摘要
基于Pro/E的装载机工作装置的实体建模及运动仿真
专业：机械设计制造及自动化作者：李书知指导教师：陈丰峰
摘要：
装载机是一种应用广泛的工程机械。有其广泛的空间，但由于装载机传统开发模式存在的开发周期长、过程繁杂、开发成本高、性能测试困难等问题，本文将仿真技术引入装载机开发领域，完成以下工作：
1．介绍了装载机的发展历史及前景，装载机的种类，介绍了仿真技术产生的背景、在国内的发展状况以及仿真技术的实际意义。
2．对液压缸作出了合理的选择。
3．简述了Pro/E软件在工程设计中的应用，利用Pro/E构建装载机的三维实体模型，并对其进行装配，在Pro/E 环境下进行了装配干涉检验。
4．在Pro/ENIEER MECHANISM环境下进行运动仿真,得出装载机工作的性能曲线。
关键字：装载机工作装置液压缸仿真技术三维建模
Abstract：
Loader is a kind of engineer machine that is widely applied in engineer project, which has wildely space, Aim to the problems that exist in traditional research way of loader, for example the research cycle is long, the cost is long, the cost is high and the performance test is complex etc, this paper leads virtual prototype technology into research of loader. The following research works are completed:
1.The development foreground, the category and loader’s history is introduced, also the background of simulation
technology come into being, developing status in local and the significance of virtual prototype technology is introduced.
2.To brief introduce the Pro/E software which application in the field of engineering, the 3D modeling is used by
Pro/E software, which is built and interferential test of assembly in Pro/E environment is completed.
3.The simulated motion in Pro/E environment is completed, and the capability curve is reached.
4. A rational choice for the hydraulic actuating cylinder.
Keywords: Loader, Working mechanism, hydraulic actuating, Simulation technology, 3D modeling
目录
摘要...................................................................................................................................................... I 1 前言 (1)
1.1 装载机的简介 (1)
1.1.1 装载机的发展历史及前景 (1)
1.1.2 装载机的种类 (1)
1.1.3 本章小结 (3)
1.2 运动仿真技术简介 (4)
1.2.1 运动仿真技术产生的背景 (4)
1.2.2 运动仿真技术 (4)
1.2.3运动仿真技术在国内外的发展概况 (4)
1.2.4 发展运动仿真技术的重要意义 (4)
1.2.5 总结 (5)
1.3 Pro/ENGINEER软件在工程设计中的应用 (5)
1.3.1 Pro/ENGINEER软件介绍 (5)
1.3.2 运动仿真技术对装载机设计理念的影响 (6)
1.4 本章小结 (7)
2 液压缸的选择 (8)
2.1 本章小结 (8)
3 装载机工作装置三维实体建模 (9)
3.1 工作装置零件建模 (9)
3.1.1 动臂的生成 (9)
3.1.2 铲斗的生成 (10)
3.1.3 底座的生成 (11)
3.1.4 连杆的生成 (11)
3.1.5 摇臂的生成 (12)
3.1.6 液压缸筒的生成 (12)
3.1.7 液压缸盖的生成 (13)
3.1.8 液压缸活塞的生成 (13)
3.1.9 连接销轴的生成 (13)
3.2 工作装置装配模型建模 (14)
3.2.1 底座模型装配 (15)
3.2.2 动臂模型装配 (15)
3.2.3 铲斗模型装配 (16)
3.2.4 液压缸体模型装配 (16)
3.2.5 摇杆模型的装配连接 (17)
3.2.6 连杆模型与铲斗模型和摇杆模型的装配连接 (17)
3.2.7 销钉模型的连接 (17)
3.2.8 本章小结 (20)
4 装载机工作装置运动仿真 (21)
4.1 概述 (21)
4.2 创建装载机工作装置的机械运动仿真 (21)
4.2.1 连接轴设置 (21)
4.2.2 创建快照 (22)
4.2.3 定义伺服电动机 (22)
4.2.4 运行运动 (24)
4.2.5 结果回放动态干涉检查与制作播放文件 (25)
4.2.6 测量 (26)
5 结论 (28)
6 致谢 (29)
7 主要参考文献 (30)
8 附表 (31)
1前言
装载机是一种广泛用于公路、铁路、建筑、水电、港口、矿山等建设工程的土石方施式机械，它主要用于铲装土壤、砂石、石灰、煤炭等散状物料，也可对矿石、硬土等作轻度铲挖作业。换装不同的辅助工作装置还可进行推土、起重和其他物料如木材的装卸作业。在道路、特别是在高等级公路施工中，装载机用于路基工程的填挖、沥青混合料和水泥混凝土料场的集料与装料等作业。此外还可进行推运土壤、刮平地面和牵引其他机械等作业。由于装载机具有作业速度快、效率高、机动性好、操作轻便等优点，因此它成为工程建设中土石方施工的主要机种之一，同时也成为工程机械中发展最快、产销量及市场需求最大的机种之一。
1.1 装载机的简介
1.1.1 装载机的发展历史及前景
我国装载机始于1960年末，发展至今它经历了3个发展阶段，即60年代仿制摸索阶段；70年代自力更生研制阶段；80年代至90年代技术引进、合资合作发展阶段。自1958年，上海港口机械
m的装载机——我国自己制造的第一台装载机之厂首先测绘并试制了67KW（90hp）、斗容量为13
后。全国装载机产品从1976年的446台发展到1996年的18310台，二十年内增长41.1倍。同时国民经济的发展与国家基建规模及资金投入的增大，更促进了我国装载机行业的迅速发展。生产企业由1980年的20家增至现在的100余家，初步形成了规格为0.8~10t约19个型号的系列产品，并已成为工程机械主力机种。自此装载机在全国机械产品中，成为重要代表产品，令世人瞩目。
随着我国经济的持续、健康、高速发展，对工程机械的需求将增长，这些需求对工程机械产品既提出了“量”又提出了“质”的巨大市场需求。我国“九五”期间土石方、路基路面、基础及建筑施工工作量预计比“八五”要大一倍以上，工程机械的总需求量亦将为“八五”期间的二倍，推土机、装载机、轮式起重机、叉车、路面机械、凿岩钻车及挖掘机械等7类主要工程机械“九五”末的年需求量可在11万台以上。而轮式装载机2000年时年需求达27000～30000台以上，这就为我国轮式装载机行业的发展提供了一个良好的市场前景，为制订战略发展宏伟目标提供科学决策依据。
综观国外装载机的发展特点及外部环境，专家预测未来装载机的主要发展趋势是：
（1）开发节能、高效、可靠、环保型产品，并研制无泄漏装载机。
（2）微电子及机电液仪一体化技术将获得越来越广泛的应用。
（3）安全性及舒适性是产品发展的重要目标。
（4）大型化与微型化仍是产品系列化的两极方向。
（5）技术进步、人才培养和售后服务将成为企业生存的三大关键内在因素。
（6）集团化、社会化与国际化是企业生存与发展的必由之路。
1.1.2 装载机的种类
目前，装载机的国际市场分为两类：一类是发达国家市场，二类是发展中国家市场。发达国家市场的产品技术水平和质量要求很高，竞争异常激烈。由于我国装载机产品档次低，不易开拓此类市场，而应重点巩固与继续发展二类市场。二类市场主要包括东南亚、中东、非洲和南美洲四大区域市场，主要由发展中国家组成，与我国有良好的外交关系，往来密切，也是我国装载机出口量最多的地区。因此，发展中国家市场是目前我国装载机进入国际市场的主攻方面。由于受东南亚经济危机持续时间加长、印尼国内动乱及一些国家货币贬值等诸多外部因素的影响，导致了我国装载机
