1、基于Pro/E的裝載機工作裝置的實體建模與運動仿真摘 要：裝載機是一種應用廣泛的工程機械。有其廣泛的空間，但由于裝載機傳統開發模式存在的開發周期長、過程繁雜、開發成本高、性能測試困難等問題，本文將仿真技術引入裝載機開發領域，完成以下工作：1 介紹了裝載機的發展歷史與前景，裝載機的種類，介紹了仿真技術產生的背景、在國的發展狀況以與仿真技術的實際意義。2 對液壓缸作出了合理的選擇。3 簡述了Pro/E軟件在工程設計中的應用，利用Pro/E構建裝載機的三維實體模型，并對其進行裝配，在Pro/E環境下進行了裝配干涉檢驗。4 在Pro/ENIEER MECHANISM環境下進行運動仿真,得出裝載機工作的

2、性能曲線。關鍵字：裝載機 工作裝置 液壓缸 仿真技術 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 is long, the cost is high and the p

3、erformance 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 loaders history is introduced, also the background of simulation technology come into being, developing st

4、atus in local and the significance of virtual prototype technology is introduced.2. To briefintroduce 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 assembly in Pro/E environment is completed.3. T

5、he simulated motion in Pro/E environment is completed, and the capability curve is reached.4. A rationalchoice for the hydraulic actuating cylinder.Keywords: Loader, Working mechanism, hydraulic actuating, Simulation technology, 3D modeling32 / 36目 錄摘要I1 前言11.1 裝載機的簡介11.1.1 裝載機的發展歷史與前景11.1.2 裝載機的種類1

6、1.1.3本章小結31.2 運動仿真技術簡介41.2.1 運動仿真技術產生的背景41.2.2 運動仿真技術41.2.3運動仿真技術在國外的發展概況41.2.4 發展運動仿真技術的重要意義41.2.5 總結51.3 Pro/ENGINEER軟件在工程設計中的應用51.3.1 Pro/ENGINEER軟件介紹51.3.2 運動仿真技術對裝載機設計理念的影響61.4 本章小結72 液壓缸的選擇82.1 本章小結83 裝載機工作裝置三維實體建模93.1 工作裝置零件建模93.1.1 動臂的生成93.1.2 鏟斗的生成103.1.3 底座的生成113.1.4 連桿的生成113.1.5 搖臂的生成123.

7、1.6 液壓缸筒的生成123.1.7 液壓缸蓋的生成133.1.8 液壓缸活塞的生成133.1.9 連接銷軸的生成133.2 工作裝置裝配模型建模143.2.1 底座模型裝配153.2.2 動臂模型裝配153.2.3 鏟斗模型裝配163.2.4 液壓缸體模型裝配163.2.5 搖桿模型的裝配連接173.2.6 連桿模型與鏟斗模型和搖桿模型的裝配連接173.2.7 銷釘模型的連接173.2.8 本章小結204 裝載機工作裝置運動仿真214.1 概述214.2 創建裝載機工作裝置的機械運動仿真214.2.1 連接軸設置214.2.2 創建快照224.2.3 定義伺服電動機224.2.4 運行運動2

8、54.2.5 結果回放動態干涉檢查與制作播放文件264.2.6 測量285 結論316 致327 主要參考文獻338 附表341 前 言裝載機是一種廣泛用于公路、鐵路、建筑、水電、港口、礦山等建設工程的土石方施式機械，它主要用于鏟裝土壤、砂石、石灰、煤炭等散狀物料，也可對礦石、硬土等作輕度鏟挖作業。換裝不同的輔助工作裝置還可進行推土、起重和其他物料如木材的裝卸作業。在道路、特別是在高等級公路施工中，裝載機用于路基工程的填挖、瀝青混合料和水泥混凝土料場的集料與裝料等作業。此外還可進行推運土壤、刮平地面和牽引其他機械等作業。由于裝載機具有作業速度快、效率高、機動性好、操作輕便等優點，因此它成為工程

9、建設中土石方施工的主要機種之一，同時也成為工程機械中發展最快、產銷量與市場需求最大的機種之一。1.1裝載機的簡介1.1.1 裝載機的發展歷史與前景我國裝載機始于1960年末，發展至今它經歷了3個發展階段，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年代技術引進、合資合作發展階段。自1958年，港口機械廠首先測繪并試制了67KW（90hp）、斗容量為1的裝載機我國自己制造的第一臺裝載機之后。全國裝載機產品從1976年的446臺發展到1996年的18310臺，二十年增長41.1倍。同時國民經濟的發展與國家基建規模與資金投入的增大，更促進了我國裝載機行業的迅速發展。生產企業由19

10、80年的20家增至現在的100余家，初步形成了規格為0.810t約19個型號的系列產品，并已成為工程機械主力機種。自此裝載機在全國機械產品中，成為重要代表產品，令世人矚目。隨著我國經濟的持續、健康、高速發展，對工程機械的需求將增長，這些需求對工程機械產品既提出了“量”又提出了“質”的巨大市場需求。我國“九五”期間土石方、路基路面、基礎與建筑施工工作量預計比“八五”要大一倍以上，工程機械的總需求量亦將為“八五”期間的二倍，推土機、裝載機、輪式起重機、叉車、路面機械、鑿巖鉆車與挖掘機械等7類主要工程機械“九五”末的年需求量可在11萬臺以上。而輪式裝載機2000年時年需求達2700030000臺以上

