参与运动的主体。
创建新组件时,装配(或创建)的第一个元件自动成为基础。
元件使用约束连接(“元件放置”窗口中“放置”页面)与基础发生关系,则此元件也成为基础的一部份。
如果机构不能以预期的方式移动,或者因两个零件在同一主体中而不能创建连接,就可以使用“重定义主体”来确认主体之间的约束关系及删除某些约束。
进入“机构”模块后,“编辑”—>“重定义主体”进入主体重定义窗口,选定一个主体,将在窗口里显示这个主体所受到的约束(仅约束连接及“刚体”接头所用的约束)。可以选定一个约束,将其删除。如果删除所有约束,元件将被封装。、、
特殊连接:凸轮连接
凸轮连接,就是用凸轮的轮廓去控制从动件的运动规律。PROE里的凸轮连接,使用的是平面凸轮。但为了形象,创建凸轮后,都会让凸轮显示出一定的厚度(深度)。
凸轮连接只需要指定两个主体上的各一个(或一组)曲面或曲线就可以了。定义窗口里的“凸轮1”“凸轮2”分别是两个主体中任何一个,并非从动件就是“凸轮2”。
如果选择曲面,可将“自动选取”复选框勾上,这样,系统将自动把与所选曲面的邻接曲面选中,如果不用“自动选取”,需要选多个相邻面时要按住Ctrl。
如果选择曲线/边,“自动选取”是无效的。如果所选边是直边或基准曲线,则还要指定工作平面(即所定义的二维平面凸轮在哪一个平面上)。
凸轮一般是从动件沿凸轮件的表面运动,在PROE里定义凸轮时,还要确定运动的实际接触面。选取了曲面或曲线后,将会出线一个箭头,这个箭头指示出所选曲面或曲线的法向,箭头指向哪侧,也就是运动时接触点将在哪侧。如果系统指示出的方向与想定义的方向不同,可反向。
关于“启用升离”,打开这个选项,凸轮运转时,从动件可离开主动件,不使用此选项时,从动件始终与主动件接触。启用升离后才能定义“恢复系数”,即“启用升离”复选框下方的那个“e”。
因为是二维凸轮,只要确定了凸轮轮廓和工作平面,这个凸轮的形状与位置也就算定义完整了。为了形象,系统会给这个二维凸轮显示出一个厚度(即深度)。通常我们可不必去修改它,使用“自动”就可以了。也可自已定义这个显示深度,但对分析结果没有影响。
需要注意:
A.所选曲面只能是单向弯曲曲面(如拉伸曲面),不能是多向弯曲曲面(如旋转出来的鼓形曲面)。
B.所选曲面或曲线中,可以有平面和直边,但应避免在两个主体上同时出现。
C.系统不会自动处理曲面(曲线)中的尖角/拐点/不连续,如果存在这样的问题,应在定义凸轮前适当处理。
凸轮可定义“升离”、“恢复系数”与“磨擦”。
特殊连接:齿轮连接
齿轮连接用来控制两个旋转轴之间的速度关系。在PROE中齿轮连接分为标准齿轮和齿轮齿条两种类型。标准齿轮需定义两个齿轮,齿轮齿条需定义一个小齿轮和一个齿条。一个齿轮(或齿条)由两个主体和这两个主体之间的一个旋转轴构成。因此,在定义齿轮前,需先定义含有旋转轴的接头连接(如销钉)。
定义齿轮时,只需选定由接头连接定义出来的与齿轮本体相关的那个旋转轴即可,系统自动将产生这根轴的两个主体设定为“齿轮”(或“小齿轮”、“齿条”)和“托架”,“托架”一般就是用来安装齿轮的主体,它一般是静止的,如果系统选反了,可用“反向”按钮将齿轮与托架主体交换。“齿轮2”或“齿条”所用轴的旋转方向是可以变更的,点定义窗口里“齿轮2”轴右侧的反向按钮就可以,点中后画面会出现一个很粗的箭头指示此轴旋转的正向。
速比定义:在“齿轮副定义”窗口的“齿轮1”、“齿轮2”、“小齿轮”页面里,都有一个输入节圆直径的地方,可以在定义齿轮时将齿轮的实际节圆直径输入到这里。在“属性”页面里,“齿轮比”(“齿条比”)有两种选择,一是“节圆直径”,一是“用户定义的”。选择“节圆直径”时,D1、D2由系统自动根据前两个页面里的数值计算出来,不可改动。选择“用户定义的”时,D1、D2需要输入,此情况下,齿轮速度比由此处输入的D1、D2确定,前两个页面里输入的节圆直径不起作用。速度比为节圆直径比的倒数,即:齿轮1速度/齿轮2速度=齿轮2节圆直径/齿轮1节圆直径=D2/D1。齿条比为齿轮转一周时齿条平移的距离,齿条比选择“节圆直径”时,其数值由系统根据小齿轮的节圆数值计算出来,不可改动,选择“用户定义的”时,其数值需要输入,此情况下,小齿轮定义页面里输入的节圆直径不起作用。