出口难度的增加，也给国外装载机及其关键部件的进口创造了外部条件。
因此，有关生产装载机企业（包括合资企业）要积极准备，把握时机，迎接挑战，扎实搞好“三大战役”，务求在品种、质量、交货期和售后服务等方面有一个更大的发展。在有限的时间内，集中力量解决目前存在的以下三个问题：相当一批产品水平较低，高科技含量少，可靠性较差；中小型号生产厂家多而杂，产量过剩；产品结构不合理，多数企业形不成规模效益。
总的来说，常用的单斗装载机，按行走装置，发动机功率，传动形式，行走系结构，装载方式的不同进行分类。
1、行走装置的不同：装载机分为轮胎式和履带式两种。
轮胎式装开机由动力装置、车架、行走装置、传动系统、转向系统、制动系统、液压系统和工作装置等组成，其结构简单图如图2所示。轮胎式装载机采用柴油机为动力装置，液力变矩、动力换档变速箱、双桥驱动等组成的液力机械式传动系统（小型轮胎式装载机有的采用液压传动或机械传动），液压操纵，铰接式车架转向，反转杆机构的工作装置。
履带式装载机以专用底盘或工业拖拉机为基础车，装上工作装置并配装相就原操纵系统而构成，如图1所示。履带式装载机的动力装置也是柴油机，机械式传动系统则采用液压助力湿式离合器或湿式双向液压操纵转向离合器和正转连杆机构的工作装置。
图1轮胎式装载机
图2履带式装载机
1-行走机构；2-发动机；3-动臂；4-铲斗；5-转斗油缸；6-动臂油缸；7-驾驶室；8-燃油箱
2、发动机功率：
①功率小于74kw为小型装载机。
②功率在74～147kw为中型装载机
③功率在147～515kw为大型装载机
④功率大于515kw为特大型装载机
3、传动形式：
①液力—机械传动，冲击振动小，传动件寿命长，操纵方便，车速与外载间可自动调节，一般在中大型装载机多采用；
②液力传动：可无级调速、操纵间便，但启动性较差，一般仅在小型装载机上采用；
③电力传动：无级调速、工作可靠、维修简单、费用较高，一般在大型装载机上采用。
4、行走结构：
①轮胎式：质量轻、速度快、机动灵活、效率高、不易损坏路面、接地比压大、通过性差、但被广泛应用；
②履带式：接地比压小，通过性好、重心低、稳定性好、附着力强、牵引力大、比切入力大、速度低、灵活性相对差、成本高、行走时易损坏路面。
5、装卸方式：
①前卸式：结构简单、工作可靠、视野好，适合于各种作业场地，应用较广；
②回转式：工作装置安装在可回转360O的转台上，侧面卸载不需要调头、作业效率高、但结构复杂、质量大、成本高、侧面稳性较差，适用于较侠小的场地。
③后卸式：前端装、后端卸、作业效率高、作业的安全性欠好。
1.1.3 本章小结
本章主要讨论了装载机的发展状况及发展趋势，介绍了装载机的种类，为课题研究的实际意义提供了依据。
1.2 运动仿真技术简介
1.2.1 运动仿真技术产生的背景
进入21世纪，科学技术突飞猛进，社会发展日新月异。人们对个性化产品的需求越来越迫切，对产品性能的要求也越来越高，全球化经济已明显地呈现出买方市场的特点。由于这一变化，导致市场竞争日趋激烈，而竞争的核心则主要体现在产品创新上，体现在对客户的响应速度和响应品质上。传统的物理样机在产品的创新开发中，在开发周期、开发成本、产品品质等方面已越来越不能满足市场需求，运动仿真技术正是在这一市场需求的驱动下产生的。
1.2.2 运动仿真技术
运动仿真技术是一种崭新的产品开发方法，是多个相关学科领域交叉、集成的产物，是一种基于产品的计算机仿真模型的数字化设计方法。其涉及机械、电子、计算机图形学、仿真建模、虚拟现实等多个领域、多项技术，以计算机仿真和产品生命周期建模为基础，以机械系统运动学、动力学和控制理论为核心，借助成熟的三维计算机图形技术、图形用户界面技术、信息技术、集成技术、多媒体技术、并行处理技术等，将分散的产品设计开发和分析过程集成在一起，使得与产品相关的所有人员能在产品研制的早期直观形象地对虚拟的产品原型进行设计优化、性能测试、制造仿真以及使用仿真等。
换句话说“运动仿真”设计方法就是在建造第一台（件）物理样机之前，利用软件技术建立产品系统计算机模型，通过基于实体可视化的仿真分析，模拟系统在真实工作环境条件下的运动和动力特性，以便反复修改设计方案，最终得到最优设计方案。
1.2.3运动仿真技术在国内外的发展概况
国外已在各个领域广泛地应用仿真设计。所涉及到的产品从庞大的卡车到微小的照相机的快门，从火箭到轮船的锚机。在工程／矿山机械行业，如约翰·迪尔公司利用仿真技术成功地解决了工程机械在高速行驶时出现蛇行现象的问题及在重载下的自激振动这个一直困扰着设计师及用户的难题，大大提高了工程／矿山机械高速行驶性能与重载作业性能。卡特彼勒公司利用虚拟样机在切削任何一片金属之前就可快速试验数千种设计方案，不但降低了产品设计成本，缩短了开发周期，而且还制造出性能更为优异的产品。
运动仿真技术在国外已有很多应用实例，我国也正极急投身于该项技术的研究中。在传统上，我国引进物理样机，开发人员往往停留在零件照抄的水平上，对于样机缺乏系统水平上的理解和研究，结果虽然投入了大量的人力物力，却收效甚微。但如果采用虚拟样机技术，技术人员便可对引进样机进行深入的研究，可以追踪样机的设计思想，从而真正提高设计人员的水平，开发出能满足市场需求的产品来。
1.2.4发展运动仿真技术的重要意义
运动仿真设计方法将分散的零部件设计和分析技术集成在一起，提供一种更全面地了解设备性能的方法。它利用虚拟环境在可视化方面的优势以及可交互式地探索虚拟物体的功能，对设备进行几何、功能及制造等方面交互的建模与分析。在概念设计和方案论证中，便于设计师将自己的经验与想象融于计算机的虚拟样机设计中，充分发挥想象力和创造力，并替代物理样机进行性能模拟试验。设计师可在计算机上方便地确定、修改设计进程，逐步优化设计方案。通过运动仿真机试验，还可节省建立试验台、安装测试设备和测试仪表等有关的费用，更快地确定影响设计方案性能的敏感参数，达到最优化设计目的。这样，可大大缩短设备研发周期，降低研制成本，提高设计质量和
效率，为产品赢得了竞争优势。
1.2.5 总结
基于运动仿真的设计方法将成为21世纪工矿设备开发、研究的主流。对成本高、系统复杂、工况恶劣，而又不可能制造多台物理样机的设备其应用前景更加广阔，如大型露天矿用设备、煤矿井下综采设备和深海开采设备等。以及那些事关国际名声的骨干行业，如汽车工业、军事工业等，仿真技术在这些行业的应用在带来可观经济效益的同时，亦可提高其产品的设计水平和市场竞争力，有着广阔的发展前景。因此，仿真技术的各项关键技术必将为经济发展、国防建设、科技发展及社会进步做出重大贡献。
1.3 Pro/ENGINEER软件在工程设计中的应用
1.3.1 Pro/ENGINEER软件介绍
Pro/ENGINEER和Pro/MECHANICA是由美国参数技术公司推出的一套博大精深的三维CAD/CAM参数化软件系统, 被广泛应用于工程技术领域。Pro/ENGINEER和Pro/MECHANICA不仅能够实现机械二维和三维动态造型仿真设计、机械设计、模具设计、加工制造设计、而且还能够实现机构仿真、结构分析、优化设计、电路设计以及数据库管理等多种技术目的。应用领域包括航空航天、汽车、机械、NC加工，电工等诸多行业。
由于其强大而完美的功能Pro/ENGINEER几乎成为三维CAD/CAM领域的一面旗帜和标准。它在国外大学院校里以成为学生工程必修的专业课程，也成为工程技术人员必备的技术，是目前国际上专业设计人员使用最为广泛的、先进的、具有多种功能的动态设计仿真软件。随着我国加入WTO，一场新的工业设计领域的技术革命正在兴起。作为提高生产率和竞争力的有效手段Pro/ENGINEER也在国内形成一个广泛应用的热潮。
Pro/ENGINEER WILDFIRE是美国PTC公司于2003年新推出的Pro/ENGINEER系列产品中的旗舰产品该软件在原有的2001版本基础上新增了重多功能，特别强调了设计过程的易用性以及设计人员之间的互联性。原有的Pro/ENGINEER产品的升级周期为半年一次，而本次升级却花了两年的时间，其产品性能有了本质性的改善。
PTC的系列软件不但包括了在工业设计和机械设计等方面的多项功能，还包括对大型装配体的管理、功能仿真、制造、产品数据管理等等。Pro/ENGINEER提供了目前所能达到的最全面、集成最紧密的产品开发环境。它的技术特点在于以下两个方面。
1 Pro/E参数化设计特征和功能
Pro/ENGINEER是采用参数化设计的、基于特征的实体的建模工具，工程设计人员采用具有智能特性的基于特征的功能去生成模型，如Hole（孔）、Shell（壳）、Chamfer（倒角）及Round（倒圆角）。用户可以方便的修改模型，给工程设计者提供了设计上从未有过的简易和灵活。
2 Pro/E单一数据库