11、，這就為我國輪式裝載機行業的發展提供了一個良好的市場前景，為制訂戰略發展宏偉目標提供科學決策依據。綜觀國外裝載機的發展特點與外部環境，專家預測未來裝載機的主要發展趨勢是：（1） 開發節能、高效、可靠、環保型產品，并研制無泄漏裝載機。（2） 微電子與機電液儀一體化技術將獲得越來越廣泛的應用。（3） 安全性與舒適性是產品發展的重要目標。（4） 大型化與微型化仍是產品系列化的兩極方向。（5） 技術進步、人才培養和售后服務將成為企業生存的三大關鍵在因素。（6） 集團化、社會化與國際化是企業生存與發展的必由之路。1.1.2裝載機的種類目前，裝載機的國際市場分為兩類：一類是發達國家市場，二類是發展中國家市

12、場。發達國家市場的產品技術水平和質量要求很高，競爭異常激烈。由于我國裝載機產品檔次低，不易開拓此類市場，而應重點鞏固與繼續發展二類市場。二類市場主要包括東南亞、中東、非洲和南美洲四大區域市場，主要由發展中國家組成，與我國有良好的外交關系，往來密切，也是我國裝載機出口量最多的地區。因此，發展中國家市場是目前我國裝載機進入國際市場的主攻方面。由于受東南亞經濟危機持續時間加長、印尼國動亂與一些國家貨幣貶值等諸多外部因素的影響，導致了我國裝載機出口難度的增加，也給國外裝載機與其關鍵部件的進口創造了外部條件。因此，有關生產裝載機企業（包括合資企業）要積極準備，把握時機，迎接挑戰，扎實搞好“三大戰役”，務

13、求在品種、質量、交貨期和售后服務等方面有一個更大的發展。在有限的時間，集中力量解決目前存在的以下三個問題：相當一批產品水平較低，高科技含量少，可靠性較差；中小型號生產廠家多而雜，產量過剩；產品結構不合理，多數企業形不成規模效益。總的來說，常用的單斗裝載機，按行走裝置，發動機功率，傳動形式，行走系結構，裝載方式的不同進行分類。1、行走裝置的不同：裝載機分為輪胎式和履帶式兩種。輪胎式裝開機由動力裝置、車架、行走裝置、傳動系統、轉向系統、制動系統、液壓系統和工作裝置等組成，其結構簡單圖如圖2所示。輪胎式裝載機采用柴油機為動力裝置，液力變矩、動力換檔變速箱、雙橋驅動等組成的液力機械式傳動系統（小型輪胎

14、式裝載機有的采用液壓傳動或機械傳動），液壓操縱，鉸接式車架轉向，反轉桿機構的工作裝置。履帶式裝載機以專用底盤或工業拖拉機為基礎車，裝上工作裝置并配裝相就原操縱系統而構成，如圖1所示。履帶式裝載機的動力裝置也是柴油機，機械式傳動系統則采用液壓助力濕式離合器或濕式雙向液壓操縱轉向離合器和正轉連桿機構的工作裝置。圖1輪胎式裝載機圖2履帶式裝載機1-行走機構；2-發動機；3-動臂；4-鏟斗；5-轉斗油缸；6-動臂油缸；7-駕駛室；8-燃油箱2、發動機功率： 功率小于74kw為小型裝載機。 功率在74147kw為中型裝載機 功率在147515kw為大型裝載機 功率大于515kw為特大型裝載機 3、傳動形

15、式： 液力機械傳動，沖擊振動小，傳動件壽命長，操縱方便，車速與外載間可自動調節，一般在型裝載機多采用； 液力傳動：可無級調速、操縱間便，但啟動性較差，一般僅在小型裝載機上采用； 電力傳動：無級調速、工作可靠、維修簡單、費用較高，一般在大型裝載機上采用。 4、行走結構： 輪胎式：質量輕、速度快、機動靈活、效率高、不易損壞路面、接地比壓大、通過性差、但被廣泛應用； 履帶式：接地比壓小，通過性好、重心低、穩定性好、附著力強、牽引力大、比切入力大、速度低、靈活性相對差、成本高、行走時易損壞路面。 5、裝卸方式： 前卸式：結構簡單、工作可靠、視野好，適合于各種作業場地，應用較廣； 回轉式：工作裝置安裝在

16、可回轉360O的轉臺上，側面卸載不需要調頭、作業效率高、但結構復雜、質量大、成本高、側面穩性較差，適用于較俠小的場地。 后卸式：前端裝、后端卸、作業效率高、作業的安全性欠好。1.1.3 本章小結本章主要討論了裝載機的發展狀況與發展趨勢，介紹了裝載機的種類，為課題研究的實際意義提供了依據。1.2 運動仿真技術簡介1.2.1 運動仿真技術產生的背景進入21世紀，科學技術突飛猛進，社會發展日新月異。人們對個性化產品的需求越來越迫切，對產品性能的要求也越來越高，全球化經濟已明顯地呈現出買方市場的特點。由于這一變化，導致市場競爭日趨激烈，而競爭的核心則主要體現在產品創新上，體現在對客戶的響應速度和響應品