图标位置:定义齿轮后,每一个齿轮都有一个图标,以显示这里定义了一个齿轮,一条虚线把两个图标的中心连起来。默认情况下,齿轮图标在所选连接轴的零点,图标位置也可自定义,点选一个点,图标将平移到那个点所在平面上。图标的位置只是一视觉效果,不会对分析产生影响。
要注意的事项:
A.PROE里的齿轮连接,只需要指定一个旋转轴和节圆参数就可以了。因此,齿轮的具体形状可以不用做出来,即使是两个圆柱,也可以在它们之间定义一个齿轮连接。
B.两个齿轮应使用公共的托架主体,如果没有公共的托架主体,分析时系统将创建一个不可见的内部主体作为公共托架主体,此主体的质量等于最小主体质量的千分之一。并且在运行与力相关的分析(动态、力平衡、静态)时,会提示指出没有公共托架主体
特殊连接:槽连接
槽连接是两个主体之间的一个点----曲线连接。从动件上的一个点,始终在主动件上的一根曲线(3D)上运动。槽连接只使两个主体按所指定的要求运动,不检查两个主体之间是否干涉,点和曲线甚至可以是零件实体以外的基准点和基准曲线,当然也可以在实体内部。
曲线可以是任何一组相邻曲线(即要求相连,不必相切),可以是基准曲线,也可以是实体/曲面的边,可以是开放的,也可以是封闭的。
点可以是任何一个基准点或顶点,但只能是零件中的,组件中的点不能用于槽连接。
运动时,从动件上的点始终在主动件上的指定曲线上,如果曲线是一条(组)开放曲线,则此曲线(曲线组)的首末两个端点为槽的默认端点,如果是一条(组)封闭曲线,则默认无端点。如果希望运动区间不是在整条曲线(曲线组)上,而只是在其中的一段上,则需要自定义槽的端点。对于开放曲线(曲线组),只要指定新的端点就可以了,对于封闭曲线,指定两个新端点后,系统自动选取被两端点分割出的两段曲线中的一段为运行区间,如果不是所需要的,点“反向”选取另一段。定义槽端点可选取基准点、顶点、曲线/边/曲面,如果选的是曲线/边/曲面,则槽端点为槽曲线与所选曲线/边/曲面的交点。
槽连接可定义“恢复系数”与“磨擦”。
拖动与快照
拖动,是在允许的范围内移动机械。快照,对机械的某一特殊状态的记录。可以使用拖动调整机构中各零件的具体位置,初步检查机构的装配与运动情况,并可将其保存为快照,快照可用于后续的分析定义中,也可用于绘制工程图。
“机构”----“拖动”,进入“拖动”窗口,此窗口具有一个工具栏,工具栏左第一个按钮为“保存快照”,即将当前屏幕上的状态保存为一个快照,左第二个按钮为“点拖动”,即点取机构上的一个点,移动鼠标以改变元件的位置,左第三个按钮为“主体拖动”,选取一个主体,移动鼠标以改变元件的位置。右侧两个按钮为“撤消”和“恢复”,每一次拖动,系统都会记录入内存,使用此两按钮,可查看已做的各次拖动的结果。“快照”页和“约束”页,分别有一个列表,显示当前已经定义的快照和为当前拖动定义的临时约束。
快照列表左侧有一列工具按钮,第一个为显示当前快照,即将屏幕显示刷新为选定快照的内容;第二个为从其它快照中把某些元件的位置提取入选定快照;第三个为刷新选定快照,即将选定快照的内容更新为屏幕上的状态;第四个为绘图可用,使选定快照可被当做分解状态使用,从而在绘图中使用,这是一个开关型按钮,当快照可用于绘图时,列表中的快照名前会有一个图标;第五个是删除选定快照。
约束列表显示已为当前拖动所定义的临时约束,这些临时约束只用于当前拖动操作,以进一步限制拖动时各主体之间的相对运动。
“高级拖动选项”提供了一组工具,用于精确限定拖动时被拖动点或主体的运动。
恢复系数与磨擦
即碰撞系数,其物理定义为两物体碰撞后的相对速度(V2-V1)与碰撞前的相对速度(V10-V20)的比值,即e=(V2-V1)/(V10-V20),它的值介于0到1之间。典型的恢复系数可从工程书籍或实际经验中得到。恢复系数取决于材料属性、主体几何以及碰撞速度等因素。在机构中应用恢复系数,是在刚体计算中模拟非刚性属性的一种方法。完全弹性碰撞的恢复系数为 1。完全非弹性碰撞的恢复系数为 0。橡皮球的恢复系数相对较高。而湿泥土块的恢复系数值非常接近0。
