Pro/E機構模擬術語

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Pro/E機構模擬術語簡介
機構模擬是PROE的功能模塊之一。PROE能做的模擬內容還算比較好,不過用好的兄弟不多。當然真正專做模擬分析的兄弟,估計都用Ansys去了。但是,Ansys研究起來可比PROE麻煩多了。所……
Pro/E機構模擬術語正文

機構模擬是PROE的功能模塊之一。PROE能做的模擬內容還算比較好,不過用好的兄弟不多。當然真正專做模擬分析的兄弟,估計都用Ansys去了。但是,Ansys研究起來可比PROE麻煩多了。所以,學會PROE的模擬,在很多時候還是有用的。我再發一份學習筆記,並整理一下,當個基礎教程吧。希望能對學習模擬的兄弟有所幫助。
術語
創建機構前,應熟悉下列術語在PROE中的定義:
主體 (Body) - 一個元件或彼此無相對運動的一組元件,主體內DOF=0。
連接 (Connections) - 定義並約束相對運動的主體之間的關係。
自由度 (Degrees of Freedom) - 允許的機械系統運動。連接的作用是約束主體之間的相對運動,減少系統可能的總自由度。
拖動 (Dragging) - 在屏幕上用滑鼠拾取並移動機構。
動態 (Dynamics) - 研究機構在受力后的運動。
執行電動機 (Force Motor) - 作用於旋轉軸或平移軸上(引起運動)的力。
齒輪副連接 (Gear Pair Connection) - 應用到兩連接軸的速度約束。
基礎 (Ground) - 不移動的主體。其它主體相對於基礎運動。
機構 (Joints) - 特定的連接類型(例如銷釘機構、滑塊機構和球機構)。
運動 (Kinematics) - 研究機構的運動,而不考慮移動機構所需的力。
環連接 (Loop Connection) - 添加到運動環中的最後一個連接。
運動 (Motion) - 主體受電動機或負荷作用時的移動方式。
放置約束 (Placement Constraint) - 組件中放置元件並限制該元件在組件中運動的圖元。
回放 (Playback) - 記錄並重放分析運行的結果。
伺服電動機 (Servo Motor) - 定義一個主體相對於另一個主體運動的方式。可在機構或幾何圖元上放置電動機,並可指定主體間的位置、速度或加速度運動。
LCS - 與主體相關的局部坐標系。LCS 是與主體中定義的第一個零件相關的預設坐標系。
UCS - 用戶坐標系。
WCS - 全局坐標系。組件的全局坐標系,它包括用於組件及該組件內所有主體的全局坐標系。
運動分析的定義
在滿足伺服電動機輪廓和機構連接、凸輪從動機構、槽從動機構或齒輪副連接的要求的情況下,模擬機構的運動。運動分析不考慮受力,它模擬除質量和力之外的運動的所有方面。因此,運動分析不能使用執行電動機,也不必為機構指定質量屬性。運動分析忽略模型中的所有動態圖元,如彈簧、阻尼器、重力、力/力矩以及執行電動機等,所有動態圖元都不影響運動分析結果。
如果伺服電動機具有不連續輪廓,在運行運動分析前軟體會嘗試使其輪廓連續,如果不能使其輪廓連續,則此伺服電機將不能用於分析。
使用運動分析可獲得以下信息:
幾何圖元和連接的位置、速度以及加速度
元件間的干涉
機構運動的軌跡曲線
作為 Pro/ENGINEER 零件捕獲機構運動的運動包絡
運動分析工作流程
創建模型:定義主體,生成連接,定義連接軸設置,生成特殊連接
檢查模型:拖動組件,檢驗所定義的連接是否能產生預期的運動
加入運動分析圖元:設定伺服電機
準備分析:定義初始位置及其快照,創建測量
分析模型:定義運動分析,運行
結果獲得:結果回放,干涉檢查,查看測量結果,創建軌跡曲線,創建運動包絡
裝入元件時的兩種方式:機構連接與約束連接
向組件中增加元件時,會彈出“元件放置”窗口,此窗口有三個頁面:“放置”、“移動”、“連接”。傳統的裝配元件方法是在“放置”頁面給元件加入各種固定約束,將元件的自由度減少到0,因元件的位置被完全固定,這樣裝配的元件不能用於運動分析(基體除外)。另一種裝配元件的方法是在“連接”頁面給元件加入各種組合約束,如“銷釘”、“圓柱”、“剛體”、“球”、“6DOF”等等,使用這些組合約束裝配的元件,因自由度沒有完全消除(剛體、焊接、常規除外),元件可以自由移動或旋轉,這樣裝配的元件可用於運動分析。傳統裝配法可稱為“約束連接”,后一種裝配法可稱為“機構連接”。
