【正文】 ，如音像合成效果等；虛擬現(xiàn)實仿真則強調(diào)投入感、沉浸感和多維信息的人機交互性。 PRO/EWildfire 是美國 PTC 公司最新推出的一套從設計到制造的機械自動化軟件，產(chǎn)品設計師可以利用該軟件輕松的完成部件、整機模型的裝配，并對設計的產(chǎn)品預先進行靜態(tài)分析、裝配干涉檢驗等操作。分析結(jié)束后 PRO/E 還可以將仿真的結(jié)果以 MPEG、 JPEG 等 格式輸出，幫助用戶更好的完成機構(gòu)設計。 Mechanism 模塊集成于 Pro / Engineer 中，操作直觀簡便，易于掌握。 Pro/e 技術(shù)的發(fā)展與應用水平已成為 衡量一個國家的科學技術(shù)現(xiàn)代化和工業(yè)現(xiàn)代化的重要標志。 課題內(nèi)容 本畢設 是利用 Pro/E 軟件的仿真功能對活塞的運動過程進行動畫模擬，并對活塞、連桿等進行一些簡單的數(shù)據(jù)分析及計算，以確定設計的合理性，可行性，最終完成設計；同時應用 Matlab 的 Simulink 仿真模塊進行理論分析，對比兩者結(jié)果，分析兩者仿真的優(yōu)缺點。最后，對兩者結(jié)果進行分析，得出結(jié)論。 第二章 活塞機構(gòu)簡介：本章主要重點介紹活塞機構(gòu)的基本構(gòu)造及其工作原理。 第四章 運動仿真及分析：本章主要講述如何使用 Pro/E 軟件進行活塞機構(gòu)的運動仿真分析以及 simulink 模塊進行曲柄滑塊機構(gòu)的運動仿真分析。 致謝：感謝畢設過程中來自老師及同學的幫助。 第二章 活塞機構(gòu)簡介 5 第二章 活塞 機構(gòu)簡介 活塞機構(gòu)的基本構(gòu)造 活塞機構(gòu)是機械行業(yè)中常見的曲柄滑塊機構(gòu)，應用該機構(gòu)最典型的實例就是發(fā)動機氣缸，它可以將燃氣能源轉(zhuǎn)換為機械動能，它的作用是承受氣體壓力，并將此力通過活塞銷傳給連桿以推動曲軸旋轉(zhuǎn)。 機體組主要由 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)造活塞機構(gòu)的外部特征。因此，機體必須要有足夠的強度和剛度。氣缸體有水冷式缸體和風冷式氣缸體。 氣缸蓋與氣缸體之間裝有氣缸襯墊，其作用是保證氣缸蓋與氣缸體間的密封，防止燃燒室漏氣、水套漏水。油底殼受力很小，一般采用薄鋼板沖壓而成。 （ 1） 活塞 活塞的作用是與氣缸蓋、氣缸壁等共同組成燃燒室，并承受氣缸中氣體壓力，通過活塞銷將作用力傳給連桿，以推動曲軸旋轉(zhuǎn)。 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。 活塞環(huán)槽 活塞環(huán)安裝在活塞環(huán)槽內(nèi)。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 ,當活塞向下運動時 ,油環(huán)把氣缸壁上多余的機油刮下來經(jīng)回油孔流回油底殼。 活塞裙部 活塞裙部起導向作用。 活塞環(huán) 包括氣環(huán)和油環(huán)兩種 。油環(huán)主要是刮油、布油和輔助密封作用。 （ 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。根據(jù)活塞銷的固定方式的不同，可分為全浮式或半浮式兩種。連桿承受活塞銷傳來得氣體的作用力以及本身擺動和活塞組往復運動時的慣性力，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。 曲軸是發(fā)動機最重要的機件之一。 飛輪是一個轉(zhuǎn)動慣量很大的圓盤，外緣上壓有一個齒圈，與起動機的驅(qū)動齒輪嚙合，供起動機發(fā)動機時使用。在 做 功沖程中，它將燃料燃燒產(chǎn)生的 氣體作用在活塞頂上的膨脹壓力轉(zhuǎn)變?yōu)榍S旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)矩，不斷輸出動力 ；在其它沖程中， 則依靠曲柄和飛輪的轉(zhuǎn)動慣性、通過連桿帶動活塞上下運動，為下一次 做 功創(chuàng)造條件。 