17、質上。傳統的物理樣機在產品的創新開發中，在開發周期、開發成本、產品品質等方面已越來越不能滿足市場需求，運動仿真技術正是在這一市場需求的驅動下產生的。1.2.2運動仿真技術運動仿真技術是一種嶄新的產品開發方法，是多個相關學科領域交叉、集成的產物，是一種基于產品的計算機仿真模型的數字化設計方法。其涉與機械、電子、計算機圖形學、仿真建模、虛擬現實等多個領域、多項技術，以計算機仿真和產品生命周期建模為基礎，以機械系統運動學、動力學和控制理論為核心，借助成熟的三維計算機圖形技術、圖形用戶界面技術、信息技術、集成技術、多媒體技術、并行處理技術等，將分散的產品設計開發和分析過程集成在一起，使得與產品相關的所

18、有人員能在產品研制的早期直觀形象地對虛擬的產品原型進行設計優化、性能測試、制造仿真以與使用仿真等。換句話說“運動仿真”設計方法就是在建造第一臺（件）物理樣機之前，利用軟件技術建立產品系統計算機模型，通過基于實體可視化的仿真分析，模擬系統在真實工作環境條件下的運動和動力特性，以便反復修改設計方案，最終得到最優設計方案。1.2.3運動仿真技術在國外的發展概況國外已在各個領域廣泛地應用仿真設計。所涉與到的產品從龐大的卡車到微小的照相機的快門，從火箭到輪船的錨機。在工程礦山機械行業，如約翰迪爾公司利用仿真技術成功地解決了工程機械在高速行駛時出現蛇行現象的問題與在重載下的自激振動這個一直困擾著設計師與用

19、戶的難題，大大提高了工程礦山機械高速行駛性能與重載作業性能。卡特彼勒公司利用虛擬樣機在切削任何一片金屬之前就可快速試驗數千種設計方案，不但降低了產品設計成本，縮短了開發周期，而且還制造出性能更為優異的產品。運動仿真技術在國外已有很多應用實例，我國也正極急投身于該項技術的研究中。在傳統上，我國引進物理樣機，開發人員往往停留在零件照抄的水平上，對于樣機缺乏系統水平上的理解和研究，結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技術，技術人員便可對引進樣機進行深入的研究，可以追蹤樣機的設計思想，從而真正提高設計人員的水平，開發出能滿足市場需求的產品來。1.2.4 發展運動仿真技術的重要意

20、義運動仿真設計方法將分散的零部件設計和分析技術集成在一起，提供一種更全面地了解設備性能的方法。它利用虛擬環境在可視化方面的優勢以與可交互式地探索虛擬物體的功能，對設備進行幾何、功能與制造等方面交互的建模與分析。在概念設計和方案論證中，便于設計師將自己的經驗與想象融于計算機的虛擬樣機設計中，充分發揮想象力和創造力，并替代物理樣機進行性能模擬試驗。設計師可在計算機上方便地確定、修改設計進程，逐步優化設計方案。通過運動仿真機試驗，還可節省建立試驗臺、安裝測試設備和測試儀表等有關的費用，更快地確定影響設計方案性能的敏感參數，達到最優化設計目的。這樣，可大大縮短設備研發周期，降低研制成本，提高設計質量和

21、效率，為產品贏得了競爭優勢。1.2.5 總結基于運動仿真的設計方法將成為21世紀工礦設備開發、研究的主流。對成本高、系統復雜、工況惡劣，而又不可能制造多臺物理樣機的設備其應用前景更加廣闊，如大型露天礦用設備、煤礦井下綜采設備和深海開采設備等。以與那些事關國際名聲的骨干行業，如汽車工業、軍事工業等，仿真技術在這些行業的應用在帶來可觀經濟效益的同時，亦可提高其產品的設計水平和市場競爭力，有著廣闊的發展前景。因此，仿真技術的各項關鍵技術必將為經濟發展、國防建設、科技發展與社會進步做出重大貢獻。1.3 Pro/ENGINEER軟件在工程設計中的應用1.3.1 Pro/ENGINEER軟件介紹Pro/E

22、NGINEER和Pro/MECHANICA是由美國參數技術公司推出的一套博大精深的三維CAD/CAM參數化軟件系統,被廣泛應用于工程技術領域。Pro/ENGINEER和Pro/MECHANICA不僅能夠實現機械二維和三維動態造型仿真設計、機械設計、模具設計、加工制造設計、而且還能夠實現機構仿真、結構分析、優化設計、電路設計以與數據庫管理等多種技術目的。應用領域包括航空航天、汽車、機械、NC加工，電工等諸多行業。 由于其強大而完美的功能 Pro/ENGINEER幾乎成為三維CAD/CAM領域的一面旗幟和標準。 它在國外大學院校里以成為學生工程必修的專業課程，也成為工程技術人員必備的技術，是目前國

23、際上專業設計人員使用最為廣泛的、先進的、具有多種功能的動態設計仿真軟件。隨著我國加入WTO ，一場新的工業設計領域的技術革命正在興起。作為提高生產率和競爭力的有效手段 Pro/ENGINEER也在國形成一個廣泛應用的熱潮。Pro/ENGINEER WILDFIRE 是美國PTC公司于2003年新推出的Pro/ENGINEER系列產品中的旗艦產品 該軟件在原有的2001版本基礎上新增了重多功能 ，特別強調了設計過程的易用性以與設計人員之間的互聯性。 原有的Pro/ENGINEER產品的升級周期為半年一次 ，而本次升級卻花了兩年的時間 ，其產品性能有了本質性的改善。PTC的系列軟件不但包括了在工業