約束連接與機構連接的相同點:都使用PROE的約束來放置元件,組件與子組件的關係相同。
約束連接與機構連接的不同點:約束連接使用一個或多個單約束來完全消除元件的自由度,機構連接使用一個或多個組合約束來約束元件的位置。約束連接裝配的目的是消除所有自由度,元件被完整定位,機構連接裝配的目的是獲得特定的運動,元件通常還具有一個或多個自由度。
“元件放置”窗口:
機構連接的類型
機構連接所用的約束都是能實現特定運動(含固定)的組合約束,包括:銷釘、圓柱、滑動桿、軸承、平面、球、6DOF、常規、剛性、焊接、槽,共11種。
銷釘:由一個軸對齊約束和一個與軸垂直的平移約束組成。元件可以繞軸旋轉,具有1個旋轉自由度,總自由度為1。軸對齊約束可選擇直邊或軸線或圓柱面,可反向;平移約束可以是兩個點對齊,也可以是兩個平面的對齊/配對,平面對齊/配對時,可以設置偏移量。
圓柱:由一個軸對齊約束組成。比銷釘約束少了一個平移約束,因此元件可繞軸旋轉同時可沿軸向平移,具有1個旋轉自由度和1個平移自由度,總自由度為2。軸對齊約束可選擇直邊或軸線或圓柱面,可反向。
滑動桿:即滑塊,由一個軸對齊約束和一個旋轉約束(實際上就是一個與軸平行的平移約束)組成。元件可滑軸平移,具有1個平移自由度,總自由度為1。軸對齊約束可選擇直邊或軸線或圓柱面,可反向。旋轉約束選擇兩個平面,偏移量根據元件所處位置自動計算,可反向。
軸承:由一個點對齊約束組成。它與機械上的“軸承”不同,它是元件(或組件)上的一個點對齊到組件(或元件)上的一條直邊或軸線上,因此元件可沿軸線平移並任意方向旋轉,具有1個平移自由度和3個旋轉自由度,總自由度為4。
平面:由一個平面約束組成,也就是確定了元件上某平面與組件上某平面之間的距離(或重合)。元件可繞垂直於平面的軸旋轉並在平行於平面的兩個方向上平移,具有1個旋轉自由度和2個平移自由度,總自由度為3。可指定偏移量,可反向。
球:由一個點對齊約束組成。元件上的一個點對齊到組件上的一個點,比軸承連接小了一個平移自由度,可以繞著對齊點任意旋轉,具有3個入旋轉自由度,總自由度為3。
6DOF:即6自由度,也就是對元件不作任何約束,僅用一個元件坐標系和一個組件坐標系重合來使元件與組件發生關聯。元件可任意旋轉和平移,具有3個旋轉自由度和3個平移自由度,總自由度為6。
剛性:使用一個或多個基本約束,將元件與組件連接到一起。連接后,元件與組件成為一個主體,相互之間不再有自由度,如果剛性連接沒有將自由度完全消除,則元件將在當前位置被“粘”在組件上。如果將一個子組件與組件用剛性連接,子組件內各零件也將一起被“粘”住,其原有自由度不起作用。總自由度為0。
焊接:兩個坐標系對齊,元件自由度被完全消除。連接后,元件與組件成為一個主體,相互之間不再有自由度。如果將一個子組件與組件用焊接連接,子組件內各零件將參照組件坐標系發按其原有自由度的作用。總自由度為0。
槽:是兩個主體之間的一個點----曲線連接。從動件上的一個點,始終在主動件上的一根曲線(3D)上運動。槽連接只使兩個主體按所指定的要求運動,不檢查兩個主體之間是否干涉,點和曲線甚至可以是零件實體以外的基準點和基準曲線,當然也可以在實體內部。
機構連接類型:
約束連接:
常規:也就是自定義組合約束,可根據需要指定一個或多個基本約束來形成一個新的組合約束,其自由度的多少因所用的基本約束種類及數量不同而不同。可用的基本約束有:匹配、對齊、插入、坐標系、線上點、曲面上的點、曲面上的邊,共7種。在定義的時候,可根據需要選擇一種,也可先不選取類型,直接選取要使用的對象,此時在類型那裡開始顯示為“自動”,然後根據所選擇的對象系統自動確定一個合適的基本約束類型。
常規—匹配/對齊:對齊)。單一的“匹配/對齊”構成的自定義組合約束轉換為約束連接后,變為只有一個“匹配/對齊”約束的不完整約束,再轉換為機構約束后變為“平面”連接。àß這兩個約束用來確定兩個平面的相對位置,可設定偏距值,也可反向。定義完后,在不修改對象的情況下可更改類型(匹配
常規—插入:選取對象為兩個柱面。單一的“插入”構成的自定義組合約束轉換為約束連接后,變為只有一個“插入”約束的不完整約束,再轉換為機構約束后變為“圓柱”連接。