摩擦阻碍凸轮或槽的运动。摩擦系数取决于接触材料的类型以及实验条件。可在物理或工程书籍中查找各种典型的摩擦系数表。需要分别指定静磨擦系数和动磨擦系数,且静磨擦系数应大于动磨擦系数。要在力平衡分析中计算凸轮滑动测量,必须指定凸轮连接的磨擦系数。
恢复系数与磨擦可用于凸轮连接和槽连接,也可用于连接轴设置。
连接轴设置
“机构”—“连接轴设置”,可为由接头连接(如销钉)产生的连接轴定义一些具体的属性,包括:连接轴的位置,连接轴的零参照,连接轴的再生位置(用于重复组件分析),连接轴的运动限制、恢复系数及磨擦。
进入此窗口后,需先选取一连接轴,然后再对此轴进行各种设置。
“连接轴位置”,这里显示的是连接轴的两个零参照间的位置或距离,未改变时,显示的是当前屏幕上这个位置时的值。如果自己输入一个数值并回车(对于旋转轴,此数值为-180到180,如超出此范围或超出“属性”里设置的限制范围,系统将自动转换成可接受的范围内的值),屏幕上的组件也将临时改变位置以反映当前修改,如果按了“生成零点”,则将当前位置设定为连接轴零点,其它测量都从此零点位置开始。点了“生成零点”后,“指定参照”将无效。如果选了“指定参照”,则“生成零点”无效。“指定参照”可为连接轴的两个主体分别选定零位置的几何参照。
选取“再生值”,可让组件在非连接轴零点位置再生,这个用于重复组件分析中。
“启用限制”,设置接头运动时的最大最小运动范围及恢复系数。对于旋转轴,“最小”值为-180到180之间且小于最大值,“最大”值为-180到180之间且大于最小值。恢复系数用来模拟当连接轴运动到限制位置时的冲击力。
“启用磨擦”,设置接头的两个主体之间相互运动的阻力。需指定静磨擦系数和动磨擦系数,对于旋转轴,还应指定一个大于零的接触半径值,它用于定义磨擦扭矩作用于连接轴上的半径。静磨擦系数应大于动磨擦系数。
在任何连接轴上,都不能创建多个连接轴零点。不能为球接头定义连接轴设置。另外,不能编辑属于多旋转 DOF 接头(如 6DOF 或某个一般连接)的旋转连接轴的连接轴设置。
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连接轴设置:零点参照的要求
定义旋转轴的零点时,要注意以下事项:
点-点零点参照 :以垂直于旋转轴的方向从每一点绘制向量。这两个向量对连接零点应重合。这两个点不能位于连接轴上。
点-平面零参照 : 包含点和旋转连接轴的平面应平行于为连接零点选取的平面。该点不能位于连接轴上。
平面-平面零参照 : 这两个平面在连接零点处平行。两个平面都必须平行于旋转轴。
定义平移轴的零点参照时应注意下列事项:
点-点零参照:在连接零点处,两点之间在平移连接轴方向上的距离将为零。
点-平面零参照:在连接零点处,平面和点之间在平移连接轴方向上的距离将为零。该平面必须垂直于连接轴。
平面-平面零参照:在连接零点处,平面间的距离为零。两个平面都必须垂直于连接轴。
定义平面或轴承连接的连接轴零点参照时应注意:
平面连接:为避免不可预测的行为,只能为平面平移轴定义点-点或点-平面零点参照。同样,只能为平面旋转轴定义平面-平面零点参照。
轴承连接:必须在包含轴承接头方向定义的主体上选取一个点或平面,即具有点-线约束的直线。系统将此参照与定义轴承连接的点对齐。
伺服电动机
伺服电动机可规定机构以特定方式运动。伺服电动机引起在两个主体之间、单个自由度内的特定类型的运动。伺服电动机将位置、速度或加速度指定为时间的函数,并可控制平移或旋转运动。通过指定伺服电动机函数,如常数或线性函数,可以定义运动的轮廓。可从多个预定义的函数中选取,也可输入自己的函数。可在一个图元上定义任意多个伺服电动机。
如果为非连续的伺服电动机轮廓选取或定义了位置或速度函数,在进行运动或动态分析时这个伺服电动机将被忽略。但是,可在重复组件分析中使用非连续伺服电动机轮廓。当用图形表示非连续伺服电动机时,系统将显示信息指示非连续的点。