24、設計和機械設計等方面的多項功能，還包括對大型裝配體的管理、功能仿真、制造、產品數據管理等等。Pro/ENGINEER提供了目前所能達到的最全面、集成最緊密的產品開發環境。它的技術特點在于以下兩個方面。1 Pro/E參數化設計特征和功能Pro/ENGINEER是采用參數化設計的、基于特征的實體的建模工具，工程設計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（殼）、Chamfer（倒角）與Round（倒圓角）。用戶可以方便的修改模型，給工程設計者提供了設計上從未有過的簡易和靈活。2 Pro/E單一數據庫Pro/ENGINEER建立在統一基層上的數據庫上，而傳統的CA

25、D/CAM系統建立在多個數據庫上。所謂單一數據庫，是指工程中的資料全部來自一個庫，每一個獨立用戶都能同時為同一件產品造型而工作。換言之，在整個設計過程任何一處發生改動，在整個設計過程的相關環節上都有響應。例如，一旦工程詳圖有改變，NC（數控）工具路徑就會自動更新；組裝工程圖如有變動，也完全反映在整個三維模型上。這種獨特的數據結構與工程設計的完美組合，把一件產品的設計工作緊密結合起來，使得設計效率更高，成品質量更好，產品能更好地推向市場，價格也更便宜，市場競爭力大大增強。本次對礦用小型裝載機的設計應用Pro/ENGINEER WILDFIRE軟件,現就本次設計所接觸到的幾個主要模塊做簡要概述。1

26、 機械設計CAD模塊機械設計模塊是一個高效的三維機械設計工具，它可繪制形狀相當復雜的零件。在實際中存在大量形狀不規則的物體表面，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，對曲面產品的需求將會大大增加。用Pro/E生成曲面非常方便，方法有：拉伸 旋轉 放樣 掃掠 網格 點陣等。由于生成曲面的方法較多，因此Pro/E可以迅速建立復雜曲面。2 運動分析模塊（Scenario For Motion）運動分析模塊（CAE）是CAE（Computer Aided Engineer）應用軟件，用于建立運動機構模型，分析其運動規律。運動分析模塊自動復制主模塊的裝配文件,并建立一系列不同的運動分析

27、方案。Pro/ENGINEER 運動分析模塊可以進行機構的干涉分析，跟蹤零件的運動軌跡，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的集成運動模塊，是設計機構運動強有力的工具。該模塊可以讓機構設計師設定裝配件在特定的環境中的機構動作并給予評估，能夠判斷出改變哪些參數能滿足工程與性能超群上的要求，使產品設計達最佳狀態，Pro/ENGINEER MOTION有如下功能：1) 校驗機構運動的正確性，對運動進行仿真，計算機構任意時刻的位置、速度、加速度。2) 可以通過運動分析，得出裝配的最佳配置。3) 根據給出的力決定運動狀態與

28、反作用力。4) 根據運動反求所需要的力。5) 求出鉸接點所受的力與軸承力。6) 通過尺寸變量對機構進行優化。7) 干涉檢查。1.3.2運動仿真技術對裝載機設計理念的影響裝載機是一種作業效率高，用途廣泛的工程機械，它不僅對松散的堆積物料可進行裝運、卸作業，還可對巖石、硬土進行輕度鏟掘工作，并能用來清理刮平場地與牽引作業。經過80多年的發展，到今天裝載機已經成為一種必不可少的工程用具。目前，世界上已經出現了許多能夠滿足不同要求的規格種類繁多的裝載機產品。隨著科技的發展，和設計理念的不斷更新，還將出現更多功能和性能優良的裝載機產品。本次改裝設計的小型裝載機主要用于中小型礦井下代替人工，鏟裝粒度不大的

29、散裝物料，對提高中小型礦井的機械化水平有重要意義。通常在對輪式裝載機的工作裝置進行機構分析時一般采用圖解法或解析法，采用圖解法精度較低，使用解析法計算又很復雜，因此一般只對幾個作業位置進行分析計算，難以了解全部工況的作業性能與負荷變化。為解決這一問題，我們使用機械系統運動學與動力學分析仿真軟件對其進行分析。這就要求先進行裝載機工作裝置的運動仿真設計。裝載機工作機構的運動仿真的設計主要是用大型參數化建模工具Pro/ENINEER對工作裝置先進行三維實體建模，然后實現動態模擬。為能夠方便的解決在產品設計階段中運動構件在運動過程中的運動協調關系、運動圍設計、可能的運動干涉檢查等問題找到一個切實可行的

30、新方法。裝載機虛擬樣機的設計步驟和傳統設計步驟基本一樣如圖1.2.1所示。NYYYNNY礦用裝載機模型設計方案實體建模干涉檢查分析N運動分析生成工程圖是否符合設計要求設計結果是否滿意圖1.2.1 裝載機工作裝置運動仿真設計步驟1.4 本章小結本章主要討論了運動仿真技術產生的背景、狀況與發展趨勢，介紹了運動仿真應用的領域和實現的過程，指出了課題研究的背景和實際意義，確定了論文所要完成的主要任務和預期目的。介紹了Pro/ENGINEE軟件在工程設計中的應用2 液壓缸的選擇缸的主要參數包括行程、缸徑、最高使用壓力等。大臂缸和翻斗缸的要求一樣均為最大推力：20000N、行程：800mm，一般均是工作過

