Mechanism Design and Analysis

Pro/ENGINEER 2001

Mechanism Design and Analysis

Определение драйверов и движения

В этом разделе будет рассмотрено, как определить драйвер. Вы также узнаете, как определить движение с использованием одного или нескольких драйверов.

ДРАЙВЕРЫ И ДВИЖЕНИЕ

Как часть анализа механизма, Вы можете использовать драйвер для изучения кинематического поведения Вашего проекта. Драйверы ведут себя подобно двигателям, они прикладывают усилия к двум телами в пределах единственной степени свободы (DOF). Вы можете добавить драйверы к модели, чтобы подготовить её для анализа движения. При создании драйвера Вы должны определить:

Position – расположение в механизме
Velocity – скорость
Acceleration – ускорение

Вы можете также контролировать поступательное или вращательное движение. Определяя функцию драйвера, типа константы или переменной, Вы можете определять профиль движения в терминах положения, скорости или ускорения.

Выбор драйвера

Вы можете назначить драйвер для оси соединения или для геометрических объектов, таких как точки, плоские поверхности и базовые плоскости.

Драйверы осей соединения

Драйверы осей соединения используются для определения относительного движения двух тел в направлении оси соединения.

Геометрические драйверы

Геометрические драйверы используются для определения движения по точкам или плоскостям. Они используются когда движение не может быть определено с помощью осей соединения, например:

Два тела, включенные в движение, не соединяются между собой соединением.
Необходимые DOF не могут быть удовлетворены любым существующим соединением.
Необходимы комплексные трехмерные движения, в отличии от отдельного перемещения или вращения.

Базируясь на типах объектов (точка, плоскость) и типах движения (перемещение, вращение), могут использоваться следующие геометрические драйверы:

Плоскость-плоскость драйвер перемещения

Перемещает плоскость одного тела относительно плоскости другого тела, держа одну плоскость параллельно к другой. Нулевое положение - когда управляемая и ссылочная плоскости совпадают. В дополнение к заданному движению, управляемая плоскость свободна вращаться или перемещаться по плоскости ссылки. Таким образом, драйвер типа плоскость-плоскость менее ограничен, чем драйвер для ползункового или цилиндрического соединения. Если Вы хотите явно связать остающиеся степени свободы, определите дополнительные ограничения, типа соединения, или другой геометрический драйвер.

Note:

Одно приложение драйвера перемещения типа плоскость-плоскость было бы должно определить перемещение между последней связью механизма с незамкнутым циклом и землёй.

Плоскость-плоскость драйвер вращения

Перемещает плоскость одного тела под углом к плоскости другого тела. В течение прогона движения управляемая плоскость вращаются относительно направления ссылки, с определенной нулевой позицией, когда управляемая и ссылочная плоскости совпадают.

Поскольку ось вращения управляемого тела остаётся неопределенной, драйвер вращение типа плоскость-плоскость менее ограничен, чем драйвер в штырьковом или цилиндрическом соединении. Таким образом, позиция оси вращения в управляемом теле может изменяться произвольным образом.

Note:

Драйверы вращения типа плоскость-плоскость могут использоваться для определения вращения относительно шарнирного соединения. Другое применение драйвера вращения типа плоскость-плоскость - определять вращение между последним телом механизма открытого цикла и землёй.

Точка-плоскость драйвер перемещения

Перемещает точку на теле по нормали к плоскости другого тела. Самое короткое расстояние от точки до плоскости измеряет величину позиции драйвера.

Note:

Вы не можете определить ориентацию одного тела относительно другого, используя только драйвер типа точка-плоскость. Также имейте в виду, что управляемая точка может свободно перемещаться параллельно ссылочной плоскости и может, таким образом, перемещаться в направлении неопределенном драйвером. Вы можете заблокировать эту степень свободы с помощью соединения или другого драйвера.

Определяя x, y и z компоненты движения на точке относительно плоскости, Вы можете заставить точку следовать комплексной 3D кривой.

