PROE仿真与动画(有实例讲解)

第第第第1章章章章运动仿真运动仿真运动仿真运动仿真本章重点本章重点本章重点本章重点应力分析的一般步骤边界条件的创建查看分析结果报告的生成和分析本章典型效果图本章典型效果图本章典型效果图本章典型效果图1.1机构模块简介在进行机械设计时，建立模型后设计者往往需要通过虚拟的手段，在电脑上模拟所设计的机构，来达到在虚拟的环境中模拟现实机构运动的目的。对于提高设计效率降低成本有很大的作用。Pro/engineer中“机构”模块是专门用来进行运动仿真和动态分析的模块。PROE的运动仿真与动态分析功能集成在“机构”模块中，包括Mechanismdesign（机械设计）和Mechanismdynamics（机械动态）两个方面的分析功能。使用“机械设计”分析功能相当于进行机械运动仿真，使用“机械设计”分析功能来创建某种机构，定义特定运动副，创建能使其运动起来的伺服电动机，来实现机构的运动模拟。并可以观察并记录分析，可以测量诸如位置、速度、加速度等运动特征，可以通过图形直观的显示这些测量量。也可创建轨迹曲线和运动包络，用物理方法描述运动。使用“机械动态”分析功能可在机构上定义重力，力和力矩，弹簧，阻尼等等特征。可以设置机构的材料，密度等特征，使其更加接近现实中的结构，到达真实的模拟现实的目的。如果单纯的研究机构的运动，而不涉及质量，重力等参数，只需要使用“机械设计”分析功能即可，即进行运动分析，如果还需要更进一步分析机构受重力，外界输入的力和力矩，阻尼等等的影响，则必须使用“机械设计”来进行静态分析，动态分析等等。1.2总体界面及使用环境在装配环境下定义机构的连接方式后，单击菜单栏菜单“应用程序”→“机构”，如图1-1所示。系统进入机构模块环境，呈现图1-2所示的机构模块主界面：菜单栏增加如图1-3所示的“机构”下拉菜单，模型树增加了如图1-4所示“机构”一项内容，窗口右边出现如图1-5所示的工具栏图标。下拉菜单的每一个选项与工具栏每一个图标相对应。用户既可以通过菜单选择进行相关操作。也可以直接点击快捷工具栏图标进行操作。图1-1由装配环境进入机构环境图图1-2机构模块下的主界面图图1-3机构菜单图1-4模型树菜单图1-5工具栏图标图1-5所示的“机构”工具栏图标和图1-3中下拉菜单各选项功能解释如下：连接轴设置：打开“连接轴设置”对话框，使用此对话框可定义零参照、再生值以及连接轴的限制设置。凸轮：打开“凸轮从动机构连接”对话框，使用此对话框可创建新的凸轮从动机构,也可编辑或删除现有的凸轮从动机构。槽：打开“槽从动机构连接”对话框，使用此对话框可创建新的槽从动机构，也可编辑或删除现有的槽从动机构。齿轮：打开“齿轮副”对话框，使用此对话框可创建新的齿轮副，也可编辑、移除复制现有的齿轮副。伺服电动机：打开“伺服电动机”对话框，使用此对话框可定义伺服电动机，也可编辑、移除或复制现有的伺服电动机。执行电动机：打开“执行电动机”对话框，使用此对话框可定义执行电动机，也可编辑、移除或复制现有的执行电动机。弹簧：打开“弹簧”对话框，使用此对话框可定义弹簧，也可编辑、移除或复制现有的弹簧。阻尼器：打开“阻尼器”对话框，使用此对话框可定义阻尼器，也可编辑、移除或复制现有的阻尼器。力/扭矩：打开“力/扭矩”(对话框，使用此对话框可定义力或扭矩。也可编辑、移除或复制现有的力/扭矩负荷。重力：打开“重力”对话框，可在其中定义重力。初始条件：打开“初始条件”对话框，使用此对话框可指定初始位置快照，并可为点、连接轴、主体或槽定义速度初始条件。质量属性：打开“质量属性”对话框，使用此对话框可指定零件的质量属性，也可指定组件的密度。拖动：打开“拖动”对话框，使用此对话框可将机构拖动至所需的配置并拍取快照。连接：打开“连接组件”对话框，使用此对话框可根据需要锁定或解锁任意主体或连接，并运行组件分析。分析：打开“分析”对话框，使用此对话框可添加、编辑、移除、复制或运行分析。回放：打开“回放”对话框，使用此对话框可回放分析运行的结果。