【正文】 的使用現(xiàn)狀三維CAD/CAE技術(shù)，不僅使設(shè)計對象的幾何形狀和性能滿足要求，而且使各方面的指標(biāo)（強度、剛度、重量和成本等）達到最佳狀態(tài)，隨著三維動態(tài)仿真設(shè)計技術(shù)在設(shè)計及制造等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，國內(nèi)外開發(fā)出一系列相關(guān)的三維軟件。（1）Pro/E軟件，該軟件已成為全世界及中國地區(qū)最普及的三維CAD/CAM系統(tǒng)的標(biāo)準軟件，廣泛應(yīng)用于電子、機械、模具、工業(yè)設(shè)計、汽車、航天、家電、玩具等行業(yè)。由于它的功能很強大，一些大型企業(yè)是它的主要用戶。國內(nèi)的相當(dāng)多的中小型企業(yè)都在使用Solidworks軟件，該系列產(chǎn)品作為三維的造型、設(shè)計軟件相當(dāng)?shù)姆奖沆`活好用。目前很多的航空企業(yè)都在使用這種軟件。它支持參數(shù)化造型和布爾操作等造型手段，支持繪圖與數(shù)控加工的雙向數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)。（5）Cimatron，這套軟件的針對性較強，被更多的應(yīng)用到模具開發(fā)設(shè)計中，該軟件能夠給應(yīng)用者提供一套全面的標(biāo)準模架庫，方便于使用者進行模具設(shè)計中的分型面、抽芯等工作，而且在操作過程中都能進行動態(tài)的檢查。 國內(nèi)開發(fā)的三維設(shè)計軟件的使用現(xiàn)狀國內(nèi)的CAD/CAM系統(tǒng)在近幾年才起步，主要依靠于高等院校的開發(fā)研制，國內(nèi)開發(fā)的三維設(shè)計軟件包括GS——CAD、開目CAD、CAXA系統(tǒng)等。（2）華中理工大學(xué)開發(fā)的開目CAD，具有參數(shù)化功能和裝配設(shè)計功能，該軟件也是CAD/CAM/CAPP結(jié)合的軟件，目前在國內(nèi)的市場中使用也較多。以上國內(nèi)的應(yīng)用軟件大都符合中國人的繪圖習(xí)慣，符合中國的制圖、制造標(biāo)準，而且是全中文的界面，符合中國人的使用習(xí)慣，因此近幾年國產(chǎn)軟件也慢慢的得到了使用者的廣泛注意。該軟件的應(yīng)用領(lǐng)域主要是針對產(chǎn)品的三維實體模型建立、三維實體零件的加工、以及設(shè)計產(chǎn)品的有限元分析。而且系統(tǒng)經(jīng)過多年的努力，已經(jīng)把參數(shù)化的造型技術(shù)應(yīng)用到工程設(shè)計的各個模塊，如繪圖、工程分析、數(shù)控編程、布線設(shè)計和概念設(shè)計等。與其他同類三維軟件（UG、CATIA等）相比，Pro/ENGINEER的不同之處在于以下幾點：（1）基于特征的Pro/ENGINEER是一個基于特征的實體模型建模工具，利用每次個別建構(gòu)區(qū)塊的方式構(gòu)建模型。特征是最小的建構(gòu)區(qū)塊，若以簡單的特征建構(gòu)模型，在修改模型時，更有彈性。由于各功能模塊之間是相互關(guān)聯(lián)的，如果改變裝配中的某一零件，系統(tǒng)將會自動地在該裝配中的其他零件與繪圖上反映該變化。如果某一特征參考到其他特征時，特征之間即產(chǎn)生父/子關(guān)系。2）直接輸入由造型設(shè)計產(chǎn)生的曲面。（5）在裝配圖中構(gòu)建實體根據(jù)已建好的實體模型，在裝配中，利用其特征（平面，曲面或軸線）為基準，直接構(gòu)建新的實體模型。 基于Pro/E機構(gòu)的動態(tài)仿真 運動仿真技術(shù)概述運動仿真是一個基于時間的一種運動形式。Pro/E運動分析模塊可以進行機構(gòu)的干涉分析，跟蹤零件的運動軌跡，分析機構(gòu)中零件的速度、加速度、作用力、反作用力和力矩等。設(shè)計的更改可以直接反映在裝配主模型的復(fù)制品分析方案中，再重新分析，一旦確定優(yōu)化的設(shè)計方案，設(shè)計更改就可直接反映到裝配主模型中。實體模型是具有質(zhì)量屬性（如體積、曲面面積和慣性）的幾何模型。