31、程中伸出過程壓力遠高于縮回過程，主要按伸出推力計算即可，活塞截面積：Ah = Fmax / pmax = 20000N/14.23MPa = 1.4*10-3 m2 Dg = 2(Ah/)1/2 = 42mm Ah 預算缸的活塞面積 Fmax 缸允許的最大推力 pmax 泵輸出的最大壓力 Dg 預算缸的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，缸徑為42mm或略小于 42mm的尾部耳環式等速缸。選缸：D25WE4022800MISO型號行程最高使用壓力D25WE4022800MISO800mm25MPa活塞桿直徑液壓缸徑22mm80mm2.1 本章小結正確選擇液壓

32、缸的參數對下面的工作十分重要,在計算行程當中,如有不當就可能造成干涉,直接影響裝配,裝配不成功,就無法進行運動仿真.3裝載機工作裝置三維實體建模3.1 工作裝置零件建模在傳統的工程設計中，設計人員首先在頭腦中形成產品的三維輪廓，然后在圖紙上利用二維工程圖表示，其他設計人員以與工藝 生產等不同部門的人員再通過二維圖紙將產品還原為三維影像。由于圖紙的錯誤和理解的偏差，設計人員的意圖并不總能完全實現，因而設計制造的周期較長，產品的質量也受到影響。在產品的形狀和結構較為復雜的時候尤其如此。因此三維化設計應該是發展趨勢。三維模型的發展經歷了由線框、曲面到實體的過程。實體模型最真實的反映三維形體的特性，不

33、但包括了形體的幾何輪廓，而且由于實體有密度屬性，因而可以進行質量計算、干涉檢查等操作。基本特征是建模時創建的第一個特征，是零件結構的基本要素。基本特征以后的其他特征依賴于基本特征。基本特征可以是實體特征，也可以是基準特征，正交基準平面就常常被用作基本特征。在Pro/E中進行零件設計的步驟是先創建基本特征，然后添加結構特征。開始做零件之前，應做好充分的準備工作，明確設計意圖。認真考慮設計的關鍵尺寸，可以變動的尺寸與尺寸之間的關系，在裝配時與其他零件的裝配關系等。由于在Pro/E中實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,需要有一個經驗積累過程。一般來說，要根據圖形的形狀選擇生

34、成模型的方式。草圖繪制盡量簡化，最好不要繪制過渡圓角、倒角等非關鍵性信息。如果要像繪制二維工程視圖那樣繪制草圖,效率會很低,實踐證明也沒有這個必要。因為在Pro/ENGINEER中我們可以對實體進行各種編輯操作，如倒圓角。再就是如果草圖繪制過于精細,再生成模型時會耗盡計算機資源,使得三維模型生成速度很慢且易出現問題。3.1.1 動臂的生成圖3.1.1動臂實體圖動臂建模主要采用拉伸，首先選定草繪平面進入草繪模式，繪出動臂二維草圖，然后進行拉伸生成動臂三維實體，再在其上打孔，應注意保證主要尺寸的準確性。對另一個動臂我們可以用復制的方法得到。復制方法有兩種：一是鏡像，另一是平移，如圖1 采用鏡像。最

35、后添加一些細節如圖1動臂上的筋板，添加筋板時要注意參考面的正確建立。對于復雜的零件,選擇合理的生成方法就顯得尤為重要。因為選擇不正確的生成方法不但效率低，而且有些情況根本就不能生成實體模型。因此，設計人員在設計實體模型之前，必須要考慮好模型的生成方法和步驟。這就要求設計人員要有較好的空間想像力和抽象思維能力，這也是三維建模同二維圖形繪制最大的不同點之處。3.1.2 鏟斗的生成采用拉伸方法建立鏟斗基本體，用抽殼功能形成基本殼體。在基本體上添加加厚板以與肋板特征。添加耳特征時只需建立耳特征的一個面，然后采用鏡像復制命令就可以完成肋板的設計。最后采用兩側拉伸方法添加截齒特征和列生成。在鏟斗建模過程中

36、要注意的是兩側加厚板的復制。圖3.1.2鏟斗實體圖3.1.3 底座的生成圖3.1.3底座實體圖先建立底盤框架，采用裁減命令生成槽鋼結構，在框架上生成后續特征。底座的生成主要采用了拉伸命令，裁減命令和復制命令。底座建模過程中需注意翻轉油缸連接座的正確定位。3.1.4 連桿的生成圖3.1.4連桿實體連桿的生成比較簡單，主要采用了拉伸命令，需要注意的是在草繪截面時尺寸的標注，要保證主要尺寸的準確，比如兩孔中心距。3.1.5 搖臂的生成 圖3.1.5搖臂實體圖搖臂建模也主要采用拉伸命令，先建立特征實體的一半然后用復制特征命令鏡像特征另一半，需要注意的是鏡像特征時對稱基準的建立方法。然后在基本特征上建立