Pro/ENGINEER建立在统一基层上的数据库上，而传统的CAD/CAM系统建立在多个数据库上。所谓单一数据库，是指工程中的资料全部来自一个库，每一个独立用户都能同时为同一件产品造型而工作。换言之，在整个设计过程任何一处发生改动，在整个设计过程的相关环节上都有响应。例如，一旦工程详图有改变，NC（数控）工具路径就会自动更新；组装工程图如有变动，也完全反映在整个三维模型上。这种独特的数据结构与工程设计的完美组合，把一件产品的设计工作紧密结合起来，使得设计效率更高，成品质量更好，产品能更好地推向市场，价格也更便宜，市场竞争力大
大增强。
本次对矿用小型装载机的设计应用Pro/ENGINEER WILDFIRE软件,现就本次设计所接触到的几个主要模块做简要概述。
1机械设计CAD模块
机械设计模块是一个高效的三维机械设计工具，它可绘制形状相当复杂的零件。在实际中存在大量形状不规则的物体表面，如摩托车轮毂，这些称为自由曲面。随着人们生活水平的提高，对曲面产品的需求将会大大增加。用Pro/E生成曲面非常方便，方法有：拉伸旋转放样扫掠网格点阵等。由于生成曲面的方法较多，因此Pro/E可以迅速建立复杂曲面。
2运动分析模块（Scenario For Motion）
运动分析模块（CAE）是CAE（Computer Aided Engineer）应用软件，用于建立运动机构模型，分析其运动规律。运动分析模块自动复制主模块的装配文件,并建立一系列不同的运动分析方案。Pro/ENGINEER 运动分析模块可以进行机构的干涉分析，跟踪零件的运动轨迹，分析零件的速度、加速度、作用力、反作用力和力距。
Pro/ENGINEER MOTION模块为Pro/ ENGINEER的集成运动模块，是设计机构运动强有力的工具。该模块可以让机构设计师设定装配件在特定的环境中的机构动作并给予评估，能够判断出改变哪些参数能满足工程及性能超群上的要求，使产品设计达最佳状态，Pro/ENGINEER MOTION有如下功能：
1)校验机构运动的正确性，对运动进行仿真，计算机构任意时刻的位置、速度、加速度。
2)可以通过运动分析，得出装配的最佳配置。
3)根据给出的力决定运动状态及反作用力。
4)根据运动反求所需要的力。
5)求出铰接点所受的力及轴承力。
6)通过尺寸变量对机构进行优化。
7)干涉检查。
1.3.2 运动仿真技术对装载机设计理念的影响
装载机是一种作业效率高，用途广泛的工程机械，它不仅对松散的堆积物料可进行装运、卸作业，还可对岩石、硬土进行轻度铲掘工作，并能用来清理刮平场地及牵引作业。经过80多年的发展，到今天装载机已经成为一种必不可少的工程用具。目前，世界上已经出现了许多能够满足不同要求的规格种类繁多的装载机产品。随着科技的发展，和设计理念的不断更新，还将出现更多功能和性能优良的装载机产品。本次改装设计的小型装载机主要用于中小型矿井下代替人工，铲装粒度不大的散装物料，对提高中小型矿井的机械化水平有重要意义。
通常在对轮式装载机的工作装置进行机构分析时一般采用图解法或解析法，采用图解法精度较低，使用解析法计算又很复杂，因此一般只对几个作业位置进行分析计算，难以了解全部工况的作业性能及负荷变化。为解决这一问题，我们使用机械系统运动学与动力学分析仿真软件对其进行分析。这就要求先进行装载机工作装置的运动仿真设计。
装载机工作机构的运动仿真的设计主要是用大型参数化建模工具Pro/ENINEER对工作装置先进行三维实体建模，然后实现动态模拟。为能够方便的解决在产品设计阶段中运动构件在运动过程中的运动协调关系、运动范围设计、可能的运动干涉检查等问题找到一个切实可行的新方法。装载机
虚拟样机的设计步骤和传统设计步骤基本相同如图1.2.1所示。
图1.2.1装载机工作装置运动仿真设计步骤
1.4 本章小结
本章主要讨论了运动仿真技术产生的背景、状况及发展趋势，介绍了运动仿真应用的领域和实现的过程，指出了课题研究的背景和实际意义，确定了论文所要完成的主要任务和预期目的。介绍了Pro/ENGINEE软件在工程设计中的应用
2 液压缸的选择
缸的主要参数包括行程、缸径、最高使用压力等。
大臂缸和翻斗缸的要求相同均为最大推力：20000N、行程：800mm，一般均是工作过程中伸出过程压力远高于缩回过程，主要按伸出推力计算即可，活塞截面积：
A h = F max / p max = 20000N/14.23MPa = 1.4*10-3 m2
D g = 2×(A h/π)1/2 = 42mm
A h预算缸的活塞面积
F max缸允许的最大推力
p max泵输出的最大压力
D g预算缸的内腔直径
那就要求所选缸最高使用压力大于或等于14MPa，行程为800mm，缸内径为42mm或略小于42mm的尾部耳环式等速缸。
选缸：D25WE4022800M—ISO
2.1 本章小结
正确选择液压缸的参数对下面的工作十分重要,在计算行程当中,如有不当就可能造成干涉,直接影响装配,装配不成功,就无法进行运动仿真.
3装载机工作装置三维实体建模
3.1工作装置零件建模
在传统的工程设计中，设计人员首先在头脑中形成产品的三维轮廓，然后在图纸上利用二维工程图表示，其他设计人员以及工艺生产等不同部门的人员再通过二维图纸将产品还原为三维影像。由于图纸的错误和理解的偏差，设计人员的意图并不总能完全实现，因而设计制造的周期较长，产品的质量也受到影响。在产品的形状和结构较为复杂的时候尤其如此。因此三维化设计应该是发展趋势。
三维模型的发展经历了由线框、曲面到实体的过程。实体模型最真实的反映三维形体的特性，不但包括了形体的几何轮廓，而且由于实体有密度属性，因而可以进行质量计算、干涉检查等操作。
基本特征是建模时创建的第一个特征，是零件结构的基本要素。基本特征以后的其他特征依赖于基本特征。基本特征可以是实体特征，也可以是基准特征，正交基准平面就常常被用作基本特征。
在Pro/E中进行零件设计的步骤是先创建基本特征，然后添加结构特征。开始做零件之前，应做好充分的准备工作，明确设计意图。认真考虑设计的关键尺寸，可以变动的尺寸与尺寸之间的关系，在装配时与其他零件的装配关系等。
由于在Pro/E中实体模型可以有多种不同的生成方法,采取何种方法更为合理、高效,需要有一个经验积累过程。一般来说，要根据图形的形状选择生成模型的方式。草图绘制尽量简化，最好不要绘制过渡圆角、倒角等非关键性信息。如果要像绘制二维工程视图那样绘制草图,效率会很低,实践证明也没有这个必要。因为在Pro/ENGINEER中我们可以对实体进行各种编辑操作，如倒圆角。再就是如果草图绘制过于精细,再生成模型时会耗尽计算机资源,使得三维模型生成速度很慢且易出现问题。
3.1.1 动臂的生成
图3.1.1动臂实体图
动臂建模主要采用拉伸，首先选定草绘平面进入草绘模式，绘出动臂二维草图，然后进行拉伸生成动臂三维实体，再在其上打孔，应注意保证主要尺寸的准确性。对另一个动臂我们可以用复制的方法得到。复制方法有两种：一是镜像，另一是平移，如图1 采用镜像。最后添加一些细节如图
1动臂上的筋板，添加筋板时要注意参考面的正确建立。对于复杂的零件,选择合理的生成方法就显得尤为重要。因为选择不正确的生成方法不但效率低，而且有些情况根本就不能生成实体模型。因此，设计人员在设计实体模型之前，必须要考虑好模型的生成方法和步骤。这就要求设计人员要有较好的空间想像力和抽象思维能力，这也是三维建模同二维图形绘制最大的不同点之处。
3.1.2 铲斗的生成
采用拉伸方法建立铲斗基本体，用抽壳功能形成基本壳体。在基本体上添加加厚板以及肋板特征。添加耳特征时只需建立耳特征的一个面，然后采用镜像复制命令就可以完成肋板的设计。最后采用两侧拉伸方法添加截齿特征和陈列生成。在铲斗建模过程中要注意的是两侧加厚板的复制。
图3.1.2铲斗实体图
3.1.3底座的生成
图3.1.3底座实体图
先建立底盘框架，采用裁减命令生成槽钢结构，在框架上生成后续特征。底座的生成主要采用了拉伸命令，裁减命令和复制命令。底座建模过程中需注意翻转油缸连接座的正确定位。
3.1.4 连杆的生成
图3.1.4连杆实体
连杆的生成比较简单，主要采用了拉伸命令，需要注意的是在草绘截面时尺寸的标注，要保证主要尺寸的准确，比如两孔中心距。
3.1.5 摇臂的生成
图3.1.5摇臂实体图
摇臂建模也主要采用拉伸命令，先建立特征实体的一半然后用复制特征命令镜像特征另一半，需要注意的是镜像特征时对称基准的建立方法。然后在基本特征上建立孔特征，应注意保证孔间距的准确，建议：先建立摇臂两端的连接孔，生成后再建立中间连接孔。这样作，主要是避免三孔同时建立时出现的孔位置难以确定的问题。
3.1.6 液压缸筒的生成
图3.1.6 液压缸筒实体
液压缸模型结构及尺寸参看机械设计手册，主要采用拉伸和裁减命令生成，需要注意的是尾部联结油管的内部结构和建立方法。
3.1.7 液压缸盖的生成
图3.1.7液压缸盖实
缸盖结构和尺寸参看机械设计手册，主要用拉伸和裁减命令，注意内部需加上密封槽。
3.1.8 液压缸活塞的生成
图3.1.8液压缸活塞实体
其结构和尺寸需参看机械设计手册，也主要采用拉伸和裁减命令生成，注意也要加上密封槽。
注：本次设计的小型装载机工作装置需采用三个液压缸，其中翻转液压缸和举升液压缸基本结构相同，所不同的只是长度尺寸不同，所以只需建立一个举升液压缸零件，翻转液压缸零件可在举升油缸的基础上通过修改尺寸再生而成