在Pro/E中創(chuàng)建三維零件造型的一般過程是：第一步，新建一個零件文件，進入零件造型模塊的環(huán)境，選擇文件新建命令或圖標(biāo)，在類型中選取“零件”，在子類型中選取“實體”輸入文件名，選擇默認模型，模板。第三步，根據(jù)圖形對草繪的視圖進行拉伸，掃描等操作使其轉(zhuǎn)化為三維實體。在某些情況下，可同時創(chuàng)建其他的運動約束特征，比如彈簧、阻尼、彈性襯套和接觸等。每個運動副可包含5種可能的運動驅(qū)動中的一種。采用恒定驅(qū)動需要使用者設(shè)置一運動副為等常運動，所需的輸入?yún)?shù)是位移（時間t=0時的初始位置）、速度和加速度；簡諧運動驅(qū)動，簡諧運動驅(qū)動產(chǎn)生一個光滑的向前或者向后的正弦運動。 Pro/E運動仿真的特點與其他CAD軟件相比較，用Pro/E作運動仿真主要具有以下一些特點。當(dāng)創(chuàng)建或編輯調(diào)用一個運動副時，就會彈出運動驅(qū)動對話框，使用者可以根據(jù)需要選擇5種可能的運動驅(qū)動中的一種。（3）靜力學(xué)分析靜力學(xué)分析將模型移動到平衡位置，并輸入運動副上的反作用力。（5）設(shè)計位置和裝配位置模型的裝配位置可能不同于模型的設(shè)計位置。（6）多種形式輸出Pro/E運動仿真的結(jié)果可以以多種格式進行輸出。在許多情況下，在機構(gòu)進行生產(chǎn)前或者說在機構(gòu)真正生產(chǎn)出來前，用該軟件預(yù)測機構(gòu)的運動特性。第4章 空間傳動機構(gòu)結(jié)構(gòu)分析和運動分析 空間傳動機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析機構(gòu)是構(gòu)件通過運動副連接組成的可動系統(tǒng)，所以可通過構(gòu)件及其之間的連接方式討論機構(gòu)的組成特征。進行機構(gòu)結(jié)構(gòu)分析的目的是：在設(shè)計新機器時,需要斷定在什么情況下才會具有確定運動，那就是要做到機構(gòu)的原動件數(shù)目與它的自由度數(shù)目相等,尤其是對一些復(fù)雜的機構(gòu)進行結(jié)構(gòu)分析，以便比較透徹地了解機構(gòu)的結(jié)構(gòu)特點，從而為機構(gòu)的運動分析，受力分析指明方向。 空間機構(gòu)的自由度計算空間運動的自由構(gòu)件具有6個自由度。當(dāng)兩構(gòu)件組成運動副之后，其相對運動便加上了約束。根據(jù)所加約束數(shù)目的不同可將空間機構(gòu)中的運動副分為5級，即具有1個約束的為Ⅰ級運動副，具有2個約束的為Ⅱ級運動副，其余類推。對于某些機構(gòu)，由于運動副的特殊配置，使該機構(gòu)所有構(gòu)件都失去了某些運動的可能性，或者說，對該機構(gòu)所有構(gòu)件的運動加上了若干公共約束。機構(gòu)中運動副具有的運動自由度并不在相互平行的平面內(nèi)，則將該機構(gòu)作為空間機構(gòu)來計算自由度。使用該公式時需觀察有無復(fù)合鉸鏈、局部自由度、虛約束和公共約束。如一個兩副構(gòu)件都用球面副時，該構(gòu)件繞兩球心連線的轉(zhuǎn)動自由度為局部自由度，計算自由度時先照算，然后將局部自由度減去。用脫離機架法可方便地判斷機構(gòu)的公共約束。用多余自由度這個等值概念去覆蓋傳統(tǒng)的虛約束多余自由度、滾輪局部多余自由度、移動副P的剛化多余自由度和新提出的結(jié)構(gòu)多余自由度、級別配合多余自由度。RSR空間桿機構(gòu)是由兩個轉(zhuǎn)動副（R）和兩個球面副（S）組成，簡稱RSSR空間機構(gòu)，此機構(gòu)為空間曲柄，搖桿機構(gòu)，可用于傳遞交錯軸間的運動。 空間傳動機構(gòu)的運動分析給各主動件以一定的運動，各從動件的運動也就確定。運動分析包括位移分析、速度分析和加速度分析。按照機構(gòu)中的主動件與從動件的運動關(guān)系，寫出運動位移方程，該方程為非線性方程組，對位移方程求導(dǎo)數(shù)，可得到速度方程，再對其求一次導(dǎo)數(shù)，可得到加速度方程，速度和加速度方程為線性方程。第一類是與平面連桿機構(gòu)的運動分析相似，建立空間直角坐標(biāo)系，再建立失量閉環(huán)方程，寫出位移矩陣方程，然后對其依次求導(dǎo)數(shù)，解出待求的未知數(shù)。 