Плоскость-точка драйвер перемещения

Драйвер типа плоскость–точка аналогичен драйверу типа точка–плоскость кроме того, что Вы определяете направление в котором плоскость переместится относительно точки. В течении прогона движения управляемая плоскость перемещается в определенном направлении движения, оставаясь перпендикулярной к точке. Самое короткое расстояние от точки до плоскости измеряет величину расположения драйвера. В нулевом положении точка лежит на плоскости.

Note:

Вы не можете определить ориентацию одного тела относительно другого, используя только драйвер типа плоскость-точка. Также имейте в виду, что управляемая плоскость может свободно перемещаться перпендикулярно к определённому направлению. Вы можете заблокировать эту степень свободы с помощью соединения или другого драйвера.

Точка-точка драйвер перемещения

Перемещает точку на одном теле в направлении, определённом на другом теле. Самое короткое расстояние измеряет позицию управляемой точки до плоскости, которая содержит контрольную точку и перпендикулярна к направлению движения. Нулевое положение драйвера типа точка-точка соответствует тому положению, когда и ссылочная и управляемая точки лежат на плоскости, нормальной к направлению движения.

Note:

Драйвер перемещения типа точка–точка - очень свободное ограничение, которое должно быть использовано с должной осторожностью, чтобы получить предсказуемое движение. Вы не можете определить ориентацию одного тела относительно другого используя только драйвер типа точка-точка. В действительности для этого Вы должны бы были использовать шесть драйверов типа точка-точка.

Также имейте в виду, что управляемая точка может свободно перемещаться перпендикулярно в определенном направление и будет делать так, если Вы не определите иначе. Заблокируйте эту степень свободы с помощью соединения или другого драйвера. Определяя x, y и z компоненты движения на точке относительно плоскости, Вы можете заставить точку следовать комплексной 3D кривой.

Конфигурация профиля драйвера

Вы можете использовать драйверные профили, чтобы определить один из следующих аспектов или движение:

Position — Этот тип определяет позицию выбранного объекта.
Velocity — Этот тип определяет скорость выбранного объекта. Должна быть установлена начальная позиция. Два выбора - нулевое положение осей соединения или текущая позиция.
Acceleration — Ускорение. Должны быть установлены начальное положение и скорость.

Имеется восемь типов драйверных профилей. Каждый тип имеет собственные входные требования. В приведённой ниже таблице приведён каждый тип драйверного профиля, его описание и требуемые настройки.

Таблица 1: Драйверы.

Драйвер	Описание	Настройки
Constant	Используйте если Вы хотите применить равномерное прямолинейное движение.	y = A, где A = Константа, не зависящая от времени
Ramp	Используйте если Вы хотите применить равномерное прямолинейное движение или движение, которое изменяется линейно по времени.	y = A + B*t, где A = константа, B = угловой коэффициент
Cosine	Используйте если Вы хотите заставить механизм совершать колебательные движения.	y = Acos(2Pi*t/T + B) + C, где A = амплитуда, B = фаза, C = смещение, T = период
SCCA	Используйте, чтобы моделировать выход профиля кулачка.
Cycloidal	Используйте, чтобы моделировать выход профиля кулачка.	y = Lt/T – Lsin (2Pit/T)/2*Pi, где L = полное возвышение, T = период
Parabolic	Может использоваться для моделирования траектории.	y = A*t + 1/2 B(t2), где A = линейный коэффициент, B = квадратичный коэффициент
Polynomial	Используйте для универсального шаблона драйвера.	y = A + Bt + Ct2 + D*t3, где A = коэффициент константы, B = линейный коэффициент, C = квадратичный коэффициент, D = кубический коэффициент
Table	Используется для более комплексных профилей движения, которые Вы не можете определить с помощью других функций. Если у Вас есть выходные результаты измерения в табличном виде, Вы можете использовать эту таблицу здесь.	Имя входного файла с табличным входом в двухстобцовом формате. В первой колонке содержится время, а вторая содержит величину драйвера. Выдаётся сообщение об ошибке, если драйверная величина не определяется для всего временного интервала движения.

Следующий рисунок - графическое описание типов доступных профилей.