3.1.9连接销轴的生成
图3.1.9连接销轴实体
销轴建模主要采用旋转命令，先绘制一条旋转轴，接着草绘截面，再绕旋转轴旋转360度就可生成销轴实体，然后生成轴端的限位孔，最后在需要倒角的部位倒角。要注意的是建立限位孔时需先创建与柱面相切的基准面作为草绘截面
3.2 工作装置装配模型建模
零件设计完成后，往往需要根据设计要求对零件进行装配。在Pro/ENGINEER 的装配模块中，通过定义零件之间的位置约束关系，可以把子零件装配成一个装配件，并检查零件之间是否有干涉以及装配体的运动情况是否合乎设计要求。同时在生成装配体过程中，用户可以根据需要添加生成新的零件和特征。
使用Pro/E 进行装配设计有两种基本方法，示意图如图3.2.1所示。
在上面两种方法中，第1种方法相对第2种方法是比较低端的方法。因为在真正的概念设计中，
零件设计示意图零件零件部件装配件
部件装配件零件
零件装配件
装配体设计示意图
（a ）由底向上的设计方法
装配体设计示意图装配件
零件零件
部件装配件
部件装配件
零件零件
零件设计示意图
(b)由顶向下的设计方法
图3.2.1 Pro/E 的装配件设计方法
很少利用一个零件来控制整个装配体的设计，往往都是在拿出产品的外在概念和功能概念后，逐步对产品进行设计上的细化，直至细化到单个零件。比如设计一种新型号的汽车，先由设计师拿出汽车外观的概念图，然后由底盘工程师和车身工程师一起进行汽车的布局协调，根据协调的结果，得到各自部分布局的概念图，在这个布局概念的基础上进行零件的细化设计。由此可以看出，在对产品总体设计上，以由顶向下的设计方法更为贴近实际一些。
但是由底向上的设计方法并不是一无是处，对于一些已经比较成熟的产品设计过程，采用这种设计方法效率反而高一些。在实际的装配过程中通常混合使用这辆中设计方法，以发挥各自的优点。比如本次对矿用小型装载机的改造设计，由于该项设计在技术上已经比较成熟，所以采用第一种方法比较合适。
前面已经生成矿用小型装载机的各种底层零件的三维模型，然后采用由底向上的装配设计方法对这些零件进行空间定位来生成装配件。在装配件设计时，可以根据需要对装配件中的零件进行修改，比如修改零件尺寸，移动零件在装配件中的位置，生成新的特征等。对于一个装配件，当其中所有的零件都被完全约束时，这种装配件就称为参数化的装配件，否则就是非参数化的装配件。
下面对本次装载机工作装置模型的装配设计过程作简要叙述：
3.2.1 底座模型装配
进入装配界面调入图3.1.3所示底座实体模型，点选图3.2.2所示按扭固定主体模型。在元件放置对话框中点确定。
图3.2.2
3.2.2 动臂模型装配
调入图3.1.1所示动臂实体模型，在元件放置对话框中点“连接”(图3.2.3)在连接类型中选“销钉”（图3.2.4），约束类型1为“轴对齐”分别在动臂模型和底座模型上选择需要对齐的轴线。约束类型2为“平移”，分别在两实体上选择要匹配的面，系统会自动调节模型位置，可以点选“反向”按钮改变模型方向，在“约束偏移”框中输入偏移尺寸（如图 3.2.5）可以调节匹配面间的间隙，点选“移动”（图3.2.6）进入移动界面，（如图3.2.7）选“旋转”，用鼠标在图区点选动臂模型，然后拖动鼠标可以调节动臂角度，点中键终止操作，点“确定”完成动臂模型装配。
图3.2.3 图3.2.4 图3.2.5
图3.2.6 图3.2.7
3.2.3铲斗模型装配
调入铲斗模型，动臂和铲斗的连接类型也属于销钉连接，分别选取铲斗模型和动臂模型需要对齐的轴，然后选择匹配平移面，操作方法同动臂装配操作方法。
3.2.4 液压缸体模型装配
第一步：缸筒与底座的连接
缸筒与底座的连接属于销钉连接，操作方法同前所述。旋转缸筒角度使其基本接近和动臂连接的角度。
第二步：活塞杆与缸筒和动臂的连接
活塞杆与缸筒之间能够自由伸缩，所以连接类型选用“圆柱”连接。“圆柱”连接类型只有一个轴对齐约束，分别选取缸筒和活塞杆的中心轴，点选“移动”按扭选择“平移”，调整活塞杆在缸筒中的位置。在元件放置对话框中点“+”按扭（图3.2.8）增加一个“销钉”连接类型，分别选取活塞杆前端环和动臂连接轴孔的轴线，然后分别选取活塞杆前端环和动臂需要匹配的面，输入偏移尺寸，系统自动完成活塞杆与动臂的装配连接，点“确定”退出。
图3.2.8
第三步：缸盖模型的装配
调入缸盖模型，在连接类型中选取“刚性”连接，在约束中选“匹配”选择缸的前端面和缸盖内端面进行重合匹配，再增加“插入”约束，分别选取缸盖曲面和缸体曲面，系统自动完成缸盖的装配连接。
3.2.5摇杆模型的装配连接
摇杆模型与动臂模型装配连接也采用销钉连接操作方法同上所述。
3.2.6连杆模型与铲斗模型和摇杆模型的装配连接
在装配连杆时首先选取和摇杆的连接或和铲斗的连接为“销钉”连接，操作过程同前所述。其次选取连杆的另一端与铲斗或摇杆的连接为圆柱连接，操作过程同前所述。这样就完成了连杆模型的装配。
3.2.7销钉模型的连接
销钉的连接选用“刚性”连接，首先选取“插入”约束，选择销钉曲面和要插入的孔面，其次选取“匹配”约束，选择销钉盖内表面和需要匹配的面完成重合匹配，最后点“确定”结束。
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《计算机辅助设计（PROE)》课程 习题集 西南科技大学成人、网络教育学院版权所有 习题 【说明】：本课程《计算机辅助设计（PROE)》（编号为09015）共有单选题,判断题,问答与作图题,作图题等多种试题类型，其中，本习题集中有[问答与作图题]等试题类型未进入。 一、单选题 1.在Pro/E环境中，鼠标左键的功能可以是什么？（） A:选择命令执行 B:与“ctrl”结合进行缩放 C:绘制图元 D:选择2-D图元、特征、曲面等 2.相对坐标系的主要用途是什么？（） A:辅助尺寸的标注 B:建立空间样条线时定义点坐标值 C:创建混合特征时用于定义各截面间的相对位置关系 D:拉伸特征创建必须使用它 3.曲面中下列说法正确的是哪些？（） A:曲面中黄色线是边界线 B:曲面中黄色线是棱线 C:面中紫色线是棱线 D:棱线间可以放置倒圆角特征 4.鼠标中键的功能可以是哪些？（） A:完成确认选择B:放弃或结束图元的绘制 C:与Ctrl结合旋转模型D:打开相关快捷菜单 5.以下方式可以独立建立基准平面的是哪些？（）
A:穿过圆柱B:平行平面C:偏距平面D:混合截面 6.创建基准平面的方法包括穿过、法向、平行、偏距等，一般都需搭配使用才可将其完全定义，但采用下列哪个方式可单独建立新的基准平面？（） A:穿过某平面法线 B:偏距某平面 C:相切于某圆柱面 D:与某平面平行 7.在模具设计时对参考模型所作的修改不会影响什么？（） A:参考模型源零件 B:模具元件 C:模具型腔 D:模具型芯 8.建立分型面的常用方法有哪些？（） A:使用曲面创建与编辑工具构建 B:使用着色功能 C:使用侧面影像曲线产生裙边特征 D:骨架折弯 9.以下选项用于对曲面进行编辑修改的有哪些？（） A:合并B:裁剪C:造型D:延拓 10.我们一般将混合特征分为哪三种类型？（） A:平行混合B:旋转混合C:一般混合D:拉伸混合 11.在Pro/E中，选取【插入】菜单，然后选取其中的（）选项即可在设计中根据需要加入各种基准特征。 A. 【模型基准】 B. 【修饰】 C. 【造型】 D. 以上都不正确 12.创建工程图中增加投影视图是指什么？（） A:用户自定义投影视角的视图 B:垂直某个面或轴投影的视图 C:由父视图产生符合正投影关系的视图 D:产生与其它视图无从属关系的独立视图 13.视图产生后可以在页面上任意移动或删除而与其它视图无牵连的视图是哪 个？ A:投影视图 B:辅助视图 C:一般视图 D:局部（详尽）视图 14.填充特征只是通过其边界定义的一种平面曲面特征，用于（）曲面。 A. 复制 B.剪切 C. 镜像 D.加厚
广东工业大学华立学院 本科毕业设计（论文） 玩具四驱车三维建模及动画仿真 系部机电工程学部 专业机械设计制造及其自动化 班级 09机械4班 学号 12010904033 学生姓名邹明珍 指导教师周艳琼 2013年06月
摘要 本次设计是基于solidworks 2010版本来进行四驱车的三维建模和工作状态的动画仿真的,其主要目的是为了开拓广大的玩具市场和满足爱车一族的珍藏喜好,。 本毕业设计主要内容是按真四驱车缩小对四驱车进行仿真设计造型,因考虑成本且实现运动和仿真，本设计简化了其结构而设计的四轮驱动模型车。本设计的材料选用塑料，以便减轻车子的负载和降低成本。把原本的动力源发动机改为电机驱动，通过简单的齿轮传动，改变运动方向和速度，使得轮轴的旋转，从而带动车轮的旋转，让车子运动起来，以达对真四驱车的运动仿真。最后一个部份则是对本次设计中所遇到的问题和解决方案进行的总结。 关键词：solidworks，三维建模，仿真，四驱车
