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catia DMU运动机构

catia DMU运动机构
catia DMU运动机构

CATIA数字样机仿真机构分析

CA TIA数字样机仿真机构分析 (1)

绪论 (2)

细节分析 (3)

运动仿真的流程 (4)

相关概念 (5)

重点——理解各运动副的概念和创建要素 (7)

基本运行与位置调整 (10)

基于运动函数的模拟 (10)

综合模拟 (11)

序列编辑与重放 (13)

基于运动仿真的数字样机分析 (14)

运动副运动规律的查看与保存 (15)

运动参数测量 (15)

机构运动轨迹分析 (16)

扫掠包络体 (17)

空间分析 (18)

绪论

相对于物理样机,数字样机的优点不言而喻,在很大程度上可以代替物理样机的作用,随着数字样机技术的发展和日益成熟,今后会在更大的程度和更多的方面取代物理样机,提高产品的研发效率和技术水平。

学习Catia数字样机需要掌握主要几大块内容:

1、工作窗口的构成和功能

2、运动仿真流程的掌握

3、各种运动副的运用

4、基本运动学原理的掌握

5、仿真机构的运行与重放

6、基于运动仿真的数字样机分析技术

细节分析

该模块位置:CATIA→Digital Mock Up→DMU kinematics

工具栏主要:有DMU运动机构

DMU一般动画

运动机构更新以及DMU空间分析四大块。

各工具按钮的作用需要在实践操作中一步步掌握和数字,非一朝一夕的功夫可以消化,其基本功能都是相对简单的,但是要综合运用,必须勤加练习细细领悟。

运动仿真的流程

3D数字模型→数字样机准备→静态装配(包括全面静态装配后删除限制运动的约束后自动创建运动副、全面静态装配后通过对话框利用相关约束手动创建运动副)或者直接手动创建运动副→所有必要基础运动副创建完成→分析是否需要建立关联运动副并创建→定于仿真过程中的固定件(机械装置自由度DOF变为1)→施加驱动&制定运动法则(直到机械装置自由度DOF为0)→运动模拟与分析。

相关概念

1、完整的静态约束:具有装配关系的两个零部件间有3个能够限制或者规定其3D空间全部自由度的约束,保证数字样机上每一个零部件均具有空间中的唯一位置。

2、运动副分类:包括基础运动副和关联运动副,基础运动副分为低副(面接触)和高副(点线面接触),关联运动副是指一个运动副内包含3个以上零部件或者包含两对低副。

3、运动副的创建方法:装配约束转化法(自动创建和手动创建)、直接创建法(不根据静态装配约束,直接利用模型的几何要素创建)、构建要素创建法(不便于通过前两者创建的)、关联运动副(将两个基础运动副关联或者在其对话框内直接建立两个基础运动副后将其关联即可),在实际操作过程中,可以根据实际情况综合运用各种方法建立运动仿真需要的运动副。

4、构建要素:所谓构建要素,就是在相关零件上建立或点或线或者面的要素,建立两者间的滑动或滚动关系。

5、固定件定义:用于为各运动提供基准和参考,是机构运动的必要条件,一般只有1个固定件,其余没有相对运动的零部件均要与其建立刚性联接。固定件可以在第一步创建,也可以在最后创建,为了观察自由度DOF方便,有时在第一步建立。

6、施加驱动:所有运动副(联接)及固定件创建完成之后,机械装置剩余多少自由度就必须添加多少驱动,因为只有当整个装置的自由度DOF变为0后,才具有固定的运动方式,也才可以进行模拟,否则

计算机不可能进行自我选择。

机构的运动模拟有两种方式,一是通过命令进行模拟的方式,一是采用法则曲线(程序命令)进行模拟的方式,要是只检验一般的运动效果,采用命令驱动模拟的方式居多。

重点——理解各运动副的概念和创建要素

1、旋转运动副:两构建间相对运动为转动,创建要素为两条相合轴线及两个轴向限制面;

2、棱形副:两构件相对运动为沿着某一条公共直线滑动,创建要素为分属两个零部件的两条相合直线及与直线平行或者重合的两条相合平面;

3、圆柱运动副:两个零部件之间既可沿着公共轴线转动,又能像棱形副一样沿着这一轴线滑动的运动副,基本要素是分属两零部件的相合轴线;

4、螺钉副:两零部件之间沿着公共轴线转动,以及沿着这一轴线的滑动以“螺距”为约束联动的运动副,基本创建要素与圆柱副一样,为两条分属两零部件的相合轴线;

5、球面副:两零部件之间仅被一公共点或一公共球面约束的多自由度运动副,可以实现多方向的摆动与转动,创建要素是分属两零部件的两个相合的点(不能单独驱动);

6、平面副:两零部件之间以一个公共的平面为约束,具有除沿平面法向移动及绕平面坐标轴转动外的3个运动自由度,创建要素是分属两构建的相合平面(不能单独驱动)。

以上6个运动副属于低副的范畴,构件之间通过面接触。有的运动副不能单独驱动,必须配合其他运动副一起发挥作用。

以下几个属于点线面接触运动副,属于高副的范畴(不能直接构成驱动,需配合其他运动副使用)。

1、点曲线:两构建之间通过点与曲线的相合而构成的运动副,创建要素是一个零部件上的一条线及另一运动副构件上与该线相合的一个点(不能单独驱动);

2、滑动曲线:两构件间通过一对相切的曲线,实现互为约束的、切点速度不为零的运动,创建要素是分属不同零部件上相切的两条曲线或者直线与曲线(不能单独驱动)

3、滚动曲线:两构件通过一对相切的曲线,实现互为约束、切点速度为零的运动,创建要素是分属不同零部件商的两条曲线或者直线与曲线(不能单独驱动);

4、点曲面:两构件之间通过点与曲面的相合而构成的运动副,创建要素是运动副一个零部件上的曲面与另一构件上与该曲面处于相合状态的一个点(不能单独驱动,本身也没有驱动命令)。

关联运动副包括U型接合,CV接合,齿轮接合,齿轮齿条接合,电缆接合及刚性结合,除了刚性结合,其他的都是用特定的方式关联旋转副或者棱形副。

1、U型接合用于同步关联两条轴线相交的旋转,不依赖相关零部件的物理连接,用在不易传动过程为重点的运动机构创建过程中能够简化结构并减少操作,创建要素是分属于不同零件上的两条相交轴线或者已经建立的两个旋转副。

2、CV接合用于通过中间轴同步关联两个特定位置的两个旋转副。可以不依赖相关部件的物理连接,用在不以传动为重点过程的运动机构建立过程中能够简化结构和操作过程,创建要素是分属于不同零部件

上的三轴线,或已建立的三个旋转,基本条件是三条轴线相交并处于同一平面,且起始端轴线与中间轴线夹角相同。

3、齿轮传动用于以一定比率关联两个旋转运动副,可以创建平行轴、交叉轴和相交轴的各种齿轮运动机构,以正比率关联还可以模拟带传动和链传动,创建要素是建立在同一零件或者建立在刚性连接体上的两旋转运动副。

