1、基于 PROE 的机构运动创新设计第 25 卷第 3 期2006 年 3 月实验室研究与探索RESEARCHANDEXPLORATIONINLABORATORYVo1.25No.3M.2 嘶.lll案 iiI 媾静 l基于 PRO/E 的机构运动创新设计朱汉松,何竞飞(中南大学机电工程学院,湖南长沙 410083)摘要:针对机械原理实验设备 ZBS.C 机构运动创新设计方案实验台,在Pro/ENGINEER 平台下实现机构的虚拟装配.应用 Pro/MECHANICA 进行运动分析,得出机构的干涉及其各个部件的运动特性,不断改进实现机构的运动创新设计.关键词:Pro/E;Pro/MECHANIC
2、A;机构创新设计;虚拟装配中图分类号:TH122 文献标识码:A 文章编号:1006.7167(20o6)o3.0284.03MechanismMotionCreativeDesignBasedonPro/ENGINEERZHUHan-song,HEJing-fei(CollegeofMachineryandElectricity,CentralSouthUniv.,Changsha411083,China)Abstract:AimedatZBSCmechanismmotioncreativedesigningtable.mechanismcanbevirtuallyassembledonPr
3、o/ENGINEER.ThemotionanalysiscanbedonebyPro/MECHANICA.Byknowingthemotioncharactersofeachparts,thestructureofmechanismcanbeimprovedeasily.Keywords:Pm/E;Pro/MECHANICA;mechanismcreativedesign;virtuallyassemble1 引言 2 设计ZBSC 机构运动创新设计方案实验台用于完成基于机构组成原理的拼装设计实验,实验台提供一组零件,可以拼装出实现不同运动要求的各种机构,在电机的驱动下运动.但是拼装的过程很费
4、时,而一般的实验时间又相对比较短,让实验者很难有足够的时问做到创新设计.随着计算机的发展 Pm/E 为代表 CAD/CAE/CAM 也取得了长足的发展.Pm/E 软件提出了单一数据库,参数化,基于特征,全相关的概念,因此可以把机构的设计,拼装,运行,检测都在计算机上实现,把拼装,拧螺丝的时间放在更加重要的设计和创新上.运动分析与仿真是计算机辅助工程(CAE)中不可缺少的重要环节,Pro/E 中的 MECHANICA 模块就能很好的对拼装好的机构进行运动分析与仿真.收稿日期:2005.05.09基金项目:湖南省自然科学资金(平面机构与动态仿真 ).作者简介:朱汉松(1980 一),男,广东顺德人
5、,硕士研究生,研究方向为 Pro/E 二次开发和机构设计.E.mail:zhuhansong16163.con联系人:何竟飞,男,硕士生导师,副教授.机械教研室主任 ,主要研究方向为机构设计和测试技术.2.1 开发实验工具箱运用 Pm/E 的二次开发工具 Pro/TOOLKIT 在 Pro/E下新键一个快捷方式进入机构创新设计的实验环境,设计一个工具箱,把 ZBS.C 所有的连杆,滑块,螺栓等零件放在工具箱里面(见图 1),机构拼装时只要从工具箱里面选择就可以了.首先,编写工具箱的资源文件 toolbox.res,还有其他对话框的资源文件 dialog.res.然后,编写 c 语言的源程序.i
6、nIuser.initialize()toolbox();return(O);voiduserterminate()return;voidtoolbox()?ProUIPushbuttonActivateAetionSet(toolbox“,gearbmp“,gear,NULL);11 函数添加对应不同零件图案的按钮ProUIDialogActivate();/显示并击活按钮?,?voidgear()/调用此函数显示该 Gear 零件的三维图第 3 期朱汉松,等:基于 PRO/E 的机构运动创新设计 285图 1 参数化零件工具箱Fig.1ParametrrictoolboxProMdlpar
7、t;ProParameterparaml;ProMdlRetrieve(gear.prt.1“,PROPART,part);11获取模型特征ProMdlDisplay(part);PmParameterlnit();/获得要修改参数ProUIInputpanellntegerGet();,将输入值付给参数得到符合要求的零件最后,编写(.dat)文件在 Pr0/E 下注册,运行.每点击一种类型零件就出现一个对话框(图 2),给定所需的大小等参数后就会显示一个新的零件.图 2 零件设计对话框Fig.2Pansdosigningdialog2.2 设计实验环境首先,用 Pro/TOOLKIT 在 P
8、ro/E 下新建一个菜单,点击此菜单可以直接进入机构的拼装并且显示 ZBS.C机构运动创新设计方案实验台.2.3 在 Pr0,MECHANICA 下进行运动仿真实验者从工具箱中选取零件进行虚拟装配,零件的装配约束选择 Connect(见图 3).连接的类型有 1O种:Rigid,Pfn,Slider,Cylinder,Planar,Bali,WeId,Bearing,General,6DOF.图 3 装配控制对话框Fig.3Assemblycontrolingdialog拼装完了之后,进入 Pro/MECHANISM 进行运动仿真(见图 4).il?盘,?船,四日 日譬监.i 基蠹.哪.一-_