機體組主要由 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。在其它沖程中，則依靠曲柄飛輪的轉(zhuǎn)動慣性進行后續(xù)的運動。 Pro/Engineer 軟件以參數(shù)化著 稱， 是參數(shù)化技術(shù)的最早應用者，在目前的三維造型軟件領域中占有著重要地位。 [11] 主要特性 Pro/E 第一個提出了參數(shù)化設計的概念，并且采用了單一數(shù)據(jù)庫來解決特征的相關(guān)性問題。 Pro/E 的基于特征方式，能夠?qū)⒃O計至生產(chǎn)全過程集成到一起，實現(xiàn)并行工程設計。 Pro/E 采用了模塊方式，可以分別進行草圖繪制、零件制作、裝配設計、鈑金設計、加工處理等，保證用戶可以按照自己的需要進行選擇使用。 2． 基于特征建模 Pro/E 是基于特征的實體模型化系統(tǒng)，工程設計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 的活塞機構(gòu)的運動仿真分析 變模型。 3． 單一數(shù)據(jù)庫（全相關(guān)） Pro/Engineer 是建立在統(tǒng)一基層上的數(shù)據(jù)庫上，不像一些傳統(tǒng)的 CAD/CAM 系統(tǒng)建立在多個數(shù)據(jù)庫上。換言之，在整個設計過程的任何一處發(fā)生改動，亦可以前后反應在整個設計過程的相關(guān)環(huán)節(jié)上。這種獨特的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與工程設計的完整的結(jié)合，使得一件產(chǎn)品的設計結(jié)合起來。 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。 Pro/Engineer是一個功能定義系統(tǒng)，即造型是通過各種不同的設計專用功能來實現(xiàn)，其中包括：筋（ Ribs）、槽（ Slots）、 倒角（ Chamfers）和抽殼（ Shells）等，采用這種手段來建立形體，對于工程師來說是更自然，更直觀，無需采用復雜的幾何設計方式。這種功能使得修改更為方便和可令設計優(yōu)化更趨完美。 Pro/Engineer 功能如下： （ 1） 特征驅(qū)動（例如：凸臺、槽、倒角、腔、殼等）； 第三章 Pro/E 的建模及裝配 11 （ 2） 參數(shù)化（參數(shù) =尺寸、圖樣中的特征、載荷、邊界條件等）； （ 3） 通過零件的特征值之間，載荷 /邊界條件與特征參數(shù)之間（如表面積等）的關(guān)系來進行設計； （ 4） 支持大型、復雜組合件的設計（規(guī)則排列的系列組件，交替排列， Pro/PROGRAM的各種能用零件設計的程序化方法等）。其它輔助模塊將進一步提高擴展 Pro/ENGINEER 的基本功能。 Pro/ASSEMBLY 是 Pro/ADSSEMBLY 的一個擴展選項模塊，只能在 Pro/Engineer 環(huán)境下運行，它具有如下功能： （ 1） 在組合件內(nèi)自動零件替換（交替式） （ 2） 規(guī)則排列的組合（支持組合件子集） （ 3） 組裝模式下的零件生成（考慮組件內(nèi)已存在的零件來產(chǎn)生一個新的零件） （ 4） Pro/ASSEMBLY 里有一個 Pro/Program 模塊，它提供一個開發(fā)工具。 如：給兩種零件之間加一個焊接特征等） 機構(gòu)的建模與裝 配 三維造型 建模 活塞機構(gòu)主要由活塞、連桿、曲軸以及底座構(gòu)成 [2]，且本次主要是進行活塞機構(gòu)的運動仿真分析，所以在使用 Pro/E 進行建模時主要構(gòu)建以上零部件，包括活塞、連桿、曲軸及 底座。 