Pro/MECHANICA: Motion Analysis
Version 2001
Глава 8 - Независимый режим
Упражнение 8a - Кривошипно-шатунный механизм в независимом режиме
Цель
После завершения этого упражнения Вы будете способны:
Создание модели движения в независимом режиме
В этом упражнении используется кривошипно-шатунный механизм, предварительно проанализированный в интегрированном режиме. Вся геометрия будет полностью создана в независимом режиме с использованием массовых примитивов, чтобы создать упрощенную модель. Результаты этого анализа будут сравниваться с результатами, полученными в интегрированном режиме. На рисунке 8–17 показан механизм, который будет создан.
Рисунок 8-17
Задание 1: Запуск независимого режима Motion и создание новой модели.
1. Для запуска Motion в независимом режиме из интерфейса windows раскройте меню Start и выберите Programs, Pro MECHANICA, Motion, как показано на рисунке 8–18.
Рисунок 8-18
2. Появляется интерфейс независимого Motion. Автоматически создаётся новая модель. Сохраните эту модель под новым названием. Для этого выберите File, Save As. Открывается диалоговое окно Save Model As, как показано на рисунке 8-19.
Проконсультируйтесь с Вашим преподавателем, если Вы не способны расположить рабочий каталог на C:\users\train\Motion_2000i2.
Рисунок 8-19
3. Измените рабочий каталог на C:\users\train\Motion_2000i2 и назовите новую модель [slider_crank].
Задание 2: Создайте точки земли.
1. Выберите Model, Ground Points, Point.
При вводе расположения точки каждая координата должна быть отделена пробелом или запятой. Если значение z- не введено, то подразумевается, что оно равно 0.
2. В окне сообщений введите координаты первой точки, [0 0], и нажмите клавишу <Enter>. На экране появляется символ точки земли с координатами (0,0).
3. Создайте вторую точку земли, введя координаты [11 0]. Для завершения создания точек земли дважды нажмите клавишу <Enter>.
4. Вторая точка земли не видима, потому что расположена вне области текущего вида. Независимый режим использует те же самые динамические ориентационные средства управления, что и Pro/ENGINEER. Используя клавишу <Ctrl> и левой кнопкой мышки измените масштаб так, чтобы были видимы обе точки.
Задание 3: Создание точек тел.
1. Выберите Main, Geometry, Point, Single Points, Point.
2. Создайте в общей сложности пять точечных тел. Таблица 8–5 приводит список координат (x, y) для каждой точки. Нажмите клавишу <Enter> для ввода расположения каждой точки.
Таблица 8-5
|
|
Точка |
Координаты (x, y) |
|
|
|
A |
(0,0) |
|
|
|
B |
(3,0) |
|
|
|
C |
(10,0) |
|
|
|
D |
(11,0) |
|
|
|
E |
(12,0) |
|
3. После ввода всех пяти точек нажмите клавишу <Enter> ещё раз для завершения ввода. Модель будет выглядеть как показано на рисунке 8-20.
Рисунок 8-20
Задание 4: Создание тела мотылёвой шейки.
1. Выберите Main, Model, Bodies, Create Body.
Для создания тела сначала выберите точку для расположения локальной системы координат (LCS) тела. Затем выберите точки для определения границ тела. Напоминаем, что число выбранных точек определяет тип массового примитива, который может быть определён для тела.
2. Выберите Point и щёлкните по точке A для расположения LCS тела мотылёвой шейки.
3. Выберите точку A (опять) и точку B в качестве точек тела мотылёвой шейки. Щёлкните средней кнопкой мышки или нажмите клавишу <Enter>. Появляется форма Create Body Mass Properties, показанная на рисунке 8–21.
Рисунок 8-21
4. Назовите тело [crank].
5. