【正文】 同時(shí)，我也要感謝兩位舍 友的陪伴，沒有他們的陪伴，我是無法順利和按時(shí)完成任務(wù)。對(duì)于我來說，我打算繼續(xù)研究 proe 軟件， 在將來我可能從事電子設(shè)備的熱設(shè)計(jì)，需要學(xué)習(xí)相關(guān)的軟件， 同時(shí)， proe 作為一種建模工具 ，通過 proe 建模，然后將模型導(dǎo)入第三方軟件來對(duì)模型進(jìn)行更加專業(yè)的36 基于 PRO/E 的活塞機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)仿真分析 分析 例如電子設(shè)備的熱分析 ，從而得到更加精確的數(shù)據(jù)，畢竟 proe 作為仿真軟件還具有一定的缺陷，而作為建模軟件它已經(jīng)十分成熟了；對(duì)于 matlab 軟件，我還會(huì)繼續(xù)深入研究，作為數(shù)據(jù)處理軟件它十分的強(qiáng)大，在將來將會(huì)是必不可少的輔助工 具。整個(gè)過程雖然漫長(zhǎng)艱辛，犯了一些小錯(cuò)誤，走了一些彎路，但 在 最終 解決問題的 那一刻真的感覺很有成就感。整個(gè) proe 建模和仿真過程還是比較順利的，畢竟自己對(duì)于 proe 軟件有一定了解。 34 基于 PRO/E 的活塞機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)仿真分析 第五章 總結(jié)與展望 35 第五章 總結(jié)與展望 畢業(yè)設(shè)計(jì)是檢驗(yàn)自己所學(xué)知識(shí)最有效的方法。 使用 Pro/E 進(jìn)行模型的運(yùn)動(dòng)仿真分析主要包括添加伺服機(jī)、自由度分析、干涉分析、運(yùn)行和回放結(jié)果、分析結(jié)果得到所需測(cè)量結(jié)果。從上述兩種分析方式看出，運(yùn)用 Pro/E 三維軟件的機(jī)構(gòu)模塊，可以更加形象、直觀地模擬機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)，并且可以觀察到任何時(shí)刻的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，與運(yùn)用機(jī)械原理和數(shù)學(xué)方法等數(shù)值模擬方式相比，更具優(yōu)越性。 本文運(yùn)用 Pro/E 建立曲柄滑塊機(jī)構(gòu)模型，對(duì)該機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真，提取運(yùn)動(dòng)過程中滑塊的位移、速度、加速度變化曲線，分析了滑塊在運(yùn)動(dòng)過程中各物理量的輸出變化規(guī)律。 （ 2） 速度分析：由活塞速度曲線圖知， 活塞從 0m/s 開始運(yùn)動(dòng)， 活塞的速度曲線成余弦規(guī)律，具有周期性變化規(guī)律 。這是求解任何微分方程的關(guān)鍵一步，而且，這對(duì)于運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真顯得特別重要。 [7] （ 1）函數(shù)模塊的編寫 根據(jù) 式（ 46）的 加速度運(yùn)動(dòng)方程編寫計(jì)算所需的函數(shù)， 其實(shí)就是構(gòu)建兩個(gè)矩陣，矩陣的值由系統(tǒng)框圖的五個(gè)輸入量代替即下圖中的 u(1)、 u(2)、 u(3)、u(4)、 u(5)分別代替 1 1 2 1 2? ? ? ? ?、 、 、 、,其中曲柄和連桿的長(zhǎng)度根據(jù) proe 中的建模尺寸確定，函數(shù)如 圖 。 第四章 運(yùn)動(dòng)仿真及分析 27 將上式對(duì)時(shí)間求導(dǎo)數(shù)，有 1 1 1 2 2 2 31 1 1 2 2 2s in s inc o s c o s 0r w r w rr w r w??? ? ??? 