《基于ProE的裝載機(jī)工作裝置的實(shí)體建模及運(yùn)動(dòng)仿真畢業(yè)設(shè)計(jì).doc》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《基于ProE的裝載機(jī)工作裝置的實(shí)體建模及運(yùn)動(dòng)仿真畢業(yè)設(shè)計(jì).doc（12頁珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、摘 要 基于Pro/E的裝載機(jī)工作裝置的實(shí)體建模及運(yùn)動(dòng)仿真 摘 要： 裝載機(jī)是一種應(yīng)用廣泛的工程機(jī)械。有其廣泛的空間，但由于裝載機(jī)傳統(tǒng)開發(fā)模式存在的開發(fā)周期長(zhǎng)、過程繁雜、開發(fā)成本高、性能測(cè)試?yán)щy等問題，本文將仿真技術(shù)引入裝載機(jī)開發(fā)領(lǐng)域，完成以下工作： 1． 介紹了裝載機(jī)的發(fā)展歷史及前景，裝載機(jī)的種類，介紹了仿真技術(shù)產(chǎn)生的背景、在國(guó)內(nèi)的發(fā)展?fàn)顩r以及仿真技術(shù)的實(shí)際意義。 2． 對(duì)液壓缸作出了合理的選擇。 3． 簡(jiǎn)述了Pro/E軟件在工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，利用Pro/E構(gòu)建裝載機(jī)的三維實(shí)體模型，并對(duì)其進(jìn)行裝配，在Pro/E環(huán)境下進(jìn)行了裝配干涉檢驗(yàn)。 4． 在Pro/ENIEER M

2、ECHANISM環(huán)境下進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真,得出裝載機(jī)工作的性能曲線。 關(guān)鍵字：裝載機(jī) 工作裝置 液壓缸 仿真技術(shù) 三維建模 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

3、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 tec

4、hnology 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 assemb

5、ly 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 I 目

6、錄 目 錄 摘 要 I 1 前 言 1 1.1 裝載機(jī)的簡(jiǎn)介 1 1.1.1 裝載機(jī)的發(fā)展歷史及前景 1 1.1.2 裝載機(jī)的種類 1 1.1.3 本章小結(jié) 3 1.2 運(yùn)動(dòng)仿真技術(shù)簡(jiǎn)介 4 1.2.1 運(yùn)動(dòng)仿真技術(shù)產(chǎn)生的背景 4 1.2.2 運(yùn)動(dòng)仿真技術(shù) 4 1.2.3運(yùn)動(dòng)仿真技術(shù)在國(guó)內(nèi)外的發(fā)展概況 4 1.2.4 發(fā)展運(yùn)動(dòng)仿真技術(shù)的重要意義 4 1.2.5 總結(jié) 5 1.3 Pro/ENGINEER軟件在工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用 5 1.3.1 Pro/ENGINEER軟件介紹 5 1.3.2 運(yùn)動(dòng)仿真技術(shù)對(duì)裝載機(jī)設(shè)計(jì)理念的影響 6 1.4 本章小結(jié) 7 2

7、 液壓缸的選擇 8 2.1 本章小結(jié) 8 3 裝載機(jī)工作裝置三維實(shí)體建模 9 3.1 工作裝置零件建模 9 3.1.1 動(dòng)臂的生成 9 3.1.2 鏟斗的生成 10 3.1.3 底座的生成 11 3.1.4 連桿的生成 11 3.1.5 搖臂的生成 12 3.1.6 液壓缸筒的生成 12 3.1.7 液壓缸蓋的生成 13 3.1.8 液壓缸活塞的生成 13 3.1.9 連接銷軸的生成 13 3.2 工作裝置裝配模型建模 14 3.2.1 底座模型裝配 15 3.2.2 動(dòng)臂模型裝配 15 3.2.3 鏟斗模型裝配 16 3.2.4 液壓缸體模型裝配 16 3

8、.2.5 搖桿模型的裝配連接 17 3.2.6 連桿模型與鏟斗模型和搖桿模型的裝配連接 17 3.2.7 銷釘模型的連接 17 3.2.8 本章小結(jié) 20 4 裝載機(jī)工作裝置運(yùn)動(dòng)仿真 21 4.1 概述 21 4.2 創(chuàng)建裝載機(jī)工作裝置的機(jī)械運(yùn)動(dòng)仿真 21 4.2.1 連接軸設(shè)置 21 4.2.2 創(chuàng)建快照 22 4.2.3 定義伺服電動(dòng)機(jī) 22 4.2.4 運(yùn)行運(yùn)動(dòng) 25 4.2.5 結(jié)果回放動(dòng)態(tài)干涉檢查與制作播放文件 26 4.2.6 測(cè)量 28 5 結(jié) 論 31 6 致 謝 32 7 主要參考文獻(xiàn) 33 8 附 表 34 III 1 前 言