常規—坐標系:選取對象為兩個坐標系,與6DOF的坐標系約束不同,此坐標系將元件完全定位,消除了所有自由度。單一的“坐標系”構成的自定義組合約束轉換為約束連接后,變為只有一個“坐標系”約束的完整約束,再轉換為機構約束后變為“焊接”連接。
常規—線上點:選取對象為一個點和一條直線或軸線。與“軸承”等效。單一的“線上點”構成的自定義組合約束轉換為約束連接后,變為只有一個“線上點”約束的不完整約束,再轉換為機構約束后變為“軸承”連接。
常規—曲面上的點:選取對象為一個平面和一個點。單一的“曲面上的點”構成的自定義組合約束轉換為約束連接后,變為只有一個“曲面上的點”約束的不完整約束,再轉換為機構約束后仍為單一的“曲面上的點”構成的自定義組合約束。
常規—曲面上的邊:選取對象為一個平面/柱面和一條直邊。單一的“曲面上的點”構成的自定義組合約束不能轉換為約束連接。
自由度與冗餘約束
自由度(DOF)是描述或確定一個系統(主體)的運動或狀態(如位置)所必需的獨立參變數(或坐標數)。一個不受任何約束的自由主體,在空間運動時,具有6個獨立運動參數(自由度),即沿XYZ三個軸的獨立移動和繞XYZ三個軸的獨立轉動,在平面運動時,則只具有3個獨立運動參數(自由度),即沿XYZ三個軸的獨立移動。
主體受到約束后,某些獨立運動參數不再存在,相對應的,這些自由度也就被消除。當6個自由度都被消除后,主體就被完全定位並且不可能再發生任何運動。如使用銷釘連接后,主體沿XYZ三個軸的平移運動被限制,這三個平移自由度被消除,主體只能繞指定軸(如X軸)旋轉,不能繞另兩個軸(YZ軸)旋轉,繞這兩個軸旋轉的自由度被消除,結果只留下一個旋轉自由度。
冗餘約束指過多的約束。在空間里,要完全約束住一個主體,需要將三個獨立移動和三個獨立轉動分別約束住,如果把一個主體的這六個自由度都約束住了,再另加一個約束去限制它沿X軸的平移,這個約束就是冗餘約束。
合理的冗餘約束可用來分攤主體各部份受到的力,使主體受力均勻或減少磨擦、補償誤差,延長設備使用壽命。冗餘約束對主體的力狀態產生影響,對主體的對運動沒有影響。因運動分析只分析主體的運動狀況,不分析主體的力狀態,在運動分析時,可不考慮冗餘約束的作用,而在涉及力狀態的分析里,必須要適當的處理好冗餘約束,以得到正確的分析結果。系統在每次運行分析時,都會對自由度進行計算。並可創建一個測量來計算機構有多少自由度、多少冗餘。
PROE的幫助里有一個門鉸鏈的例子來講冗餘與自由度的計算,但其分析實豐有欠妥當,各位想準確計算模型的自由度的話,請找機構設計方面的書來仔細研究一番。這也不是幾句話能說明白的,我這裡只提一下就是了,不再詳述。
約束轉換
機構連接與約束連接可相互轉換。在“元件放置”窗口的“放置”頁面和“連接”頁面里,在約束列表下方,都有一個“約束轉換”按鈕。使用此按鈕可在任何時候根據需要將機構連接轉換為約束連接,或將約束連接轉換為機構連接。
在轉換時,系統根據現有約束及其對象的性質自動選取最相配的新類型。如對系統自動選取的結果不滿意,可再進行編輯。轉換的規則,可參考PROE的自帶幫助。不過,沒有很好的空間想像力和耐性的兄弟就不用看了。
需要記住的一個:曲線上的點、曲面上的點、相切約束,在轉換時是不會轉換成常規連接的。
下圖顯示“約束轉換”按鈕:
基礎與重定義主體
基礎是在運動分析中被設定為不參與運動的主體。
創建新組件時,裝配(或創建)的第一個元件自動成為基礎。
元件使用約束連接(“元件放置”窗口中“放置”頁面)與基礎發生關係,則此元件也成為基礎的一部份。
如果機構不能以預期的方式移動,或者因兩個零件在同一主體中而不能創建連接,就可以使用“重定義主體”來確認主體之間的約束關係及刪除某些約束。
進入“機構”模塊后,“編輯”—>“重定義主體”進入主體重定義窗口,選定一個主體,將在窗口裡顯示這個主體所受到的約束(僅約束連接及“剛體”機構所用的約束)。可以選定一個約束,將其刪除。如果刪除所有約束,元件將被封裝。
“重定義主體”窗口:
特殊連接:凸輪連接
凸輪連接,就是用凸輪的輪廓去控制從動件的運動規律。PROE里的凸輪連接,使用的是平面凸輪。但為了形象,創建凸輪后,都會讓凸輪顯示出一定的厚度(深度)。
