李奉香 周 川

(武漢船舶職業(yè)技術學院,湖北武漢 430050)

設計人員利用Pro/E軟件等現代三維軟件設計的模型進行模擬裝配、運動仿真、干涉檢查獲取質量、質心、轉動慣量等重要的設計參數,并為結構計算分析提供了幾何模型,大大提高了設計效率,減少了設計成本[1～2]。隨著大型機器的發(fā)展,裝配工藝編制和裝配要求更高,如一臺船舶柴油機能否可靠地運轉,保證良好的工作性能和經濟性,很大程度上決定于裝配工作是否完成,即裝配工藝過程對產品起決定作用[3]。通過虛擬裝配的動畫制作,可指導裝配工藝編制和指導工人裝配,提高產品裝配質量。

1 Pro/E軟件功能和虛擬裝配步驟

Pro/E是美國 PTC公司開發(fā)的CAD/CAE/CAM 軟件,功能強大,模塊眾多,集成了實體設計、曲面設計、工程圖制作、零件裝配等多個應用程序模塊,每個應用程序都有它獨立的功能,但相互之間又動態(tài)關聯(lián),它為三維造型、虛擬裝配、有限元分析、運動仿真等設計帶來了方便[4]。目前,利用Pro/E進行虛擬裝配和運動仿真的基本方法資料有一些,但在虛擬裝配過程中,裝配順序和裝配定位的約束關系選擇是難點,因為這要根據各零件裝配關系由設計者確定,而且各零件不同。運動仿真中的類型選擇和約束位置確定,也要根據具體情況確定,而且裝配動畫操作方法的資料極少。本文以齒輪泵為例介紹RPO/E軟件中的運動仿真和裝配動畫的操作思路和具體方法。

虛擬裝配是運動仿真和裝配動畫操作的基礎,這里簡單介紹虛擬裝配的步驟。(1)選擇“文件/新建”命令,在新建對話框類型選項中選取“組件”模塊,子類型選項中選取“設計”,取消“使用缺省模板”,在名稱文本框中輸入裝配體的文件名。(2)在新文件選項/模板中選擇“mmns_asm_design”選項,進入 Pro/E組件模塊。選擇“插入/元件/裝配”命令,調入零件1模型。(3)給零件1施加定位約束。(4)選擇“插入/元件/裝配”命令,調入零件2。(5)給零件2進行裝配定位[5]。齒輪泵裝配后立體圖和分解視圖,如圖1、圖2所示。

圖1 齒輪泵立體圖

2 基于Pro/E的運動仿真

2.1 運動分析工作流程[6]

圖2 齒輪泵分解視圖

運動分析可分五步,一是創(chuàng)建模型:定義主體,生成連接或生成特殊連接。主體(Body)是指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)是定義并約束相對運動的主體之間的關系。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,這需要根據具體運動原理,選擇類型;根據具體相對位置選擇約束位置。二是檢查模型:拖動組件,檢驗所定義的連接是否能產生預期的運動。三是加入運動分析圖元:設定伺服電機。伺服電動機能夠為機構提供驅動,通過伺服電機可以實現旋轉和平移運動,并且能以函數的方式定義運動輪廓。四是分析模型:定義運動分析并運行。五是結果獲得:結果回放,分析結果,獲取數據。

2.2 齒輪的運動仿真

齒輪泵的運動仿真主要是齒輪的運動仿真,軸、鍵與齒輪一起運動,其它零件為固定件。步驟如下:

(1)準備工作。新建,選擇組件;再建立基準軸,在TOP平面上建立兩平行的基準軸,間距為兩齒輪節(jié)圓半徑的和。

(2)建立連接。裝入兩個齒輪,分別建立“銷釘”連接。將齒輪1的軸與基準軸1對齊,端面與FRONT平面對齊。將齒輪2的軸與基準軸2對齊,端面與FRONT平面對齊,如圖3所示。