4、齿轮齿条传动用于以一定比率关联一个旋转和一个棱形运动副,创建要素是建立在同一零部件上的旋转和棱形运动副或者建立在刚性连接体上的也可。

5、缆绳接合用于以一定比率关联两个棱形运动副,实现具有一定配合关系的两个直线运动,创建要素是统一运动机构中的任意两个棱形运动副。

基于轴系的运动副其基本原理同以上运动副是一样的,只是以轴系的形式定义而已,只要明白其本质,形式只是表面现象而已,在这里关键是如何创建轴系以及轴系在运动过程中担当的作用。

仿真机构的运行与重放

基本运行与位置调整

如果数字样机仿真机构中具有多个机械装置(可以具有多个),可以在“机械装置”选项栏中选择不同的机械装置进行模拟。使用命令进行模拟适用于运动机构完成后对运动情况的基本测试,不适于作进一步的运动分析。

位置调整时,单击“运动机构更新”中的,根据需要选择重置的方式,如果要将当前位置设置为初始位置,可编辑相应命令,选择“重置为零”,则当前位置被设置为初始位置。

基于运动函数的模拟

即将命令以函数的形式表现出来,重点是函数的编制,函数对话框的操作方法。可以在结构树上编辑命令,引出公式编辑对话框,也可以直接应用知识工程工具栏中的函数工具,设定相应命令后引出公式编辑器。这里,要关注一下,常用命令的编辑格式,熟练后才可编制成熟的运动公式。

综合模拟

综合模拟中,运动模拟对话框中使用命令模拟和使用曲线模拟两种选项是如何出现的?为什么有的模拟没有?

此部分包括基本模拟以及模拟过程的记录,可以手动亦可以自动,插入越多图片,则记录越精细。

3.1教程中出现了一个多驱动手动控制的机械手夹持工件的运动机构,第一种方法为手动控制,对多个动作命令分别添加相应的命令控制指令,在综合模拟模块,设置好相应动作后,在编辑模拟对话框中插入该动作步骤,所有动作完成后点击“OK”,添加重放功能即可观看机构的运动模拟动画。

当然,除了手动输入动作外,还可用程序控制机械手的运行。设置关联运动的时候,可以编辑一个命令的公式,使其与需要关联的运动命令相等即可。

编制程序:start→knowledgeadvisor→工具栏中的rule→命名确定,在规则编辑器文本框中输入程序即可,这里对程序的格式要有一定的要求。编辑完成后单击确定,则laws下生成rule1。程序控制与运动函数一样,通过“使用法则曲线进行模拟”。

模拟记录查看:可以在结构树中选择查看,也可以在工具栏中综合模拟中查看,不过在结构树中选择时编辑模拟对话框是激活的。若选择“动画视点”复选框,除播放机构的运动过程外,还附带有模拟记录过程时对机构的视点操作,此时鼠标对机构的控制就无效了。

3.2 模拟编辑与重放

“重放replay”是在已有模拟的基础上,在catia环境中转换为视频段的形式并记录在结构树上,可简化查看程序,在运动分析时可代替模拟成为分析目标,提高计算机运算速度。在制作时如选中动画视点复选框,则会记录动画视点,重放事也会显示出来。生成重放或者动画文件的操作很简单,这里就不再赘述。

序列编辑与重放

对于结构树上有多个“模拟”的运动机构,使用序列设置可以编排模拟的播放顺序,用于多种运动状态的连续观察与功能展示。在一般动画工具栏中选中,即可打开序列编辑对话框,对照相应的顺序,根据需要对号入座即可,完成后点击确定“OK”,在结构树上生成sequence节点。需要播放时,双击该选项或者用一般播放器均可。

基于运动仿真的数字样机分析

机械装置分析,对话框会显示运动机构相关信息,如下图

在列表中选中任意运动副时,相关的零件均会高亮显示,当选中复选框接合可视化时,在图形中会以箭头形式显示运动状况,便于分析与观察复杂运动机构运动副的构成情况;点击save按钮,信息会以表格的形式记录下来;点击Laws,可以显示出运动函数规定的驱动命令以时间为变量的变化规律。

运动副运动规律的查看与保存

各功能在视图窗口可以选择。

运动参数测量

运动参数测量,这里主要是速度与加速度的测量,首先要设置需测量要素上的参考点,而后在相对运动部件上设置参考轴系,放置传感器后通过模拟运动,激活传感器,在传感器对话框中选择需要观察的参数,查看完成后也可以保存数据。如下图所示:

机构运动轨迹分析

运动轨迹分析基于运动机构驱动命令的运动函数、动作程序或者结构树上生成的重放。

设置好模拟运动的参数(时间和步骤)后,点开轨迹trace对话框,如下图所示

目标可以是基于运动机构的重放,也可以是机械机构。需要描绘轨迹的元素可以是单一元素(单一轨迹),也可以是多个元素(合成轨迹),然后选择参考体(测量元素相对于某个部件需要作出轨迹),设置步骤数(一般是固定的),最后是轨迹目标,即轨迹的几何图形集是生成在参考部件下还是以新的零件名称单独生成。

扫掠包络体

扫掠包络体功能可描绘机构运动部件几何体在整个运动过程中所扫掠的空间范围,用于运动区域观察、外壳设计或干涉的检查,基本要求是结构树上具有有效的运动函数、程序或重放。

选择项中可以选择机械装置或者重放作为扫掠基础,默认情况下,系统将除固定件外所有部件作为扫掠体,参考元素默认为固定件,当然,

都可以自行选择。设置过滤精度后单击预览,即可生成相应的扫掠描述,由于计算机配置、扫掠精度、扫描件数量,结果出来的速度会有所不同。若勾选简化结果复选框,则扫掠结果的显示会有区别。

空间分析

1、干涉与碰撞

动态检测

在DMU一般动画模式下,选择使用法则;在DMU一般动画碰撞模式工具栏中选择检测模式,如“碰撞检测停止”,然后进行模拟,当两部件接触时,机构运动会停止,且碰撞区域的轮廓线突出显示,若只设置“碰撞检测打开”,机构运动不会停止,仅仅显示碰撞轮廓线。此工具也可以在传感器对话框中激活。

静态检测

检测设置

类型下拉框中包含4种类型

1、接触+碰撞(contact+clash):检查干涉和接触;

2、间隙+接触+碰撞(clearance+contact+clash):检查干涉和接触的同时检测两对象间的最小距离是否超过规定值;

3、已授权的贯通(authorized penetration):允许产生用户给定的渗透深度而不报告为干涉;

4、碰撞规则(clash rules):基于知识工程而编制的规则进行干涉检查。

在选择范围内也有几种选项,用户可以根据自己需要进行选择,确定需要检测的零部件的范围,然后查看结果即可。

2、距离与区域分析

类型对话框中有4种选择,分别是

1、最小值(Minimum):测量两零部件间的最小距离

2、沿X(along X):沿罗盘X轴方向测量间距

3、沿Y(along Y):沿罗盘Y轴方向测量间距

4、沿Z(along Z):沿罗盘Z轴方向测量间距

5、区域分析(band analysis):根据设定的距离范围和精度测量零部件间的位置,并以不同的颜色显示用户规定的最短距离和处于规定范围内的区域。

同样选择范围内也有不同的选项可供用户自由选择。

距离可随着机构运动不同位置而更新,但是必须在机构运动停止后才会自动更新。注意:预览区域仅显示被选中零部件及它们之间的分析结果,对于复杂的运动机构来说,这无疑更加清晰明了地显示了要分析部件的关系。