凸輪連接只需要指定兩個主體上的各一個(或一組)曲面或曲線就可以了。定義窗口裡的“凸輪1”“凸輪2”分別是兩個主體中任何一個,並非從動件就是“凸輪2”。
如果選擇曲面,可將“自動選取”複選框勾上,這樣,系統將自動把與所選曲面的鄰接曲面選中,如果不用“自動選取”,需要選多個相鄰面時要按住Ctrl。
如果選擇曲線/邊,“自動選取”是無效的。如果所選邊是直邊或基準曲線,則還要指定工作平面(即所定義的二維平面凸輪在哪一個平面上)。
凸輪一般是從動件沿凸輪件的表面運動,在PROE里定義凸輪時,還要確定運動的實際接觸面。選取了曲面或曲線后,將會出線一個箭頭,這個箭頭指示出所選曲面或曲線的法向,箭頭指向哪側,也就是運動時接觸點將在哪側。如果系統指示出的方向與想定義的方向不同,可反向。
關於“啟用升離”,打開這個選項,凸輪運轉時,從動件可離開主動件,不使用此選項時,從動件始終與主動件接觸。啟用升離后才能定義“恢復係數”,即“啟用升離”複選框下方的那個“e”。
因為是二維凸輪,只要確定了凸輪輪廓和工作平面,這個凸輪的形狀與位置也就算定義完整了。為了形象,系統會給這個二維凸輪顯示出一個厚度(即深度)。通常我們可不必去修改它,使用“自動”就可以了。也可自已定義這個顯示深度,但對分析結果沒有影響。
需要注意:
A.所選曲面只能是單向彎曲曲面(如拉伸曲面),不能是多向彎曲曲面(如旋轉出來的鼓形曲面)。
B.所選曲面或曲線中,可以有平面和直邊,但應避免在兩個主體上同時出現。
C.系統不會自動處理曲面(曲線)中的尖角/拐點/不連續,如果存在這樣的問題,應在定義凸輪前適當處理。
凸輪可定義“升離”、“恢復係數”與“磨擦”。
凸輪定義窗口:
恢復係數與磨擦
即碰撞係數,其物理定義為兩物體碰撞后的相對速度(V2-V1)與碰撞前的相對速度(V10-V20)的比值,即e=(V2-V1)/(V10-V20),它的值介於0到1之間。典型的恢復係數可從工程書籍或實際經驗中得到。恢復係數取決於材料屬性、主體幾何以及碰撞速度等因素。在機構中應用恢復係數,是在剛體計算中模擬非剛性屬性的一種方法。完全彈性碰撞的恢復係數為 1。完全非彈性碰撞的恢復係數為 0。橡皮球的恢復係數相對較高。而濕泥土塊的恢復係數值非常接近0。
摩擦阻礙凸輪或槽的運動。摩擦係數取決於接觸材料的類型以及實驗條件。可在物理或工程書籍中查找各種典型的摩擦係數表。需要分別指定靜磨擦係數和動磨擦係數,且靜磨擦係數應大於動磨擦係數。要在力平衡分析中計算凸輪滑動測量,必須指定凸輪連接的磨擦係數。
恢復係數與磨擦可用於凸輪連接和槽連接,也可用於連接軸設置。
特殊連接:齒輪連接
齒輪連接用來控制兩個旋轉軸之間的速度關係。在PROE中齒輪連接分為標準齒輪和齒輪齒條兩種類型。標準齒輪需定義兩個齒輪,齒輪齒條需定義一個小齒輪和一個齒條。一個齒輪(或齒條)由兩個主體和這兩個主體之間的一個旋轉軸構成。因此,在定義齒輪前,需先定義含有旋轉軸的機構連接(如銷釘)。
定義齒輪時,只需選定由機構連接定義出來的與齒輪本體相關的那個旋轉軸即可,系統自動將產生這根軸的兩個主體設定為“齒輪”(或“小齒輪”、“齒條”)和“托架”,“托架”一般就是用來安裝齒輪的主體,它一般是靜止的,如果系統選反了,可用“反向”按鈕將齒輪與托架主體交換。“齒輪2”或“齒條”所用軸的旋轉方向是可以變更的,點定義窗口裡“齒輪2”軸右側的反向按鈕就可以,點中后畫面會出現一個很粗的箭頭指示此軸旋轉的正向。
速比定義:在“齒輪副定義”窗口的“齒輪1”、“齒輪2”、“小齒輪”頁面里,都有一個輸入節圓直徑的地方,可以在定義齒輪時將齒輪的實際節圓直徑輸入到這裡。在“屬性”頁面里,“齒輪比”(“齒條比”)有兩種選擇,一是“節圓直徑”,一是“用戶定義的”。選擇“節圓直徑”時,D1、D2由系統自動根據前兩個頁面里的數值計算出來,不可改動。選擇“用戶定義的”時,D1、D2需要輸入,此情況下,齒輪速度比由此處輸入的D1、D2確定,前兩個頁面里輸入的節圓直徑不起作用。速度比為節圓直徑比的倒數,即:齒輪1速度/齒輪2速度=齒輪2節圓直徑/齒輪1節圓直徑=D2/D1。齒條比為齒輪轉一周時齒條平移的距離,齒條比選擇“節圓直徑”時,其數值由系統根據小齒輪的節圓數值計算出來,不可改動,選擇“用戶定義的”時,其數值需要輸入,此情況下,小齒輪定義頁面里輸入的節圓直徑不起作用。