式（ 43） 其中 r3 是矢量 R3 大小的變化率，也是滑塊相對(duì)于地面的平移速度。同時(shí)有大量的 第三方軟件 和硬件可應(yīng)用于或被要求應(yīng)用于 Simulink。 圖 4. 10活塞速度曲線 （ 7） 在“測(cè)量定義 ” 對(duì)話中【測(cè)量】中 選中 “ measure3” ,選中【 結(jié)果集 】中“ analysisdefinition1” 選項(xiàng)，單 擊【檢測(cè)選定結(jié)果集所選測(cè)量的圖形】，系統(tǒng)彈出“圖形工具”對(duì)話框 ， 對(duì)話框顯示了活塞的 加 速度運(yùn)動(dòng)仿真曲線，如圖 。 （ 4）單擊【創(chuàng)建新測(cè)量】，系統(tǒng)彈出“測(cè)量定義”對(duì)話框，選擇【類型】中的“加速度”選項(xiàng)，單擊【點(diǎn)或運(yùn)動(dòng)軸】中的【選取】，選擇活塞上的點(diǎn) PNT0， 選擇【分量】中的“ Y分量”，單擊【確定】。 第四章 運(yùn)動(dòng)仿真及分析 23 運(yùn)動(dòng)仿真 仿真之前創(chuàng)建仿真所需的測(cè)量點(diǎn)，打開“ ”，單擊創(chuàng)建點(diǎn)按鈕，選擇活塞上孔軸線和基準(zhǔn)右面得到點(diǎn)“ PNT0”。 22 基于 PRO/E 的活塞機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)仿真分析 圖 4. 5運(yùn)動(dòng)包絡(luò)圖 （ 3）單擊【關(guān)閉】按鈕，返回“回放”對(duì)話框，在【結(jié)果集】下拉列表中選擇“ AnalysisDefinition1”選項(xiàng)，單擊【碰撞檢測(cè)】按鈕，系統(tǒng)彈出“碰撞檢測(cè)設(shè)置”對(duì)話框，點(diǎn)選【全局碰撞檢測(cè)】，單擊【確定】按鈕，返回“回放”對(duì)話框。 （ 1） 單擊【機(jī)構(gòu)分析】，系統(tǒng)彈出“分析定義 ” 對(duì)話框，選擇【類型】中的“運(yùn)動(dòng)學(xué) ” ，在【終止時(shí)間】框中輸入 20，初始位置選擇“ Snapshot1” ,如圖 。 （ 3） 在伺服電動(dòng)機(jī)定義中，單擊【輪廓】，選擇【規(guī)范】中的“速度”，選擇【?！恐械摹俺?shù)”，在【 A】框中輸入 36，單擊【確定】， 完成伺服電動(dòng)機(jī) 創(chuàng)建 。 然后，先單擊工具欄上的“拖動(dòng)元件”圖標(biāo)，選擇曲軸上的一點(diǎn)來拖動(dòng)，來試驗(yàn)一下拖動(dòng)機(jī)構(gòu)的動(dòng)態(tài)功能。 第四章 運(yùn)動(dòng)仿真及分析 19 第四章 運(yùn)動(dòng)仿真 及分析 Pro/E 運(yùn)動(dòng)仿真 在 Pro/E 中機(jī)構(gòu)模塊 下進(jìn)行仿真主要有以下三個(gè)步驟 : ①將各零件運(yùn)用相應(yīng)連接進(jìn)行裝配，使之具有一個(gè)自由度 。另外，它采用模塊化方式 ， 可以分別進(jìn)行草圖繪制、零件制作、裝配設(shè)計(jì)、鈑金設(shè)計(jì)、加工處理等，保證用戶可以按照自己的需要進(jìn)行選擇使用。選擇【將約束轉(zhuǎn)化為機(jī)構(gòu)連接】中的銷釘，單擊【放置】，單擊【軸對(duì)齊】，在 3D 模型中選擇活塞孔的軸線和連桿 小端 孔的軸線，單擊【平移】，在 3D 模型中選擇活塞內(nèi)側(cè)面和連桿外側(cè)面，偏移量為“ 1”。 （ 3） 在【狀態(tài)】框中顯示“完成連接定義”，單擊【完成】， 如圖 。 （ 2） 選擇【將約束轉(zhuǎn)化為機(jī)構(gòu)連接】中的“銷釘”，單擊【放置】，單擊【軸對(duì)齊】，在 3D 模型中選擇底座軸線和曲軸的軸線，單擊【平移】，在 3D 模型中選擇曲柄的側(cè)面和底座的內(nèi)側(cè)面，偏移量設(shè)為“ 10”。 （ 1） 單擊【裝配】，系統(tǒng)彈出“打開”對(duì)話框，選擇元件 ，單擊【打16 基于 PRO/E 的活塞機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)仿真分析 開】 ,底座就添加在組件模塊中了。 選擇菜單欄的【文件 】 →【新建命令】，系統(tǒng)彈出【新建】對(duì)話框，點(diǎn)選【組件】，取消【使用缺省模版】的選擇，單擊【確定】按鈕，系統(tǒng)彈出新文件選項(xiàng)對(duì)話框，如圖 。 ：平面連接，自由度為 2，零件可在某一平面內(nèi)自由 移動(dòng)，也可繞該平面的法線方向旋轉(zhuǎn)，該類型需滿足平面約束關(guān)系。 [3] 在 proe 中常用的連接類型有如下幾種： :剛性連接，自由度為零，零件裝配處于完全約束狀態(tài)。首先通過【旋轉(zhuǎn)】構(gòu)建出底座中間部分的特征，然后進(jìn)行【拉伸】構(gòu)建出底座一側(cè)的特征，再進(jìn)行【鏡像】得到底座的整體模型，最后通過【倒角】、【孔】來構(gòu)建其它細(xì)節(jié)特征。 首先利用【拉伸】命令來構(gòu)建模型的大致外型，然后再進(jìn)行【倒角】、【孔】以及【鏡像】操作來構(gòu)建一些 其它的細(xì)節(jié)特征。 同樣，采用【拉伸】，草繪草圖 ，進(jìn)行拉伸和去除材料得到活塞下半部分的活塞銷孔特征的構(gòu)建以及連桿小端連接處特征的構(gòu)建。 如：給兩種零件之間加一個(gè)焊接特征等） 機(jī)構(gòu)的建模與裝 配 三維造型 建模 活塞機(jī)構(gòu)主要由活塞、連桿、曲軸以及底座構(gòu)成 [2]，且本次主要是進(jìn)行活塞機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)仿真分析，所以在使用 Pro/E 進(jìn)行建模時(shí)主要構(gòu)建以上零部件，包括活塞、連桿、曲軸及 底座。其它輔助模塊將進(jìn)一步提高擴(kuò)展 Pro/ENGINEER 的基本功能。這種功能使得修改更為方便和可令設(shè)計(jì)優(yōu)化更趨完美。 主要模塊 Pro/E 軟件提供了大量的模塊供用戶使用，其中主要的模塊介紹如下。換言之，在整個(gè)設(shè)計(jì)過程的任何一處發(fā)生改動(dòng)，亦可以前后反應(yīng)在整個(gè)設(shè)計(jì)過程的相關(guān)環(huán)節(jié)上。 2． 基于特征建模 Pro/E 是基于特征的實(shí)體模型化系統(tǒng)，工程設(shè)計(jì)人員采用具有智能特性的基于特征的功能去生成模型，如腔、殼、倒角及圓角，您可以隨意勾畫草圖，輕易改10 基于 PRO/E 的活塞機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)仿真分析 變模型。 Pro/E 的基于特征方式，能夠?qū)⒃O(shè)計(jì)至生產(chǎn)全過程集成到一起，實(shí)現(xiàn)并行工程設(shè)計(jì)。 Pro/Engineer 軟件以參數(shù)化著 稱， 是參數(shù)化技術(shù)的最早應(yīng)用者，在目前的三維造型軟件領(lǐng)域中占有著重要地位。 機(jī)體組主要由 氣缸體、氣缸墊、氣缸蓋、曲軸箱、汽缸套及油底殼 構(gòu)成； 活塞連桿組主要是由 活塞、活塞環(huán)、活塞銷、連桿 組成；曲柄飛輪組主要由 曲軸、飛輪 以及其它零件組成。 飛輪是一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量很大的圓盤，外緣上壓有一個(gè)齒圈，與起動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)齒輪嚙合，供起動(dòng)機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)使用。