开环直流调速系统的动态建模与仿真

电控学院 运动控制系统仿真课程设计 院(系):电气与控制工程学院 专业班级: 姓名: 学号:

开环直流调速系统的动态建模与仿真 摘要: MATLAB仿真在科学研究中的地位越来越高,如何利用MATLAB仿真出理想的结果,关键在于如何准确的选择MATLAB的仿真。本文就简单的开环直流调速系统的MATLAB仿真这个例子,通过对MATLAB的仿真,得到不同的仿真结果。通过仿真结果的对比,对MATLAB的仿真进行研究。从而总结出如何在仿真过程中对MATLAB的仿真做到最优选择。 详细介绍了用MATLAB语言对《电机与拖动》中直流电动机调速仿真实验的仿真方法和模型建立。其仿真结果与理论分析一致,表明仿真是可信的,可以替代部分实物实验。首先在分析直流调速系统原理的基础上, 介绍了基于数学模型的仿真, 在仿真中可灵活调节相关参数, 优化参数设计。其次完成了基于系统框图, 并分析了调速系统的抗干扰能力。采用工程设计方法对开环直流调速系统进行设计,选择调节器结构,进行参数的计算和校验;给出系统动态结构图,建立起动、抗负载扰动的MATLAB 仿真模型。分析系统起动的转速和电流的仿真波形,并进行调试,使开环直流调速系统趋于合理与完善。

1.1课题背景 直流调速是现代电力拖动自动控制系统中发展较早的技术。在20世纪60年代,随着晶闸管的出现,现代电力电子和控制理论、计算机的结合促进了电力传动控制技术研究和应用的繁荣。晶闸管-直流电动机调速系统为现代工业提供了高效、高性能的动力。尽管目前交流调速的迅速发展,交流调速技术越趋成熟,以及交流电动机的经济性和易维护性,使交流调速广泛受到用户的欢迎。但是直流电动机调速系统以其优良的调速性能仍有广阔的市场,并且建立在反馈控制理论基础上的直流调速原理也是交流调速控制的基础。现在的直流和交流调速装置都是数字化的,使用的芯片和软件各有特点,但基本控制原理有其共性。 长期以来,仿真领域的研究重点是仿真模型的建立这一环节上,即在系统模型建立以后要设计一种算法。以使系统模型等为计算机所接受,然后再编制成计算机程序,并在计算机上运行。因此产生了各种仿真算法和仿真软件。 由于对模型建立和仿真实验研究较少,因此建模通常需要很长时间,同时仿真结果的分析也必须依赖有关专家,而对决策者缺乏直接的指导,这样就大大阻碍了仿真技术的推广应用。 MATLAB提供动态系统仿真工具Simulink,则是众多仿真软件中最强大、最优秀、最容易使用的一种。它有效的解决了以上仿真技术中的问题。在Simulink 中,对系统进行建模将变的非常简单,而且仿真过程是交互的,因此可以很随意的改变仿真参数,并且立即可以得到修改后的结果。另外,使用MATLAB中的各种分析工具,还可以对仿真结果进行分析和可视化。 Simulink可以超越理想的线性模型去探索更为现实的非线性问题的模型,如现实世界中的摩擦、空气阻力、齿轮啮合等自然现象;它可以仿真到宏观的星体,至微观的分子原子,它可以建模和仿真的对象的类型广泛,可以是机械的、电子的等现实存在的实体,也可以是理想的系统,可仿真动态系统的复杂性可大可小,可以是连续的、离散的或混合型的。Simulink会使你的计算机成为一个实验室,用它可对各种现实中存在的、不存在的、甚至是相反的系统进行建模与仿真。传统的研究方法主要有解析法,实验法与仿真实验,其中前两种方法在具有各自优点的同时也存在着不同的局限性。随着生产技术的发展,对电气传动在启制动、正反转以及调速精度、调速范围、静态特性、动态响应等方面提出了更高要求,

机构运动简图绘制实验

1 机构运动简图绘制实验 一、实验目的 1.通过对机构运动简图的绘制,了解各种运动副及构件的结构形式,学会分析机构运 动关系,掌握绘制机构运动简图的方法。 2.掌握机构自由度的概念及计算方法。 二、实验要求 1.所有对于机构运动无关的尺寸和结构不予考虑,只需按影响机构运动的有关尺寸, 定出各运动副的位置,用规定的构件画法及运动副的表示符号,绘制机构运动简图。 2.认真观察分析各种构件的类型,各种运动副的结构形式及其特点。 3.如果所绘机构含有若干机构时,应按顺序分别对各 个机构进行仔细分析,并注意每个机构间的运动传递情况。 4.机构运动简图绘制完成后,计算其机构自由度,并 根据保证平面机构具有确定运动的条件,检查所绘制的运动 简图是否正确。 三、实验内容 1.对缝纫机头各指定的主要机构,根据构件相对运动 关系进行观察和分析,用规定符号绘制机构运动简图。 (1)缝针机构(该机构轴测剖视图如图1示)。 (2)摆梭机构(机构轴测简图如图2示) (3)送布机构(机构轴测简图如图3示) 1.实验原理 (1)合理选择投影面 本实验所指定的机构都是平面机构。平面机构运动简图是在运动平面中表示运动链的构 件及其运动副运动关系的简图。所以绘图时是将构件的运动平面作为简图的主平面(投影面)。做摆动或旋转运动构件的运动平面一定是转动副轴线的垂直面,这类构件的运动平面最易判别。所以在选择简图的主平面(投影面)时,首先通过机构中某一转动构件找出其运 动平面作为投影面,则其余构件的运动平面均为此平面的平行平面。 (2)绘图原理 图1表示缝纫机缝针机构的轴剖视图。机架、曲柄、连杆和针杆分别用数字1、2、3、 4表示。原动件是曲柄2,其运动平面为垂直于轴线A A A ''' ——的平面,以此 平面作为运动简图的投影平面。构件2由皮带轮(飞轮)拖动,连杆3由活动铰 链B 和C 分别与件2和3相连,作平面连杆3使针杆4沿固定的直孔(移动副D )上下移动。由此可知,该机构是由4个低副及4个构件(其中一个为机架、三个活动构件)组成的平面曲柄滑块机构。图示时刻的机构简图如图4所示。 2.实验步骤 (1)使被测机构缓慢运动、仔细观察分析,确认机构中的固定构件与活动构件数目,确定主动件及其数目。 (2)自主动件开始,按运动传递的顺序,根据其联接构件间的接触形式及相对运动性质,确定各运动副的种类。 (3)合理选择运动平面,按构件联接次序,画出机构运动草

常见运动功能的机构选型汇总

第三部分机械原理与设计课程设计 常用资料与参考图例 第七章常见运动功能的机构选型 第一节连续回转机构选型 能实现连续回转的机构除了教材中讲到的齿轮机构、摩擦轮机构、双曲柄机构、转动导杆机构、双万向铰链机构、反平行四边形机构、带传动、链传动、行星轮系等以外,实际中还用到下面一些机构。 1)平行四边形机构(图7-1) 图7-1中ABCD是一个平行四边形机构,两连架杆AB、CD作同速转动,连杆BC作平动。图示机构为多个平行四边形机构的组合,在多头钻床中就应用了此机构。