Abstract This design of which main purpose is to develop the toy market and satisfy the collection of motorists preferences, is based on solidworks 2010 version, feeder of the bottled embryo, 3d modeling and stimulation of the status of the animation. The main content of the graduation design is to design simulation modelling according to narrowing the raider buggies. Because of considering cost and realizing the simulation of motions, the design simplifies the structure and designs the four-wheel drive model car. The material selection of this design is plastic , so as to reduce the load and the cost of the car. The motor drive is instead of the source power engine. Through a simple gear transmission, changing the direction and speed of the car, making the rotation of the shaft, so that it can drive the rotation of the wheel, let the car move, and achieve the movement simulation of the true buggies .The last part is summarizing about the problems encountered and the solutions in this design. Keywords: solidworks , 3d modeling , simulation, four-wheel drive
1起重机的建模和仿真，如下图所示。 1）启动ADAMS 1. 运行ADAMS，选择create a new model; 2. modal name 中命名为lift_mecha; 3. 确认gravity 文本框中是earth normal (-global Y)，units文本框中是MKS；ok 4. 选择setting——working grid，在打开的参数设置中，设置size在X和Y方向均为20 m，spacing在X和Y方向均为1m；ok 5. 通过缩放按钮，使窗口显示所有栅格，单击F4打开坐标窗口。 2）建模 1. 查看左下角的坐标系为XY平面 2. 选择setting——icons下的new size图标单位为1
3. 在工具图标中，选择实体建模按钮中的box按钮 4. 设置实体参数； On ground Length :12 Height:4 Depth:8 5. 鼠标点击屏幕上中心坐标处，建立基座部分 6. 继续box建立Mount座架部件，设置参数： New part Length :3 Height:3 Depth: 3.5 设置完毕，在基座右上角建立座架Mount部件 7. 左键点击立体视角按钮，查看模型，座架Mount不在基座中间，调整座架到基座中间部位：
①右键选择主工具箱中的position按钮图标中的move按钮 ②在打开的参数设置对话框中选择Vector，Distance项中输入3m，实现Mount 移至基座中间位置 ③设置完毕，选择座架实体，移动方向箭头按Z轴方向，Distance项中输入2.25m，完成座架的移动 右键选择座架，在快捷菜单中选择rename，命名为Mount 8. 选择setting—working grid 打开栅格设置对话框，在set location中，选择pick 选择Mount.cm座架质心，并选择X轴和Y轴方向，选择完毕，栅格位于座架中心
课程设计任务书
目录 1 绪论 (1) 1.1CATIA V5软件介绍 (1) 1.2ADAMS软件介绍 (1) 1.3S IM D ESIGNER软件介绍 (2) 1.4本次课程设计的主要内容及目的 (2) 2 曲柄连杆机构的建模 (3) 2.1活塞的建模 (3) 2.2活塞销的建模 (5) 2.3连杆的建模 (5) 2.4曲轴的建模 (6) 2.5汽缸体的建模 (8) 3 曲柄连杆机构的装配 (10) 3.1将各部件导入CATIA装配模块并利用约束命令确定位置关系 (10) 4 曲柄连杆机构导入ADAMS (14) 4.1曲柄连杆机构各个零部件之间运动副分析 (14) 4.2曲柄连杆机构各个零部件之间运动副建立 (14) 4.3曲柄连杆机构导入ADAMS (16) 5 曲柄连杆机构的运动学分析 (17) 结束语 (21) 参考文献 (22)
1 绪论 1.1 CATIA V5软件介绍 CATIA V5(Computer-graphics Aided Three-dimensional Interactive Application)是法国Dassault公司于1975年开发的一套完整的3D CAD/CAM/CAE一体化软件。它的内容涵盖了产品概念设计、工业设计、三维建模、分析计算、动态模拟与仿真、工程图的生成、生产加工成产品的全过程，其中还包括了大量的电缆和管道布线、各种模具设计与分析、人机交换等实用模块。CATIA V5不但能保证企业内部设计部门之间的协同设计功能而且还可以提供企业整个集成的设计流程和端对端的解决方案。CATIA V5大量应用于航空航天、汽车及摩托车行业、机械、电子、家电与3C产业、NC加工等领域。 由于其功能的强大而完美，CATIA V5已经成为三维CAD/CAM领域的一面旗帜和争相遵从的标准，特别是在航空航天、汽车及摩托车领域。法国的幻影2000系列战斗机就是使用CATIA V5进行设计的一个典范；波音777客机则使用CATIA V5实现了无图纸设计。另外，CATIA V5还用于制造米其林轮胎、伊莱克斯电冰箱和洗衣机、3M公司的粘合剂等。CATIA V5不仅给用户提供了详细的解决方案，而且具有先进的开发性、集成性及灵活性。 CATIA V5的主要功能有：三维几何图形设计、二维工程蓝图绘制、复杂空间曲面设计与验证、三维计算机辅助加工制造、加工轨迹模拟、机构设计及运动分析、标准零件管理。 1.2 ADAMS软件介绍 ADAMS即机械系统动力学自动分析(Automatic Dynamic Analysis of Mechanical Systems)，该软件是美国MDI公司(Mechanical Dynamics Inc.)开发的虚拟样机分析软件。目前，ADAMS己经被全世界各行各业的数百家主要制造商采用。根据1999年机械系统动态仿真分析软件国际市场份额的统计资料，ADAMS软件销售总额近八千万美元、占据了51%的份额。 ADAMS软件使用交互式图形环境和零件库、约束库、力库，创建完全参数化的机械系统几何模型，其求解器采用多刚体系统动力学理论中的拉格郎日方程方法，建立系统动力学方程，对虚拟机械系统进行静力学、运动学和动力学分析，输出位移、速度、加速度和反作用力曲线。ADAMS软件的仿真可用于预测机械系统的性能、运动范围、
北京工业大学耿丹学院 毕业设计(论文) 基于Solidwork的行星齿轮的三维建模与运动仿真 所在学院 专业 班级 姓名 学号 指导老师 年月日
摘要 行星齿轮减速器是一种至少有一个齿轮的几何轴线绕着固定位置转动圆周运动的传动，变速器通常和若干行星轮和传递载荷的作用，为了使功率分流。渐开线行星齿轮传动具有以下优点：传动比大，结构紧凑，体积小、质量小，效率高，噪音低，运转平稳，因此被广泛应用于冶金，工程机械，起重，运输，航空，机床，电气机械及国防工业等部门，作为减速、变速或增速的齿轮传动装置 NGW型行星齿轮传动机构的传动原理：当高速轴由电机驱动，带动太阳轮，然后带动行星轮转动，内齿圈固定，然后带动行星架输出运动的，在行星架上的行星轮既自转和公转，具有相同的结构。二级，三级或多级传输。NGW型行星齿轮传动机构主要由太阳齿轮，行星齿轮，内齿圈，行星架，命名为基本成分后，也被称为zk-h型行星齿轮传动机构。 本设计是基于行星齿轮结构设计的特点，和SolidWorks三维建模和运动仿真。行星齿轮和各种类型的特性的比较，确定方案；其次根据输入功率，相应的输出转速，传动比的传动设计、总体结构设计；三维建模并最终完成了SolidWorks，和模型的装配，并完成了传动部分的运动仿真和运动分析。 关键词：行星齿轮减速器、运动仿真、装配、三维建模
