利用Creo Parametric的机构分析对装配中的碰撞关系进行精确求解

曾显顺

(武汉工程职业技术学院　湖北　武汉：430080)



利用Creo Parametric的机构分析对装配中的碰撞关系进行精确求解

曾显顺

(武汉工程职业技术学院湖北武汉：430080)

利用Creo Parametric软件的机构功能，通过“碰撞检测设置”选项，对元件运动过程中发生的碰撞作出警告提示。建立机构分析，设置合理的运动参数，并对运动进行动画回放，找到元件碰撞接触时的准确位置。

Creo Parametric；机构；碰撞检测；运动分析；动画回放

Creo Parametric的装配功能十分强大，可对装配模型进行各种运动分析。其中关于装配元件之间发生碰撞接触时的位置关系是一个难点。经过笔者的研究，找到了一个能快速解决关于元件碰撞关系的方法，并对其原理和精度作出了探讨。

1　关于碰撞接触的一个问题

如图1所示的两个零件进行装配，并且要求找出零件2与零件1的斜面刚好发生碰撞接触时，圆柱与水平方向的夹角。

图1　装配示意图

对于该问题，如果用装配中的约束关系是无法求出精确解的。但是利用机构中的相关功能，则能快速得到答案。

2　解题思路及方法

2.1粗略求解的方法

首先对图1中的两个零件进行建模，并进行装配，该过程省略。需要注意的是装配时要将零件2的轴和零件1的孔的装配约束改为“机构连接”(销)，如图2所示。以便于后面进行机构运动分析。

图2　“机构连接”约束

当装配完成后，同时按下键盘的CTRL+ALT键，并鼠标左键点击零件2拖动鼠标，零件2会绕转动中心转动。但此时，即便和零件1发生碰撞，也无法准确停下。也就无法找到刚好发生碰撞时的准确位置。

点击菜单中的“应用程序”——“机械”，此时软件会生成一个“机构树”，如图3所示。在该机构树的回放(PLAYBACKS)按键上点右键，再单击“播放”功能，会弹出“回放”功能框，选择“碰撞检测设置”，并在一般设置中选中“全局碰撞检测”，在可选设置中勾选“碰撞时铃声警告”和“碰撞时停止动画回放”，如图4所示。设置完毕后关闭对话框。此时已经打开了碰撞检测功能[1]。

图3　机构树

图4　碰撞检测设置选项

再次按下CTRL+ALT键，并左键点击拖动零件2，当零件2与零件1发生碰撞时系统会有铃声警告，并且发生碰撞的区域显示为红色[2-3]。如图5所示。

图5　碰撞区域显示

图6　干涉体积分析

可以合理地拖动鼠标，使发生碰撞的区域尽可能的小。此时打开菜单“分析”——“全局干涉”，可看到如下图6所示的干涉体积。此时圆柱和斜面处于碰撞位置，可以通过建立基准面或草绘等方式求出碰撞时的角度。

2.2精确求解的方法

在上面的过程中虽然可以快速找到发生碰撞时的位置，但该方法是不精确的。它的精度取决于手动拖动时发生碰撞干涉的区域体积的大小。如果要精确地找到碰撞的位置，需要对机构添加动力，让机构在动动过程中自动找到碰撞位置。

(1)添加动力，对机构定义伺服电动机(SERVO)，选择转动轴为运动轴。在轮廓选项中，选择运动参数为“速度”，将零件2拖动，使其稍微与零件1分离。并将稍微分离的位置定义为“当前”的初始角度。速度模式选择为“常量”，其值设置为0.1，即伺服电机的转动速度恒定为0.1deg/sec。设置如图7所示，完毕后点击“确定”按钮。

图7　伺服电动机定义

图8　机构分析定义设置

(2)建立分析定义[4-5]

在机构树的“分析”(ANALYSES)上点右键，选择新建分析，类型为“位置”。其他参数默认如图8所示。默认设置为持续时间10秒，帧数101，帧频10，其含义为分析运动的时间为10秒钟，每秒动作10帧，10秒内共动作101帧。每帧的动作时间为0.1秒。根据前面设定的转动速度为0.1deg/sec.这里可计算出每一帧的动作角度为0.01deg.运行并保存分析定义。

(3)回放

点击机构树中的“PLAYBACKS”(回放)功能，播放上一步建立的运动分析结果集，当软件检测到发生碰撞时，会自动停止播放动画。此时零件2的位置就是刚刚和零件1发生碰撞接触的位置。此时可通过草绘来标注出零件2的角度，也可以在伺服电动机的编辑定义中通过轮廓选项，查看其当前的位置角度。

图9　回放及动画功能

这种通过机构运动的碰撞检测，得到的位置是很精确的。其精度取决于电机转动速度和运动的帧频。其最大的误差仅为碰撞前一帧和碰撞后一帧的角度差。如果进行全局干涉查询，可以发现干涉的体积也非常小。

在回放动画时有一个小技巧，可以拖动动画播放“速度”滑块，加快播放速度，以节约演示的时间。还可以直接用鼠标拖动播放帧的位置，如果发现在拖动的位置已经产生碰撞干涉，可以往后再拖动一下，直到刚好拖动到即将产生碰撞但又未碰撞的位置，然后让动画继续自动播放，以找出发生碰撞的精确位置。这样，可以节约大量的演示时间，提高仿真的效率。

3　小结

本文的过程并不复杂，原理也很简单，但思路却十分巧妙。目前国内基于CREO运动与仿真的研究都是利用其该项功能来避免装配体产生干涉，而本文逆向思维，对于需要确定装配体中发生接触碰撞的零件的位置，利用“碰撞检测”得到碰撞接触的提示，同时配合机构运动分析的回放功能，能准确地确定碰撞接触时的具体位置，而且通过合理的设置转速和帧频等相关参数，能得到十分精确的结果。利用本文的思路和方法，找到碰撞干涉的精确位置，对于机构优化设计、产品创新改进能提供准确的数据，使设计效率更高。该方法具有推广的价值。

[1]赵涛,姜国平.基于Creo2.0的链传动参数化建模及运动仿真[J].机械传动,2015,39(3):169-172.

[2]许耀东,宋超.基于ProE嵌入式圆柱坐标工作台装配设计及运动仿[J].上海工程技术大学学报.2012,26(3):62-65.

[3]卢彩云,孟志军,王秀,等.基于CreoParametric的新型防堵装置运动仿真[J].农机化研究，2016，(8)：60-63.

[4]张霖,王忠宾,李允旺.基于Creo的摇杆式变形履带机器人移动平台的分析与仿真[J].机械设计与研究，2012，28(4)：34-37.

[5]吴百朋,刘凯,李金梅.基于Creo的液压支架三维建模与运动仿真[J].矿山机械，2013，41(4)：23-25.

(责任编辑：李文英)

Accurate Mechanism Analysis of Collision in Assembling

Zeng Xianshun

(Wuhan Engineering Institute, Wuhan 430080, Hubei)

Using the Creo Parametric software to warn possible collision of elements in motion, this research conducted mechanism analysis with proper motion parameters so as to point out the accurate position of collision while playing-back with the aid of collision detection settings.

Creo Parametric; mechanism; collision detection; motion analysis; animation playback

2016-07-08

2016-08-18

曾显顺(1981～)，男，硕士，讲师.E-mail：zxs@wgxy.net

TP391.72

A

1671-3524(2016)03-0028-03