9、 1 前 言 裝載機(jī)是一種廣泛用于公路、鐵路、建筑、水電、港口、礦山等建設(shè)工程的土石方施式機(jī)械，它主要用于鏟裝土壤、砂石、石灰、煤炭等散狀物料，也可對(duì)礦石、硬土等作輕度鏟挖作業(yè)。換裝不同的輔助工作裝置還可進(jìn)行推土、起重和其他物料如木材的裝卸作業(yè)。在道路、特別是在高等級(jí)公路施工中，裝載機(jī)用于路基工程的填挖、瀝青混合料和水泥混凝土料場(chǎng)的集料與裝料等作業(yè)。此外還可進(jìn)行推運(yùn)土壤、刮平地面和牽引其他機(jī)械等作業(yè)。由于裝載機(jī)具有作業(yè)速度快、效率高、機(jī)動(dòng)性好、操作輕便等優(yōu)點(diǎn)，因此它成為工程建設(shè)中土石方施工的主要機(jī)種之一，同時(shí)也成為工程機(jī)械中發(fā)展最快、產(chǎn)銷量及市場(chǎng)需求最大的機(jī)種之一。 1.1 裝載機(jī)的簡(jiǎn)介

10、 1.1.1 裝載機(jī)的發(fā)展歷史及前景 我國(guó)裝載機(jī)始于1960年末，發(fā)展至今它經(jīng)歷了3個(gè)發(fā)展階段，即60年代仿制摸索階段；70年代自力更生研制階段；80年代至90年代技術(shù)引進(jìn)、合資合作發(fā)展階段。自1958年，上海港口機(jī)械廠首先測(cè)繪并試制了67KW（90hp）、斗容量為1的裝載機(jī)——我國(guó)自己制造的第一臺(tái)裝載機(jī)之后。全國(guó)裝載機(jī)產(chǎn)品從1976年的446臺(tái)發(fā)展到1996年的18310臺(tái)，二十年內(nèi)增長(zhǎng)41.1倍。同時(shí)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展與國(guó)家基建規(guī)模及資金投入的增大，更促進(jìn)了我國(guó)裝載機(jī)行業(yè)的迅速發(fā)展。生產(chǎn)企業(yè)由1980年的20家增至現(xiàn)在的100余家，初步形成了規(guī)格為0.8~10t約19個(gè)型號(hào)的系列產(chǎn)品，并已成

11、為工程機(jī)械主力機(jī)種。自此裝載機(jī)在全國(guó)機(jī)械產(chǎn)品中，成為重要代表產(chǎn)品，令世人矚目。 隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)、健康、高速發(fā)展，對(duì)工程機(jī)械的需求將增長(zhǎng)，這些需求對(duì)工程機(jī)械產(chǎn)品既提出了“量”又提出了“質(zhì)”的巨大市場(chǎng)需求。我國(guó)“九五”期間土石方、路基路面、基礎(chǔ)及建筑施工工作量預(yù)計(jì)比“八五”要大一倍以上，工程機(jī)械的總需求量亦將為“八五”期間的二倍，推土機(jī)、裝載機(jī)、輪式起重機(jī)、叉車、路面機(jī)械、鑿巖鉆車及挖掘機(jī)械等7類主要工程機(jī)械“九五”末的年需求量可在11萬臺(tái)以上。而輪式裝載機(jī)2000年時(shí)年需求達(dá)27000～30000臺(tái)以上，這就為我國(guó)輪式裝載機(jī)行業(yè)的發(fā)展提供了一個(gè)良好的市場(chǎng)前景，為制訂戰(zhàn)略發(fā)展宏偉目標(biāo)提供科學(xué)

12、決策依據(jù)。 綜觀國(guó)外裝載機(jī)的發(fā)展特點(diǎn)及外部環(huán)境，專家預(yù)測(cè)未來裝載機(jī)的主要發(fā)展趨勢(shì)是： （1） 開發(fā)節(jié)能、高效、可靠、環(huán)保型產(chǎn)品，并研制無泄漏裝載機(jī)。 （2） 微電子及機(jī)電液儀一體化技術(shù)將獲得越來越廣泛的應(yīng)用。 （3） 安全性及舒適性是產(chǎn)品發(fā)展的重要目標(biāo)。 （4） 大型化與微型化仍是產(chǎn)品系列化的兩極方向。 （5） 技術(shù)進(jìn)步、人才培養(yǎng)和售后服務(wù)將成為企業(yè)生存的三大關(guān)鍵內(nèi)在因素。 （6） 集團(tuán)化、社會(huì)化與國(guó)際化是企業(yè)生存與發(fā)展的必由之路。 1.1.2 裝載機(jī)的種類 目前，裝載機(jī)的國(guó)際市場(chǎng)分為兩類：一類是發(fā)達(dá)國(guó)家市場(chǎng)，二類是發(fā)展中國(guó)家市場(chǎng)。發(fā)達(dá)國(guó)家市場(chǎng)的產(chǎn)品技術(shù)水平和質(zhì)量要求很高，競(jìng)