Рис.1 Типы профилей

Как только Вы определяете драйвер, профиль драйвера может отображаться графически. Вы можете редактировать, переименовывать, копировать или удалять имеющийся драйвер. На количество созданных для объекта драйверов ограничения нет.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДВИЖЕНИЯ

Вместо того, чтобы использовать функциональное назначение Drag для перемещения механизма в интерактивном режиме, Вы можете использовать определение движения, чтобы точно управлять, как механизм должен перемещаться в данный период времени.

Вы определяете способ, которым сборка должна перемещаться, добавляя драйвер к механизму, затем устанавливая переменные временного интервала движения. Вы можете воспроизводить результаты прогона движения или сохранить их, чтобы повторно воспроизвести в последствии.

Конфигурация параметров временного интервала

Используя установочные параметры временного интервала, Вы можете определять когда движение начинается, когда оно заканчивается и какая часть системы охватывается движением. Имеются три параметра, располагаемые для определения того, как программа измеряет временной интервал:

Length — Продолжительность прогона движения, вычисленное с помощью конечного и начального времени (в секундах).
Rate — Количество фреймов в секунду в течение прогона движения, которое может также быть определено с использованием Интервала (Rate = 1/Interval).
Frame Count — Полное число фреймов при прогоне движения.

Эти параметры связаны между собой следующей формулой:

Frame Count = Frame Rate * Length + 1

В результате, только два из этих трех параметров должны быть определены, третий будет получен автоматически. Чтобы полностью определять параметры настройки временного интервала, Вы должны определить Start Time и одну из следующих комбинаций:

Length и Rate
Length и Frame Count
Rate и Frame Count

Блокировка объектов в течении прогона движения

Вы можете блокировать тела при прогоне движения. Заблокированные тела не будут перемещаться относительно земли про прогоне определённого движения.

Конфигурация первого движения

Вы можете запустить движение из текущей экранной конфигурации. Вы можете также выбрать кадр, сохранённый в диалоговом окне Drag.

Выбор активных драйверов

Когда имеется несколько драйверов, Вы можете выбрать тот, который будет использован при определении движения. Активированные драйверы зависимы от времени, что означает, что каждый драйвер может иметь собственное стартовое и конечное время, независимое от других драйверов. Это дает Вам больше гибкости при создании анализа механизма.

Note:

Если для объекта определено несколько драйверов для любого конкретного прогона движения, включите только один драйвер для данного объекта за один раз.

Определение прогона движения

Вы можете определить для механизма несколько движений. Вы можете редактировать, копировать, удалять и запускать определённые движения. Когда производится прогон движения, перемещение механизма будет отображаться графически. Результат прогона движения находиться в сессии. Вы можете воспроизвести и сохранить результаты движения с помощью Result. Выход из Pro/Mechanism без сохранения удаляет результаты движения из сессии.

Если прогон движения указывает, что механизм не может быть собран в некоторых фреймах, Вы, вероятно, определили драйверы, которые пытаются собрать механизм в невозможной конфигурации. Это могло быть вызвано следующими причинами:

Ошибка в способе определения драйвера
Конфликт между драйверами
Драйвер пытается переместить точку за определённые для неё лимиты

Всякий раз, когда это случается, Вы можете исследовать механизм в последнем успешно собранном фрейме и пробовать определить, являются ли определения драйвера соответствующими.

ЛАБОРАТОРНАЯ ПРАКТИКА

Цель

Создать драйверы и запустить движение.

Методика

В первом упражнении создаётся драйвер оси соединения для управления движением ручной автоматической пилы.

Во втором упражнении создаются различные табличные драйверы осей соединений, чтобы сымитировать движение ковша экскаватора.

В третьем упражнении создаётся геометрический драйвер, чтобы сохранять горизонтальность ковша перемещающего цементный раствор.

УПРАЖНЕНИЕ 1: Создание стандартных драйверов осей соединений

Задача 1. Создание драйвера для соединения shaft1.

1. Измените рабочий каталог на CREATING_STANDARD_JOINT_AXIS в папке DRIVERS.

2. Вызовите SAW.ASM.

3. Выберите Mechanism из меню ASSEMBLY.

4. В MODEL TREE щёлкните по разветвителю, чтобы получить доступ к иконке драйвера, как показано на рисунке.