也可将结果保存到一个文件中、恢复先前保存的结果或输出结果。测量：打开“测量结果”对话框，使用此对话框可创建测量，并可选取要显示的测量和结果集。也可以对结果出图或将其保存到一个表中。轨迹曲线：打开“轨迹曲线”对话框，使用此对话框生成轨迹曲线或凸轮合成曲线。除了这些主要的菜单和工具外。还有几个零散的菜单需要注意。1.2.1“编辑”菜单在“编辑”菜单中与“机构”模块有关的菜单主要是：重定义主体：打开“重定义主体”对话框，使用此对话框可移除组件中主体的组件约束。通过单击箭头选择零件后，对话框显示已经定义好的约束，元件和组建参照，设计者可以移除约束，重新指定元件或组件参照，如图1-6所示。设置：打开“设置”对话框，使用此对话框可指定机械设计用来装配机构的公差，也可指定在分析运行失败时“机械设计”将采取的操作。如是否发出警告声，操作失败时是否暂停运行或是继续运行等等，该配置有利于设计者高效率的完成工作。如图1-7所示。图1-6重定义主体对话框图1-7设置对话框1.2.2“视图”菜单在“视图”菜单中与“机构”模块有关的菜单主要是：加亮主体：以绿色显示基础主体。显示设置：机构显示，打开“显示图元”对话框，使用此对话框可打开或关闭工具栏上某个图标的可见性。去掉任何一个复选框前面的勾号，则该工具在工具栏上不可见。图1-8显示图元对话框1.2.3“信息”菜单：单击“信息”→→→→“机构”下拉菜单，或在模型树中右键单击“机构”节点并选取“信息”，系统打开“信息”菜单，如图1-9所示。使用“信息”菜单上的命令以查看模型的信息摘要。利用这些摘要不必打开“机构”模型便可以更好地对其进行了解，并可查看所有对话框以获取所需信息。在两种情况下，都会打开一个带有以下命令的子菜单。选取其中一个命令打开带有摘要信息的Pro/ENGINEER浏览器窗口。（1）摘要：机构的高级摘要，其中包括机构图元的信息和模型中所出现的项目数。如图1-10（2）详细信息：包括所有图元及其相关属性。如图1-11所示。（3）质量属性：列出机构的质量、重心及惯性分量。如图1-12所示。机构为“模型树”中每个“机械设计”图元都提供一个“信息”选项。右键单击并为某个特定图元选中此选项后，会打开一个带有针对该图元的详细摘要的浏览器窗口。图1-9信息菜单中机构信息图图1-10摘要信息图图1-11详细信息图图1-12质量属性信息图1.3机械设计模块的分析流程要进行机构运动仿真设计，必须遵循一定的步奏。Pro/Engineer“机械设计”模块包括“机械设计运动”（运动仿真）和“机械设计动态”（动态分析）两部分，使用“机械设计”分析功能，可在不考虑作用于系统上的力的情况下分析机构运动，并测量主体位置、速度和加速度。和前者不同的是“机械动态”分析包括多个建模图元，其中包括弹簧、阻尼器、力/力矩负荷以及重力。可根据电动机所施加的力及其位置、速度或加速度来定义电动机。除重复组件和运动分析外，还可运行动态、静态和力平衡分析。也可创建测量，以监测连接上的力以及点、顶点或连接轴的速度或加速度。可确定在分析期间是否出现碰撞，并可使用脉冲测量定量由于碰撞而引起的动量变化。由于动态分析必须计算作用于机构的力，所以它需要用到主体质量属性。两者进行分析时流程基本上一致：类型机械设计流程机械动态动流程创建模型定义主体生成连接定义连接轴置生成特殊连接定义主体指定质量属性生成连接定义连接轴设置生成特殊连接添加建模图元应用伺服电动机应用伺服电动机应用弹簧应用阻尼器应用执行电动机定义力/力矩负荷定义重力创建分析模型运行运动学分析运行重复组件分析运行运动学分析运行动态分析运行静态分析运行力平衡分析运行重复组件分析获得结果回放结果检查干涉查看测量创建轨迹曲线创建运动包络回放结果检查干涉查看定义的测量和动态测量创建轨迹曲线和运动包络创建要转移到Mechanica结构的负荷集表1.1分析流程表1.4机械设计运动分析详解了解了上面基本的分析过程后，下面通过具体的例子一步一步来进行具体的分析。