9、-墨:赫 i:一 j 曼京拖,三兰享监:矧 =i 崔图 4 仿真界面Fig.4Simulationplatform点击图 4 红色圈里的键在机构的凸轮处添加伺服马达 ServoMotor 作为驱动力.接着点击按钮新建运动分析 AnalysisDefiniti0n1,选择 Run.机构就能随着凸轮的转动而运动,观察各个部件的运动情况和干涉情况,来判断机构的机构设计是否满足要求,是否合理.当出现干涉时,干涉部位将显示红色.要是不合理可以先退出 Pm/MECHANIsM 在装配状态下改变机构的结构,甚至改变零件的尺寸等,再回到 Pro/MECHANISM286 实验室研究与探索第 25 卷下分析,不
10、断优化直到得出满足要求的机构.2.4 局部分析有时候机构的问题只在某一个部分,因此可以针对该部位进行更加详细的分析,进行局部的改进.在上图的机架中取横杆上右边的两个滑块作为分析对象,分析它们在运动过程中的相对位置.新建一个Measure 变量 Distancel,点击按钮,得分析结构见图 5:图 5 测试结果Fig.5Theresultsoftesting从图中可看出两个滑块有 5.8cm 的干涉长度,因(上接第 280 页)可以刺激学生运用知识的潜能和积极思维,努力创新的主观能动性,激发他们学习课程的兴趣.在嵌入式应用中,嵌入式的游戏开发是一个很吸引学生的项目,在确定这个项目主题后,可以设计
11、多个分题,如动画的实现多任务的协调,路径的选择等,其中涉及到相关的理论知识,如硬件接口设计及其驱动程序实现,嵌入式操作系统,数据结构及算法等则由教师讲解,并组织学生进行讨论.在讨论过程中,学生们可以贡献出他们从=书本 ,网络或其它渠道获得的信息与知识,最后得出一个或多个行之有效的设计实现方案,然后去动手完成4.3 课后项目的总结项目驱动的教学思想,是将新知识分解到一些子项目艺中,忽略了知识的系统性,逻辑性和完整性,知识在学生头脑中还是零散的,因此,在讨论完成以后,教师还要引导学生对所讨论的结果进行归纳总结,再结合相关的理论进行讲解.在讲解的过程中,应注意建立起新知识与已学的旧知识问的联系,以加
12、深学生对知识的记忆,理解,完成真正意义上的知识结构,并使知识逐渐系统和完整.5 结语基于项目目标法的教学模式其优越性在于通过实际项目引入新知识,以实现学生的技能提高与理论知此这样只要把最右边的实验架右移 5.8cm 就能消除干涉.3 结语把机构运动创新实验在 Pro/ENGINEER 下完成,让实验者更好的掌握了 Pro/ENGINEER 软件的使用,通过运用 Pm/E 的二次开发和运动仿真功能,就完全把机构运动创新设计实验在电脑上实现,机构的运动非常逼真,不需要安装传感器就能方便的测出不同的数据进行分析,更加有利于设计和创新,因此很值得推广.参考文献:1孙江宏,黄小龙 ,高宏.Pro/ENG
13、INEER 结构分析与运动仿真Wildfire/2001M.北京:中国铁道出版社 ,2004.2张继春.Pm/ENGINEER 二次开发实用教程M. 北京: 北京大学出版社.2003.3李博轩.VisualC+6.0 开发指南M.北京:清华大学出版社,2000.【4白师贤 .商等机构学M七海:上海科学技术出版社,1998.5ZBC 机构运动创新设计方案实验台使用说明和实验指导书 z.湖南长庆科教仪器有限公司.6孙恒,傅则绍 .机械原理M. 北京:高等教育出版社,1999.7梁崇高,阮平生 .连杆机构的计算机辅助设计M.北京:机械工业出版社.1986.识同步增长的目的,充分激发学生学习的原动力.
14、通过项目的实施,让学生体验获得成功的乐趣和前所未有的成就感.这种教学方法较好地培养了学生分析问题,解决问题的能力以及综合应用知识的能力,提高了教学效果.参考文献:1严明良,文盂莉 .“项目导人法“在电工电子教学中的运用J.南京工业职业技术学院.2003,3(1):69 71.2郑胜林,潘保昌 .一种进行课程设计教学的项目集成法J.高等工程教育研究.2003(4):79 据 0.3马升灯实验项目开放的探索与实践J.实验技术与管理J.2004,21(1):180183.4邵波,赵忠令 .项目教学在实用性人才培养中的应用初探J.南京工程学院( 社会科学版 ).2003,3(3):34.39.f5张楚
15、文,吴锐项目实践教学与研究性学习互动的敦育模式研究J. 邵阳学院( 社会科学版 ).2004,3(4):136.138.6戴烽,李剑飞 .基于项目的教学模式与大学生实践能力的培养J.南昌高专.2(砌 3(4):44.46.7李喜贵,等 .以创新理念设置挑战型实验项口J.实验室研究与探索.2004,23(10):59.618陈大鹏,等 .实验室开放的实践与探索J.实验技术与管理,2003,20(6):159 一 l61.9安琦.系统培养创新能力的教学模式J.高等工程教育研究,2004(1):77.79.10夏石头,等 .开放研究型专业实验室管理的改革与探索J.实验室研究与探索,2004,23(2):82I87.
