基于proe的装载机工作装置的实体建模及运动仿真_毕业设计(编辑修改稿)

基于proe的装载机工作装置的实体建模及运动仿真_毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

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。 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。 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1 前 言 5 效率，为产品赢得了竞争优势。 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。 Pro/ENGINEER 软件在工程设计中的应用 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 2020年新推出的 Pro/ENGINEER系列产品中的旗舰产品 该软件在原有的 2020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1 前 言 6 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。 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1 前 言 7 虚拟样机的设计步骤和传统设计步骤基本相同如图。 图 装载机工作装置运动仿真设计步骤 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 N Y Y Y N N Y 矿用装载机模型 设计方案 实体建模 干涉检查分析 N 运动分析 生成工程图 是否符合设计要求 设计结果是否满意 2 液压缸的选择 8 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 ： 20200N、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： Ah = Fmax / pmax = 20200N/ = *103 m2 Dg = 2 (Ah/π )1/2 = 42mm Ah 预算缸的活塞 面积 Fmax 缸允许的最大推力 pmax 泵输出的最大压力 Dg 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 型号 行程 最高使用压力 D25WE4022800M— ISO 800mm 25MPa 活塞杆直径 液压缸内径 22mm 80mm 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 工作装置的实体建模 9 3 装载机工作装置三维实体建模 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。