基于Pro/E的四杆机构TOP-DOWN自动装配与运动仿真设计

陈玉

（杭州西奥电梯有限公司，杭州 311199）

基于Pro/E的四杆机构TOP-DOWN自动装配与运动仿真设计

陈玉

（杭州西奥电梯有限公司，杭州 311199）

采用Pro/E软件实现四杆机构的TOP-DOWN自动装配与运动仿真，从而简化设计过程，提高设计效率，为结构设计提供有力的参考。

TOP-DWON；四杆机构；自动装配；运动仿真

1 引言

要设计一个四杆机构，一般的方法是先画出原理图，假设各基本参数，然后根据解析几何理论进行数学计算，得出其他参数，并进行验算。计算过程反复用到三角函数，复杂且精确度有限，设计效率较低。

采用Pro/E软件，将各参数关联，实现零件的自动更新，则能省去复杂的计算过程；利用机构仿真替代验算，自动得出关键点的运动轨迹，简便直观。本文介绍了一种采用自顶向下的设计偏置曲柄滑块机构并进行运动仿真验证的方法，探讨利用工程设计软件简化设计的一种途径。

2 设计输入

设计一个四杆机构，实现滑块沿水平方向往复运动，滑块行程200mm，如图1所示。

根据解析几何理论，选取 L0、H0、L1、A 为基本参数。L0：滑块中心至杆1固定端水平距离，L0=600mm；H0：滑块中心至杆 1固定端垂直距离，H0=200mm；L1：杆 1有效长度，L1=200mm；A：杆 1 与水平方向初始夹角，A=10°；R：滑块行程，R=200mm。

3 TOP-DOWN设计

图1 四杆机构简图

3.1 布局文件的建立及参数初始值的设定

在Pro/E中新建布局LAY0001.LAY。绘制如图1所示的简图并标注相关尺寸，尺寸代码自动被识别为参数，按要求设定初值。

3.2 组件与运动骨架建立

在Pro/E中新建空组件FOURLINKGEAR.ASM。在组件下新建一个运动骨架MOTION_SKEL_0001.ASM。

打开MOTION_SKEL_0001.ASM进行编辑，为其添加基础骨架与零件骨架，如图2所示。

建立零件骨架时，将LAY0001.LAY声明到其中，并将各参数赋给对应尺寸，为参数化验证做好准备。

将完成的零件骨架与基础骨架进行装配。为了实现后期的运动仿真，此处需要进行机构类型的装配。本文中，杆1与固定点是销钉连接，杆1与杆2也是销钉连接，滑块与杆 4（即行程直线）是槽连接。机构示意如图3所示。

图2 杆1骨架

图3 机构示意

图4 四杆机构

3.3 零件建立

根据零件骨架建立对应零件模型。本文中DESIGN_SKEL_0002.PRT对应杆1，DESIGN_SKEL_0003.PRT 对应杆 2。

3.4 组件装配

将杆1与杆2装配至组件FOURLINKGEAR.ASM。因在MOTION_SKEL_0001.ASM已定义好机构，此处只需将零件装配至对应骨架。PRT0001.PRT装配至DESIGN_SKEL_0002.PRT，PRT0002.PRT装配至DESIGN_SKEL_0003.PRT。完成后的四杆机构如图4所示。

4 运动仿真及参数化验证

将FOURLINKGEAR.ASM切换至“机构”模块，左右拖动杆2，观察杆1是否会越过第一象限。

在滑块中心点插入向左直线运动与向右直线运动的伺服电动机各一，速度均设置为10mm/sec。创建一个运动分析AnalysisDifinition1（位置），设置Motor1的运行时间从"开始"至19.9sec，Motor2的运行时间从20到结束，运行AnalysisDifinition1（位置）。

插入轨迹曲线，选择运行结果AnalysisDifinition1，机构运行轨迹曲线自动被记录至组件。

在LAY0001.LAY中将L0改为400，L1改为250，再生组件，重新运行AnalysisDifinition1，可得到新的机构组成。重复插入轨迹曲线，可得到新的运行轨迹。与之前的轨迹相比，更改后的结构中，运行轨迹明显变短，杆的上升行程也大幅减小。

图5 轨迹曲线与参数化验证

重复运动仿真，优选出符合要求的方案。

5 结论

本文采用Pro/E软件实现四杆机构的TOP-DOWN自动装配与运动仿真，简化了设计过程，提高了设计效率。组件设计既要满足产品结构需求，又要考虑到设计的可维护性与良好的延拓性。因此在设计时采用自顶向下的合理布局，并利用运动骨架进行运动仿真，在设计初期就全面了解机构的运行轨迹与各种工况，使机构设计更加简单高效。

［1］韩玉龙.Pro/ENGINEER Wildfire组件设计与运动仿真专业教程［M］.北京：清华大学出版社，2004.

（编辑 黄 荻）

Automatic TOP-DOWN Assembly and Motion Simulation of Four Bar Mechanism Based on Pro/E

CHEN Yu
（Hangzhou XO-Lift Co.,Ltd.,Hangzhou 311199,China）

TOP-DOWN automatic assembly and 3D motion simulation of four bar Mechanism are carried out based on Pro/E.It can simplify the design process and improve the efficiency,and provide a strong reference for structure design.

TOP-DOWN;four bar mechanism;automatic assembly;motion simulation

TP391.7

A

1002-2333（2013）09-0147-02

陈玉（1979-），女，工程师，主要从事机械结构设计工作。

2013-05-23