13、爭(zhēng)異常激烈。由于我國(guó)裝載機(jī)產(chǎn)品檔次低，不易開拓此類市場(chǎng)，而應(yīng)重點(diǎn)鞏固與繼續(xù)發(fā)展二類市場(chǎng)。二類市場(chǎng)主要包括東南亞、中東、非洲和南美洲四大區(qū)域市場(chǎng)，主要由發(fā)展中國(guó)家組成，與我國(guó)有良好的外交關(guān)系，往來密切，也是我國(guó)裝載機(jī)出口量最多的地區(qū)。因此，發(fā)展中國(guó)家市場(chǎng)是目前我國(guó)裝載機(jī)進(jìn)入國(guó)際市場(chǎng)的主攻方面。由于受東南亞經(jīng)濟(jì)危機(jī)持續(xù)時(shí)間加長(zhǎng)、印尼國(guó)內(nèi)動(dòng)亂及一些國(guó)家貨幣貶值等諸多外部因素的影響，導(dǎo)致了我國(guó)裝載機(jī)出口難度的增加，也給國(guó)外裝載機(jī)及其關(guān)鍵部件的進(jìn)口創(chuàng)造了外部條件。 因此，有關(guān)生產(chǎn)裝載機(jī)企業(yè)（包括合資企業(yè)）要積極準(zhǔn)備，把握時(shí)機(jī)，迎接挑戰(zhàn)，扎實(shí)搞好“三大戰(zhàn)役”，務(wù)求在品種、質(zhì)量、交貨期和售后服務(wù)等方面有一

14、個(gè)更大的發(fā)展。在有限的時(shí)間內(nèi)，集中力量解決目前存在的以下三個(gè)問題：相當(dāng)一批產(chǎn)品水平較低，高科技含量少，可靠性較差；中小型號(hào)生產(chǎn)廠家多而雜，產(chǎn)量過剩；產(chǎn)品結(jié)構(gòu)不合理，多數(shù)企業(yè)形不成規(guī)模效益。 總的來說，常用的單斗裝載機(jī)，按行走裝置，發(fā)動(dòng)機(jī)功率，傳動(dòng)形式，行走系結(jié)構(gòu)，裝載方式的不同進(jìn)行分類。 1、行走裝置的不同：裝載機(jī)分為輪胎式和履帶式兩種。 輪胎式裝開機(jī)由動(dòng)力裝置、車架、行走裝置、傳動(dòng)系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、制動(dòng)系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)和工作裝置等組成，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單圖如圖2所示。輪胎式裝載機(jī)采用柴油機(jī)為動(dòng)力裝置，液力變矩、動(dòng)力換檔變速箱、雙橋驅(qū)動(dòng)等組成的液力機(jī)械式傳動(dòng)系統(tǒng)（小型輪胎式裝載機(jī)有的采用液壓傳動(dòng)或機(jī)

15、械傳動(dòng)），液壓操縱，鉸接式車架轉(zhuǎn)向，反轉(zhuǎn)桿機(jī)構(gòu)的工作裝置。 履帶式裝載機(jī)以專用底盤或工業(yè)拖拉機(jī)為基礎(chǔ)車，裝上工作裝置并配裝相就原操縱系統(tǒng)而構(gòu)成，如圖1所示。履帶式裝載機(jī)的動(dòng)力裝置也是柴油機(jī)，機(jī)械式傳動(dòng)系統(tǒng)則采用液壓助力濕式離合器或濕式雙向液壓操縱轉(zhuǎn)向離合器和正轉(zhuǎn)連桿機(jī)構(gòu)的工作裝置。 圖1輪胎式裝載機(jī) 圖2履帶式裝載機(jī) 1-行走機(jī)構(gòu)；2-發(fā)動(dòng)機(jī)；3-動(dòng)臂；4-鏟斗；5-轉(zhuǎn)斗油缸；6-動(dòng)臂油缸；7-駕駛室；8-燃油箱 2、發(fā)動(dòng)機(jī)功率： ①功率小于74kw為小型裝載機(jī)。 ②功率在74～147kw為中型裝載機(jī) ③功率在147～515kw為大型裝載機(jī) ④功率大于515k

16、w為特大型裝載機(jī) 3、傳動(dòng)形式： ①液力—機(jī)械傳動(dòng)，沖擊振動(dòng)小，傳動(dòng)件壽命長(zhǎng)，操縱方便，車速與外載間可自動(dòng)調(diào)節(jié)，一般在中大型裝載機(jī)多采用； ②液力傳動(dòng)：可無級(jí)調(diào)速、操縱間便，但啟動(dòng)性較差，一般僅在小型裝載機(jī)上采用； ③電力傳動(dòng)：無級(jí)調(diào)速、工作可靠、維修簡(jiǎn)單、費(fèi)用較高，一般在大型裝載機(jī)上采用。 4、行走結(jié)構(gòu)： ①輪胎式：質(zhì)量輕、速度快、機(jī)動(dòng)靈活、效率高、不易損壞路面、接地比壓大、通過性差、但被廣泛應(yīng)用； ②履帶式：接地比壓小，通過性好、重心低、穩(wěn)定性好、附著力強(qiáng)、牽引力大、比切入力大、速度低、靈活性相對(duì)差、成本高、行走時(shí)易損壞路面。 5、裝卸方式： ①前卸式：