伺服电动机分为两种,一种是连接轴伺服电机,用于定义某一旋转轴的旋转运动,一种是几何伺服电机,用于创建复杂的运动,如螺旋运动。连接轴伺服电机只需要选定一个事先由接头连接(如销钉)所定义的旋转轴,并设定方向即可,连接轴伺服电机可用于运动分析。几何伺服电机需要选取从动件上的一个点/平面,并选取另一个主体上的一个点/平面作为运动的参照,并需确定运动的方向及种类,几何伺服电机不能用于运动分析。
连接轴伺服电机选取一根旋转轴,并指定方向。
几何伺服电机根据选取的对象分以下几种:
从动“点”,参照“点”,平移;从动“点”,参照“平面”,旋转;从动“平面”,参照“平面”,旋转;从动“点”,参照“平面”,平移;从动“平面”,参照“平面”,平移。其中,前三种需要再选取一条直边来定义运动方向,后两种不需要。
电机轮廓也即是从动件的运动规律,对于平移运动,它是长度(单位:mm)对时间的函数,对于旋转,它是角度(单位:度)对时间的函数。点最下方的“图形”按钮,将会以图形的方式显示出电机的轮廓,其横轴就是时间,其纵轴,就是位置或速度或加速度。“模”定义的就是图形的形状,“规范”里定义的就是“模”所定义的图形的纵轴所代表的意义。模有九种:常数、斜坡、余弦、SCCA、摆线、抛物线、多项式、表、用户定义的。规范有三种:位置、速度、加速度。其中模里的SCCA这一种,只能用于描述加速度(即对应的“规范”只能是加速度)。“规范”为位置时,无需自己定义初始位置,为速度时,需定义“初始角”,为加速度时,需定义“初始角”和“初始角速度”,默认位置为当前屏幕上的位置。
点“规范”下的那个按钮,可进入“连接轴设置”窗口,对当前电机所用的连接轴进行设置
电动机的轮廓(模)
电动机的模用来描述电动机的轮廓,定义模时,需选定模函数并输入函数的系数值。对于伺机服电动机,函数中的X为时间,对于执行电动机,函数中的X为时间或选取的测量参数。
模函数一共有九种:常数、斜坡、余弦、SCCA、摆线、抛物线、多项式、表、用户定义的。
下面先说说常数、斜坡、余弦、摆线、抛物线、多项式这六种。
常数,函数为q=A,A为一常数。此用于需要恒定轮廓时。
斜坡,即线性,函数为q=A+B*X,A为一常数,B为斜率。用于轮廓随时间做线性变化时。
余弦,函数为q=A*cos(360*X/T+B)+C,A为幅值,B为相位,C为偏移量。用于轮廓呈余弦规律变化时。
摆线,函数为q=L*X/T-L*sin(2*pi*X/T)/2*pi,L为总高度,T为周期。用于模拟凸轮轮廓输出。
抛物线,函数为q=A*X+(1/2)*B*X^2,A为线性系数,B为二次项系数。用于模拟电动机的轨迹。
多项式,函数为q=A+B*X+C*X^2+D*X^3,A为常数,B为线性系数,C为二次项系数,D为三次项系数。用于模拟一般的电动机轨迹。
电动机的模:SCCA
此函数只能用于加速度伺服电机,不能用于执行电机。它用来模拟凸轮轮廓输出。它称做“正弦-常数-余弦-加速度”运动,缩写为SCCA。它一共有五个参数:
A = 渐增加速度归一化时间部分
B = 恒定加速度归一化时间部分
C = 递减加速度的归一化时间部分
H = 幅值
T = 周期
其中A + B + C = 1,用户必须提供 A 和 B 的值、幅值和周期。
SCCA 设置的值按下表计算:
y = H * sin [(t*pi)/(2*A)] 0 <= t < A 时
y = H A <= t < (A + B) 时
y = H * cos [(t - A - B)*pi/(2*C)] (A+B) <= t < (A + B + 2C) 时
y = - H (A+B+2C) <= t < (A + 2B + 2C) 时
y = - H * cos [(t - A - 2B - 2C)*pi/(2*A)] (A+2B+2C) <= t <= 2*(A + B + C) 时
上式中的t 是归一化时间,按下式进行计算:
t=ta*2/T (ta:实际时间;T:SCCA轮廓周期)
如果ta大于T,轮廓将重复自身。
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