图7-1 图7-2 2)摆动齿轮行星减速机构(图7-2) 图7-2中主动件1与导杆3,上的内齿轮3固联,而齿轮2从动。当曲柄1匀速回转时,齿轮2变速回转,其平均转速为: 式中为主动件1的转速,、为齿轮2、3的齿数。 3)极限四杆机构(图7-3) 图7-3中构件长度l1= l2,l3= l4。构件1和3的转向相同。杆1转一周时,杆3转两周。 图7-3 图7-4 4)以曲柄滑块为基础的转动导杆机构(图7-4) 图7-4中的曲柄滑块机构ABC与导杆机构CDE串接在一起。当

时,导杆5可作整周转动。 5)齿轮-连杆机构(图7-5) 图7-5a)中的四杆机构ABCD上装有一对齿轮2'和5。行星齿轮2'和连杆2固联,而中心轮5与曲柄1共轴线并可分别自由转动。当主动曲柄1以ω1等速转动时,从动齿轮5作非匀速转动,其角速度为: 式中为连件2的角速度,、为齿轮2'、5的齿数。 通过改变杆长和齿轮节圆半径,可是从动齿轮5作单方向的非匀速转动,或作瞬时停歇的转动或带逆转的转动。 图7-5b)所示为用于铁板传输机构中的齿轮-连杆组合机构。齿轮1与曲柄固联,齿轮2、3、4及构件DE组成差动论系。该轮系的中心论2由齿轮1带动,而系杆DE由四杆机构带动作变速运动,因此,使从动轮4实现变速转动。

运动控制系统仿真作业

运动控制系统仿真作业 利用Matlab解运动控制系统习题 习题2-5在转速、电流双闭环调速系统中,两个调节器均采用PI调节器。当系统带额定负载运行时,转速反馈线突然断线,系统重新进入稳态后,电流调节器的输入偏差电压是否为零?为什么? 解:(一)结合电流、转速调节器的设计建立转速、电流双闭环调速系统模型。设有某晶闸管供电的双闭环直流调速系统,整流装置采用三相桥式电路,基本数据如下:直流电动机:220V,136A,1460r/min,e C=0.132V2min/r,允 许过载倍数λ=1.5; 晶闸管装置放大系数s K=40; 电枢回路总电阻R=0.5Ω; 时间常数l T=0.03s,m T=0.18s; 电流反馈系数β=0.05V/A(≈10V/1.5N I); 转速反馈系数α=0.007V2min/r(≈10V/N n)。 设计要求:设计电流调节器,要求电流超调量5%iσ=。设计转速调节器,要求转速无静差,空载起动到额定转速时的转速超调量10%iσ=,并检验转速超调量的要求能否得到满足。 1.设计电流调节器 1)确定时间常数 ①整流装置滞后时间常数s T。三相桥式电路的平均失控时间s

T=0.0017s。②电流滤波时间常数oi T。取oi T=0.002s。 ③电流环小时间常数之和£i T。按小时间常数近似处理,取£i s oi T T T=+=0.0037s。 2)选择电流调节器结构 根据设计要求10%iσ=,并保证稳态电流无差,可按典型I型系统设计电流调节器。电流环控制对象是双惯性的,因此可用PI型电流调节器,其传递函数为 (1)()i i ACR i K s W s s ττ+=检查对电源电压的抗扰性能: £i l T T=0.030.0037s s=8.11,由表1可知,各项指标都是可以接受的。 电流调节器超前时间常数:i l Tτ==0.03s。 电流环开环增益:要求10%iσ=时,根据表2可知,£i I K T =0.5,因此 1£i0.50.5135.10.0037I K s T s -===于是,ACR的比例系数为 £i135.10.030.5 1.013400.05 I i i K R K Tτ??===?4)校验近似条件

基于MATLAB的汽车运动控制系统设计仿真

课程设计 题目汽车运动控制系统仿真设计学院计算机科学与信息工程学院班级2010级自动化班 姜木北:2010133*** 小组成员 指导教师吴 2013 年12 月13 日

汽车运动控制系统仿真设计 10级自动化2班姜鹏2010133234 目录 摘要 (3) 一、课设目的 (4) 二、控制对象分析 (4) 2.1、控制设计对象结构示意图 (4) 2.2、机构特征 (4) 三、课设设计要求 (4) 四、控制器设计过程和控制方案 (5) 4.1、系统建模 (5) 4.2、系统的开环阶跃响应 (5) 4.3、PID控制器的设计 (6) 4.3.1比例(P)控制器的设计 (7) 4.3.2比例积分(PI)控制器设计 (9) 4.3.3比例积分微分(PID)控制器设计 (10) 五、Simulink控制系统仿真设计及其PID参数整定 (11) 5.1利用Simulink对于传递函数的系统仿真 (11) 5.1.1 输入为600N时,KP=600、KI=100、KD=100 (12) 5.1.2输入为600N时,KP=700、KI=100、KD=100 (12) 5.2 PID参数整定的设计过程 (13) 5.2.1未加校正装置的系统阶跃响应: (13) 5.2.2 PID校正装置设计 (14) 六、收获和体会 (14) 参考文献 (15)

摘要 本课题以汽车运动控制系统的设计为应用背景,利用MATLAB语言对其进行设计与仿真.首先对汽车的运动原理进行分析,建立控制系统模型,确定期望的静态指标稳态误差和动态指标搬调量和上升时间,最终应用MATLAB环境下的.m 文件来实现汽车运动控制系统的设计。其中.m文件用step函数语句来绘制阶跃响应曲线,根据曲线中指标的变化进行P、PI、PID校正;同时对其控制系统建立Simulink进行仿真且进行PID参数整定。仿真结果表明,参数PID控制能使系统达到满意的控制效果,对进一步应用研究具有参考价值,是汽车运动控制系统设计的优秀手段之一。 关键词:运动控制系统 PID仿真稳态误差最大超调量

实验七-对汽车控制系统的设计与仿真

实验七 对汽车控制系统的设计与仿真 一、实验目的: 通过实验对一个汽车运动控制系统进行实际设计与仿真,掌握控制系统性能的分析和仿真处理过程,熟悉用Matlab 和Simulink 进行系统仿真的基本方法。 二、实验学时:4 个人计算机,Matlab 软件。 三、实验原理: 本实验是对一个汽车运动控制系统进行实际设计与仿真,其方法是先对汽车运动控制系统进行建摸,然后对其进行PID 控制器的设计,建立了汽车运动控制系统的模型后,可采用Matlab 和Simulink 对控制系统进行仿真设计。 注意:设计系统的控制器之前要观察该系统的开环阶跃响应,采用阶跃响应函数step( )来实现,如果系统不能满足所要求达到的设计性能指标,需要加上合适的控制器。然后再按照仿真结果进行PID 控制器参数的调整,使控制器能够满足系统设计所要求达到的性能指标。 1. 问题的描述 如下图所示的汽车运动控制系统,设该系统中汽车车轮的转动惯量可以忽略不计,并且假定汽车受到的摩擦阻力大小与汽车的运动速度成正比,摩擦阻力的方向与汽车运动的方向相反,这样,该汽车运动控制系统可简化为一个简单的质量阻尼系统。 根据牛顿运动定律,质量阻尼系统的动态数学模型可表示为: ? ??==+v y u bv v m & 系统的参数设定为:汽车质量m =1000kg , 比例系数b =50 N ·s/m , 汽车的驱动力u =500 N 。 根据控制系统的设计要求,当汽车的驱动力为500N 时,汽车将在5秒内达到10m/s 的最大速度。由于该系统为简单的运动控制系统,因此将系统设计成10%的最大超调量和2%的稳态误差。这样,该汽车运动控制系统的性能指标可以设定为: 上升时间:t r <5s ; 最大超调量:σ%<10%; 稳态误差:e ssp <2%。 2、系统的模型表示