17、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、視野好，適合于各種作業(yè)場(chǎng)地，應(yīng)用較廣； ②回轉(zhuǎn)式：工作裝置安裝在可回轉(zhuǎn)360O的轉(zhuǎn)臺(tái)上，側(cè)面卸載不需要調(diào)頭、作業(yè)效率高、但結(jié)構(gòu)復(fù)雜、質(zhì)量大、成本高、側(cè)面穩(wěn)性較差，適用于較俠小的場(chǎng)地。 ③后卸式：前端裝、后端卸、作業(yè)效率高、作業(yè)的安全性欠好。 1.1.3 本章小結(jié) 本章主要討論了裝載機(jī)的發(fā)展?fàn)顩r及發(fā)展趨勢(shì)，介紹了裝載機(jī)的種類，為課題研究的實(shí)際意義提供了依據(jù)。 3 1.2 運(yùn)動(dòng)仿真技術(shù)簡(jiǎn)介 1.2.1 運(yùn)動(dòng)仿真技術(shù)產(chǎn)生的背景 進(jìn)入21世紀(jì)，科學(xué)技術(shù)突飛猛進(jìn)，社會(huì)發(fā)展日新月異。人們對(duì)個(gè)性化產(chǎn)品的需求越來越迫切，對(duì)產(chǎn)品性能的要求也越來越高，全球化經(jīng)濟(jì)已明顯地

18、呈現(xiàn)出買方市場(chǎng)的特點(diǎn)。由于這一變化，導(dǎo)致市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈，而競(jìng)爭(zhēng)的核心則主要體現(xiàn)在產(chǎn)品創(chuàng)新上，體現(xiàn)在對(duì)客戶的響應(yīng)速度和響應(yīng)品質(zhì)上。傳統(tǒng)的物理樣機(jī)在產(chǎn)品的創(chuàng)新開發(fā)中，在開發(fā)周期、開發(fā)成本、產(chǎn)品品質(zhì)等方面已越來越不能滿足市場(chǎng)需求，運(yùn)動(dòng)仿真技術(shù)正是在這一市場(chǎng)需求的驅(qū)動(dòng)下產(chǎn)生的。 1.2.2 運(yùn)動(dòng)仿真技術(shù) 運(yùn)動(dòng)仿真技術(shù)是一種嶄新的產(chǎn)品開發(fā)方法，是多個(gè)相關(guān)學(xué)科領(lǐng)域交叉、集成的產(chǎn)物，是一種基于產(chǎn)品的計(jì)算機(jī)仿真模型的數(shù)字化設(shè)計(jì)方法。其涉及機(jī)械、電子、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、仿真建模、虛擬現(xiàn)實(shí)等多個(gè)領(lǐng)域、多項(xiàng)技術(shù)，以計(jì)算機(jī)仿真和產(chǎn)品生命周期建模為基礎(chǔ)，以機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)和控制理論為核心，借助成熟的三維計(jì)算機(jī)圖

19、形技術(shù)、圖形用戶界面技術(shù)、信息技術(shù)、集成技術(shù)、多媒體技術(shù)、并行處理技術(shù)等，將分散的產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)和分析過程集成在一起，使得與產(chǎn)品相關(guān)的所有人員能在產(chǎn)品研制的早期直觀形象地對(duì)虛擬的產(chǎn)品原型進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化、性能測(cè)試、制造仿真以及使用仿真等。 換句話說“運(yùn)動(dòng)仿真”設(shè)計(jì)方法就是在建造第一臺(tái)（件）物理樣機(jī)之前，利用軟件技術(shù)建立產(chǎn)品系統(tǒng)計(jì)算機(jī)模型，通過基于實(shí)體可視化的仿真分析，模擬系統(tǒng)在真實(shí)工作環(huán)境條件下的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力特性，以便反復(fù)修改設(shè)計(jì)方案，最終得到最優(yōu)設(shè)計(jì)方案。 1.2.3運(yùn)動(dòng)仿真技術(shù)在國(guó)內(nèi)外的發(fā)展概況 國(guó)外已在各個(gè)領(lǐng)域廣泛地應(yīng)用仿真設(shè)計(jì)。所涉及到的產(chǎn)品從龐大的卡車到微小的照相機(jī)的快門，從火箭到輪

