 3D 接觸與地面連接， 靜摩擦系數(shù)設(shè)置為 ,摩擦系數(shù)設(shè)置為 ,其他接觸參數(shù)選用鋁材料的默認(rèn)值，如下圖設(shè)置： 紅色線框即為設(shè)置的摩擦系數(shù)和接觸連接標(biāo)識(shí)。 設(shè)置伺服電機(jī) 由于在 pro/e機(jī)構(gòu)中 模擬重物拉棉線牽引繩輪生成的力矩比較困難 ，因此只能把重物形成的力矩轉(zhuǎn)換成在繩輪軸上的執(zhí)行電動(dòng)機(jī)，如此一來(lái)，既能實(shí)現(xiàn)相同的功能，又可 第 37 頁(yè) 共 64 頁(yè) 以減少工作量。 根據(jù)之前對(duì)小車?yán)碚撚?jì)算基礎(chǔ)，估算小車的驅(qū)動(dòng)扭矩為： 100Nmm ，執(zhí)行電機(jī)軸位于繩輪軸與支撐座的連接處。如下圖表示： 同理地，模擬重物下降時(shí)，因?yàn)闆](méi)有棉繩的牽引，所以要控制重要重物緩慢下降，就得在重物下降設(shè)置一個(gè)伺服電機(jī)控制其勻速下降。 車子剛剛啟動(dòng)幾秒鐘，重物的速度是慢慢增加，直至車子勻速行駛，重物才勻速下降。 經(jīng)過(guò)估算 ， 可以大致定為 ： 期間，車子重物緩慢增速到 1mm/sec ,重物以 1mm/sec 的速度勻速下降。 控制重物的伺服電機(jī)設(shè)置如下 動(dòng)態(tài)分析 當(dāng)設(shè)置完小車運(yùn)動(dòng)環(huán)境后 ， 就可以進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真分析了 。 “ 首選項(xiàng) ” 圖形顯示 ， 設(shè)置分析時(shí)間 100s,幀頻 50； “ 電動(dòng)機(jī) ” 選項(xiàng) 給“ 繩輪軸 ”添加 執(zhí)行電機(jī)和重物伺服電機(jī) ； 第 38 頁(yè) 共 64 頁(yè) “外部載荷”選項(xiàng)勾選“啟用重力”和“啟動(dòng)所有摩擦”； 如下圖示 ： 分析過(guò)程圖： 第 39 頁(yè) 共 64 頁(yè) 獲取動(dòng)態(tài)分析結(jié)果 動(dòng)畫回放如下圖示： 第 40 頁(yè) 共 64 頁(yè) 通過(guò)三個(gè)動(dòng)畫回放界面可以看出 ， 小車能夠在預(yù)定的運(yùn)動(dòng)軌跡行駛 ， 說(shuō)明 前部分 對(duì)小車的理論計(jì)算數(shù)據(jù)是對(duì)的 。 下面對(duì)小車重要點(diǎn)位置 、速度、加速度 進(jìn)行測(cè)量結(jié)果的展示 ： （ 1） 主軸分析測(cè)量結(jié)果 ： 第 41 頁(yè) 共 64 頁(yè) （ 2）搖桿分析測(cè)量結(jié)果 : 測(cè)量點(diǎn) 第 42 頁(yè) 共 64 頁(yè) （ 3）曲柄分析測(cè)量結(jié)果 ： 第 43 頁(yè) 共 64 頁(yè) （ 4）整車的運(yùn)行軌跡 圖 小車運(yùn)行前 小車運(yùn)行后 第 44 頁(yè) 共 64 頁(yè) 經(jīng)過(guò)對(duì)小車運(yùn)行前后的對(duì)比 ， 小車運(yùn)行 的 軌跡如上圖示 。不過(guò)這只是在最理想的狀態(tài)下模擬仿真，小車內(nèi)部傳動(dòng)鏈驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)沒(méi)有添加阻尼，因此還需要進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。 無(wú)碳小車的優(yōu)化設(shè)計(jì) 添加所有連接阻尼 在前期動(dòng)態(tài)仿真結(jié)果的基礎(chǔ)上，進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，使模擬仿真的軌跡更加合理，符合實(shí)際加工制造組裝后應(yīng)該實(shí)現(xiàn)的功能。 轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)添加摩擦系數(shù) , 第 45 頁(yè) 共 64 頁(yè) 由于之前模擬仿真時(shí)，材料“機(jī)構(gòu)阻尼”選用了默認(rèn)值，能量損失比較快，必須適當(dāng)修改機(jī)構(gòu)阻尼系數(shù)，減少阻尼摩擦，使小車運(yùn)行環(huán)境更接近實(shí)際。機(jī)構(gòu)阻尼系數(shù)設(shè)置如下圖： 第一步 ：打開(kāi) 重新編輯 3D 接觸 第二步 ： 選擇紅色線框內(nèi)的選擇材料 ， 材料定義為 Al,然后設(shè)置 機(jī)構(gòu) 阻尼為 ，如下圖示： 第 46 頁(yè) 共 64 頁(yè) 曲柄長(zhǎng)度優(yōu)化： 經(jīng)過(guò)多次仿 真模擬軌跡，選出最佳的軌跡并記下此時(shí)微調(diào)機(jī)構(gòu)： 曲柄半徑 R=30mm 按照動(dòng)態(tài)仿真步驟進(jìn)行分析 ， 得出最佳 的運(yùn)行軌跡路線如下圖 上圖中的近似余弦曲線即為小車運(yùn)行大約一個(gè)周期內(nèi)的軌跡圖 。 