实验一机构运动简图绘制

实验一机构运动简图绘制 实验二齿轮范成原理二 实验三带传动实验……. 实验四齿轮效率实验二 实验五减速器拆装·…… 实验一机构运动简图的测绘和分析 实验目的 1. 2. 学会根据实际机构或模型的构造测绘机构运动简图的技能。 通过实验进一步理解机构的组成和机构自由度的意义及其计算方法。 二.实验设备 1.衫L械实物及机械模型。 2.钢板尺,游标卡尺,内、外卡尺。

3.三角板,铅笔,橡皮,草稿纸等(自各)。 三.原理和方法 1.原理 机构运动的性质与机构中构件的数目和运动副的类型、数日、相对位置有关。因此画机构运动简图时,应以规定的符号代表运动副,并以一定的比例尺按实际尺寸定出运动副间的相对位置,用尽可能简单的线条表示机构中各构件。这种用比例尺绘出的机构简单图形称为机构运动简图,若不按比例尺绘出,则称为}J L构示意图。 2.测绘方法 }1)缓慢驱动被测机构,仔细观察各构件的运动,分清各运动单元,从而确定湘L构构件的数日。 }2)根据相连接两构件的接触情况及相对运动性质,确定各运动副的类型。 }3)在草稿纸上绘出机构示意图。用1,2,3.二依次标注各构件,用A,H,C}二分别标注各运动副,在原动件上标出表示运动方向的箭头。 (4}测量与机构运动有关的尺寸,并标注在草图上。 (5)选长度比例尺}r 实际长度 图示长度 rrtlrnm )。在实验报告纸上画出机构运动 简图

实验二齿轮范成原理 一实验目的 1.掌握用范成法加工渐升线齿轮的基本原理,观察齿廓曲线的形成。 2,了解渐升线齿轮的根切现象和齿顶变尖现象,分析比较标准齿轮和变位齿轮的异同点。 二.实验设备与工具

机构运动仿真与动力分析课程大作业

《机构运动仿真与动力分析课程大作业》 ADAMS 班级 T1113-5 姓名贺喆 学号 20110130506 湖北汽车工业学院机械工程系 2014年6月

目录 一、题目分析 (3) 二、工作原理 (3) 三、机构建模与仿真 (4) 3.1建模参数的确定 (4) 3.2模型建立 (4) 3.3机构运动特性 (6) 四、利用设计点对加速度进行优化 (7) 五、利用设计点对加速度进行优化 (12) 六、总结 (14)

基于ADAMS的牛头刨床大运动仿真分析 一、题目分析 中小型牛头刨床的主运动(见机床)大多采用曲柄摇杆机构(见曲柄滑块机构)传动,故滑枕的移动速度是不均匀的。大型牛头刨床多采用液压传动,滑枕基本上是匀速运动。滑枕的返回行程速度大于工作行程速度。由于采用单刃刨刀加工,且在滑枕回程时不切削,牛头刨床的生产率较低。机床的主参数是最大刨削长度。牛头刨床主要有普通牛头刨床、仿形牛头刨床和移动式牛头刨床等。普通牛头刨床(见图)由滑枕带着刨刀作水平直线住复运动,刀架可在垂直面内回转一个角度,并可手动进给,工作台带着工件作间歇的横向或垂直进给运动,常用于加工平面、沟槽和燕尾面等。仿形牛头刨床是在普通牛头刨床上增加一仿形机构,用于加工成形表面,如透平叶片。移动式牛头刨床的滑枕与滑座还能在床身(卧式)或立柱(立式)上移动,适用于刨削特大型工件的局部平面。 二、工作原理 六杆机构由摆动导杆机构1-2-3-4构成,由曲柄1作为原动件做圆周运动,

带动六杆机构运动。刨头右行 三、机构建模与仿真 3.1建模参数的确定 已知曲柄1做匀速圆周运动。转速为60r/min,LAC=380mm,LAB=110mm,LCD=540mm,LDE=0.25LCD,刨头行程为240mm,C点到工作平台的垂直距离为490mm。 3.2模型建立 1、创建点 在已知上述数据条件下,确定各关键点位置。打开ADAMS/view,用table editor功能输入如图一系列坐标 则在屏幕上得到一系列点 2、创建各连杆 选择按钮,设定宽度与深度为1,并将它们前面复选框勾上,在屏幕上选择point1与point2,建立曲柄。同理,再用,设置与前面相同,连接point3与point4,建立摇杆;连接point4与point5,完成连杆的建立。建立杆件,使其

汽车运动控制系统仿真

一、摘要 2 二、课程设计任务 3 1.问题描述 3 2.设计要求 3 三、课程设计内容 4 1、系统的模型表示 4 2、利用Matlab进行仿真设计 4 3、利用Simulink进行仿真设计 9 总结与体会 10 参考文献 10

本课题以汽车运动控制系统的设计为应用背景,利用MATLAB语言对其进行设计与仿真.首先对汽车的运动原理进行分析,建立控制系统模型,确定期望的静态指标稳态误差和动态指标搬调量和上升时间,最终应用MATLAB环境下的.m文件来实现汽车运动控制系统的设计。其中.m文件用step函数语句来绘制阶跃响应曲线,根据曲线中指标的变化进行P、PI、PID校正;同时对其控制系统建立Simulink进行仿真且进行PID参数整定。仿真结果表明,参数PID控制能使系统达到满意的控制效果,对进一步应用研究具有参考价值,是汽车运动控制系统设计的优秀手段之一。 关键词:运动控制系统 PID仿真稳态误差最大超调量

一、课程设计任务 1. 问题描述 如下图所示的汽车运动控制系统,设该系统中汽车车轮的转动惯量可以忽略不计,并且假定汽车受到的摩擦阻力大小与汽车的运动速度成正比,摩擦阻力的方向与汽车运动的方向相反,这样,该汽车运动控制系统可简化为一个简单的质量阻尼系统。 根据牛顿运动定律,质量阻尼系统的动态数学模型可表示为: ???==+v y u bv v m 系统的参数设定为:汽车质量m =1000kg , 比例系数b =50 N ·s/m , 汽车的驱动力u =500 N 。 根据控制系统的设计要求,当汽车的驱动力为500N 时,汽车将在5秒内达到10m/s 的最大速度。由于该系统为简单的运动控制系统,因此将系统设计成10%的最大超调量和2%的稳态误差。这样,该汽车运动控制系统的性能指标可以设定为: 上升时间:t r <5s ; 最大超调量:σ%<10%; 稳态误差:e ssp <2%。 2.设计要求 1.写出控制系统的数学模型。 2.求系统的开环阶跃响应。 3.PID 控制器的设计 (1)比例(P )控制器的设计 (2)比例积分(PI )控制器的设计 (3)比例积分微分(PID )控制器的设计 利用Simulink 进行仿真设计。 二、课程设计内容 1.系统的模型表示