20、船的錨機(jī)。在工程／礦山機(jī)械行業(yè)，如約翰迪爾公司利用仿真技術(shù)成功地解決了工程機(jī)械在高速行駛時(shí)出現(xiàn)蛇行現(xiàn)象的問題及在重載下的自激振動(dòng)這個(gè)一直困擾著設(shè)計(jì)師及用戶的難題，大大提高了工程／礦山機(jī)械高速行駛性能與重載作業(yè)性能?？ㄌ乇死展纠锰摂M樣機(jī)在切削任何一片金屬之前就可快速試驗(yàn)數(shù)千種設(shè)計(jì)方案，不但降低了產(chǎn)品設(shè)計(jì)成本，縮短了開發(fā)周期，而且還制造出性能更為優(yōu)異的產(chǎn)品。 運(yùn)動(dòng)仿真技術(shù)在國(guó)外已有很多應(yīng)用實(shí)例，我國(guó)也正極急投身于該項(xiàng)技術(shù)的研究中。在傳統(tǒng)上，我國(guó)引進(jìn)物理樣機(jī)，開發(fā)人員往往停留在零件照抄的水平上，對(duì)于樣機(jī)缺乏系統(tǒng)水平上的理解和研究，結(jié)果雖然投入了大量的人力物力，卻收效甚微。但如果采用虛擬樣機(jī)技術(shù)

21、，技術(shù)人員便可對(duì)引進(jìn)樣機(jī)進(jìn)行深入的研究，可以追蹤樣機(jī)的設(shè)計(jì)思想，從而真正提高設(shè)計(jì)人員的水平，開發(fā)出能滿足市場(chǎng)需求的產(chǎn)品來。 1.2.4 發(fā)展運(yùn)動(dòng)仿真技術(shù)的重要意義 運(yùn)動(dòng)仿真設(shè)計(jì)方法將分散的零部件設(shè)計(jì)和分析技術(shù)集成在一起，提供一種更全面地了解設(shè)備性能的方法。它利用虛擬環(huán)境在可視化方面的優(yōu)勢(shì)以及可交互式地探索虛擬物體的功能，對(duì)設(shè)備進(jìn)行幾何、功能及制造等方面交互的建模與分析。在概念設(shè)計(jì)和方案論證中，便于設(shè)計(jì)師將自己的經(jīng)驗(yàn)與想象融于計(jì)算機(jī)的虛擬樣機(jī)設(shè)計(jì)中，充分發(fā)揮想象力和創(chuàng)造力，并替代物理樣機(jī)進(jìn)行性能模擬試驗(yàn)。設(shè)計(jì)師可在計(jì)算機(jī)上方便地確定、修改設(shè)計(jì)進(jìn)程，逐步優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。通過運(yùn)動(dòng)仿真機(jī)試驗(yàn)，還可節(jié)

22、省建立試驗(yàn)臺(tái)、安裝測(cè)試設(shè)備和測(cè)試儀表等有關(guān)的費(fèi)用，更快地確定影響設(shè)計(jì)方案性能的敏感參數(shù)，達(dá)到最優(yōu)化設(shè)計(jì)目的。這樣，可大大縮短設(shè)備研發(fā)周期，降低研制成本，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量和效率，為產(chǎn)品贏得了競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。 1.2.5 總結(jié) 基于運(yùn)動(dòng)仿真的設(shè)計(jì)方法將成為21世紀(jì)工礦設(shè)備開發(fā)、研究的主流。對(duì)成本高、系統(tǒng)復(fù)雜、工況惡劣，而又不可能制造多臺(tái)物理樣機(jī)的設(shè)備其應(yīng)用前景更加廣闊，如大型露天礦用設(shè)備、煤礦井下綜采設(shè)備和深海開采設(shè)備等。以及那些事關(guān)國(guó)際名聲的骨干行業(yè)，如汽車工業(yè)、軍事工業(yè)等，仿真技術(shù)在這些行業(yè)的應(yīng)用在帶來可觀經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，亦可提高其產(chǎn)品的設(shè)計(jì)水平和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，有著廣闊的發(fā)展前景。因此，仿真技術(shù)的各項(xiàng)

23、關(guān)鍵技術(shù)必將為經(jīng)濟(jì)發(fā)展、國(guó)防建設(shè)、科技發(fā)展及社會(huì)進(jìn)步做出重大貢獻(xiàn)。 1.3 Pro/ENGINEER軟件在工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用 1.3.1 Pro/ENGINEER軟件介紹 Pro/ENGINEER和Pro/MECHANICA是由美國(guó)參數(shù)技術(shù)公司推出的一套博大精深的三維CAD/CAM參數(shù)化軟件系統(tǒng), 被廣泛應(yīng)用于工程技術(shù)領(lǐng)域。Pro/ENGINEER和Pro/MECHANICA不僅能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)械二維和三維動(dòng)態(tài)造型仿真設(shè)計(jì)、機(jī)械設(shè)計(jì)、模具設(shè)計(jì)、加工制造設(shè)計(jì)、而且還能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)構(gòu)仿真、結(jié)構(gòu)分析、優(yōu)化設(shè)計(jì)、電路設(shè)計(jì)以及數(shù)據(jù)庫(kù)管理等多種技術(shù)目的。應(yīng)用領(lǐng)域包括航空航天、汽車、機(jī)械、NC加工，電工等諸多行業(yè)