圖標位置:定義齒輪后,每一個齒輪都有一個圖標,以顯示這裡定義了一個齒輪,一條虛線把兩個圖標的中心連起來。默認情況下,齒輪圖標在所選連接軸的零點,圖標位置也可自定義,點選一個點,圖標將平移到那個點所在平面上。圖標的位置只是一視覺效果,不會對分析產生影響。
要注意的事項:
A.PROE里的齒輪連接,只需要指定一個旋轉軸和節圓參數就可以了。因此,齒輪的具體形狀可以不用做出來,即使是兩個圓柱,也可以在它們之間定義一個齒輪連接。
B.兩個齒輪應使用公共的托架主體,如果沒有公共的托架主體,分析時系統將創建一個不可見的內部主體作為公共托架主體,此主體的質量等於最小主體質量的千分之一。並且在運行與力相關的分析(動態、力平衡、靜態)時,會提示指出沒有公共托架主體。
齒輪定義窗口:
拖動與快照
拖動,是在允許的範圍內移動機械。快照,對機械的某一特殊狀態的記錄。可以使用拖動調整機構中各零件的具體位置,初步檢查機構的裝配與運動情況,並可將其保存為快照,快照可用於後續的分析定義中,也可用於繪製工程圖。
“機構”----“拖動”,進入“拖動”窗口,此窗口具有一個工具欄,工具欄左第一個按鈕為“保存快照”,即將當前屏幕上的狀態保存為一個快照,左第二個按鈕為“點拖動”,即點取機構上的一個點,移動滑鼠以改變元件的位置,左第三個按鈕為“主體拖動”,選取一個主體,移動滑鼠以改變元件的位置。右側兩個按鈕為“撤消”和“恢復”,每一次拖動,系統都會記錄入內存,使用此兩按鈕,可查看已做的各次拖動的結果。“快照”頁和“約束”頁,分別有一個列表,顯示當前已經定義的快照和為當前拖動定義的臨時約束。
快照列表左側有一列工具按鈕,第一個為顯示當前快照,即將屏幕顯示刷新為選定快照的內容;第二個為從其它快照中把某些元件的位置提取入選定快照;第三個為刷新選定快照,即將選定快照的內容更新為屏幕上的狀態;第四個為繪圖可用,使選定快照可被當做分解狀態使用,從而在繪圖中使用,這是一個開關型按鈕,當快照可用於繪圖時,列表中的快照名前會有一個圖標;第五個是刪除選定快照。
約束列表顯示已為當前拖動所定義的臨時約束,這些臨時約束只用於當前拖動操作,以進一步限制拖動時各主體之間的相對運動。
“高級拖動選項”提供了一組工具,用於精確限定拖動時被拖動點或主體的運動。

 

拖動窗口:
伺服電動機
伺服電動機可規定機構以特定方式運動。伺服電動機引起在兩個主體之間、單個自由度內的特定類型的運動。伺服電動機將位置、速度或加速度指定為時間的函數,並可控制平移或旋轉運動。通過指定伺服電動機函數,如常數或線性函數,可以定義運動的輪廓。可從多個預定義的函數中選取,也可輸入自己的函數。可在一個圖元上定義任意多個伺服電動機。
如果為非連續的伺服電動機輪廓選取或定義了位置或速度函數,在進行運動或動態分析時這個伺服電動機將被忽略。但是,可在重複組件分析中使用非連續伺服電動機輪廓。當用圖形表示非連續伺服電動機時,系統將顯示信息指示非連續的點。
伺服電動機分為兩種,一種是連接軸伺服電機,用於定義某一旋轉軸的旋轉運動,一種是幾何伺服電機,用於創建複雜的運動,如螺旋運動。連接軸伺服電機只需要選定一個事先由機構連接(如銷釘)所定義的旋轉軸,並設定方向即可,連接軸伺服電機可用於運動分析。幾何伺服電機需要選取從動件上的一個點/平面,並選取另一個主體上的一個點/平面作為運動的參照,並需確定運動的方向及種類,幾何伺服電機不能用於運動分析。
連接軸伺服電機選取一根旋轉軸,並指定方向。
幾何伺服電機根據選取的對象分以下幾種:
從動“點”,參照“點”,平移;從動“點”,參照“平面”,旋轉;從動“平面”,參照“平面”,旋轉;從動“點”,參照“平面”,平移;從動“平面”,參照“平面”,平移。其中,前三種需要再選取一條直邊來定義運動方向,后兩種不需要。
電機輪廓也即是從動件的運動規律,對於平移運動,它是長度(單位:mm)對時間的函數,對於旋轉,它是角度(單位:度)對時間的函數。點最下方的“圖形”按鈕,將會以圖形的方式顯示出電機的輪廓,其橫軸就是時間,其縱軸,就是位置或速度或加速度。“模”定義的就是圖形的形狀,“規範”里定義的就是“模”所定義的圖形的縱軸所代表的意義。模有九種:常數、斜坡、餘弦、SCCA、擺線、拋物線、多項式、表、用戶定義的。規範有三種:位置、速度、加速度。其中模里的SCCA這一種,只能用於描述加速度(即對應的“規範”只能是加速度)。“規範”為位置時,無需自己定義初始位置,為速度時,需定義“初始角”,為加速度時,需定義“初始角”和“初始角速度”,默認位置為當前屏幕上的位置。