(3)建立特殊連接進入機構界面。單擊齒輪副連接,出現對話框如圖4所示。選擇齒輪1的軸作為運動軸;在“齒輪2”中也相應地選擇齒輪2的中心軸作為運動軸;設置兩個齒輪的節(jié)圓大小,如圖5所示。

(4)檢查模型。單擊小手圖標,選取某一齒輪,進行拖動查看運動情況。

(5)設定伺服電動機。單擊右邊“伺服電動機”按鈕,在“類型”選項中選取“運動軸”,選取其中一個齒輪的銷釘連接作為電動機的運動軸,如圖6所示。單擊“輪廓”選項,在“規(guī)范”選項中選擇“速度”,并設定速度大小,如圖7所示。

(6)分析模型。單擊機構分析圖標,選擇分析類型為“運動學”類型;確定運行時間;單擊“運行”,如圖8所示。

(7)干涉分析。單擊“回放”圖標,回放界面,如圖19所示。可讓系統(tǒng)計算干涉情況,若有干涉會出現紅色標志干涉區(qū)域;也可通過動畫對話框,播放動畫,觀看運動情況;也可通過捕獲,制定視頻動畫播放文件。

圖3 建立連接

圖4 齒輪副定義

圖5 建立特殊連接

圖6 設定伺服電動機運動軸

圖7 設定伺服電動機

圖8 分析模型

圖9 干涉分析

3 基于Pro/E的裝配動畫

3.1 動畫制作流程

動畫制作可分四步,一是主體定義。二是拖動并創(chuàng)建快照(Snapshot)。三是創(chuàng)建關鍵幀序列(Keyframes)。關鍵幀是動畫過程中起到重要位置的指示作用的快照。四是運行并回放。

3.2 齒輪泵的裝配動畫

打開已經裝配好的齒輪泵組件,并切換到動畫(菜單:應用程序—動畫)。

(1)主體定義。單擊主體定義;點擊“每個主體一個零件”后“關閉”,如圖10所示。

圖10 主體定義

(2)拖動并創(chuàng)建快照。單擊拖動工具;點擊拍照,記下組件的當前位置,如圖11所示。用小手將零件拖到合適的位置;拍照,如圖12所示。同理將所有的元件都拖出來并拍照,如圖13所示。

圖11 創(chuàng)建快照

圖13 元件拍照

(3)創(chuàng)建關鍵幀序列。單擊關鍵幀,創(chuàng)建關鍵幀,如圖14所示。單擊圖標進行定時視圖設置,如圖15所示。單擊菜單:工具-時間域,更改一下時間域的長短,如圖16所示。

圖14 創(chuàng)建關鍵幀

(4)運行并回放,錄制動畫。單擊運行圖標運行動畫,回放界面,如圖17所示。也可通過動畫對話框,播放動畫,觀看運動情況;也可通過捕獲,制定視頻動畫播放文件。

圖15 定時視圖設置

圖16 更改時間域

圖17 錄制動畫

4 結 語

在Pro/E環(huán)境下,實現機械零件快速造型和裝配的方法,不僅能夠保證零件造型的準確性,而且可以在產品的設計階段直接檢查機械系統(tǒng)各個零部件在空間的裝配情況和干涉情況,以進一步實現可視化設計和分析,提高產品設計質量和縮短開發(fā)周期,優(yōu)化了產品設計。

1 胡仁喜,李 琳,王淵峰.Pro/Engineer Wildfire 3.0機械設計時尚百例[M].北京:機械工業(yè)出版社,2007.

2 溫建民,任 倩,于廣濱.Pro/E Wildfire 3.0三維設計基礎與工程范例[M].北京:清華大學出版社,2008.

3 黃 政.船舶柴油機裝配工藝專家系統(tǒng)研究[J].造船技術,2010(1).

4 曹 巖.Pro/Engineer Wildfire 3.0機械設計實例精解[M].北京:機械工業(yè)出版社,2007.

5 周四新.Pro/ENGINEER Wildfire工業(yè)設計范例教程[M].人民郵電出版社,2005.

6 周四新,和青芳.Pro/ENGINEER Wildfire高級設計[M].北京:機械工業(yè)出版社,2004.