После завершения этого упражнения Вы будете способны:

 Создавать модели движения с множественными соединениями

 Устранять избыточность в модели движения

1. Измените рабочий каталог на slidercrank.

2. Откройте slidercrank.asm. Компоненты сборки показаны на рисунке 3–7.

3. Включите отображение базовых точек, нажав на иконку . К модели были добавлены базовые точки, которые используется при создании соединений движения. Эти точки показаны на рисунке 3-8.

1. Выберите Applications, Mechanica. Появляется Units Manager.

2. Подтвердите единицы сборки IPS и нажмите кнопку .

3. Выберите Motion из меню MECHANICA. На каждом теле появляется локальная система координат и на каждой точке сборки появляется символ земли.

1. Назначьте материал STEEL для всех компонентов сборки движения. Выберите Model, Property, Material.

2. Добавьте STEEL к модели с помощью кнопки и кнопкой ко всем моделям в сборке.

3. окно Materials и выберите Done/Return.

1. Выберите Model, Bodies. Появляется форма Bodies, как показано на рисунке 3-9.

2. Не должно быть относительного движения между пальцем и поршнем. Вместо добавления сварного соединения, Вы можете просто добавить деталь пальца к телу поршня. Выделите PISTON и нажмите кнопку .

3. Нажмите кнопку . Выберите pin.prt, затем Done Sel.

4. Окно Body Definition для PISTON теперь показывает, что 2 детали принадлежат телу. Нажмите кнопку .

5. Обратите внимание, тело PIN было удалено из списка тел. Нажмите кнопку .

После определения материала и тел, следующий шаг - создать соединения. Имеется два типа движения, которые следует определить для этого механизма: вращательное для вала и поступательное для поршня. Вы создадите три шарнирных соединения и ползунковое соединение, как показано в таблице 3–2.

Таблица 3-2

1. Выберите Model, Connections, Joints, Create.

2. Выберите APNT0 и PNT0 на crank.prt.

3. Введите [pin_1] в качестве названия.

4. Включите Pin и нажмите кнопку . Появляется шарнирное соединение, как показано на рисунке 3–10. Шарнир выравнивается с осью вращения вала по умолчанию и не нуждается в переориентации.

1. Затем выберите PNT1 на crank.prt и PNT4 на rod.prt, используя рисунок 3–11 в качестве ссылки.

2. Назовите новое соединение [pin_2] и нажмите кнопку .

1. Выберите PNT1 на rod.prt и PNT0 на pin.prt, как показано на рисунке 3–12.

2. Назовите новое соединение [pin_3] и нажмите кнопку .

1. Выберите точку сборки APNT1 и PNT4 на piston.prt.

2. Назовите новое соединение [slider].

3. Включите кнопку Slider, затем нажмите кнопку . Модель будет выглядеть как показано на рисунке 3-13.

4. Выберите Done/Return, Done/Return.

В этой точке Вы определили набор предварительных соединений. Ваша модель движения готова быть проверенной на степени свободы и избыточность. Сначала выполните анализ сборки, чтобы убедиться в корректном соединении модели. От результатов этого анализа Вы можете определить, не излишне ли ограничена модель.

1. Выберите Run.

2. Выберите Assembly из списка и нажмите кнопку . Анализ выдаёт сообщение, показанное на рисунке 3–14, которое сообщает о корректном соединении модели движения.

3. Нажмите кнопку .

1. Выберите Results, Query, Measure. Открывается диалоговое окно Select a Measure, как показано на рисунке 3-15.

2. Выберите Redundancy из списка и нажмите кнопку . Появляется окно Query Measure Results, показывающее число избыточности в модели.

3. В модели движения имеется 3 избыточности или сверхограниченные степени свободы. Нажмите кнопку , , затем Done/Return и Done/Return.

По следующей формуле можно произвести быстрое вычисления для подтверждения числа избыточности, выданного Motion:

R = D - 6M + N

где:

• R = число избыточности

• D = степени свободы = 1 - для вращательного движения вала.