Abstract Planetary gear reducer is driving a at least one gear geometric axis rotated around a circular motion of fixed position, the transmission is usually and planetary gear and transfer load, in order to make the power split. Involute planetary gear transmission has the following advantages: large transmission ratio, compact structure, small volume, small mass, high efficiency, low noise, smooth operation, so it is widely used in metallurgy, engineering machinery, lifting, transportation, aviation, machine tools, electrical machinery and defense industry and other departments, as gear reducer, gear or the growth The transmission principle of NGW type planetary gear transmission mechanism: when the high-speed shaft driven by a motor, to drive the sun gear, and the planet wheel is driven to rotate, the inner gear ring is fixed, and then drives the planetary frame outputting motion, on the planet carrier planet wheel both rotation and revolution, has the same structure. The two level, three level or multilevel transmission. The NGW type planetary gear transmission mechanism mainly consists of a sun gear, planet gear, inner gear ring, a planetary frame, named after the basic components, also known as the ZK-H type planetary gear transmission mechanism. This design is the design of planetary gear structure based on SolidWorks, and 3D modeling and motion simulation. Comparison of characteristics of planetary gears, and various types of determination scheme; secondly according to the input power, the output speed of the overall design, transmission design, ratio; 3D modeling and finished SolidWorks, assembly and model, and the motion simulation and motion analysis of the transmission part. Keywords: planetary gear reducer, assembly, motion simulation, 3D modeling
第1章运动仿真 本章重点 应力分析的一般步骤 边界条件的创建 查看分析结果 报告的生成和分析 本章典型效果图
1.1机构模块简介 在进行机械设计时，建立模型后设计者往往需要通过虚拟的手段，在电脑上模拟所设计的机构，来达到在虚拟的环境中模拟现实机构运动的目的。对于提高设计效率降低成本有很大的作用。Pro/ engineer中“机构”模块是专门用来进行运动仿真和动态分析的模块。PROE的运动仿真与动态分析功能集成在“机构”模块中，包括Mechanism design（机械设计）和Mechanism dynamics（机械动态）两个方面的分析功能。 使用“机械设计”分析功能相当于进行机械运动仿真，使用“机械设计”分析功能来创建某种机构，定义特定运动副，创建能使其运动起来的伺服电动机，来实现机构的运动模拟。并可以观察并记录分析，可以测量诸如位置、速度、加速度等运动特征，可以通过图形直观的显示这些测量量。也可创建轨迹曲线和运动包络，用物理方法描述运动。
使用“机械动态”分析功能可在机构上定义重力，力和力矩，弹簧，阻尼等等特征。可以设置机构的材料，密度等特征，使其更加接近现实中的结构，到达真实的模拟现实的目的。如果单纯的研究机构的运动，而不涉及质量，重力等参数，只需要使用“机械设计”分析功能即可，即进行运动分析，如果还需要更进一步分析机构受重力，外界输入的力和力矩，阻尼等等的影响，则必须使用“机械设计”来进行静态分析，动态分析等等。 1.2总体界面及使用环境 在装配环境下定义机构的连接方式后，单击菜单栏菜单“应用程序”→“机构”，如图1-1所示。系统进入机构模块环境，呈现图1-2所示的机构模块主界面：菜单栏增加如图1-3所示的“机构”下拉菜单，模型树增加了如图1-4所示“机构”一项内容，窗口右边出现如图1-5所示的工具栏图标。下拉菜单的每一个选项与工具栏每一个图标相对应。用户既可以通过菜单选择进行相关操作。也可以直接点击快捷工具栏图标进行操作。 图1-1 由装配环境进入机构环境图
学科门类：单位代码： 毕业设计说明书（论文）基于Pro/E的装载机工作装置的实体建模及运动仿真 学生姓名 所学专业 班级 学号 指导教师 XXXXXXXXX系 二○**年X X月
摘要： 装载机是一种应用广泛的工程机械。有其广泛的空间，但由于装载机传统开发模式存在的开发周期长、过程繁杂、开发成本高、性能测试困难等问题，本文将仿真技术引入装载机开发领域，完成以下工作： 1．介绍了装载机的发展历史及前景，装载机的种类，介绍了仿真技术产生的背景、在国内的发展状况以及仿真技术的实际意义。 2．对液压缸作出了合理的选择。 3．简述了Pro/E软件在工程设计中的应用，利用Pro/E构建装载机的三维实体模型，并对其进行装配，在Pro/E环境下进行了装配干涉检验。 4．在Pro/ENIEER MECHANISM环境下进行运动仿真,得出装载机工作的性能曲线。关键字：装载机工作装置液压缸仿真技术三维建模
Abstract： Loader is a kind of engineer machine that is widely applied in engineer project, which has wildely space, Aim to the problems that exist in traditional research way of loader, for example the research cycle is long, the cost is long, the cost is high and the performance test is complex etc, this paper leads virtual prototype technology into research of loader. The following research works are completed: 1.The development foreground, the category and loader’s history is introduced, also the background of simulation technology come into being, developing status in local and the significance of virtual prototype technology is introduced. 2.To brief introduce the Pro/E software which application in the field of engineering, the 3D modeling is used by Pro/E software, which is built and interferential test of assembly in Pro/E environment is completed. 3.The simulated motion in Pro/E environment is completed, and the capability curve is reached. 4. A rational choice for the hydraulic actuating cylinder. Keywords: Loader, Working mechanism, hydraulic actuating, Simulation technology, 3D modeling