24、。 由于其強(qiáng)大而完美的功能 Pro/ENGINEER幾乎成為三維CAD/CAM領(lǐng)域的一面旗幟和標(biāo)準(zhǔn)。 它在國(guó)外大學(xué)院校里以成為學(xué)生工程必修的專業(yè)課程，也成為工程技術(shù)人員必備的技術(shù)，是目前國(guó)際上專業(yè)設(shè)計(jì)人員使用最為廣泛的、先進(jìn)的、具有多種功能的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)仿真軟件。隨著我國(guó)加入WTO ，一場(chǎng)新的工業(yè)設(shè)計(jì)領(lǐng)域的技術(shù)革命正在興起。作為提高生產(chǎn)率和競(jìng)爭(zhēng)力的有效手段 Pro/ENGINEER也在國(guó)內(nèi)形成一個(gè)廣泛應(yīng)用的熱潮。 Pro/ENGINEER WILDFIRE 是美國(guó)PTC公司于2003年新推出的Pro/ENGINEER系列產(chǎn)品中的旗艦產(chǎn)品 該軟件在原有的2001版本基礎(chǔ)上新增了重多功能 ，特別

25、強(qiáng)調(diào)了設(shè)計(jì)過程的易用性以及設(shè)計(jì)人員之間的互聯(lián)性。 原有的Pro/ENGINEER產(chǎn)品的升級(jí)周期為半年一次 ，而本次升級(jí)卻花了兩年的時(shí)間 ，其產(chǎn)品性能有了本質(zhì)性的改善。 PTC的系列軟件不但包括了在工業(yè)設(shè)計(jì)和機(jī)械設(shè)計(jì)等方面的多項(xiàng)功能，還包括對(duì)大型裝配體的管理、功能仿真、制造、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理等等。Pro/ENGINEER提供了目前所能達(dá)到的最全面、集成最緊密的產(chǎn)品開發(fā)環(huán)境。它的技術(shù)特點(diǎn)在于以下兩個(gè)方面。 1 Pro/E參數(shù)化設(shè)計(jì)特征和功能 Pro/ENGINEER是采用參數(shù)化設(shè)計(jì)的、基于特征的實(shí)體的建模工具，工程設(shè)計(jì)人員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

26、（殼）、Chamfer（倒角）及Round（倒圓角）。用戶可以方便的修改模型，給工程設(shè)計(jì)者提供了設(shè)計(jì)上從未有過的簡(jiǎn)易和靈活。 2 Pro/E單一數(shù)據(jù)庫(kù) Pro/ENGINEER建立在統(tǒng)一基層上的數(shù)據(jù)庫(kù)上，而傳統(tǒng)的CAD/CAM系統(tǒng)建立在多個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)上。所謂單一數(shù)據(jù)庫(kù)，是指工程中的資料全部來自一個(gè)庫(kù)，每一個(gè)獨(dú)立用戶都能同時(shí)為同一件產(chǎn)品造型而工作。換言之，在整個(gè)設(shè)計(jì)過程任何一處發(fā)生改動(dòng)，在整個(gè)設(shè)計(jì)過程的相關(guān)環(huán)節(jié)上都有響應(yīng)。例如，一旦工程詳圖有改變，NC（數(shù)控）工具路徑就會(huì)自動(dòng)更新；組裝工程圖如有變動(dòng)，也完全反映在整個(gè)三維模型上。這種獨(dú)特的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與工程設(shè)計(jì)的完美組合，把一件產(chǎn)品的設(shè)計(jì)工作緊密結(jié)

27、合起來，使得設(shè)計(jì)效率更高，成品質(zhì)量更好，產(chǎn)品能更好地推向市場(chǎng)，價(jià)格也更便宜，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力大大增強(qiáng)。 本次對(duì)礦用小型裝載機(jī)的設(shè)計(jì)應(yīng)用Pro/ENGINEER WILDFIRE軟件,現(xiàn)就本次設(shè)計(jì)所接觸到的幾個(gè)主要模塊做簡(jiǎn)要概述。 1 機(jī)械設(shè)計(jì)CAD模塊 機(jī)械設(shè)計(jì)模塊是一個(gè)高效的三維機(jī)械設(shè)計(jì)工具，它可繪制形狀相當(dāng)復(fù)雜的零件。在實(shí)際中存在大量形狀不規(guī)則的物體表面，如摩托車輪轂，這些稱為自由曲面。隨著人們生活水平的提高，對(duì)曲面產(chǎn)品的需求將會(huì)大大增加。用Pro/E生成曲面非常方便，方法有：拉伸 旋轉(zhuǎn) 放樣 掃掠 網(wǎng)格 點(diǎn)陣等。由于生成曲面的方法較多，因此Pro/E可以迅速建立復(fù)雜曲面。 2 運(yùn)動(dòng)分析