無(wú)碳小車仿真優(yōu)化設(shè)計(jì)后數(shù)據(jù)結(jié)果 從最初的方案提出到方案確定，再到建立虛擬樣機(jī)，其次進(jìn)行模擬仿真進(jìn)行驗(yàn)證計(jì)算數(shù)據(jù)可行性，最后仿真優(yōu)化得出小車的運(yùn)行的最佳軌跡路線，重新確認(rèn)了部分?jǐn)?shù)據(jù)。即從粗算數(shù)據(jù)到精算數(shù)據(jù)的過(guò)程。 具體的參數(shù)如下 ： 第 47 頁(yè) 共 64 頁(yè) （ 1）傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和行走機(jī)構(gòu) 模數(shù)為 m=1， 小齒輪 , 大齒輪 中心距 =60mm 后輪直徑 D=155mm 前輪直徑 D1 =36mm （ 2）轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu) 搖桿 c=58mm 連桿 d=132mm 曲柄 R=30mm （ 3）驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)（錐形繩輪的尺寸） 即繩子纏繞在 的錐形繩輪時(shí)牽引力矩最大，當(dāng)纏繞到 ，時(shí)牽引力矩最小，此時(shí)能夠控制小車勻速行走。 (4)無(wú)碳小車在一個(gè)周期內(nèi)的行駛軌跡路徑如下圖： 第 48 頁(yè) 共 64 頁(yè) 設(shè)計(jì)總結(jié) 分析設(shè)計(jì)仿真過(guò)程的失誤 設(shè)計(jì)方案階段及虛擬樣機(jī)建立階段沒(méi)存在多大阻力 ，主要 在仿真這一塊困難重重 ，也許是動(dòng)態(tài)仿真缺少實(shí)戰(zhàn)練習(xí) ， 所以總是在一些細(xì)節(jié)上出現(xiàn)錯(cuò)誤 ， 導(dǎo)致動(dòng)態(tài)仿真時(shí)分析失敗 。 不過(guò)經(jīng)過(guò)不懈的努力 ，將所 發(fā)現(xiàn)問(wèn)題 及時(shí)跟老師探討，仔細(xì)分析原因后，最終找到了解決辦法。 動(dòng)態(tài)仿真遇到的問(wèn)題： A. 沒(méi)有給小車零件模型選材料，導(dǎo)致仿真的時(shí)候，小車無(wú)法運(yùn)行。 B. 小車后輪沒(méi)有進(jìn)行完全連接 ， 導(dǎo)致小車運(yùn)行時(shí)左右側(cè)滑 。 C. 小車輪子與地面的滾動(dòng)摩擦系數(shù)設(shè)置太小，導(dǎo)致小車在原地打滑，不能前進(jìn) D. 小車材料設(shè)置中沒(méi)有重新修改默認(rèn)的機(jī)構(gòu)阻尼系數(shù) ， 導(dǎo)致小車前進(jìn)時(shí)能量損失過(guò)大 。 小車動(dòng)態(tài)仿真 ， 一些關(guān)鍵的參數(shù)必須細(xì)致修改 ， 這樣才能真正做到模擬小車實(shí)際運(yùn)動(dòng)的環(huán)境 ， 分析出來(lái)的運(yùn)行軌跡才 有可能在小車制造出來(lái)后實(shí)現(xiàn)虛擬軌跡跟實(shí)際軌跡匹配。 實(shí)際樣機(jī)的展望 無(wú)碳小車虛擬樣機(jī)測(cè)試完全無(wú)誤 ， 小車能夠按照命題的軌跡路線行走 ；在實(shí)際樣機(jī)制造過(guò)程中， 如果加工工藝誤差不是太大 ，經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)比較、 調(diào)試 、優(yōu)化， 肯定也能按照理想 軌跡行走 。 第 49 頁(yè) 共 64 頁(yè) 再往更深層意義去展望 ， 假如把重物做成一個(gè)太陽(yáng)能電池 ， 那無(wú)碳小車就是真正具有實(shí)際價(jià)值的永動(dòng)車了 ， 只要有微弱的陽(yáng)光 ， 這個(gè)小車便能一直行走下去 。若果把這樣的技術(shù)用在探索外星球那將是新能源開(kāi)發(fā)的另一片天地。因此此次畢業(yè)設(shè)計(jì)不僅僅是倡導(dǎo)一種低碳的行為，更重要的是在綠色能源上應(yīng)用層面上不斷革新。 無(wú)碳小車 的應(yīng)用意義 無(wú)碳小車的創(chuàng)作是倡導(dǎo)綠色新能源的開(kāi)發(fā) 與利用，尤其是在勢(shì)能方便開(kāi)出了另一片新的天地 。對(duì)于勢(shì)能的利用，從古代一直延至今日。在中國(guó)淵源流傳的的文化中，有許多關(guān)于“勢(shì)能”的言論，這些與現(xiàn)代咱們所認(rèn)知的“位能”在一定程度上是相同的。而且“勢(shì)能”的概念在中國(guó)文化領(lǐng)域中已經(jīng)存在上千年，在日常生活上發(fā)揮著舉足輕重的作用。但是由于古代人們的技術(shù)水平的 局限性，勢(shì)能的利用范圍受到了限制。步入現(xiàn)代文明，科技發(fā)展快速，對(duì)于勢(shì)能的研究也取到了很大的成果，使得勢(shì)能的應(yīng)用逐漸走入我們的日常生活，給我們生活提供方便的同時(shí)也凈化了環(huán)境。 第 50 頁(yè) 共 64 頁(yè) 參考文獻(xiàn) [1] 《 TRIZ 入門及實(shí)踐》 趙敏、史曉凌、段海波編著 科學(xué)出版社 . 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