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摘要摘要使用Pro/E软件构建活塞机构的三维模型，对模型进行装配，并用Mechanism模块对活塞机构进行运动仿真，得到活塞的位移、速度、加速度的运动仿真曲线图；并从理论角度运用数理方法建立运动方程，借助Matlabsimulink仿真模块对活塞机构进行仿真得到活塞的位移、速度、加速度的理论曲线。根据Pro/E运动仿真结果分析表明设计的活塞机构满足要求，活塞运动正常；对比Matlabsimulink仿真结果表明Pro/E进行模拟比数值理论方法更具优越性。关键词：Pro/ESimulink活塞机构运动仿真ABSTRACTABSTRACTThepaperconstructsthethree-dimensionalmodelofpistonmechanismbyusingPro/Esoftware,getstheassemblymodel,makesthepistonmechanismmotionsimulationbyusingMechanismmoduleandobtainsthedisplacement,velocity,accelerationofsliderandthemotionsimulationcurve.Fromatheoreticalpointofviewbymeansofmathematicalmethodstoestablishthemotionequation,andmakingsimulationbymeansofMatlabSimulinksimulationmoduleandobtainingthedisplacement,velocity,accelerationcurve.AccordingtothePro/Esimulationresultsshowthatthepistonmechanismdesigntomeettherequirements,thepistonmotionisnormal;ComparedwiththeMatlabSimulinksimulationresultsshowthatthePro/Esimulationthannumericaltheorymethodismoresuperiority.Keywords:Pro/ESimulinkPistonmechanismMotionsimulation目录i目录第一章绪论........................................................11.1选题依据及其意义............................................11.2国内外研究现状及发展趋势....................................21.3课题内容....................................................3第二章活塞机构简介.................................................52.1活塞机构的基本构造..........................................52.2工作原理....................................................72.3本章小结....................................................7第三章Pro/E的建模及装配...........................................93.1Pro/E简介..................................................93.1.1简介.................................................93.1.2主要特性..............................................93.1.3主要模块.............................................103.2机构的建模与装配...........................................113.2.1三维造型建模.........................................113.2.2整体装配.............................................143.3本章小结...................................................18第四章运动仿真及分析..............................................194.1Pro/E运动仿真.............................................194.1.1Mechanism模型的构建.................................194.1.2运动仿真.............................................234.2Simulink仿真..............................................264.2.1Simulink模型的构建..................................264.2.2仿真................................................304.3仿真结果对比分析...........................................32目录ii4.4本章小结...................................................33第五章总结与展望..................................................35致谢...............................................................37参考文献............................................................38第一章绪论1第一章绪论1.1选题依据及其意义在产品的开发过程中,有关产品的结构、功能、操作性能、生产工艺、装配性能，甚至维护性能等许多问题都需要在开发过程的前期解决。