UG运动分析教程(中文版)运动仿真

运动仿真 本章主要内容: z运动仿真的工作界面 z运动模型管理 z连杆特性和运动副 z机构载荷 z运动分析 9.1 运动仿真的工作界面 本章主要介绍UG/CAE模块中运动仿真的功能。运动仿真是UG/CAE(Computer Aided Engineering)模块中的主要部分,它能对任何二维或三维机构进行复杂的运动学分析、动力分析和设计仿真。通过UG/Modeling的功能建立一个三维实体模型,利用UG/Motion的功能给三维实体模型的各个部件赋予一定的运动学特性,再在各个部件之间设立一定的连接关系既可建立一个运动仿真模型。UG/Motion的功能可以对运动机构进行大量的装配分析工作、运动合理性分析工作,诸如干涉检查、轨迹包络等,得到大量运动机构的运动参数。通过对这个运动仿真模型进行运动学或动力学运动分析就可以验证该运动机构设计的合理性,并且可以利用图形输出各个部件的位移、坐标、加速度、速度和力的变化情况,对运动机构进行优化。 运动仿真功能的实现步骤为: 1.建立一个运动分析场景; 2.进行运动模型的构建,包括设置每个零件的连杆特性,设置两个连杆间的运动副和添加机构载荷; 3.进行运动参数的设置,提交运动仿真模型数据,同时进行运动仿真动画的输出和运动过程的控制; 4.运动分析结果的数据输出和表格、变化曲线输出,人为的进行机构运动特性的分析。 9.1.1 打开运动仿真主界面 在进行运动仿真之前,先要打开UG/Motion(运动仿真)的主界面。在UG的主界面中选择菜单命令【Application】→【Motion】,如图9-1所示。

图9-1 打开UG/Motion操作界面 选择该菜单命令后,系统将会自动打开UG/Motion的主界面,同时弹出运动仿真的工具栏。 9.1.2 运动仿真工作界面介绍 点击Application/Motion后UG界面将作一定的变化,系统将会自动的打开UG/Motion 的主界面。该界面分为三个部分:运动仿真工具栏部分、运动场景导航窗口和绘图区,如图9-2所示。 图9-2 UG/Motion 主界面 运动仿真工具栏部分主要是UG/Motion各项功能的快捷按钮,运动场景导航窗口部分主要是显示当前操作下处于工作状态的各个运动场景的信息。运动仿真工具栏区又分为四个模块:连杆特性和运动副模块、载荷模块、运动分析模块以及运动模型管理模块,如图9-3所示。 标准分享网 https://www.wendangku.net/doc/c612012119.html, 免费下载

运动控制MATLAB仿真

大作业: 直流双闭环调速MATLAB仿真 运动控制技术课程名称: 名:姓电气学院院:学 自动化业:专 号:学 孟濬指导教师: 2012年6月2日

------------------------------------- -------------学浙大江 李超 一、Matlab仿真截图及模块功能描述 Matlab仿真截图如下,使用Matlab自带的直流电机模型: 模块功能描述: ⑴电机模块(Discrete DC_Machine):模拟直流电机 ⑵负载转矩给定(Load Torque):为直流电机添加负载转矩 ⑶Demux:将向量信号分离出输出信号 ⑷转速给定(Speed Reference):给定转速 ⑸转速PI调节(Speed Controller):转速PI调节器,对输入给定信号与实际信号

的差值进行比例和积分运算,得到的输出值作为电流给定信号。改变比例和积分运算系数可以得到不同的PI控制效果。 ⑹电流采样环节(1/z):对电流进行采样,并保持一个采样周期 ⑺电流滞环调节(Current Controller):规定一个滞环宽度,将电流采样值与给定值进行对比,若:采样值>给定值+0.5*滞环宽度,则输出0; 若:采样值<给定值—0.5*滞环宽度,则输出1; 若:给定值—0.5*滞环宽度<采样值<给定值+0.5*滞环宽度,则输出不变 输出值作为移相电压输入晶闸管斩波器控制晶闸管触发角 :根据输入电压改变晶闸管触发角,从而改变电机端电压。GTO⑻晶闸管斩波.⑼续流二极管D1:在晶闸管关断时为电机续流。 ⑽电压传感器Vd:测量电机端电压 ⑾示波器scope:观察电压、电流、转速波形 系统功能概括如下:直流电源通过带GTO的斩波器对直流电机进行供电,输出量电枢电流ia和转速wm通过电流环和转速环对GTO的通断进行控制,从而达到对整个电机较为精确的控制。 下面对各个部分的功能加以详细说明: (1)直流电机 双击电动机模块,察看其参数:

管道机器人运动学分析与变径机构仿真

MECHANICAL ENGINEER 机械工程师 管道机器人运动学分析与变径机构仿真 史继新1a,1b,刘芙蓉1a,1b,胡啸2,袁显宝1a,1b,陈保家1a,1b,李响1a,1b (1.三峡大学 a.湖北省水电机械设备设计与维护重点实验室;b.机械与动力学院,湖北宜昌443002;2.中核武汉核电运行技 术股份有限公司,武汉430223) 摘要:基于对核电站压力容器和主管道接管内部检查的需要,研发了一种多履带可变径式管道检查机器人。分析机器人四种不同的运动情况,得出机器人履带轮角速度和机器人在管道内旋转速度及行走线速度的函数,建立了机器人在管道内的运动学模型。针对机器人可变径机构,建立力学模型,得出变径机构中弹簧的理论数据,并运用Inventor运动仿真分析验证了其合理性。 关键词:管道机器人;运动学模型;变径机构;Inventor运动仿真 中图分类号:TP242.3;TH122文献标志码:粤文章编号:员园园圆原圆猿猿猿(圆园员9)04原园014原园3 Kinematics Analysis and Variable Diameter Mechanism Simulation of Pipeline Robot SHI Jixin1a,1b,LIU Furong1a,1b,HU Xiao2,YUAN Xianbao1a,1b,CHEN Baojia1a,1b,LI Xiang1a,1b (1.China Three Gorges University a.Hubei Key Laboratory of Hydroelectric Machinery Design&Maintenance;b.College of Mechanical and Power Engineering,Yichang443002,China;2.China Nuclear Power Operation Technology Co.,Ltd.,Wuhan430223,China) Abstract院Based on the need for internal inspection of nuclear power plant pressure vessels and main pipelines,a multi-track variable-diameter pipeline inspection robot is developed.The four different motions of the robot are analyzed,and the angular velocity of the robot crawler wheel and the rotation speed of the robot in the pipeline and the traveling linear velocity are obtained.The kinematics model of the robot in the pipeline is established.For the robot variable diameter mechanism,the mechanical model is established,the theoretical data of the spring in the variable diameter mechanism is calculated,and the rationality is verified by Inventor motion simulation analysis. Keywords:pipeline robot;kinematics model;variable diameter mechanism;Inventor motion simulation 0引言 随着核电厂运行时间的增加,各种规格管道内表面可能会出现一些问题需要实施检查与维修。因这些部位处于强辐射区,人员无法直接实施这些工作,必须开发具有行走功能的管道机器人携带摄像头完成核电厂管道检查工作。目前,发达国家对于管道机器人的研究处于领先地位[1]:德国ECA公司研制出一系列管道爬行机器人,在满足多尺寸规格管道的前提下,能搭载多种检测工具,其检查的管道范围从150耀2000mm;日本东京工业大学研制出Thes系列管道机器人[2];韩国汉城汉阳大学研制出双模块协作管道检测机器人[3]。中国在管道检查机器人领域起步较晚,北京德朗检视科技有限公司研发的DNC100、DNC150等管道爬行器,已在核电领域中得到运用;东华大学研制除了自主变位履带足管道机器人[4];上海交通大学针对煤气管道的检测,研制出煤气管道检测机器人样机[5]。 针对目前国内外传统机器人在面对垂直、微小、复杂管时,存在通行性能差、稳定性弱、牵引力不足等缺点。本项目所研制的多履带可变径式管道检查机器人,在机器人的机械结构、移动方式等方面做出改进,能适应150耀160mm管径的管道内部运动,分析了其管道内部运动的运动学模型和变径机构的力学模型,并针对变径机构进行了仿真分析,验证设计的合理性。 1管道检查机器人整体结构设计 为了满足核电厂管道内部检查的需要,机器人必须具备三项基本能力:1)机器人的速度调节能力;2)机器人的转向能力;3) 析, 构设计,如图1 道机器人具有三组履带轮, 很好的夹紧力。 立的电动机控制, 每组履带轮的独立运动, 节不同电动机的转速来使机器人顺利通过弯管。履带轮和主体之间的连杆机构配上弹簧的特性使机器人具有很好的管道适应能力,可以适应150耀160mm管道直径的运动。2运动学分析 机器人每组履带轮的角速度决定机器人整体的运动情况,因此本节根据机器人履带轮角速度和机器人整体运动情况的函数关系建立运动学模型。该模型的坐标系、关节变量和参数如图2所示。XY Z表示全局坐标参考系,并且xyz表示附接到管线检查机器人的中心的局部坐标系;i、j 和k是局部坐标系的单位矢量。无论机器人如何移动,x轴 图1管道机器人 三维模型 1.履带轮组 2.变径机构 3.主体 3 2 1 基金项目:国家自然科学基金(11805112);湖北省教育厅 科学技术研究计划重点项目(D2*******);湖北省水电机械 设备设计与维护重点实验室开放基金项目(2016KJX15、 2017KJX04) 14 圆园员9年第4期网址:https://www.wendangku.net/doc/c612012119.html,电邮:hrbengineer@https://www.wendangku.net/doc/c612012119.html,