點“規範”下的那個按鈕,可進入“連接軸設置”窗口,對當前電機所用的連接軸進行設置。
伺服電動機定義窗口:
電動機的輪廓(模)
電動機的模用來描述電動機的輪廓,定義模時,需選定模函數並輸入函數的係數值。對於伺機服電動機,函數中的X為時間,對於執行電動機,函數中的X為時間或選取的測量參數。
模函數一共有九種:常數、斜坡、餘弦、SCCA、擺線、拋物線、多項式、表、用戶定義的。
下面先說說常數、斜坡、餘弦、擺線、拋物線、多項式這六種。
常數,函數為q=A,A為一常數。此用於需要恆定輪廓時。
斜坡,即線性,函數為q=A+B*X,A為一常數,B為斜率。用於輪廓隨時間做線性變化時。
餘弦,函數為q=A*cos(360*X/T+B)+C,A為幅值,B為相位,C為偏移量。用於輪廓呈餘弦規律變化時。
擺線,函數為q=L*X/T-L*sin(2*pi*X/T)/2*pi,L為總高度,T為周期。用於模擬凸輪輪廓輸出。
拋物線,函數為q=A*X+(1/2)*B*X^2,A為線性係數,B為二次項係數。用於模擬電動機的軌跡。
多項式,函數為q=A+B*X+C*X^2+D*X^3,A為常數,B為線性係數,C為二次項係數,D為三次項係數。用於模擬一般的電動機軌跡。
電動機的模:SCCA
此函數只能用於加速度伺服電機,不能用於執行電機。它用來模擬凸輪輪廓輸出。它稱做“正弦-常數-餘弦-加速度”運動,縮寫為SCCA。它一共有五個參數:
A = 漸增加速度歸一化時間部分
B = 恆定加速度歸一化時間部分
C = 遞減加速度的歸一化時間部分
H = 幅值
T = 周期
其中A + B + C = 1,用戶必須提供 A 和 B 的值、幅值和周期。
SCCA 設置的值按下表計算:
y = H * sin [(t*pi)/(2*A)]                                     0 <= t < A 時
y = H                                                                     A <= t < (A + B) 時
y = H * cos [(t - A - B)*pi/(2*C)]                          (A+B) <= t < (A + B + 2C) 時
y = - H                                                                   (A+B+2C) <= t < (A + 2B + 2C) 時
y = - H * cos [(t - A - 2B - 2C)*pi/(2*A)]               (A+2B+2C) <= t <= 2*(A + B + C) 時
上式中的t 是歸一化時間,按下式進行計算:t=ta*2/T   (ta:實際時間;T:SCCA輪廓周期)
如果ta大於T,輪廓將重複自身。
電動機的模:七種函數圖例
下圖給出了七種函數的模所代表的電機輪廓。各函數的參數值:
常數:A=8。
斜坡(線性):A=18,B=-1.2。
餘弦:A=6,B=40,C=3,T=5。
擺線:L=12,T=8
拋物線:A=4,B=-0.6
多項式:A=7,B=-1.5,C=1,D=-0.1
SCCA:A=0.4,B=0.3,H=5,T=10
電動機的模:表
電動機的模類型選擇為“表”,也就是指定N個點,以這些點為節點,按線性或樣條插值的方式構建一條通過所有點的曲線,這條曲線就是電動機的輪廓。如電動機的模是指定給“位置”或“速度”的(即“規範”為位置或速度),插值方式可選“線性擬合”或“樣條擬合”之一,如是指定給“加速度”並用於伺服電機(即“規範”為加速度),則插值方式只能是“線性擬合”。樣條擬合構建的曲線比線性擬合構建的曲線平滑一點。
類型選為“表”后,在“模”類型的下方會出現一個列表框,可用框右側的“增加行”/“刪除行”來向列表中加增加或刪除行。這個表由N行兩列構成,第一列是時間(即電機輪廓的橫軸,如是執行電機或力,也可能是別的測量變數而不是時間),第二列是模(即電機輪廓的縱軸)。每一行有一個時間值和一個模值,這兩個數代表電機輪廓上的一個點。輸入時要注意的時,時間列只能是遞增或遞減的。