《计算机辅助设计（PROE)》课程习题 集 西南科技大学成人、网络教育学院版权所有 习题 【说明】：本课程《计算机辅助设计（PROE)》（编号为09015）共有单选题,判断题,问答与作图题,作图题等多种试题类型，其中，本习题集中有[问答与作图题]等试题类型未进入。 一、单选题 1.在Pro/E环境中，鼠标左键的功能可以是什么？（） A:选择命令执行 B:与“ctrl”结合进行缩放 C:绘制图元 D:选择2-D图元、特征、曲面等 2.相对坐标系的主要用途是什么？（） A:辅助尺寸的标注 B:建立空间样条线时定义点坐标值 C:创建混合特征时用于定义各截面间的相对位置关系 D:拉伸特征创建必须使用它 3.曲面中下列说法正确的是哪些？（） A:曲面中黄色线是边界线 B:曲面中黄色线是棱线
C:面中紫色线是棱线 D:棱线间可以放置倒圆角特征 4.鼠标中键的功能可以是哪些？（） A:完成确认选择B:放弃或结束图元的绘制 C:与Ctrl结合旋转模型D:打开相关快捷菜单 5.以下方式可以独立建立基准平面的是哪些？（） A:穿过圆柱B:平行平面C:偏距平面D:混合截面6.创建基准平面的方法包括穿过、法向、平行、偏距等，一般都需搭配使用才可将其完全定义，但采用下列哪个方式可单独建立新的基准平面？（） A:穿过某平面法线 B:偏距某平面 C:相切于某圆柱面 D:与某平面平行 7.在模具设计时对参考模型所作的修改不会影响什么？（） A:参考模型源零件 B:模具元件 C:模具型腔 D:模具型芯 8.建立分型面的常用方法有哪些？（） A:使用曲面创建与编辑工具构建 B:使用着色功能
摘要：随着科学技术的不断进步，在很多工程建筑和很多的媒体技术中，三维建模和三维动画的仿真技术被人们广泛运用，本文就三维建模和三维动画仿真技术的概念特点等进行分别介绍，集体研究。 关键词：三维建模；三维动画；仿真技术 中图分类号：j218.7 文献标识码：ａ文章编号：1005-5312（2012）17-0043-01 一、关于三维建模 （一）三维模型 所谓的三维模型就是一个物体用三维的多边形表示出来，然后用计算机或者其他的设备用视频的形式进行显示。现实的物体可以使在现实世界里存在的实际物体，也可以是设计者虚构出的，总之就是不管是有的没得，只要是能想出来的都能用三维模型表示出来。 （二）三维建模的应用范围 三维建模在现在这个科技发展迅猛的时代已经被运用在各个领域，其中在视频游戏中，三维建模是作为计算机和视频游戏中的资源被运用，而在医疗行业中，三维建模被使用于器官的制作模型等，在电影电视行业中，他们被用于特技手段和活动的人物制作，在建筑业中，三维建模用来展示所要表达的建筑物和地貌风景等。 （三）三维建模的方法 1、软件建模 现在市场上有很多比较先进的建模软件，比如3dmax、maya、autocad等等，这些软件的共性是用一些较基本的几何体，如长方体、正方体、立方体和球体等，构建一系列的平移、旋转、拉伸和一些较复杂的几何场景来实现的。能够用团建来进行三维建模的主要是屋里建模、几何建模和行为建模等等，而其中尤几何建模的创建和描述是三维建模之间的重点。 2、仪器设备测量建模 三维建模中重要的工具就是三维扫描仪，又被叫做三维数字化仪。这种仪器能够将现实世界中的彩色努力提的信息快速的转换成计算机能够识别和处理的数字信号，并且能够为三维建模实现数字化提供了有效的方法。 3、图像或者视频建模 在现在的计算机图形学的研究领域，用图像或者是视频来进行三维建模是很多学者比较感兴趣的，这种方法同那些比较传统的建模方法相比，具有很多特别的优势，比如，用图像或者视频创建的模型会比别的方法更加真实和自然，并且，运用这种方法创建模型会变得更方便，速度也会大大提升。质量和速度的提高，是图像或视频建模最大的特色。 二、关于三维动画的仿真技术 （一）动画 借用人的视觉暂留原理，一系列的静态图像播出之后，会在人的视网膜上留下动态的效果，而利用计算机设计的动画效果，就是用计算机中比较高效的图像处理的功能，用一连串的关键帧来对物体的关键时刻进行描述，准确的几率物体关键时刻的位置结构和其他的参数，并且自动的形成中间的图像，然后创建出一幅流畅的画面。 （二）三维动画的的仿真应用 三维动画的仿真技术能够将真实的物体模拟成一个虚拟的动画，但是这个动画会产生一定的价值。三维动画的真实和精确，可操作性，三维动画在教育、军事、建筑和医学、娱乐等领域都有很大的发展性。 在影视制作方面，三维动画能够制作出比较有创意的特效和3d动画，还能够制作出精良的后期效果和特效动画，应用这项技术，吸引了越来越多人的眼球，得到很多客户的青睐，剧中的爆炸，烟雾，下雨和光效还有撞车，变形和很绚丽的片头片尾等等的出现，都得益于
三维建模及运动仿真 Pro/Engineer 软件集产品的三维造型设计、加工、分析、仿真及绘图等功能于一体，是一套使用方便、参数化造型精确的软件，其强大的造型功能及仿真分析功能受到众多工程人员的青睐。本节将采用Pro/E 软件，完成少齿数齿轮传动机构中所有零件的参数化建模，并对少齿数齿轮减速器进行虚拟装配，在此基础上，对传动机构进行运动仿真。 3.1 齿轮的参数化建模 3.1.1 零件分析 齿轮建模的操作步骤如下： (1)添加齿轮设计参数 (2)添加齿轮关系式 (3)创建齿轮的齿廓曲线 (4)创建螺旋线方程 (5)实体生成： 1)创建螺旋线线方程 2)）拉伸 3)）阵列 3.1.2 绘制齿轮 (1)新建文件： 启动PROE Wildfire4.0，单击工具栏新建工具，或单击菜单“文件/新建”。出现如图3.1所示对话框。选择系统默认“零件”，子类型“实体”方式，“名称”栏中输入“canshuhuachilun ”，同时注意关闭“使用缺省模板”。选择公制模板mmns-part-solid ，如图3.2所示，然后单击“确定”。 (2)创建齿轮程序。 选择菜单栏“工具/程序”命令，出现如图3.3所示对话框。单击“编辑设计”， 依次添加齿轮设计参数及初始值，添加完毕单击“确定”。选择工具菜单“工具/程序”命令，出现如图3.4信息窗口，在其中输入程序如下： Y0=(1/4)*PI*MT+XT*MT*TAN(α t) Xc=(HANX+CNX-XN)*MN-ρ
Yc=(1/4)*PI*MT+HANX*MN*TAN(αt)+ρ*COS(αt) (3)添加齿轮四个圆的关系式。 1)选择“插入/模型基准/ 草绘”特征工具，或单击工具栏 草绘命令，出现如图3.5所示对话框。单击“草绘”确认，进入二维草绘模式如图3.6所示。
proe5.0装配体运动仿真 基础与重定义主体 基础是在运动分析中被设定为不参与运动的主体。 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。
第八章产品装配与运动仿真 学习目的： 各种装配约束类型 装配连接类型的概念 零件装配与连接的基本方法 组件分解图的建立方法 组件的装配间隙与干涉分析 学习重点： 产品的装配方法 机械运动仿真的建立 完成零件设计后，将设计的零件按设计要求的约束条件或连接方式装配在一起才能形成一个完整的产品或机构装置。利用P r o/E提供的“组件”模块可实现模型的组装。在P r o/E系统中，模型装配的过程就是按照一定的约束条件或连接方式，将各零件组装成一个整体并能满足设计功能的过程。 8.1元件放置操控板 模型的装配操作是通过元件放置操控板来实现的。单击菜单【文件】→【新建】命令，在打开的对话框中选择“组件”，如图所示。单击【确定】按钮，进入“组件”模块工作环境。
在组件模块工作环境中，单击按钮或单在弹出的〖打开〗对话框中选择要装配的零件后，单击【打开】按钮，系统显示如图12-2所示的元件放置操控板。 8.2装配约束类型 零件的装配过程，实际上就是一个约束限位的过程，根据不同的零件模型及设计需要，选择合适的装配约束类型，从而完成零件模型的定位。一般要完成一个零件的完全定位，可能需要同时满足几种约束条件。P r o/E提供的约束类型有： 1.匹配 所谓“匹配”就是指两零件指定的平面或基准面重合或平行（当偏移值不为零时两面平行，当偏移值为零时两面重合）且两平面的法线方向相反。 如图所示为使用“匹配”约束方式且偏移值为0的两面配合情况（选择圆台的上端面和直角模型底座的上表面，如图中箭头所示）。
匹配时偏移值为0时的两面配合情况 匹配时偏移值不为0时的两面配合情况 2．对齐 使两零件指定的平面、基准面、基准轴、点或边重合或共线。如图所示为“对齐”方式且偏移值为0时两面配合情况 对齐时偏移值为0时的两面配合情况