5. Выберите DRIVERS, чтобы высветить его.

6. Щёлкните правой кнопкой и выберите New для открытия диалогового окна DRIVER EDITOR.

Рис.2 Добавление драйвера с использованием MODEL TREE.

7. На закладке Entities раскройте список DRIVEN ENTITY для просмотра допустимых опций. Оставьте предлагаемое по умолчанию Joint Axis.

8. Выберите ось соединения shaft1, как показано на приведённом выше рисунке.

9. Перейдите на закладку PROFILE и заполните поля диалогового окна так, как показано на рисунке.

Рис.3 Профиль драйвера

9. Нажмите кнопку Graph для проверки графика.

Рис.4 График настроек драйвера оси соединения

10. Закройте окно графика и диалоговое окно GRAPH OPTIONS.

11. Нажмите OK для завершения.

Задача 2. Создание определения движения.

1. Щёлкните правой кнопкой по MOTION DEFS в MODEL TREE и выберите New.

2. Примите все предлагаемые по умолчанию значения и закройте диалоговое окно.

3. Найдите новое определение движения пол MOTION DEFS в MODEL TREE. Щёлкните по нему правой кнопкой и выберите Run.

4. Обратите внимание на стопорное кольцо на shaft 1. Как видите в данном механизме вращательное движение преобразуется в возвратно-поступательное. Также обратите внимание на то, что скорость вращения постепенно увеличивается.

5. Сохраните сборку и удалите её из сессии.

УПРАЖНЕНИЕ 2: Создание табличных драйверов осей соединений

Задача 1. Создание табличного драйвера осей соединений.

1. Измените рабочий каталог на CREATING_TABLE_JOINT_AXIS в папке DRIVERS.

2. Вызовите BACKHOE2001.ASM.

3. Выберите Mechanism из меню ASSEMBLY.

4. Исследуйте имеющиеся соединения используя MODEL TREE.

5. В MODEL TREE раскройте разветвитель для доступа к ROTATION AXIS под JOINT_23.

6. Выберите ROTATION AXIS для высвечивания. Ось соединения также высвечивается в графическом окне.

7. Щёлкните правой кнопкой и выберите Driver для открытия диалогового окна DRIVER EDITOR, как показано на приведённом ниже рисунке.

Рис.5 Добавление драйвера оси соединения для определённой оси

8. Введите [spin] в качестве названия драйвера.

9. На закладке PROFILE выберите Position из опускающегося списка Specification.

10. Выберите Table из опускающегося списка Magnitude.

11. Нажмите кнопку Browse для определения расположения файла на жестком диске.

12. В диалоговом окне SELECT TABLE FILE выберите All files(*) из опускающегося списка TYPE.

13. Откройте файл A_SPIN.TXT.

14. Нажмите кнопку Graph в диалоговом окне DRIVER EDITOR для просмотра профиля графика.

15. Нажмите кнопку Close в диалоговом окне GRAPH OPTIONS.

16. Нажмите OK для закрытия диалогового окна DRIVER EDITOR.

Задача 2. Создание дополнительных табличных драйверов с использованием той же процедуры.

1. Создайте следующие табличные драйверы позиций (каждый драйвер имитирует отдельный гидравлический привод):

Драйвер HYD1 для TRANSLATION AXIS под JOINT _31.
Используйте A_HYDRAULIC1_DRIVER.TXT в качестве вводного табличного файла.
Драйвер HYD2 для TRANSLATION AXIS под JOINT _29.
Используйте A_ HYDRAULIC2_DRIVER.TXT в качестве вводного табличного файла.
Драйвер HYD3 для TRANSLATION AXIS под JOINT _30.
Используйте A_ HYDRAULIC3_DRIVER.TXT в качестве вводного табличного файла.

Задача 3. Создание определения движения и прогон движения.

1. Щёлкните правой кнопкой по MOTION DEFS в MODEL TREE и выберите New.

2. Введите [move_dirt] в качестве названия определения движения.

3. Введите на закладке TIME DOMAIN следующую информацию.

Одобрите Length and Rate в опускающемся списке.
Введите [18] в поле End Time.
Введите [5] в поле Rate.
Выберите Snapshot3 из опускающегося списка в зоне INITIAL CONFIGURATION.