37、孔特征，應注意保證孔間距的準確，建議： 先建立搖臂兩端的連接孔，生成后再建立中間連接孔。這樣作，主要是避免三孔同時建立時出現的孔位置難以確定的問題。3.1.6 液壓缸筒的生成圖3.1.6 液壓缸筒實體液壓缸模型結構與尺寸參看機械設計手冊，主要采用拉伸和裁減命令生成，需要注意的是尾部聯結油管的部結構和建立方法。3.1.7 液壓缸蓋的生成圖3.1.7液壓缸蓋實缸蓋結構和尺寸參看機械設計手冊，主要用拉伸和裁減命令，注意部需加上密封槽。3.1.8 液壓缸活塞的生成圖3.1.8液壓缸活塞實體其結構和尺寸需參看機械設計手冊，也主要采用拉伸和裁減命令生成，注意也要加上密封槽。注：本次設計的小型裝載機工作裝置

38、需采用三個液壓缸，其中翻轉液壓缸和舉升液壓缸基本結構一樣，所不同的只是長度尺寸不同，所以只需建立一個舉升液壓缸零件，翻轉液壓缸零件可在舉升油缸的基礎上通過修改尺寸再生而成3.1.9 連接銷軸的生成圖3.1.9連接銷軸實體銷軸建模主要采用旋轉命令，先繪制一條旋轉軸，接著草繪截面，再繞旋轉軸旋轉360度就可生成銷軸實體，然后生成軸端的限位孔，最后在需要倒角的部位倒角。要注意的是建立限位孔時需先創建與柱面相切的基準面作為草繪截面3.2 工作裝置裝配模型建模零件設計完成后，往往需要根據設計要求對零件進行裝配。在Pro/ENGINEER的裝配模塊中，通過定義零件之間的位置約束關系，可以把子零件裝配成一個

39、裝配件，并檢查零件之間是否有干涉以與裝配體的運動情況是否合乎設計要求。同時在生成裝配體過程中，用戶可以根據需要添加生成新的零件和特征。使用Pro/E 進行裝配設計有兩種基本方法，示意圖如圖3.2.1所示。 在上面兩種方法中，第1種方法相對第2種方法是比較低端的方法。因為在真正的概念設計中，（a）由底向上的設計方法(b)由頂向下的設計方法圖3.2.1 Pro/E的裝配件設計方法很少利用一個零件來控制整個裝配體的設計，往往都是在拿出產品的外在概念和功能概念后，逐步 對產品進行設計上的細化，直至細化到單個零件。比如設計一種新型號的汽車，先由設計師拿出汽車外觀的概念圖，然后由底盤工程師和車身工程師一起

40、進行汽車的布局協調，根據協調的結果，得到各自部分布局的概念圖，在這個布局概念的基礎上進行零件的細化設計。由此可以看出，在對產品總體設計上，以由頂向下的設計方法更為貼近實際一些。但是由底向上的設計方法并不是一無是處，對于一些已經比較成熟的產品設計過程，采用這種設計方法效率反而高一些。在實際的裝配過程常混合使用這輛中設計方法，以發揮各自的優點。比如本次對礦用小型裝載機的改造設計，由于該項設計在技術上已經比較成熟，所以采用第一種方法比較合適。前面已經生成礦用小型裝載機的各種底層零件的三維模型，然后采用由底向上的裝配設計方法對這些零件進行空間定位來生成裝配件。在裝配件設計時，可以根據需要對裝配件中的零

41、件進行修改，比如修改零件尺寸，移動零件在裝配件中的位置，生成新的特征等。對于一個裝配件，當其中所有的零件都被完全約束時，這種裝配件就稱為參數化的裝配件，否則就是非參數化的裝配件。下面對本次裝載機工作裝置模型的裝配設計過程作簡要敘述：3.2.1 底座模型裝配進入裝配界面調入圖3.1.3所示底座實體模型，點選圖3.2.2所示按扭固定主體模型。在元件放置對話框中點確定。圖3.2.23.2.2 動臂模型裝配調入圖3.1.1所示動臂實體模型，在元件放置對話框中點“連接”(圖3.2.3)在連接類型中選“銷釘”（圖3.2.4），約束類型1為“軸對齊”分別在動臂模型和底座模型上選擇需要對齊的軸線。約束類型2為

42、“平移”，分別在兩實體上選擇要匹配的面，系統會自動調節模型位置，可以點選“反向”按鈕改變模型方向，在“約束偏移”框中輸入偏移尺寸（如圖3.2.5）可以調節匹配面間的間隙，點選“移動”（圖3.2.6）進入移動界面，（如圖3.2.7）選“旋轉”，用鼠標在圖區點選動臂模型，然后拖動鼠標可以調節動臂角度，點中鍵終止操作，點“確定”完成動臂模型裝配。圖3.2.3 圖3.2.4 圖3.2.5圖3.2.6 圖3.2.73.2.3 鏟斗模型裝配調入鏟斗模型，動臂和鏟斗的連接類型也屬于銷釘連接，分別選取鏟斗模型和動臂模型需要對齊的軸，然后選擇匹配平移面，操作方法同動臂裝配操作方法。3.2.4 液壓缸體模型裝配第

43、一步：缸筒與底座的連接缸筒與底座的連接屬于銷釘連接，操作方法同前所述。旋轉缸筒角度使其基本接近和動臂連接的角度。第二步：活塞桿與缸筒和動臂的連接活塞桿與缸筒之間能夠自由伸縮，所以連接類型選用“圓柱”連接。 “圓柱”連接類型只有一個軸對齊約束，分別選取缸筒和活塞桿的中心軸，點選“移動”按扭選擇“平移”，調整活塞桿在缸筒中的位置。在元件放置對話框中點“+”按扭（圖3.2.8）增加一個“銷釘”連接類型，分別選取活塞桿前端環和動臂連接軸孔的軸線，然后分別選取活塞桿前端環和動臂需要匹配的面，輸入偏移尺寸，系統自動完成活塞桿與動臂的裝配連接，點“確定”退出。圖3.2.8第三步：缸蓋模型的裝配調入缸蓋模型，