28、模塊（Scenario For Motion） 運(yùn)動(dòng)分析模塊（CAE）是CAE（Computer Aided Engineer）應(yīng)用軟件，用于建立運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)模型，分析其運(yùn)動(dòng)規(guī)律。運(yùn)動(dòng)分析模塊自動(dòng)復(fù)制主模塊的裝配文件,并建立一系列不同的運(yùn)動(dòng)分析方案。Pro/ENGINEER 運(yùn)動(dòng)分析模塊可以進(jìn)行機(jī)構(gòu)的干涉分析，跟蹤零件的運(yùn)動(dòng)軌跡，分析零件的速度、加速度、作用力、反作用力和力距。 Pro/ENGINEER MOTION模塊為Pro/ ENGINEER的集成運(yùn)動(dòng)模塊，是設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)強(qiáng)有力的工具。該模塊可以讓機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)師設(shè)定裝配件在特定的環(huán)境中的機(jī)構(gòu)動(dòng)作并給予評(píng)估，能夠判斷出改變哪些參數(shù)能滿足工程及性

29、能超群上的要求，使產(chǎn)品設(shè)計(jì)達(dá)最佳狀態(tài)，Pro/ENGINEER MOTION有如下功能： 1) 校驗(yàn)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的正確性，對(duì)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行仿真，計(jì)算機(jī)構(gòu)任意時(shí)刻的位置、速度、加速度。 2) 可以通過運(yùn)動(dòng)分析，得出裝配的最佳配置。 3) 根據(jù)給出的力決定運(yùn)動(dòng)狀態(tài)及反作用力。 4) 根據(jù)運(yùn)動(dòng)反求所需要的力。 5) 求出鉸接點(diǎn)所受的力及軸承力。 6) 通過尺寸變量對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。 7) 干涉檢查。 1.3.2 運(yùn)動(dòng)仿真技術(shù)對(duì)裝載機(jī)設(shè)計(jì)理念的影響 裝載機(jī)是一種作業(yè)效率高，用途廣泛的工程機(jī)械，它不僅對(duì)松散的堆積物料可進(jìn)行裝運(yùn)、卸作業(yè)，還可對(duì)巖石、硬土進(jìn)行輕度鏟掘工作，并能用來清理刮平場(chǎng)地及牽引

30、作業(yè)。經(jīng)過80多年的發(fā)展，到今天裝載機(jī)已經(jīng)成為一種必不可少的工程用具。目前，世界上已經(jīng)出現(xiàn)了許多能夠滿足不同要求的規(guī)格種類繁多的裝載機(jī)產(chǎn)品。隨著科技的發(fā)展，和設(shè)計(jì)理念的不斷更新，還將出現(xiàn)更多功能和性能優(yōu)良的裝載機(jī)產(chǎn)品。本次改裝設(shè)計(jì)的小型裝載機(jī)主要用于中小型礦井下代替人工，鏟裝粒度不大的散裝物料，對(duì)提高中小型礦井的機(jī)械化水平有重要意義。 通常在對(duì)輪式裝載機(jī)的工作裝置進(jìn)行機(jī)構(gòu)分析時(shí)一般采用圖解法或解析法，采用圖解法精度較低，使用解析法計(jì)算又很復(fù)雜，因此一般只對(duì)幾個(gè)作業(yè)位置進(jìn)行分析計(jì)算，難以了解全部工況的作業(yè)性能及負(fù)荷變化。為解決這一問題，我們使用機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)分析仿真軟件對(duì)其進(jìn)行分析。這

31、就要求先進(jìn)行裝載機(jī)工作裝置的運(yùn)動(dòng)仿真設(shè)計(jì)。 裝載機(jī)工作機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)仿真的設(shè)計(jì)主要是用大型參數(shù)化建模工具Pro/ENINEER對(duì)工作裝置先進(jìn)行三維實(shí)體建模，然后實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)模擬。為能夠方便的解決在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段中運(yùn)動(dòng)構(gòu)件在運(yùn)動(dòng)過程中的運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)關(guān)系、運(yùn)動(dòng)范圍設(shè)計(jì)、可能的運(yùn)動(dòng)干涉檢查等問題找到一個(gè)切實(shí)可行的新方法。裝載機(jī)虛擬樣機(jī)的設(shè)計(jì)步驟和傳統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟基本相同如圖1.2.1所示。 N Y Y Y N N Y 礦用裝載機(jī)模型 設(shè)計(jì)方案 實(shí)體建模 干涉檢查分析 N 運(yùn)動(dòng)分析 生成工程圖 是否符合設(shè)計(jì)要求 設(shè)計(jì)結(jié)果是否滿意

