陳玉

（杭州西奧電梯有限公司，杭州 311199）

基于Pro/E的四桿機(jī)構(gòu)TOP-DOWN自動裝配與運(yùn)動仿真設(shè)計

陳玉

（杭州西奧電梯有限公司，杭州 311199）

采用Pro/E軟件實(shí)現(xiàn)四桿機(jī)構(gòu)的TOP-DOWN自動裝配與運(yùn)動仿真，從而簡化設(shè)計過程，提高設(shè)計效率，為結(jié)構(gòu)設(shè)計提供有力的參考。

TOP-DWON；四桿機(jī)構(gòu)；自動裝配；運(yùn)動仿真

1 引言

要設(shè)計一個四桿機(jī)構(gòu)，一般的方法是先畫出原理圖，假設(shè)各基本參數(shù)，然后根據(jù)解析幾何理論進(jìn)行數(shù)學(xué)計算，得出其他參數(shù)，并進(jìn)行驗(yàn)算。計算過程反復(fù)用到三角函數(shù)，復(fù)雜且精確度有限，設(shè)計效率較低。

采用Pro/E軟件，將各參數(shù)關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)零件的自動更新，則能省去復(fù)雜的計算過程；利用機(jī)構(gòu)仿真替代驗(yàn)算，自動得出關(guān)鍵點(diǎn)的運(yùn)動軌跡，簡便直觀。本文介紹了一種采用自頂向下的設(shè)計偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)并進(jìn)行運(yùn)動仿真驗(yàn)證的方法，探討利用工程設(shè)計軟件簡化設(shè)計的一種途徑。

2 設(shè)計輸入

設(shè)計一個四桿機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)滑塊沿水平方向往復(fù)運(yùn)動，滑塊行程200mm，如圖1所示。

根據(jù)解析幾何理論，選取 L0、H0、L1、A 為基本參數(shù)。L0：滑塊中心至桿1固定端水平距離，L0=600mm；H0：滑塊中心至桿 1固定端垂直距離，H0=200mm；L1：桿 1有效長度，L1=200mm；A：桿 1 與水平方向初始夾角，A=10°；R：滑塊行程，R=200mm。

3 TOP-DOWN設(shè)計

圖1 四桿機(jī)構(gòu)簡圖

3.1 布局文件的建立及參數(shù)初始值的設(shè)定

在Pro/E中新建布局LAY0001.LAY。繪制如圖1所示的簡圖并標(biāo)注相關(guān)尺寸，尺寸代碼自動被識別為參數(shù)，按要求設(shè)定初值。

3.2 組件與運(yùn)動骨架建立

在Pro/E中新建空組件FOURLINKGEAR.ASM。在組件下新建一個運(yùn)動骨架MOTION_SKEL_0001.ASM。

打開MOTION_SKEL_0001.ASM進(jìn)行編輯，為其添加基礎(chǔ)骨架與零件骨架，如圖2所示。

建立零件骨架時，將LAY0001.LAY聲明到其中，并將各參數(shù)賦給對應(yīng)尺寸，為參數(shù)化驗(yàn)證做好準(zhǔn)備。

將完成的零件骨架與基礎(chǔ)骨架進(jìn)行裝配。為了實(shí)現(xiàn)后期的運(yùn)動仿真，此處需要進(jìn)行機(jī)構(gòu)類型的裝配。本文中，桿1與固定點(diǎn)是銷釘連接，桿1與桿2也是銷釘連接，滑塊與桿 4（即行程直線）是槽連接。機(jī)構(gòu)示意如圖3所示。

圖2 桿1骨架

圖3 機(jī)構(gòu)示意

圖4 四桿機(jī)構(gòu)

3.3 零件建立

根據(jù)零件骨架建立對應(yīng)零件模型。本文中DESIGN_SKEL_0002.PRT對應(yīng)桿1，DESIGN_SKEL_0003.PRT 對應(yīng)桿 2。

3.4 組件裝配

將桿1與桿2裝配至組件FOURLINKGEAR.ASM。因在MOTION_SKEL_0001.ASM已定義好機(jī)構(gòu)，此處只需將零件裝配至對應(yīng)骨架。PRT0001.PRT裝配至DESIGN_SKEL_0002.PRT，PRT0002.PRT裝配至DESIGN_SKEL_0003.PRT。完成后的四桿機(jī)構(gòu)如圖4所示。

4 運(yùn)動仿真及參數(shù)化驗(yàn)證

將FOURLINKGEAR.ASM切換至“機(jī)構(gòu)”模塊，左右拖動桿2，觀察桿1是否會越過第一象限。

在滑塊中心點(diǎn)插入向左直線運(yùn)動與向右直線運(yùn)動的伺服電動機(jī)各一，速度均設(shè)置為10mm/sec。創(chuàng)建一個運(yùn)動分析AnalysisDifinition1（位置），設(shè)置Motor1的運(yùn)行時間從"開始"至19.9sec，Motor2的運(yùn)行時間從20到結(jié)束，運(yùn)行AnalysisDifinition1（位置）。

插入軌跡曲線，選擇運(yùn)行結(jié)果AnalysisDifinition1，機(jī)構(gòu)運(yùn)行軌跡曲線自動被記錄至組件。

在LAY0001.LAY中將L0改為400，L1改為250，再生組件，重新運(yùn)行AnalysisDifinition1，可得到新的機(jī)構(gòu)組成。重復(fù)插入軌跡曲線，可得到新的運(yùn)行軌跡。與之前的軌跡相比，更改后的結(jié)構(gòu)中，運(yùn)行軌跡明顯變短，桿的上升行程也大幅減小。

圖5 軌跡曲線與參數(shù)化驗(yàn)證

重復(fù)運(yùn)動仿真，優(yōu)選出符合要求的方案。

5 結(jié)論

本文采用Pro/E軟件實(shí)現(xiàn)四桿機(jī)構(gòu)的TOP-DOWN自動裝配與運(yùn)動仿真，簡化了設(shè)計過程，提高了設(shè)計效率。組件設(shè)計既要滿足產(chǎn)品結(jié)構(gòu)需求，又要考慮到設(shè)計的可維護(hù)性與良好的延拓性。因此在設(shè)計時采用自頂向下的合理布局，并利用運(yùn)動骨架進(jìn)行運(yùn)動仿真，在設(shè)計初期就全面了解機(jī)構(gòu)的運(yùn)行軌跡與各種工況，使機(jī)構(gòu)設(shè)計更加簡單高效。

［1］韓玉龍.Pro/ENGINEER Wildfire組件設(shè)計與運(yùn)動仿真專業(yè)教程［M］.北京：清華大學(xué)出版社，2004.

（編輯 黃 荻）

Automatic TOP-DOWN Assembly and Motion Simulation of Four Bar Mechanism Based on Pro/E

CHEN Yu
（Hangzhou XO-Lift Co.,Ltd.,Hangzhou 311199,China）

TOP-DOWN automatic assembly and 3D motion simulation of four bar Mechanism are carried out based on Pro/E.It can simplify the design process and improve the efficiency,and provide a strong reference for structure design.

TOP-DOWN;four bar mechanism;automatic assembly;motion simulation

TP391.7

A

1002-2333（2013）09-0147-02

陳玉（1979-），女，工程師，主要從事機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計工作。

2013-05-23