一般，人们借助理论分析、CAD和各种比例的实物模型，或参考前期产品的开发经验来解决有关新产品开发的各种问题。由于有关装配、操作和维修的问题往往只会在产品的后期或在最终产品试车过程中、甚至在投入使用一段时间后才能暴露出来，尤其是有关维修的问题往往是在产品已经售出很长时间以后才被发现。为了解决这些问题，有些产品就不得不返回设计阶段以便进行必要的设计变更，这样的产品开发程序不但效率低、耗时，费用也高。为了解决这些问题，仿真技术应运而生。仿真技术是利用计算机技术对所要进行的生产和制造活动进行全面的建模和仿真，包括产品的设计、加工、装配、各参数的设计改进等。在产品的设计阶段就实时地模拟出产品的形状和工作状况、制造过程、检查产品的可制造性和设计合理性，以便及时修改设计，更有效地灵活组织生产，缩短产品研制周期，获得最好的产品质量和效益。在进行机械产品设计时，设计者都要进行机构的运动分析，以此来验证机构设计的合理性和可行性。运动仿真技术是上世纪80年代迅速发展起来的一项通过在虚拟环境中模拟系统的运动，从而得到系统的三维动态效果，以此来代替物理样机进行仿真试验的计算机辅助工程技术。运动仿真技术能够在不浪费制造和试验物理样机所需时间、经费的前提下，通过反复修改系统动力学模型，进行不同设计方案的仿真试验，获得最优的设计方案。[1]在Pro/E环境下，对活塞连杆机构建立了三维模型，通过定义各种约束，在装配模块中确定了原动件与从动件的关系，并使用机构运动分析模块，通过定义机构的连接与伺服电机，实现了活塞的运动仿真。参数化设计的本质是在可变参2基于PRO/E的活塞机构的运动仿真分析数的作用下，系统能够自动维护所有的不变参数，参数化设计可以大大提高模型的生成和修改的速度，在产品的系列设计、相似设计及专用CAD系统开发方面都具有较大的应用价值。虚拟装配是在虚拟环境中，利用虚拟现实技术将设计的产品三维模型进行预装配，虚拟装配可帮助产品摆脱对于试制物理样机并装配物理样机的依赖，可以有效地提高产品装配建模的质量与速度。通过在计算机软件平台下对整套装置的设计仿真分析，能够及时地发现设计中的缺陷，并根据分析结果进行实时改进。参数化建模、虚拟装配、运动仿真贯穿于整个计算机辅助设计全过程，可显著地缩短研发周期，降低设计成本，提高工作效率。本次建模与运动仿真分析实现了活塞机构的设计，对现实发动机制造过程有一定的指导意义。1.2国内外研究现状及发展趋势计算机仿真技术是通过对系统模型的实验去研究现实世界中已经存在的或已在设计中的系统。从本质上说，计算机仿真技术是一门利用计算机软件模拟真实系统进行科学实验的技术，它是对真实物理系统的抽象，既可以反映真实系统的本质特征，又易于进行试验分析。用户在这些抽象模型上可以更高效、节省、更灵活地对物理系统进行了解和设计。20世纪80年代后期，仿真技术在诸多方面都发生了十分重大的转变。仿真研究的对象也由连续系统转向了离散事件系统，仿真也由实验转向了建模与结果分析。应用领域也由航空航天转向了制造业，并从研究对象(产品)的动力学、运动学特性及加工、装配过程，扩大到了制造系统的设计和运行。制造的分布性使得仿真与网络技术相结合，出现了分布式仿真。近年来信息技术的发展，特别是高性能海量并行处理技术、可视化技术、分布处理技术和虚拟现实技术的发展，使得仿真环境下建立一体化的交互式多维信息仿真模型成为可能，并可使之形成一些新的发展方向，如可视化仿真、多媒体仿真和虚拟现实仿真等。这3种仿真呈递进关系：可视化仿真强调可视的、灵活的仿真分析环境；多媒体仿真除可视化之外还强调多样化的多媒体集成，如音像合成效果等；虚拟现实仿真则强调投入感、沉浸感和多维信息的人机交互性。[1]机构运动仿真技术就是通过运用机构中的后处理功能可以查看当前机构的运第一章绪论3动，并且为研究机构模型提供方便。PRO/EWildfire是美国PTC公司最新推出的一套从设计到制造的机械自动化软件，产品设计师可以利用该软件轻松的完成部件、整机模型的装配，并对设计的产品预先进行静态分析、装配干涉检验等操作。Pro/E系统提供了完善的仿真功能，通过对机构实体模型添加运动副、驱动器实现对机构运动速度、轨迹、位移、运动干涉等情况的分析，为机构的设计与检验提供数据支持，使得原来在二维图纸上难以表达和设计的运动变得直观和易于修改。分析结束后PRO/E还可以将仿真的结果以MPEG、JPEG等格式输出，帮助用户更好的完成机构设计。[2]它包含的Mechanism模块是一个完整的三维实体静力学、运动学、动力学仿真模块，是机构运动分析强有力的工具，可快速创建机构虚拟模型并能方便地进行分析。Mecha-nism模块集成于Pro/Engineer中，操作直观简便，易于掌握。[2]应用pro/e技术进行产品设计，能使设计、生产维修工作快速而高效地进行，所带来的经济效益是十分明显的。Pro/e技术的发展与应用水平已成为衡量一个国家的科学技术现代化和工业现代化的重要标志。当今世界工业产品的市场竞争，归根结底是设计手段和设计水平的竞争，发展中国家的工业产品要在世界市场占有一席之地，就必须采用pro/e技术的研究和开发工作起步相当较晚，自八十年代开始，CAD技术应用工作才逐步得到了开展，随后pro/e也有了应用，国家逐步认识到开展pro/e应用工程的必要性和可靠性，并在全国各个行