• M = количество тел = 3

• N = число ограничений = (3 шарнира x 5 ограничений) + (1 ползун x 5 ограничений) = 20

Подставляем значения в формулу:

R = 1 - (6 * 3) + 20 = 3

Вы должны понизить число ограничений до 3, чтобы получить результаты для этого механизма. Помните, что кинематические результаты или значения силы для этой модели будут неточны. На динамические результаты движения избыточность модели не воздействует. Вы теперь выполните анализ движения для подтверждения, что текущая настройка обеспечивает желательное движение. Для генерации некоторого типа движения к модели будет добавлен драйвер.

1. Первоначально Вы создадите движение в кривошипно-шатунном механизме, прибавляя драйвер к мотылёвой шейке через pin_1. Выберите Model, Drivers, Create.

2. Выберите pin_1, как показано на рисунке 3–17.

3. Появляется форма Create Joint Driver. Включите кнопку Velocity и отметьте галочкой Ramp.

4. Для Constant введите [3.14159] и нажмите кнопку .

5. Выберите Done/Return, Done/Return.

1. Выберите Analyses.

2. Выберите Motion из раскрывающегося меню New Analysis и нажмите кнопку .

3. Дайте анализу название [Crank_Slider].

4. Введите для Duration значения [2] и для Increment значение [0.01]. Это снабдит Вас 200 кадрами и точками вычисления при вращении мотылёвой шейки на 6.28318 радианов или один полный оборот.

5. Нажмите кнопки и .

6. Запустите анализ Crank_Slider. Движение отражает то, что Вы ожидали?

7. Выберите Results, Graph, Connection. Появляется диалоговое окно Information, как показано на рисунке 3-18.

8. Так как модель движения избыточна, Motion снабжает Вас предупреждением, что результаты силы реакции могут быть неточны. Нажмите кнопку , затем Done/Return, Done/Return.

В задании 10 Вы определили: то, что должны удалить 3 ограничения из текущего набора соединений (для получения общего количества равного 17). Это устранит избыточность модели. Зная, что текущий метод соединения модели вызывает правильное движение, решение может быть получено заменой текущих соединений осевыми соединениями, которые имеют меньше ограничений.

Ползунковое соединение - единственный тип соединения, который позволяет скользить поршню вдоль оси цилиндровой втулки. Это соединение должно быть оставлено. Имеется несколько соединений, которые создают такое же вращательное движение, как и шарнирное соединение: cylindrical, bearing, u-joint. Подшипниковое соединение добавляет на 3 ограничения меньше, чем шарнирное соединение. Таким образом, замещая одно из шарнирных соединений подшипниковым соединением, избыточность будет устранена.

Это имеет значение, какое шарнирное соединение должно быть заменено? Это хорошая практика, проверять модель по различным сценариям чтобы видеть, прибавляет ли новое соединение любое нежелательное движение или неустойчивость к модели. Для целей этого примера, Вы будете выполнять анализ с подшипниковым соединением на Joint 1.

1. Выберите Model, Connection, Joints, Edit, Replace.

2. Выберите pin_1, шарнирное соединение, соединяющее вал с землёй. Открывается диалоговое окно Joint Replace, как показано на рисунке 3-19.

3. Измените название соединения на [bearing_1].

4. Включите Bearing и нажмите кнопку . Подшипниковое соединение выглядит как показано на рисунке 3-20.

5. Соединение должно быть переориентировано так, чтобы ось перемещения была направлена вдоль оси z- WCS. Выберите Edit из меню MEC ACTION, затем Axis.

6. Выберите ось перемещения подшипникового соединения, как показано на рисунке 3–20.

7. Выберите Typed Vector.

8. Ориентация вводится как конечная точка вектора, который начинается в (0, 0, 0). Введите [0 0 1], чтобы направить ось в положительном направлении оси z-.

9. Когда заменяется соединение, то добавленный к нему драйвер удаляется. Добавьте драйвер скорости 3.14159 [rad/s] к подшипниковому соединению (Задача 11: шаги с 1 по 5 могут использоваться для справки).