44、在連接類型中選取“剛性”連接，在約束中選“匹配”選擇缸的前端面和缸蓋端面進行重合匹配，再增加“插入”約束，分別選取缸蓋曲面和缸體曲面，系統自動完成缸蓋的裝配連接。3.2.5 搖桿模型的裝配連接搖桿模型與動臂模型裝配連接也采用銷釘連接操作方法同上所述。3.2.6 連桿模型與鏟斗模型和搖桿模型的裝配連接在裝配連桿時首先選取和搖桿的連接或和鏟斗的連接為“銷釘”連接，操作過程同前所述。其次選取連桿的另一端與鏟斗或搖桿的連接為圓柱連接，操作過程同前所述。這樣就完成了連桿模型的裝配。3.2.7 銷釘模型的連接銷釘的連接選用“剛性”連接，首先選取“插入”約束，選擇銷釘曲面和要插入的孔面，其次選取“匹配”約束

45、，選擇銷釘蓋表面和需要匹配的面完成重合匹配，最后點“確定”結束。 (a) (b)(c)(d)(e) (f)圖3.2.9裝載機六種不同工況下的裝配模型3.2.8 本章小結本章主要介紹了本次所設計的礦用小型裝載機工作裝置的主要零件的三維實體建模方法和模型的裝配設計過程。需要提出的是在建模過程中，對于不同生成方法的選擇應盡可能采用簡單方法，采取能簡則簡的原則，這樣能大大提高設計效率。對于細節問題一般放在設計最后統一進行。如倒角、渲染效果等。在裝配設計中需要注意的是各模型之間連接類型和約束的選擇，正確的選取連接類型和約束，能夠確保后續動態仿真的實現。本次設計的主要任務是礦用小型裝載機工作裝置的動態模擬

46、設計，但為了美觀,根據車體的基本結構和基本尺寸也生成了車體,如圖3.2.9所示為本次設計裝配的裝載機在幾種不同情況下的裝配模型。4裝載機工作裝置運動仿真4.1 概述完成裝載機工作裝置的裝配模型設計后，就要開始進行本次設計的核心容裝載機工作次試驗才確定的。可能因為初次設計，缺乏經驗的原因，但也能夠看出正確的裝配方法是確保運動仿真能夠實現的關鍵。在Pro/ENGINEER的“機械（ Mechanism）”模塊中，可進行一個機械裝置的機械運動仿真，并將其結果輸入到 Pro/MECHANICA中，以便于進一步進行力學分析，也可以將“機械”模型帶入到“設計動畫”中來創建一個動畫序列。4.2 創建裝載機工

47、作裝置的機械運動仿真4.2.1 連接軸設置本次設計只對大臂連接軸進行了設置，對其余連接軸均采用默認設置。大臂連接軸設置過程如下：打開工作裝置的裝配模型文件，點選主菜單上的“應用程序”彈出其下拉菜單，然后點選“Mechanism”進入機械模塊界面。接著選擇“Mechanism”，彈出其下拉菜單，點選“拖動”命令。出現“拖動”對話框，如圖4.2.1所示。然后選取裝配模型中的大臂上的一點，用鼠標對其進行托移。建議在托移過程中將鏟斗鎖定。具體方法:先點選“拖動”對話框中的“約束”選項卡，如圖4.2.1所示。再點選標簽，如圖4.2.2所示，然后選取鏟斗與大臂的連接軸，這樣就鎖定了鏟斗，在拖動大臂過程中鏟

48、斗將保持不動。圖4.2.1 圖4.2.2將大臂托移到鏟土工況時的位置，也就是圖3.2.9(a)所示大臂位置，然后關閉“托動”對話框。選擇“Mechanism(M)”下拉菜單中的“連接軸設置”命令，系統彈出如圖4.2.3所示的“連接軸設置”對話框，在該對話框中進行下列操作：在裝配模型中選擇大臂與底座的連接軸，系統加亮所選取的軸，該連接軸名稱Connection_1.axis_1顯示在對話框中，同時該接頭中的第一主體底座顯示綠色，第二主體大臂顯示青色。清除復選框并單擊“生成零點”。系統便將當前“連接軸位置”設置為零。點“限制”按鈕系統顯示如圖4.2.4所示的界面，選中該界面中的復選框，再分別在“最

49、小”和“最大”文本框中鍵入0和81。這樣就限定了該連接軸，即大臂的運動圍。單擊“連接軸設置”對話框中的“確定”按鈕。完成該連接軸設置。再次拖動大臂可驗證所定義的極限已經起作用了。圖4.2.3 圖4.2.44.2.2 創建快照此處省略NNNNNNNNNNNN字。如需要完整說明書和設計圖紙等.請聯系扣扣：九七一九二零八零零 另提供全套機械畢業設計下載！該論文已經通過答辯圖4.2.8a.鍵入開始時間0（單位為秒）。b.選擇測量時間域的方式：單擊該區域中的，從下拉列表中選擇“長度和幀頻”。c.鍵入結束時間34.4（單位為秒）。d.鍵入幀頻10e.鍵入最小時間間隔0.1（單位為秒）（1） 進行初始配置：