創建並執行運動分析
“機構”----“分析”----“新建”。
類型里選擇“運動學”或“重複的組件”。然後設置“優先選項”頁和“電動機”頁。對於運動分析和重複組件分析,“外部負荷”頁是不可用的。
“優先選項”頁里設置運動的起止時間及定義動畫時域,並可設定主體鎖定、連接鎖定及初始位置。主體鎖定使兩個主體在運動分析(或重複組件分析)期間不做相對運動,由機構連接設定的自由度在分析期間不起作用。連接鎖定使選定的連接在分析期間保持當前配置。設置主體鎖定需選擇一個先導主體,如果選擇先導主體時用了中鍵,則用基體作為先導主體。連接鎖定可以用於機構連接、凸輪連接、槽連接,不能用於齒輪連接,對於齒輪副,只能鎖定產生齒輪軸的機構連接。初始位置選取當前位置作為分析起點,或用一先前保存的快照作分析起點。
“電動機”頁里設置用於分析的電動機。對於運動分析和重複組件分析,只能用連接軸伺服電動機,幾何伺服電動機及執行電動機都不可用。可以設定各個電動機的作用時間,以實現多個電動機分時段起作用。
定義結束後點“運行”,將執行分析,併產生一個結果集。
分析定義窗口:
回放:干涉與動畫
“回放”用來查看機構中零件的干涉情況、將分析的不同部分組合成一段影片、顯示力和扭矩對機構的影響,以及在分析期間跟蹤測量的值。可以將運動分析結果捕捉為MPEG動畫文件或一系列的JPG、TIF或BMP文件。可以創建運動包絡。“機構”----“回放”,啟動“回放”窗口。在“結果集”里,選擇將用於回放的運動分析(或重複組件分析)結果集。
“干涉”頁面設置干涉檢查選項。檢查模式有四種:無干涉、快速檢查、兩個零件、全局干涉。“無干涉”即不檢查干涉;“快速檢查”是進行較低層次的檢查,選用此模式將自動選中“停止回放”選項;“兩個零件”是只檢查所選定的兩個零件之間的干涉情況;“全局干涉”是檢查所有零件的所有類型的干涉。檢查選項有兩個:包括面組、停止回放。“包括面組”是曲面也將參與干涉檢查;“停止回放”是一旦檢查到干涉,回放就停止。
“影片進度表”頁設置回放的結果片段。“顯示時間”,如選中,則在回放時會在屏幕左上角顯示回放已進行的時間。“預設進度表”選中則回放整個結果集,如取消此項,則在其下方的時間段列表啟動,可自已輸入要播放的時間段,如果輸入多個時間段,則按從上到下的次序依次播放,同一時間段可多次輸入,以實現此小段的重複播放,如某時間段的“開始”時間大於“結束”時間,則此小段將反向播放。要修改某一時間段的起止時間,先在列表中選中此時間段,再輸入新的開始、結束時間,點“更新”按鈕確認修改。默認情況下,“顯示時間”和“預設進度表”都是選中的。
回放分析結果時,可顯示代表與分析相關的測量、力、扭矩、重力和執行電動機的大小和方向的三維箭頭。使用顯示箭頭可查看負荷對機構的相對影響。對於力、線性速度和線性加速度矢量,顯示單頭箭頭,對於力矩、角速度和角加速度矢量顯示雙頭箭頭。箭頭的顏色取決於測量或負荷的類型。回放分析結果時,箭頭的大小將改變,以反映測量值、力或扭矩的計算值。箭頭方向隨計算矢量方向而改變。“顯示箭頭”頁里的“測量”列表中,列出所選結果集中所有可用箭頭顯示的測量,“輸入負荷”列表中,列出所選結果集中所有可用箭頭顯示的負荷。
設置好以上各參數后,點“回放”窗口左上角的“播放”按鈕,則進入“動畫”窗口。在此窗口可按前面的設置對回放結果進行動畫演示。“捕捉”按鈕,可將動畫結果保存為MPEG動畫文件或一系列的JPG、TIF或BMP文件。選中“照片級渲染幀”,輸出結果的圖片質量較高。
回放窗口:
回放:可用箭頭顯示的測量與負荷
不是所有的測量與負荷都可以用箭頭顯示。
可用箭頭顯示的測量有:
連接反作用(機構):青色箭頭。頂端位於指定連接軸、指向機構的 DOF 方向。
連接反作用(凸輪):青色箭頭。法向反作用力,頂端位於兩個凸輪的接觸點處,指向凸輪的法線方向。切向反作用力,頂端位於兩個凸輪的接觸點處,並指向凸輪的切線方向。
連接反作用(槽):青色箭頭。頂端指向從動點和槽之間的接觸點處。
連接反作用(齒輪副):青色箭頭。頂端指向在上面施加了力或扭矩的齒輪體。
凈負荷:洋紅色箭頭。在用於定義圖元的點之間延伸,對於電動機它指向連接軸,對於力它指向點,對於扭矩、點對點彈簧和阻尼器它指向主體的質心。箭頭指向所施加的力的方向。