RSSR空間四連桿機構(gòu)的運動分析計算RSSR空間四連桿機構(gòu)運動分析是已知原動件的運動規(guī)律，求解未知從動件的運動規(guī)律，主要見于對現(xiàn)有機構(gòu)的運動分析。RSSR空間四連桿機構(gòu)ABCD，A、D組成機架，AB桿和CD桿在A、D點組成轉(zhuǎn)動副R，連桿BC分別與AB和CD組成球面副S，點B和C各為球面副的球心。通過B和C各作平面V和U分別垂直于主動軸A和從動軸D，兩個平面的交線為ZZ。將平面V繞ZZ回轉(zhuǎn)90度與平面U重合， A點在平面U上的投影為E，它必在直線ZZ上。在平面U內(nèi)可構(gòu)造搖桿滑塊機構(gòu)DCE，其中從動桿CD具有實長L，而連桿CE的長度L是變化的。在該移動導(dǎo)桿機構(gòu)中有S=d + Lcos將上式對時間依次求一階導(dǎo)數(shù)和二階導(dǎo)數(shù)，有S′= LsinS″= L（sin+cos）式中，S、S′和S″為移動導(dǎo)桿（即E點）的位移、速度和加速度。（1）位移分析 D i，按多邊形DCEN各邊矢向，有Le+ Le=S + Yi或 Le= S+Yi Le將上式分別取實部和虛部，有消去并整理，得S cos+Y sin+G=0解得=2arctan式中 G=上式根號前的符號“+”和“—”′D?！?（3）加速度分析將Le+(L′+ L′i)e=S′對時間求導(dǎo)，得 S″=( L″+ 2 L′′i + L′) e+L(i) e上式每項乘以e，得S″e= L″+ 2 L′′i+ L′+ L(i) e取實部，解得=注意， 和′僅作過渡計算之用，并非為空間RSSR機構(gòu)中連桿BC的實際角位移和角速度。 機構(gòu)從動元件上一點的速度和加速度曲線（1）速度曲線 （2）加速度曲線 RSSR空間四連桿機構(gòu)為曲柄搖桿機構(gòu)，,最小速度為0；?？臻g傳動機構(gòu)構(gòu)件數(shù)少、結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、靈活、可靠，可實現(xiàn)平面機構(gòu)不可能實現(xiàn)的復(fù)雜運動。通過觀察和了解機構(gòu)的組成原理和工作原理，在Pro/E環(huán)境下按測量得到的尺寸完成零件實體模型，按步驟裝配成機構(gòu)，進行機構(gòu)的運動仿真，通過干涉檢查，解決設(shè)計問題，并錄制影像，創(chuàng)建動態(tài)點的軌跡曲線。 單萬向聯(lián)軸節(jié)的整體結(jié)構(gòu) 單萬向聯(lián)軸節(jié)的零件設(shè)計（1）主動元件的設(shè)計進入Pro/E零件造型模塊。后建“DTM1”、“DTM2”，“拉伸”完成兩端半圓，并運用“拉伸”去除材料，兩端完成同一軸線的兩個直徑為5mm的銷釘孔，“拉伸”得到直徑10mm，長度 5mm的主動軸端。 主動元件 從動元件（2）銷釘和定位銷的設(shè)計應(yīng)用“旋轉(zhuǎn)”，得到半球，在球面“拉伸”出直徑5mm，長度為120mm的圓柱。短銷釘?shù)拈L度尺寸為40mm，在圓柱端建立基準面“DTM3”與FRONT面相距60mm。 長銷釘 短銷釘 定位銷（3）球的設(shè)計應(yīng)用“旋轉(zhuǎn)”，得到直徑為50mm的球。在球心建立基準點“PNT0”。創(chuàng)建基準面“DTM2”與“TOP”面相距45度，創(chuàng)建基準面“DTM3”與“DTM2”垂直，在“DTM3”上“拉伸”形成長方體即固定面。Step1 第一個固定元件的動態(tài)裝配設(shè)計選擇 “插入” “元件” “裝配”，打開第一個零件，進行元件放置，選擇“放置”，點擊 “在缺省位置裝配元件”，約束類型為“缺省”，放置狀態(tài)為“完全約束”。第一個約束類型為“軸對齊”，元件參照選擇固定元件軸線，組件參照選擇主動軸軸線，兩軸線處于同一直線；第二個約束類型為“平移”，選擇固定元件內(nèi)孔的內(nèi)表面和主動軸的外表面，兩平面處于同一平面，完成連接定義?！斑B接”命令下進行的裝配有所需自由度，可設(shè)置運動。各連接類型說明如下：（1）剛性：兩零組件的連接屬于剛體連接，自由度為0，零件裝配處于完全約束狀態(tài)。（2）銷釘：銷連接，自由度為1，兩零組件的運動方式為繞著同一條軸線旋轉(zhuǎn)，但不能作任何方