12 基于 PRO/E 的活塞機構(gòu)的運動仿真分析 通過經(jīng)驗來大體確定各零部件的具體尺寸并記錄下來，具體尺寸確定后，接下來就是進行活塞機構(gòu)的各零部件的三維建模。 同樣，采用【拉伸】，草繪草圖 ，進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。各特征構(gòu)建步驟及最終活塞模型構(gòu)建如圖 。 首先利用【拉伸】命令來構(gòu)建模型的大致外型，然后再進行【倒角】、【孔】以及【鏡像】操作來構(gòu)建一些 其它的細節(jié)特征。 第三章 Pro/E 的建模及裝配 13 圖 3. 2連桿 及端蓋 曲軸的三維建模首先通過兩次【拉伸】，拉伸出曲軸左側(cè)的飛輪和左軸的特征，然后進行【鏡像】得到右側(cè)特 征，最后再通過【拉伸】得到其它特征，最終得到的曲軸的三維模型如 圖 。首先通過【旋轉(zhuǎn)】構(gòu)建出底座中間部分的特征，然后進行【拉伸】構(gòu)建出底座一側(cè)的特征，再進行【鏡像】得到底座的整體模型，最后通過【倒角】、【孔】來構(gòu)建其它細節(jié)特征。 14 基于 PRO/E 的活塞機構(gòu)的運動仿真分析 圖 3. 4底座 整體裝配 Proe 中，零件的裝配過程，實際上就是一個約束限位的過程，根據(jù)不同的零件模型及設計需要，選擇合適的裝配約束類型，從而完成零件模型的定位。 [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)。 ：滑動連接，自由度為 1，零件可沿某一軸平移。 ：平面連接，自由度為 2，零件可在某一平面內(nèi)自由 移動，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。 在本次畢設過程中由于要進行活塞機構(gòu)的運動仿真分析，所以在進行活塞機構(gòu)的裝配時選擇第二種連接方式即機構(gòu)連接， 曲柄與基座、曲柄與連桿、連桿與 第三章 Pro/E 的建模及裝配 15 活塞之間均為銷釘連接 ； 活塞與基座間為滑動桿連接 ， [5]具體的活塞機構(gòu)的裝配過程如下。 選擇菜單欄的【文件 】 →【新建命令】，系統(tǒng)彈出【新建】對話框，點選【組件】，取消【使用缺省模版】的選擇，單擊【確定】按鈕，系統(tǒng)彈出新文件選項對話框，如圖 。 （ 1） 單擊【創(chuàng)建按鈕】，系統(tǒng)彈出元件創(chuàng)建對話框 ， 在“元件創(chuàng)建 ” 對話框中，單選【骨架模型】，單擊【確定】，系統(tǒng)彈出“創(chuàng)建 ” 選項，單擊【 mmns_asm_design】，單擊【確定】，進入元件創(chuàng)建。 （ 1） 單擊【裝配】，系統(tǒng)彈出“打開”對話框，選擇元件 ，單擊【打16 基于 PRO/E 的活塞機構(gòu)的運動仿真分析 開】 ,底座就添加在組件模塊中了。 （ 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)化為機構(gòu)連接】中的“銷釘”，單擊【放置】，單擊【軸對齊】，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，偏移量設為“ 10”。 圖 3. 7裝配曲軸 第三章 Pro/E 的建模及裝配 17 （ 1） 單擊【裝配】，系統(tǒng)彈出“打開”，選擇元件 【打開】，連桿就添加在組件模塊中了。 （ 3） 在【狀態(tài)】框中顯示“完成連接定義”，單擊【完成】， 如圖 。 （ 2） 在【將約束轉(zhuǎn)化為機構(gòu)連接】框中選擇“滑動桿” ,單擊【放置】 ,單擊【軸對齊】 ,在 3D 模型中選擇上面創(chuàng)建的基準軸 AA_1 和活塞 軸線，單擊【旋轉(zhuǎn)】，選取活塞的 TOP 基準面和組件的 RIGHT 基準面。選擇【將約束轉(zhuǎn)化為機構(gòu)連接】中的銷釘，單擊【放置】，單擊【軸對齊】，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”。 18 基于 PR