測力計反作用:
深綠色箭頭。指向力的作用點且與力同向。
速度: 黃色箭頭。頂端位於指定點或連接軸、指向運動方向。
加速度:
紅色箭頭。頂端位於指定點或連接軸、指向運動方向。
重量: 棕色箭頭。指向重力加速度方向。
距離間隔:頂端位於指定點,指向彼此相背離的兩個共線的洋紅色箭頭。
速度間隔:頂端位於指定點的兩個共線的黃色箭頭。當點作相互遠離而運動時,速度值為負,並且顯示箭頭的指向彼此相對。當點彼此相對運動時,速度值為正,並且顯示箭頭的指向彼此遠離。
加速度間隔:頂端位於指定點的兩個共線的紅色箭頭,對於負值其指向彼此相對,對於正值其指向彼此遠離。
只有計算方法為“每一時間步距”的以上各種測量才會出現在“回放”窗口的“顯示箭頭”頁面的“測量”列表中。
可用箭頭顯示的負荷有:
重力:棕色箭頭。頂端位於各主體的質量中心、指向重力加速度方向。
執行電動機:綠色箭頭。頂端位於指定連接軸、指向機構的 DOF 方向。
力: 橙色箭頭。頂端位於作用點。
扭矩: 雙頭橙色箭頭。指向主體質量中心。
點對點力:頂端位於指定點或頂點的兩個共線的洋紅色箭頭,對於負值力箭頭指向彼此相對,對於正值力箭頭指向彼此遠離。
回放:測量
可以創建測量,用來分析系統在整個運動過程中的各種具體參數,如位置、速度、力等,為改進設計提供資料。創建分析之後即可創建測量,但查看測量的結果則必須有一個分析的結果集,與動態分析相關的測量,一般應在運行分析之前創建。
運動分析通常提供以下測量:
位置、速度、加速度、間隔、Pro/ENGINEER特徵、自由度、冗餘、時間、主體方向、主體角速度、主體角加速度等。
重複組件分析通常提供以下測量:
位置、間隔(距離)、自由度、冗餘、時間、主體方向、主體角速度、主體角加速度、Pro/ENGINEER 特徵等。
“機構”----“測量”,進入“測量結果”窗口,在此可新建、編輯、刪除、複製測量。載入一個結果集后,選擇此結果集,可查看所創建的測量在此結果集的結果。點擊窗口左上角的“繪製圖形”按鈕,將以曲線圖表示所選測量在當前結果集中的結果。
示例:創建一個計算系統自由度的測量,步驟如下:
“機構”----“測量”----點擊“測量”下方的第一個圖標----在“測量定義”窗口的“類型”下選擇“系統”----“屬性”里選擇“自由度”----確定。
測量包括各種類型的測量,每一個測量也有多種計算方法,因此測量是一個內容較多較廣的話題,本文只略作介紹,進一步的內容,請兄弟們自己研究或偶下一步再做專講此內容的教程。
回放:軌跡曲線
軌跡曲線用來表示機構中某一元素相對於另一零件的運動。它分為“軌跡曲線”與“凸輪合成曲線”兩種。“軌跡曲線”表示機構中某一點或頂點相對於另一零件的運動。“凸輪合成曲線”表示機構中某曲線或邊相對於另一零件的運動。
“機構”----“軌跡曲線”進入“軌跡曲線”窗口。首先要選取一個參照零件,即“紙零件”(Paper Part),如選擇基礎,則按中鍵即可。然後選取曲線類型,即“軌跡曲線”還是“凸輪合成曲線”,對“軌跡曲線”,要求選取一個點(基準點、頂點、曲線端點),對“凸輪合成曲線”,要求選取一條(組)曲線或邊。然後指定曲線類型,選取一個結果集,點“預覽”查看將生成的軌跡曲線,點“確定”創建軌跡曲線並保存入參照零件中。
“曲線類型”分2D和3D兩種,“軌跡曲線”可選2D或3D,“凸輪合成曲線”則只能是2D。
“軌跡曲線”,2D,系統創建一條由一系列點組成的描述選定點運動的樣條曲線,即軌跡曲線,並將它與一個坐標系三個基準平面合併到一個組裡,這個組保存入參照零件(紙零件)。
“軌跡曲線”,3D,系統將創建一系列的基準點,這些點的位置由參照零件的初始坐標系確定,再創建一條通過所有基準點的空間樣條曲線,基準點與樣條曲線合併為一個組,保存在參照零件(紙零件)中。
“凸輪合成曲線”,2D,系統創建兩條由一系列點組成的描述選點邊(曲線)組的首尾兩個端點的運動的樣條曲線,即軌跡曲線,並將它們各與一個坐標系三個基準平面合併到一個組裡,所創建的兩個組保存在參照零件(紙零件)中。

 

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One thought on “Pro/E機構模擬術語