32、 圖1.2.1 裝載機(jī)工作裝置運(yùn)動(dòng)仿真設(shè)計(jì)步驟 1.4 本章小結(jié) 本章主要討論了運(yùn)動(dòng)仿真技術(shù)產(chǎn)生的背景、狀況及發(fā)展趨勢(shì)，介紹了運(yùn)動(dòng)仿真應(yīng)用的領(lǐng)域和實(shí)現(xiàn)的過程，指出了課題研究的背景和實(shí)際意義，確定了論文所要完成的主要任務(wù)和預(yù)期目的。介紹了Pro/ENGINEE軟件在工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用 9 2 液壓缸的選擇 2 液壓缸的選擇 缸的主要參數(shù)包括行程、缸徑、最高使用壓力等。 大臂缸和翻斗缸的要求相同均為最大推力：20000N、行程：800mm，一般均是工作過程中伸出過程壓力遠(yuǎn)高于縮回過程，主要按伸出推力計(jì)算即可，活塞截面積： Ah = Fmax / pmax = 20000N

33、/14.23MPa = 1.4*10-3 m2 Dg = 2(Ah/π)1/2 = 42mm Ah 預(yù)算缸的活塞面積 Fmax 缸允許的最大推力 pmax 泵輸出的最大壓力 Dg 預(yù)算缸的內(nèi)腔直徑 那就要求所選缸最高使用壓力大于或等于14MPa，行程為800mm，缸內(nèi)徑為42mm或略小于 42mm的尾部耳環(huán)式等速缸。 選缸：D25WE4022800M—ISO 型號(hào) 行程 最高使用壓力 D25WE402

34、2800M—ISO 800mm 25MPa 活塞桿直徑 液壓缸內(nèi)徑 22mm 80mm 2.1 本章小結(jié) 正確選擇液壓缸的參數(shù)對(duì)下面的工作十分重要,在計(jì)算行程當(dāng)中,如有不當(dāng)就可能造成干涉,直接影響裝配,裝配不成功,就無法進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真. 8 附 表 3 裝載機(jī)工作裝置三維實(shí)體建模 3.1 工作裝置零件建模 在傳統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員首先在頭腦中形成產(chǎn)品的三維輪廓，然后在圖紙上利用二維工程圖表示，其他設(shè)計(jì)人員以及工藝 生產(chǎn)等不同部門的人員再通過二維圖紙將產(chǎn)品還原為三維影像。由于圖紙的錯(cuò)誤和理解的偏差，設(shè)計(jì)人員的意圖并不總能完全實(shí)現(xiàn)，因而設(shè)計(jì)制造的周期

35、較長(zhǎng)，產(chǎn)品的質(zhì)量也受到影響。在產(chǎn)品的形狀和結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜的時(shí)候尤其如此。因此三維化設(shè)計(jì)應(yīng)該是發(fā)展趨勢(shì)。 三維模型的發(fā)展經(jīng)歷了由線框、曲面到實(shí)體的過程。實(shí)體模型最真實(shí)的反映三維形體的特性，不但包括了形體的幾何輪廓，而且由于實(shí)體有密度屬性，因而可以進(jìn)行質(zhì)量計(jì)算、干涉檢查等操作。 基本特征是建模時(shí)創(chuàng)建的第一個(gè)特征，是零件結(jié)構(gòu)的基本要素?；咎卣饕院蟮钠渌卣饕蕾囉诨咎卣??；咎卣骺梢允菍?shí)體特征，也可以是基準(zhǔn)特征，正交基準(zhǔn)平面就常常被用作基本特征。 在Pro/E中進(jìn)行零件設(shè)計(jì)的步驟是先創(chuàng)建基本特征，然后添加結(jié)構(gòu)特征。開始做零件之前，應(yīng)做好充分的準(zhǔn)備工作，明確設(shè)計(jì)意圖。認(rèn)真考慮設(shè)計(jì)的關(guān)鍵尺寸，可以變動(dòng)的尺寸與尺寸之間的關(guān)系，在裝配時(shí)與其他零件的裝配關(guān)系等。 由于在Pro/E中實(shí)體模型可以有多種不同的生成方法,采取何種方法更為合理、高效,需要有一個(gè)經(jīng)驗(yàn)積累過程。一般來說，要根據(jù)圖形的形狀選擇生成模型的方式。草圖繪制盡量簡(jiǎn)化，最好不要繪制過渡圓角、倒角等非關(guān)鍵性信息。如果要像繪制二維工程視圖那樣繪制草圖,效率會(huì)很低,實(shí)踐證明也沒有這個(gè)必要。因?yàn)樵赑ro/ENGINEER中我們可以對(duì)實(shí)體進(jìn)行各種編輯操作，如倒圓角。再就是如果草圖繪制過于精細(xì),再生成模型時(shí)會(huì)耗盡計(jì)算機(jī)資源,使得三維模型生成速度很慢且易出現(xiàn)問題。