基于GUI功能的运动控制系统仿真实验平台

基于GUI功能的运动控制系统仿真实验平台 [摘要]本文介绍了运用Matlab的GUI(图形用户交户界面设计)功能,设计一个电力拖动自动控制系统(运动控制系统)基础实验教学管理系统,通过统一的用户界面,来选择运动控制系统实验类型、实验项目、并借助于后台MATLAB的支持,进行仿真试验。 [关键词]Matlab/GUI;运动控制系统;实验系统 1.概述 MATLAB是美国Mathwors公司于1984年推出的当今国际上最流行的数学软件之一。它是一种使用简便的工程计算语言,以矩阵运算为基础,把计算、可视化、程序设计融合到了一个可交互的工作环境中,从而可实现工程计算、算法研究、建模、仿真和数据分析,同时具有可视化、科学和工程绘图、应用程序开发(包括GUI)功能。 电力拖动自动控制系统(运动控制系统)是自动化专业的一门重要专业综合课程。它的先修课程包括电工与电子电路、电力电子学、电机与拖动、微机原理和自动控制理论,涉及多门学科,概念多、系统性、理论性强,和工程实践联系密切。需要知识面广,内容多,尤其是工程实际知识多。 该课程是一门实践性很强的课程,实验是学好本课程必不可少的重要环节。采用传统的课堂讲授方式来讲授这门课的最大问题在于:很难用大量的图片来介绍各种直流电机、交流电机调速系统的完整结构,也难以用清晰、明了的各种波形、图形来讲授诸如转速、电流、电压、转矩等运动控制系统的过渡过程问题。目前,有很多的实验装置可以对运动控制系统运行进行较好地测试与观察。但其实验系统价格昂贵,投资较大,在一些高校教学中难以实现。 本文介绍采用MATLAB/GUIDE(图形用户界面设计)设计运动控制系统的仿真实验平台,可以弥补高校实验设备缺乏,也可以起到辅助教学的作用。 2.运动控制实验系统界面设计 2.1实验系统登录界面设计 根据设计目标,在登录界面中插入武昌理工学院图片作为背景,运动控制仿真实验室为主标题,界面中设有登录按钮。 设计效果如图1所示。

运动控制系统仿真---实验讲义

《运动控制系统仿真》实验讲义 谢仕宏 xiesh@https://www.wendangku.net/doc/c612012119.html,

实验一、闭环控制系统及直流双闭环调速系统仿真 一、实验学时:6学时 二、实验内容: 1. 已知控制系统框图如图所示: 图1-1 单闭环系统框图 图中,被控对象s e s s G 1501 30010 )(-+= ,Gc(s)为PID 控制器,试整定PID 控制器 参数,并建立控制系统Simulink 仿真模型。再对PID 控制子系统进行封装,要求可通过封装后子系统的参数设置页面对Kp 、Ti 、Td 进行设置。 2. 已知直流电机双闭环调速系统框图如图1-2所示。试设计电流调节器ACR 和转速调节器ASR 并进行Simulink 建模仿真。 图1-2 直流双闭环调速系统框图 三、实验过程: 1、建模过程如下: (1)PID 控制器参数整顿 根据PID 参数的工程整定方法(Z-N 法),如下表所示, Kp=τ K T 2.1=0.24,Ti=τ2=300, Td=τ5.0=75。 表1-1 Z-N 法整定PID 参数

(2)simulink仿真模型建立 建立simulink仿真模型如下图1-3所示,并进行参数设置: 图1-3 PID控制系统Simulink仿真模型 图1-3中,step模块“阶跃时间”改为0,Transport Delay模块的“时间延迟”设置为150,仿真时间改为1000s,如下图1-4所示: 图1-3 PID控制参数设置 运行仿真,得如下结果:

图1-5 PID控制运行结果 (3)PID子系统的创建 首先将参数Gain、Gain1、Gain三个模块的参数进行设置,如下图所示: 图1-6 PID参数设置 然后建立PID控制器子系统,如下图1-7所示: 图1-7 PID子系统 再对PID子系统进行封装,选中“Subsystem”后,单击鼠标右键,选择“Mask subsystem”,弹

机构运动简图的绘制

机构运动简图的绘制 【一】能力目标 能根据实物绘制机构运动简图 【二】知识目标 1.了解机构组成原理 2.理解自由度、运动副、约束的概念及三者的关系 【三】教学的重点与难点 重点:平面机构的运动简图的绘制。 难点:绘制简图时构件及运动副的表示。 【四】教学方法与手段 多媒体教学,采用动画演示、实例分析、启发引导的教学方式。 【五】教学任务及内容 一、机构的组成 (一)运动副 运动副:两构件直接接触并能保持一定形式的相对运动的联接称为运动副。如图a),轴承中的滚动体与内外圈的滚道、图b)啮合中的一对齿廓、图c)滑块与导槽,均保持直接接触,并产生一定的相对运动。因而它们都构成了运动副。构件上参与接触的点、线、面,称为运动副的元素。

