介紹了機構(gòu)的Pro/E三維建模方法及運動仿真技術(shù);結(jié)合實例完成了幾種機構(gòu)的三維建模和運動仿真;通過仿真分析可以直觀地了解機構(gòu)中各零件的運動關(guān)系，還可以通過進行各種測量來研究機構(gòu)的運動特性，以便及時修改和完善設(shè)計。

　　引言

　　隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，CAD/CAM/CAE技術(shù)應(yīng)用越來越廣泛。在CAD設(shè)計軟件中，Pro/E是一款功能強大的并深受廣大技術(shù)工作者歡迎的三維軟件，它在機械設(shè)計的各個領(lǐng)域應(yīng)用十分廣泛。本文介紹機構(gòu)的Pro/E三維建模方法以及運動仿真技術(shù)，并結(jié)合實例完成機構(gòu)的三維建模和運動仿真。

1、零件的參數(shù)化建模

　　參數(shù)化設(shè)計是Pro/E重要的設(shè)計理念，所謂參數(shù)化設(shè)計是將模型中的定量信息變量化，使之成為可以任意調(diào)整的參數(shù)。對于變量化參數(shù)賦予不同的數(shù)值，就可以得到不同大小和形狀的零件模型。其中，參數(shù)化模型的建立是關(guān)鍵。參數(shù)化設(shè)計可以大大提高模型生成和修改速度，在產(chǎn)品系列設(shè)計、相似設(shè)計等具有較大的應(yīng)用價值。比如:Pro/E的二維草繪實質(zhì)是參數(shù)化的，在草繪環(huán)境下，只需要繪制出大致的二維幾何形狀，不必是精確的尺寸值，然后再修改尺寸值，系統(tǒng)會自動以正確的尺寸值來修正幾何形狀。除此之外，Pro/E對二維草圖上的某些幾何圖形會自動假設(shè)某些相關(guān)性，如:對稱、對齊、相切等限制條件，以減少尺寸標(biāo)注的困難，并達到全約束的草圖外形。

　　參數(shù)是參數(shù)化設(shè)計的重要概念，在三維模型中，參數(shù)是通過“尺寸”的形式來體現(xiàn)的，變更參數(shù)可以很方便地修改設(shè)計意圖。在零件模式下，單擊“工具”菜單，打開參數(shù)對話框即可對參數(shù)進行添加或編輯。其中，關(guān)系式是參數(shù)化設(shè)計的另一個重要概念，它體現(xiàn)了參數(shù)之間互相約束的關(guān)系。

2、機構(gòu)的裝配

　　在對機構(gòu)進行裝配時，首先分析機構(gòu)的整體結(jié)構(gòu)和各零件的功能，了解零件對于整個機構(gòu)而言是活動件還是固定件。若是活動件，多采用連接的方式進行裝配;若是固定件，則定義幾個約束關(guān)系完成組合。

圖1 預(yù)定義集列表框

　　2.1、連接的類型

　　當(dāng)向一個裝配體中添加元件時，系統(tǒng)會彈出元件放置操控板。如圖1所示，在元件放置操控板的“預(yù)定義集”列表框中列出了幾種連接類型:剛性、銷釘、滑動桿、圓柱、平面、球、焊接、常規(guī)等。從“預(yù)定義集”列表框中選擇連接類型后，進入“放置”上滑面板，定義相應(yīng)的約束，將元件“連接”到裝配體中。

　　這些連接類型中，銷釘連接是最常用的類型，連接元件可以繞著附著元件轉(zhuǎn)動，不能相對于附著元件移動，銷釘連接提供一個旋轉(zhuǎn)自由度，沒有平移自由度。圓柱連接與銷釘連接的區(qū)別是連接元件既可以繞著軸線相對于附著元件轉(zhuǎn)動，也可以沿著軸線相對于附著元件平移，它提供一個旋轉(zhuǎn)自由度和一個平移自由度。滑動桿連接中，連接只能沿著軸線相對于附著元件移動，只能提供一個平移自由度，沒有旋轉(zhuǎn)自由度。平面連接提供兩個平移自由度和一個旋轉(zhuǎn)自由度，使連接元件既可以在一個平面內(nèi)相對于附著元件移動，也可以繞著垂直于該平面的軸線相對于附著元件轉(zhuǎn)動。球連接提供三個旋轉(zhuǎn)自由度，沒有移動自由度。軸承連接是球連接和滑動桿連接的組合，連接元件既可以在約束點上沿任意方向相對于附著元件旋轉(zhuǎn)，也可以沿著對齊的軸線移動，提供一個平移自由度和三個旋轉(zhuǎn)自由度。而剛性連接使連接元件與附著元件之間沒有任何相對運動，它們會共同構(gòu)成一個主體。

　　2.2、骨架模型的建立

　　在大型的裝配設(shè)計中，會由于零部件過多造成彼此間的約束條件相沖突，裝配會出現(xiàn)困難。Pro/E中提供了一個骨架模型的功能，使設(shè)計者在裝配前先設(shè)計好零件在空間的靜態(tài)位置。建立好骨架模型相當(dāng)于給機構(gòu)建立了產(chǎn)品裝配的基本框架，可以將相應(yīng)的元件裝配到骨架模型上，從而構(gòu)成完整的組件或者機構(gòu)。骨架模型主要由一些基準(zhǔn)點、基準(zhǔn)軸、基準(zhǔn)坐標(biāo)系、基準(zhǔn)曲線和曲面組成。

　　在機構(gòu)的三維建模中，往往不是一個完整的裝配體，骨架模型在其中的作用主要就是確定好元件的空間位置，這樣就不需要設(shè)計一些與機構(gòu)運動關(guān)系不大的機座零件。

5、結(jié)束語

　　本文介紹了Pro/E的參數(shù)化三維建模和運動仿真技術(shù)，并應(yīng)用這些技術(shù)對常用機構(gòu)進行三維建模和運動仿真分析。通過運動仿真分析一方面可以直觀地了解機構(gòu)中各零件的運動關(guān)系;另一方面還可以通過測量進一步研究機構(gòu)的運動特性，發(fā)現(xiàn)設(shè)計的不足以便及時改進，能減少實際產(chǎn)品生產(chǎn)時出現(xiàn)的問題，大幅度縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，減少產(chǎn)品開發(fā)的成本，提高市場競爭力。