Перед выполнением анализа движения Вы установите начальные условия для подшипникового соединения. Когда Вы запрашиваете начальное вращательное положение в 0 радиан на подшипнике, оно принято относительно текущего положения тел, связанных соединением. Давайте запускать механизм при положении поршня в верхней мёртвой точке. Для этого Вы должны установить нулевую позицию соединения.

1. Выберите Model, Connections, Joints, Edit, Set Zeros.

2. Выберите вращательную ось подшипникового соединения, к которой приложен драйвер. Модель переориентируется на вид сбоку.

3. Отобразите модель в режиме No Hidden. Нажмите иконку , чтобы отобразить модель в режиме No Hidden. Модель теперь выглядит как показано на рисунке 3-21.

4. Выберите Relative для ввода угла вращения относительно текущего положения соединения.

5. Положительное вращение определено правилом правой руки, как показано на рисунке 3–21. Введите для угла вращения [-90]. Мотылёвая шейка вращается к нулевому положению, установленному подшипниковым соединением.

6. Выберите Done/Return. Модель возвращается в исходное положение. Не беспокойтесь, установленная Вами нулевая позиция не удалена. Следует выполнить анализ сборки, чтобы ассоциировать её с новым положением.

7. Выберите Init Conds из меню MOTN MODEL, затем выберите Create,Joint Axis.

8. Выберите вращательную ось подшипникового соединения, к которой приложен драйвер.

9. Выберите кнопку Required для Initial Rotation. Значение по умолчанию - [0]. Нажмите кнопку .

10. Выберите Done/Return, Done/Return.

1. Выберите Run.

2. Выберите Assembly из списка и нажмите кнопку . После завершения сборка будет выглядеть как показано на рисунке 3–22.

3. Нажмите кнопку для одобрения новых позиций тел.

1. Выберите Run.

2. Выберите анализ Crank_Slider и нажмите кнопку . Заметьте, что сначала выполняется анализ сборки и механизм изменяется к его полностью вытянутому положению. Затем запускается анализ движения и кривошипно-шатунный механизм поворачивается на 360°.

1. Выберите Results, Animate, Start. Система подготавливает кадры для анимации и появляется Animation Player.

2. Отмените выбор кнопки и нажмите кнопку для запуска анимации.

3. Регулируйте ползунок Speed для увеличения скорости анимации. Какова длина хода поршня? Как быстро вращается мотылёвая шейка? Вы создадите некоторые диаграммы, чтобы определить это.

4. окно Animate и выберите Done/Return.

1. Выберите Graph из меню MOT RESULTS.

2. Создайте диаграмму угловых позиций подшипникового соединения. Выберите Jt Axis Pos и выберите ось подшипникового соединения, содержащего драйвер.

3. Выберите Done Sel. Диаграмма выглядит как показано на рисунке 3-23.

Как ожидалось, кривошип вращается на 6.28318 радиан за 2 секунды. Это движение предписано драйвером, применённым к соединению.

4. Выберите Pt Position. Диаграмма закрывается.

5. Выберите PNT4 на piston.prt.

6. Выберите X и нажмите кнопку .

7. Выберите Done Sel. Появляется диаграмма расположения ползуна, как показано на рисунке 3–24. Длина хода поршня - 6" или двойная длина радиуса вращения мотылёвой шейки, как и ожидалось.

8. Создайте ещё две диаграммы, показывающие позицию и скорость pin_3, шарнирное соединение в головном подшипнике. Диаграммы показаны на рисунках 3-25 и 3-26.

Рисунок 3-25

9. Сохраните сборку.

10. Вернитесь в Pro/ENGINEER. Для этого выберите Applications, Standard.

11. Создайте копию сборки с названием crankslider_driver. Для этого выберите File, Save a Copy.

12. Введите новое название сборки - [slidercrank_driver]. Нажмите кнопки , .

13. Оставьте slidercrank.asm сборку на экране. Она будет использована в следующем упражнении.