50、在圖所示的“分析定義”對話框的“初始配置”區域中，選擇選項。注意：當前：機械裝置從當前的屏幕位置開始運行運動。快照：從保存在“拖動”對話框中快照列表中，選擇某個快照，工作裝置從該快照開始運行運動。本次設計選擇“快照1”即鏟土工位開始運行運動。Step4.運行運動。在圖所示的“分析運行”對話框中，單擊“運行”按鈕。或者，單擊“分析定義”對話框中的“確定”按鈕后，再在“分析”對話框中，單擊“運行”按鈕。Step5.完成運動定義：單擊“分析定義”對話框中的“確定”按鈕；單擊“分析”對話框中的“關閉”按鈕。4.2.5 結果回放動態干涉檢查與制作播放文件使用“回放”命令可以查看前面已經運行的工作裝置運動

51、定義。對每一個運行的運動定義，將單獨保存一組運動結果，其結果可以保存在一個文件中，此文件可以在另一個進程中運行。也可以使用該命令來刪除恢復或輸出這些結果。在回放中，還可以進行動態干涉檢查和制作播放文件。下面說明本次設計的操作過程。Step1.選擇“Mechanism(M)”中的“回放”命令（或直接單擊命令圖標）。Step2.系統彈出如圖4.2.9所示的“回放”對話框，在該對話框中進行下列操作。（1）選取運動名稱：從“結果集”下拉列表中，選取前邊定義的運動名稱。（2）定義回放中的動態干涉檢查。a.選擇在回放期間要檢查的干涉類型：在“模式”區域中，選擇命令。b.為干涉類型檢測提供可用選項：在“選項

52、”區域中選擇。圖4.2.9（3）開始回放演示：在如圖所示的“回放”對話框中，單擊“演示”圖標系統便開始進行回放演示，如果檢測到元件干涉時，系統將加亮干涉區域，并停止回放。（1） 制作播放文件。回放結束后，系統彈出如圖4.2.10所示的“動畫”對話框，單擊該對話框中的“捕獲”按鈕，再在彈出如圖4.2.11所示的對話框中，單擊“確定”按鈕，即可生成一個*.mpg文件,該文件可以在其他軟件(例如, Windows Media Player)中播放.（5） 觀測完運動后,單擊如圖所示的“動畫”對話框中的“關閉”按鈕。Step3.單擊如圖所示的“回放”對話框中的“關閉”按鈕。圖4.2.10 圖4.2.1

53、14.2.6 測量使用“結果”菜單中的“測量”命令，可創建一個或多個分析測量特征，這類特征是用一個圖形表示某個運動分析運行的測量結果。我們可以選擇創建一個圖形，對于一組運動分析結果顯示多條測量曲線，或者也可以觀察某一測量如何隨不同的運動運行結果而改變。測量有助于理解和分析移動機械裝置產生的結果，并提供可用來改進機械設計的信息。圖4.2.12所示為本次設計中對舉升臂連接軸進行運動學分析輸出的曲線圖。圖中縱坐標為“速度”橫坐標為“時間”圖中曲線表示在不同時間舉升臂連接軸的速度值。從圖4.2.12中可看出舉升臂連接軸在運動過程中速度基本與前邊所設置的速度相吻合，但在到達最高工位、中間工位、和最低工位

54、時因為鏟斗的翻轉會造成一定圍的波動，但波動不是很大，說明動臂能夠平穩運動，所以基本滿足要求。圖4.2.12 舉升臂速度與時間曲線生成4.2.12圖示曲線的操作過程如下。Step1.選擇“Mechanism(M)”中的“測量”命令。Step2.系統彈出如圖4.2.13所示“測量結果”對話框，在該對話框中進行下列操作。圖4.2.13 圖4.2.14（1） 選取圖形類型：單擊“圖形類型”區域中的，從彈出的下拉列表中選擇“測量與時間”。（2） 創建一個測量：單擊創建測量圖標，系統彈出如圖4.2.14所示的“測量定義”對話框，在該對話框中進行下列操作。a. 鍵入測量名字：在該對話框中的名字文本框中鍵入測

55、量名字“舉升臂連接軸速度與時間關系”。b. 選擇測量類型：單擊“類型”區域中的，從彈出的下拉列表中選擇“速度”。c. 選取測量點：選取模型中的舉升臂連接軸。d. 選取評估方法：單擊“評估方法”區域中的，從彈出的下拉列表中選擇“每一時間步距”。e. 單擊“確定”按鈕系統立即將新建測量添加到如圖4.2.13所示的“測量結果”對話框中。（3） 進行動態測量。a. 選取測量名：在圖4.2.13所示的“測量結果”對話框列表中，單擊“舉升臂連接軸速度與時間關系”。b. 選取運動名c. 單擊測量啟動命令圖標：在圖4.2.13所示的“測量結果”對話框的上部，單擊測量啟動命令圖標。d. 系統開始自動計算測量，并繪制出測量結果圖4.2.12Step3. 單擊“測量結果”對話框中的“關閉”按鈕。圖4.2.15鏟斗連接軸速度與時間關系圖4.2.15為對鏟斗連接軸進行運動學分析輸出的鏟斗連接軸速度與時間的關系，縱坐標表示速度，橫坐標表示時間。從圖中可