基于CATIA的齿轮参数化建模及运动仿真 作者：许昌军 指导老师：朱梅 （安徽农业大学工学院 07机械设计制造及其自动化 合肥230036） 摘要：文章介绍了运用参数化三维软件CATIA对渐开线直齿轮及斜齿轮进行参数化三维建模。通过GSD模块中的fog方式生成参数方程建立渐开线，再通过镜像、剪切、特征阵列等命令建立齿轮轮廓，通过拉伸、开槽等命令建立渐开线齿轮三维模型，大大提高了设计人员的工作效率。然后用建模的直齿轮创建直齿轮库，最后进入电子样机运动模块(KIN)对两啮合齿轮进行运动仿真及干涉分析。 关键词：参数化 CATIA 运动仿真 渐开线直齿轮 1 引言 本文基于CATIA 的三维建模环境, 设计开发了渐开线直齿轮参数化设计系统, 建立零件的3D模型, 为渐开线直齿轮的传动、仿真、优化设计、有限元分析打下基础。用户只需根据修改齿轮参数就可以生成新的渐开线直齿轮, 减少繁琐复杂的重复劳动, 从而大大提高设计效率。 1.1CATIA软件介绍 CATIA（Computer Aided Tri-dimensional Interface Application) 是法国达索(Dassault Systemes)飞机公司于1975年开始发展起来的一整套完整的3D CAD /CAM/CAE软件，CATIA V5作为新一代的CATIA版本，提供更多的新功能，其界面更加人性化，基于Windows的操作界面非常友好，因此使得复杂、枯燥的设计工作变得轻松而又愉快。CATIA以强大的曲面设计功能在飞机、汽车、轮船等设计领域享有很高的荣誉。 2 CATIA参数化设计分析 基于特征参数化设计的关键是特征及其相关尺寸、公差的描述，包括数据特性描述、规则特性描述、关系特性描述。数据特性描述包含特征的静态信息和制造特性；规则或方法属性定义特征特定的设计和制造特性；关系特性描述特征间的相互依赖关系或定义形状特征间的位置关系。形状特征实际上是几何实体的无任何语义的结构化组合，形状特征月特征(语义特征)间是一对多的关系，这体现了特征的应用多视角性。参数化设计的关键在于参数、公式、表格、特征等驱动图形以达到改变图像的目的，方便设计过程，提高设计效率。
第2期(总第147期) 2008年4月 机械工程与自动化 M ECHAN I CAL EN G I N EER I N G & AU TOM A T I ON N o12 A p r1 文章编号:167226413(2008)022******* 双横臂悬架的运动学建模与仿真 兰春亮,杨世文 (中北大学,山西 太原 030051) 摘要:采用虚拟样机技术,借助于ADAM S软件这个操作平台,针对某商务车前悬架建立了多体动力学模型,并对其进行运动学仿真分析,从中获得了随车轮上下跳动的悬架车轮定位参数的变化规律,这为汽车悬架系统开发提供了一种有效的手段。 关键词:双横臂独立悬架;建模;仿真;ADAM S 中图分类号:T P39119∶U463133+5 文献标识码:A 收稿日期:2007209213;修回日期:2007211209 作者简介:兰春亮(19792),男,山西岚县人,助理工程师,硕士研究生,主要研究方向:车辆悬挂系统动力学。
弹簧一端与车身用固定副连接,另一端与上摆臂固结在一起(固接点为C 点,并垂直于纸面),在中间断开并在断开处加一转动副,在转动副上加一扭簧,输入扭杆弹簧的刚度和预载荷即可达到扭杆弹簧的效果。上摆臂由于与扭杆弹簧连接在一起,其扭杆轴向的自由度已限制,所以若上摆臂与车身连接处再用转动副连接则会产生过约束,为了不出现过约束,采用轴套取代转动副。下摆臂与车身连接处采用转动副,减振器上端与车身相连,下端与下摆臂相连。该车前悬架减振器是双向液力式减振器,在A DA M S V ie w 中编制减振器速度—阻尼力特性样条曲线,修改阻尼栏为S p line (自变量是速度,函数为阻尼力),按减振器的阻尼力特性建立相应的S p line ,即可表示减振器非线性特性,再选择该曲线,完成减振器的建模。一般对前悬架而言评价其操纵稳定性和平顺性,主要特性参数见表l 。 表1 主要特征参数 特性参数名称数值参考范围前轮外倾角(o )0～0.5主销后倾角( o )2.5～3.5 主销内倾角(o )15.75前轮前束量(mm ) -3～3扭杆刚度 42.24 2 仿真分析 悬架的运动学特性首先反映在车轮上下跳动时其定位参数的变化趋势上,车轮定位参数( 前轮外倾角、前轮前束量、 主销内倾角及主销后倾角)的值对汽车的使用性能,特别是操作稳定性影响很大。在ADAM S 软件里建立悬架模型后,将悬架模型与测试平台装配,然后根据前轮上下最大跳动量设置激振台架上下激振位移的最大值。运动激振方程为:F =40sin (360d ×ti m e )(此为软件中的定义表达式设置,d 为旋转角度,ti m e 为时间),使车轮上下跳动,计算可得车轮定位参数。经仿真分析得到运动结果,见图2～图5。 图2 车轮外倾角变化曲线 由以上各性能曲线可以看出,在车轮跳动量为±40mm 的行程内:前轮外倾角变化范围为0103o ～0160o ;前轮前束量变化范围为-014mm ～3125mm ;主销内倾角变化范围为15166o ～1612o ;主销后倾角变化范围为21982o ～3132o 。 从仿真分析得到的数据来看,各项性能参数均较为合理,其变化趋势基本符合理论要求,悬架性能较好,能保证汽车具有较好的操纵稳定性和平顺性。 图3主销后倾角变化曲线 图4 主销内倾角变化曲线 图5前束量变化曲线 3 结束语 利用机械系统仿真软件ADAM S ,建立了某商务 车双横臂独立前悬架模型,并进行了运动学仿真,运动直观,仿真效果良好,提高了设计精度和设计效率,为同类机构的设计提供了一种高效快捷的方法,为进一步制造物理样机奠定了基础。 参考文献: [1] 余志生.汽车理论[M ].北京:机械工业出版社,2002. [2] 金叙龙,郭万富.双横臂独立悬架的运动特性分析[J ].汽 车技术,2001(4):11215. [3] 张洪欣.汽车设计[M ].北京:机械工业出版社,1988. (英文摘要转第80页) ? 77? 2008年第2期 兰春亮,等:双横臂悬架的运动学建模与仿真
****************学校 毕业设计说明书 设计题目：基于Pro/E的液压挖掘机三维建模与运动仿真 系部：****** 专业：****** 班级：****** 学生姓名：****** 学号：****** 指导教师：****** ****年**月**日
摘要 工作装置是液压挖掘机的重要组成部分，为研究工作装置在挖掘机整个作业循环时间里的运动情况，运用Pro/E软件的运动仿真模块对挖掘机工作装置进行运动仿真。采用传统的运动分析方法存在工作量大、不精确和不直观等缺点。利用Pro/E对液压挖掘机反铲工作装置进行建模和装配,首先分析了挖掘机的运动过程和各工况位置,然后用Pro/ E中的Mechanism模块进行了机构运动学仿真,通过对挖掘机各连接轴的设置,找到挖掘机动臂、斗杆和铲斗的各极限位置，以及确定各部件的运动关系和时间安排。结果表明该方法简单、可靠、为挖掘机整机设计及性能评估提供一定的理论依据。 关键字：液压挖掘机；Pro/E；运动仿真 ABSTRACT The work device is an important part of a hydraulic excavator.To start the motion process of hydraulic excavator work device in the whole operation cycle time, Pro/E sofortware is used to simulat. The traditional design methods to draw the envelope diagram have many shortcomings, such as the heavy workload,imprecision and less intuition. Pro/ E software was used to model and assemble for backhoe working equipment of the hydraulic excavator. Above all , the excavator movement process and work conditions were analyzed. Then mechanism kinematics simulation was carried on by Mechanism module in the Pro/ E software. The limit positionsof movable arm, bucket arm and bucket were found through setting joint shafts of the excavator. Keywords：excavator；Pro/E；dynamic simulation