連桿承受活塞銷傳來得氣體的作用力以及本身擺動(dòng)和活塞組往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)的慣性力，這些力的大小和方向都是周期性變化的，因此，連桿受到的是壓縮、拉升和彎曲等較邊載荷。 （ 3） 活塞銷 活塞銷 的作用是連接活塞與連桿小端，將活塞承受的氣體的作用力傳遞給連桿。 活塞環(huán) 包括氣環(huán)和油環(huán)兩種 。最下面的一道用來安裝油環(huán) .在油環(huán)槽底面上鉆有許多 徑向回油孔 ,當(dāng)活塞向下運(yùn)動(dòng)時(shí) ,油環(huán)把氣缸壁上多余的機(jī)油刮下來經(jīng)回油孔流回油底殼。 活塞頭部 活塞是燃燒室的組成部分，其形狀取決于燃燒室的形式。油底殼受力很小，一般采用薄鋼板沖壓而成。氣缸體有水冷式缸體和風(fēng)冷式氣缸體。 機(jī)體組主要由 氣缸體、氣缸墊、氣缸蓋、曲軸箱、汽缸套及油底殼 構(gòu)成，該部分主要是構(gòu)造活塞機(jī)構(gòu)的外部特征。 致謝：感謝畢設(shè)過程中來自老師及同學(xué)的幫助。 第二章 活塞機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)介：本章主要重點(diǎn)介紹活塞機(jī)構(gòu)的基本構(gòu)造及其工作原理。 課題內(nèi)容 本畢設(shè) 是利用 Pro/E 軟件的仿真功能對(duì)活塞的運(yùn)動(dòng)過程進(jìn)行動(dòng)畫模擬，并對(duì)活塞、連桿等進(jìn)行一些簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)分析及計(jì)算，以確定設(shè)計(jì)的合理性，可行性，最終完成設(shè)計(jì)；同時(shí)應(yīng)用 Matlab 的 Simulink 仿真模塊進(jìn)行理論分析，對(duì)比兩者結(jié)果，分析兩者仿真的優(yōu)缺點(diǎn)。 Mechanism 模塊集成于 Pro / Engineer 中，操作直觀簡(jiǎn)便，易于掌握。 PRO/EWildfire 是美國(guó) PTC 公司最新推出的一套從設(shè)計(jì)到制造的機(jī)械自動(dòng)化軟件，產(chǎn)品設(shè)計(jì)師可以利用該軟件輕松的完成部件、整機(jī)模型的裝配，并對(duì)設(shè)計(jì)的產(chǎn)品預(yù)先進(jìn)行靜態(tài)分析、裝配干涉檢驗(yàn)等操作。 制造的分布性使得仿真與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相結(jié)合，出現(xiàn)了分布式仿真。用戶在這些抽象模 型上可以更高效、節(jié)省、更靈活地對(duì)物理系統(tǒng)進(jìn)行了解和設(shè)計(jì)。參數(shù)化建模、虛擬裝配、運(yùn)動(dòng)仿真貫穿于整個(gè)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)全過程，可顯著地縮短研發(fā)周期，降低設(shè)計(jì)成本，提高工作效率。 [1] 在 Pro/E 環(huán)境下，對(duì)活塞連桿機(jī)構(gòu)建立了三維模型，通過定義各種約束，在裝配模塊中確定了原動(dòng)件與從動(dòng)件的關(guān)系， 并使用機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析模塊，通過定義機(jī)構(gòu)的連接與伺服電機(jī)，實(shí)現(xiàn)了活塞的運(yùn)動(dòng)仿真。在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)階段就實(shí)時(shí)地模擬出產(chǎn)品的形狀和工作狀況、制造過程、檢查產(chǎn)品的可制造性和設(shè)計(jì)合理性，以便及時(shí)修改設(shè)計(jì)，更有效地靈活組