4. На закладке DRIVER убедитесь, что в поле ACTIVE DRIVERS добавлены в качестве активных драйверов только четыре вновь созданных драйвера (лишние, если они есть, удалите). Оставьте опции Use Time Domain Start и Use Time Domain End включенными.

5. Нажмите кнопку OK.

6. Щёлкните правой кнопкой по MOVE_DIRT определению движения в MODEL TREE под MOTION DEFS и выберите Run.

7. В MODEL TREE раскройте разветвитель PLAYBACK для доступа к воспроизведению MOVE_DIRT. Щёлкните правой кнопкой и выберите Save.

8. Выберите Done/Return из меню MECHANISM. Сохраните и удалите сборку из сессии.

УПРАЖНЕНИЕ 3: Создание геометрических драйверов

Задача 1. Создайте драйвер оси соединения, чтобы поднять рычаг.

1. Измените рабочий каталог на CREATING_GEOMETRIC_JOINT_AXIS в папке DRIVERS.

2. Откройте LOADER.ASM.

3. Выберите Mechanism из меню ASSEMBLY.

4. В MODEL TREE раскройте разветвитель для доступа к TRANSLATION AXIS под соединением PISTON.

5. Щёлкните по TRANSLATION AXIS для высвечивания. Ось соединения также высветится в графическом окне.

6. Щёлкните правой кнопкой и выберите Driver для открытия диалогового окна DRIVER EDITOR.

7. Введите [liftarm] в качестве названия драйвера и введите следующую информацию на закладке PROFILE.

Выберите Position из опускающегося списка Specification.
Выберите Ramp из опускающегося списка Magnitude.
Введите [1] для коэффициента A.
Введите [1.2] для коэффициента B.

8. Нажмите кнопку OK для закрытия диалогового окна.

Task 2. Создание геометрического драйвера для сохранения горизонтальности ковша при подъёме рычага.

1. Высветите DRIVERS в MODEL TREE. Щёлкните правой кнопкой и выберите New.

2. Введите [bucket] в качестве названия драйвера.

3. На закладке ENTITIES выберите Plane из опускающегося списка DRIVEN ENTITY.

4. Включите опцию Rotation (in degrees).

5. Выберите верхнюю поверхность ковша в качестве DRIVEN ENTITY, как показано на рисунке.

Рис.6 Выбор верхней поверхности ковша в качестве управляемого элемента.

6. Выберите ASM_TOP на LOADER.ASM в качестве REFERENCE ENTITY.

7. Выберите AA_1 на LOADER.ASM в качестве MOTION DIRECTION.

8. Одобрите предлагаемые по умолчанию опции на закладке Profile. 0 (Нуль) градусов позиции константы драйвера сохранит параллельность двух плоскостей.

9. Нажмите кнопку OK для закрытия диалогового окна DRIVER EDITOR.

Задача 3. Создание определения движения и прогон движения.

1. Щёлкните по MOTION DEFS в MODEL TREE и выберите New.

2. Введите [move_mortar] в качестве названия определения движения.

3. Введите следующую информацию на закладке TIME DOMAIN.

Одобрите выбор Length and Rate из опускающегося списка.
Одобрите [10] в качестве конечного времени (поле End Time).
Введите [3] в качестве коэффициента (поле Rate).
Выберите кадр start из опускающегося списка в INITIAL CONFIGURATION.

4. На закладке DRIVER убедитесь, что добавлены только два новых драйвера и выбраны опции Use Time Domain Start и Use Time Domain End.

5. Нажмите кнопку OK для закрытия диалогового окна MOTION DEFINITION.

6. Щёлкните правой кнопкой по MOVE_MORTAR в MODEL TREE и выберите Run. Как видите рычаг поднимается, а ковш остаётся при этом горизонтальным.

7. В MODEL TREE раскройте разветвитель Playback для доступа к MOVE_ MORTAR. Щёлкните правой кнопкой и выберите Save.

8. Выберите Done/Return из меню MECHANISM. Сохраните и удалите сборку из сессии.

Оглавление

Главная страница