（1）将光盘文件复制到硬盘上，启动pro/engineer。单击菜单“文件”→“设置工作目录”。打开“选取工作目录”对话框工作，将目录设置为X：/example_1。单击确定。则系统工作在此目录下。如图1-13所示。（2）单击菜单“文件”→“新建”。打开“新建”对话框，选择“组件”选项，将组件名改为asm。去掉“使用缺省模版”复选框前面的勾号，单击“确定”按钮，系统打开“新文件选项”对话框，如图1-14所示。(3)在列表中选择mmns_asm_design为模板，单击确定。（4）单击图标，打开“打开”对话框，如图1-15所示。选取a.prt，单击“打开”按钮，系统弹出“元件放置”对话框。单击按钮接受缺省约束放置，单击确定按钮。这样系统自动定义此为基础主体。如图1-16所示。图1-13选取工作目录对话框图1-14新文件选项对话框图1-15打开对话框图1-16元件放置对话框图1-16元件放置后图（5）单击图标，打开“打开”对话框，选取b.prt，单击“打开”按钮，系统弹出“元件放置”对话框。单击“连接”选项卡，对话框变成如图1-17所示，接受默认连接的名称为connnection_1，选择类型为销钉连接，按照图1-19选取a.prt的轴A1对齐b.prt的轴A1，平移选项选取轴端大端面和b.prt一个侧面，单击确定，完成后如图1-19所示。在完成连接的过程中，可以通过如图1-20所示的移动选项卡对话框调整机构位置。可以平移，旋转元件到一定的位置。便于观察和选取基准轴或面。图1-17连接中的轴对齐图图1-18连接中的平移图图1-19连接匹配图图1-20连接调整移动图1.4.1连接的作用Pro/E提供了十种连接定义。主要有刚性连接，销钉连接，滑动杆连接，圆柱连接，平面连接，球连接焊接，轴承，常规，6DOF（自由度）。最后两种是野火2.0新增加的。连接与装配中的约束不同，连接都具有一定的自由度，可以进行一定的运动接头连接有三个目的：◊定义“机械设计模块”将采用哪些放置约束，以便在模型中放置元件；◊限制主体之间的相对运动，减少系统可能的总自由度(DOF)；◊定义一个元件在机构中可能具有的运动类型；1．销钉连接此连接需要定义两个轴重合，两个平面对齐，元件相对于主体选转，具有一个旋转自由度，没有平移自由度。如图示图1-21销钉连接示意图2．滑动杆连接滑动杆连接仅有一个沿轴向的平移自由度，滑动杆连接需要一个轴对齐约束，一个平面匹配或对齐约束以限制连接元件的旋转运动，与销连接正好相反，滑动杆提供了一个平移自由度，没有旋转自由度。图1-22滑动杆连接示意图3．圆柱连接连接元件即可以绕轴线相对于附着元件转动，也可以沿着轴线相对于附着元件平移，只需要一个轴对齐约束，圆柱连接提供了一个平移自由度，一个旋转自由度。图1-23圆柱连接示意图4．平面连接平面连接的元件即可以在一个平面内相对于附着元件移动，也可以绕着垂直于该平面的轴线相对于附着元件转动，只需要一个平面匹配约束。图1-24平面连接示意图5．球连接连接元件在约束点上可以沿附着组件任何方向转动，只允许两点对齐约束，提供了一个平移自由度，三个旋转自由度。图1-25球连接示意图5．轴承连接轴承连接是通过点与轴线约束来实现的，可以沿三个方向旋转，并且能沿着轴线移动，需要一个点与一条轴约束，具有一个平移自由度，三个旋转自由度。图1-26轴承连接示意图6．刚性连接连接元件和附着元件之间没有任何相对运动，六个自由度完全被约束了。7．焊接焊接将两个元件连接在一起，没有任何相对运动，只能通过坐标系进行约束。刚性连接和焊接连接的比较：（1）刚性接头允许将任何有效的组件约束组聚合到一个接头类型。这些约束可以是使装配元件得以固定的完全约束集或部分约束子集。（2）装配零件、不包含连接的子组件或连接不同主体的元件时，可使用刚性接头。焊接接头的作用方式与其它接头类型类似。但零件或子组件的放置是通过对齐坐标系来固定的。（3）当装配包含连接的元件且同一主体需要多个连接时，可使用