根据运动副对构件运动形式的约束及两构件接触方式的不同,运动副可如下分类: 1、 高副 两构件通过点或线接触组成的运动副称为高副。如图所示,凸轮与从动杆及两齿轮分别在其接触处组成高副。 2、低副 两构件通过面接触组成的运动副称为低副。平面低副可分为转动副和移动副。 (1)转动副 若运动副只允许两构件作相对转动,则称该运动副为转动副,也称铰链。 如图所示各构件的联接就是转动副。如果转动副的两构件之一是固定不动的,则称该转动副为固定铰链。若转动副中两构件都是运动的,则称该转动副为活动铰链。 (2)移动副 若运动副只允许两构件沿接触面某一方向相对滑移,则称该运动副为移动副。如图所示。 y O 1 2 x

(二)自由度和运动副的约束 1、构件的自由度 在平面运动中,每一个独立的构件,其运动均可分为三个独立的运动,即沿x轴和y 轴的移动及在xoy平面内的转动。构件的这三种独立的运动称为其自由度,分别用x、y及α为三个独立参数表示。由上述可知:构件的自由度等于构件的独立运动参数。 平面内自由的构件,有3个自由度,而空间内自由的构件,有6个自由度。 2、运动副的约束 当两构件通过运动副联接,任一构件的运动将受到限制,从而使其自由度减少,这种限制就称为约束。每引入一个约束,构件就减少一个自由度。 (1)转动副 2——约束,1——自由度 (2)移动副 2——约束,1——自由度 (3)平面高副 1——约束,2——自由度 (三)运动链和机构 两个以上的构件以运动副联接而构成的系统称为运动链。未构成首末相连的封闭环的运动链称为开链,否则称为闭链。在运动链中选取一个构件固定(称为机架),当另一构件(或少数几个构件)按给定的规律独立运动时,其余构件也随之作一定的运动,这种运动链就成为机构。机构中输入运动的构件称为主动件,其余的可动构件称为从动件。由此可见,机构是由主动件、从动件和机架三部分组成的。

iNVENTOR 运动仿真分析

第1章运动仿真 本章重点 应力分析的一般步骤 边界条件的创建 查看分析结果 报告的生成和分析 本章典型效果图 1.1机构模块简介 在进行机械设计时,建立模型后设计者往往需要通过虚拟的手段,在电脑上模拟所设计的机构,来达到在虚拟的环境中模拟现实机构运动的目的。对于提高设计效率降低成本有很大的作用。Pro/ engineer 中“机构”模块是专门用来进行运动仿真和动态分析的模块。 PROE的运动仿真与动态分析功能集成在“机构”模块中,包括Mechanism design(机械设计)和Mechanism dynamics(机械动态)两个方面的分析功能。 使用“机械设计”分析功能相当于进行机械运动仿真,使用“机械设计”分析功能来创建某种机构,定义特定运动副,创建能使其运动起来的伺服电动机,来实现机构的运动模拟。并可以观察并记录分析,

可以测量诸如位置、速度、加速度等运动特征,可以通过图形直观的显示这些测量量。也可创建轨迹曲线和运动包络,用物理方法描述运动。 使用“机械动态”分析功能可在机构上定义重力,力和力矩,弹簧,阻尼等等特征。可以设置机构的材料,密度等特征,使其更加接近现实中的结构,到达真实的模拟现实的目的。 如果单纯的研究机构的运动,而不涉及质量,重力等参数,只需要使用“机械设计”分析功能即可,即进行运动分析,如果还需要更进一步分析机构受重力,外界输入的力和力矩,阻尼等等的影响,则必须使用“机械设计”来进行静态分析,动态分析等等。 1.2总体界面及使用环境 在装配环境下定义机构的连接方式后,单击菜单栏菜单“应用程序”→“机构”,如图1-1所示。系统进入机构模块环境,呈现图1-2所示的机构模块主界面:菜单栏增加如图1-3所示的“机构”下拉菜单,模型树增加了如图1-4所示“机构”一项内容,窗口右边出现如图1-5所示的工具栏图标。下拉菜单的每一个选项与工具栏每一个图标相对应。用户既可以通过菜单选择进行相关操作。也可以直接点击快捷工具栏图标进行操作。 图1-1 由装配环境进入机构环境图

最新常用机械机构介绍

常用机械机构介绍

第4章常用机构 4.1 平面连杆机构 4.1.1 平面连杆机构的组成 我们将机构中所有构件都在一平面或相互平行的平面内运动的机构称为平面机构。 1、构件的自由度 如图4-1所示,一个在平面内自由运动的构件,有沿X轴移动,沿y轴移动或绕A点转动三种运动可能性。我们把构件作独立运动的可能性称为构件的“自由度”。所以,一个在平面自由运动的构件有三个自由度。可用如图4-1所示的三个独立的运动参数x、y、θ表示。 2、运动副和约束 平面机构中每个构件都不是自由构件,而是以一定的方式与其他构件组成动联接。这种使两构件直接接触并能产生一定运动的联接,称为运动副。两构件组成运动副后,就限制了两构件间的部分相对运动,运动副对于构件间相对运动的这种限制称为约束。机构就是由若干构件和若干运动副组合而成的,因此运动副也是组成机构的主要要素。 两构件组成的运动副,不外乎是通过点、线、面接触来实现的。根据组成运动副的两构件之间的接触形式,运动副可分为低副和高副。 (1)低副两构件以面接触形成的运动副称为低副。按它们之间的相对运动是转动还是移动,低副又可分为转动副和移动副。 ①转动副组成运动副的两构件之间只能绕某一轴线作相对转动的运动副。通常转动副的具体结构形式是用铰链连接,即由圆柱销和销孔所构成的转动副,如图4-2(a)所示。

②移动副组成运动副的两构件只能作相对直线移动的运动副,如图4-2(b)所示。 由上述可知,平面机构中的低副引入了两个约束,仅保留了构件的一个自由度。因转动副和移动副都是面接触,接触面压强低,称为低副。我们将由若干构件用低副连接组成的机构称为平面连杆机构,也称低副机构。由于低副是面接触,压强低,磨损量小,而且接触面是圆柱面和平面,制造简便,且易获得较高的制造精度。此外,这类机构容易实现转动、移动等基本的运动形式及转换,因而是在一般机械和仪器中应用广泛。平面连杆机构也有其缺点:低副中的间隙不易消除,引起运动误差,且不易精确地实现复杂的运动规律。 (2)高副两构件以点或线接触形成的运动副称为高副,如图4-3所示。这类运动副因为接触部位是点或线接触,接触部位压强高,故称为高副。 3、构件分类 机构中的构件可分为三类。 (1)机架它是机构中视作固定不动的构件,起支撑其他活动构件的作用。 (2)原动件它是机构中接受外部给定运动规律的活动构件。 (3)从动件它是机构中的随原动件运动的活动构件。 4.1.2平面机构的运动简图 为方便对机构进行分析,可以撇开机构匮与运动无关的因素(如构件的形状、组成构件的零件数目、运动副的具体结构等),用简单线条和符号表示构件和运动副,并按一定比例定出各运动副的位置,以简图表示出机构各构件间相对运动关系,这种简图为机构运动简图。它是表示机构运动特征的一种工程用图) 1、常用运动副的符号(如图4-4)

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