Pro/E在正弦机构运动仿真分析中的应用

朱灿一，康刘阳，徐飞宁

（长安大学，陕西西安710064）

Pro/E在正弦机构运动仿真分析中的应用

朱灿一，康刘阳，徐飞宁

（长安大学，陕西西安710064）

本文分析了正弦机构的工作原理，建立正弦机构机构模型，研究了该正弦机构在Pro/E软件环境中的运动仿真分析。实现快速完成机构设计的同时对所设计结果进行了初步分析检验，节约了利用实际产品做实验所需的时间、人力和财力。通过实例验证了参数化设计的正弦机构在虚拟装配之后的运动学仿真。

Pro/E；正弦机构；运动仿真

Pro/E的机构模块中包含运动仿真和动态分析，对某种机构进行机械运动仿真，必须定义与之相应的运动副，并且要有“动力源”伺服电机来实现机构的运动模拟。通过对机构的运动仿真可以得出一系列结论，比如对机构的速度、加速度、位置、角速度等运动特性进行测量，也可以以图形的形式来表达这些测量，这样就可以更直观的加以分析［1］。

本文基于Pro/E平台下，对机构进行运动仿真设置的时，对于模型的重力和其他外在作用力可以不予以考虑，此时的运动分析可以测量速度、加速度、位置的变化，对于各个元件之间是否有干涉、自由度发生冲突等都可以进行检查。从运动仿真的结果中可以得到机构的运动规律以及一系列相关的数据，这样更能展示机构实际的运行状态，可以大大简化机构的开发过程。工业中许多机器都有应用该机构实现机器的运动转换、动力传递或往复运动。如磨齿机、研磨机柴油机、开式压力机、十字滑块往复式压缩机等［2］。

1　装配

正弦机构属于连杆机构类型。在铰链四杆机构中一个转动副转化为移动副后就成为曲柄滑块机构。而正弦机构又是由曲柄滑块机构演化而来的。其演化过程如图1所示。图1（a）中用圆弧槽的形式代替曲柄滑块机构可以得到两个含有移动副的滑块四杆机构，如图1（b）。如果把圆弧槽的半径无限放大即可演化为正弦机构，如图1（c）。由该机构的基本型式可以确定它是一种单自由度双移动副平面连杆机构［3］。

图1　曲柄滑块机构演化成正弦机构

首先对正弦机构的零件进行建模，然后对各个零部件进行装配，此时需要明确零件之间需要满足的装配关系，依据所要实现的功能来定义各个零件的自由度。

对机构进行运动仿真与分析，需要以“连接”的方式来装配零件模型。机构中的零部件需要以机械约束的方式装配进来，此时该零件相对于其他零部件应该具有某种特定的自由度。在将零部件进行装配前，应知道该元件与装置中其他元件的约束关系、相对运动关系和该元件的自由度。装配结果图如图2.

图2　装配结果图

2　运动仿真

2.1建齿轮机构

进入机构运动分析模块创建齿轮机构如图3，该机构通过两个元件进行定义，需要注意的是两个元件上并不一定需要真实的齿形。它的运动仿真与普通连接的定义方法不同，有各自的特殊参数设置。齿轮机构的传动比是通过两个分度圆的直径来决定的。

图3　创建齿轮机构

2.23D接触

利用3D接触可以实现机构中两元件之间的接触不穿透以及碰撞的模拟，3D接触还可以进行压力角、接触面积和滑动速度等参数的分析研究。在挡环与主体之间建立3D接触如图4.

图4　创建3D接触

2.3定义电动机

在Pro/E仿真中，电动机有伺服电动机、执行电动机和力/扭矩等，其中伺服电动机最常用。机构运动分析模块（Mechanism）进行伺服电动机的设置，如图5所示。此时需要指定伺服电动机的函数，也就是要对伺服电动机进行定义，这样就可以得到电动机的运动形式。对于该机构而言，齿轮2为主动齿轮，因此定义齿轮2的运动轴为动力源，伺服电动机安装在齿轮2上［4］。

图5　定义伺服电动机

运动分析可以分析机构中的位移、速度、加速度、距离等。它可以充分的模拟机构的实际运动情况，在进行运动分析时，满足机构运动的情况下，对于机构的连接方式和伺服电动机的选择没有要求。而且运动分析时可以不考虑机构的质量和受力情况，所以，任何载荷和质量以及模型中的弹簧、阻尼等对于机构的运动分析都不会产生影响。从而，在设置时可以不予以考虑。运动分析的设置如图6所示。

图6　运动分析的设置

3　运动分析

打开测量窗口，进行测量定义如图7所示。选择测量类型为“位置”，选取滑块的边末端为测量参考点，从而得出动点的运动规律。测量结果得到一条正弦曲线，分析曲线可知，在伺服电动机匀速旋转的一个周期内，滑块作变速往复运动，正弦曲线的波峰和波谷时刻就是滑块的换向时刻。图8所示。

图7　测量定义

图8　测量结果

4　结束语

对正弦机构的运动分析可知，该机构是一种直线往复运动，这是一种很常见的机械运动。它可以把转动转化为直线运动，这在实际生活中应用非常广泛。通过对该机构的运动仿真以及对输出运动轨迹和曲线的分析，可以更加直观的反映出机构的运动轨迹和规律，从而为后续的研究和机构设计开发提供了参考。

［1］周培显.基于PROE曲柄滑块机构的运动仿真及分析［J］.新技术新工艺，2012，29002:26-28.

［2］邢亮，沈豫鄂.PROE运动仿真中单向匀速电机实现往复直线运动的方式及分析［J］.舰船电子工程，2009，29；2909: 193-197.

［3］关文芳.正弦机构键合图建模与仿真研究［D］.中南大学，2012.

［4］张荣英，崔向群，丁广文.浅谈Pro/E在机构往复运动仿真中的设置［J］.邢台职业技术学院学报，2013，30；10605: 74-77.

Key works： Pro/E；sine agencies；motion simulation

Pro/E App lied in Sine Agencies Motion Simulation Analysis

ZHU Can-yi，KANG Liu-yang，XU Fei-ning
（Chang'an University，Xi'an shangxi 710064，China）

This paper analysises the working principle of sine agencies，builds the sine agencies model，researches the motion simulation of the sinusoidal mechanism in Pro/E software environment.To make the rapid completion of the organization design，whilemaking a preliminary analysis test of the results，saving the time，human and financial resources in using the actual products to text.Examples show the motion simulation of parametric-designing sine agencies after the virtual assembly.

TP391

A

1672-545X（2016）05-0260-03

2016-02-22

朱灿一（1990-），男，山东菏泽人，硕士，研究方向：液压传动与控制。