Pro/E软件在机械原理课程教学中的应用

严小黑

摘 要 利用Pro/E软件的机构仿真分析功能分析平面连杆机构的传动角、死点位置和急回特性。借此说明，将Pro/E的机构仿真分析功能应用于机械原理课程教学中，能增强学生的感性认识，提高学生学习兴趣，取得较好的教学效果。

关键词 Pro/E；机械原理课程；运动仿真；机构分析

中图分类号：G642.3 文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2017）10-0050-02

Application of Pro/E Software in Teaching of Mechanical Prin-ciple Course//YAN Xiaohei

Abstract The transmission function analysis for planar linkage angle，

dead position and quick return characteristics by means of Pro/E software simulation. To explain， the Pro/E mechanism simulation analysis function applied in the teaching of mechanical principle course， can enhance students perceptual knowledge， improve stu-dents learning interest， and obtain good teaching effect.

Key words Pro/E； mechanical principle course； motion simulation； mechanism analysis

1 引言

機械原理是高等院校机械类专业的一门十分重要的主干技术课。通过本课程学习，使学生掌握有关机构与机器运动学的基本理论、基本方法和基本技能，为进一步学习机械类专业课打下良好的理论基础，并培养学生综合分析和解决工程实际问题的能力。其在机械类专业的课程体系中占有十分重要的地位。

对各种机构进行运动学分析是机械原理课程的重点核心内容，也是难点教学内容，若仅仅依靠板书或静态PPT进行教学，会让学生感觉太抽象，不好理解。Pro/E软件中机构仿真模块是一个集运动仿真和机构分析于一身的功能强大的模块。利用该模块对机构进行运动仿真和分析，能让学生观察机构的整体运动情况和各构件之间的相对运动，并输出分析图，进行定量分析，让学生对机构形成非常直观的感性认识，进而取得非常好的教学效果。

2 Pro/E在机械原理教学中的应用：以平面连杆机构为例

平面连杆机构是机械原理课程介绍的第一类机构，学生对其理解得好坏，直接影响其对该课程的学习信心。该机构的传动角、死点位置和急回特性难以理解，用Pro/E的机构仿真功能对其进行仿真分析，可以让学生非常直观地理解这几个知识点[1]。

用Pro/E建立平面连杆机构模型 用Pro/E软件创建一平面连杆机构中的曲柄摇杆机构，其由机架、曲柄、连杆和摇杆四部分组成，如图1所示。设置机架长为150 mm、

曲柄长50 mm、连杆长175 mm、摇杆长100 mm。将这些杆件以销钉的方式装配在一起，并在机构模块为曲柄与机架的连接处定义一个伺服电动机，电动机转速设置为60 deg/sec，

运转12秒。

用Pro/E分析机构的传动角 传动角γ是衡量平面机构传动质量的重要参数。当机构运转时，其传动角大小是变化的，为了保证机构传动良好，设计时通常应使γmin≧40o。

在曲柄摇杆机构中，当曲柄为主动件时，传动角γ就等于连杆与摇杆之间的夹角（如图1所示）。可利用Pro/E

的机构分析功能定量分析传动角γ在机构运动过程中的变化情况[2]，具体步骤如下。

第一步，通过分析下拉菜单的测量角命令，为连杆和摇杆之间定义一个角分析特征。

第二步，通过右侧工具栏“生成分析的测量结果”命令，选择前一步生成的角分析特征为测量对象，测量其在曲柄运动2周的过程中，随时间的变化情况，并生成测量结果，如图2所示。

从曲线图可直观看出其γmin≦30o，不满足机构传动设计要求γmin≧40o。

现将机构的连杆长度由175 mm变更为150 mm，重复以上测量操作，得到如图3所示测量结果，此时γmin≧40o，达到机构传动设计要求。

通过以上过程，可以让学生直观观察传动角在机构运动中的变化情况及杆长变化对传动角的影响，同时让学生形成优化机构的意识。

用Pro/E分析机构的死点位置 死点位置是传动角为零，驱动力对从动件的有效回转力矩为零的位置，也是从动件与连杆共线的位置。

曲柄摇杆机构中，曲柄为主动件时，机构无死点位置。当取摇杆为主动件时，单击工具命令“拖动元件”，再选中摇杆，移动鼠标，可控制机构运动；可当机构处于如图4所示的两个位置时，机构无法继续移动，说明机构处于死点位置。此时连杆与曲柄位于一条直线上，传动角为0。

用Pro/E分析机构的急回特性 急回特性是指平面连杆机构中从动件的回程平均速度大于工作行程的平均速度的特性。曲柄摇杆机构就具备这一特性。利用Pro/E的机构分析功能分析摇杆顶点的速度，可让学生更好地理解这种特性。在“分析测量的结果”命令中新建测量对象，设置摇杆顶点的速度为测量对象，测量其在机构运动过程中的变化情况，并生成测量结果，如图5所示。由图可知，当曲柄做匀速转动时，摇杆做变速运动，并且摇杆的行程和回程段速度区别显著，回程段的平均速度明显高于行程段的平均速度，直观地表现了该机构的急回特性。

3 结语

Pro/E软件的机构仿真分析功能可形象清晰地将平面连杆机构的运动状态、传动角变化、死点位置及急回特性展示在学生面前，使学生获得对平面连杆机构特性的感性认识，取得较好的教学效果。此法可同样应用于机械原理课程其他机构（如凸轮机构、齿轮机构等）的教学中。Pro/E软件与机械原理课程的有机结合，可增强学生的感性认识，提高学生的学习兴趣，优化教学效果。

参考文献

[1]董亚峰，程鹏飞，黄莉.ProE运动仿真功能在实验教学中的应用[J].山西农业大学学报：社会科学版，2007（S1）：

74-75.

[2]吴昊.基于ProE的四铰链曲柄滑块机构运动分析[J].湖北工程学院学报，2014（3）：121-123.endprint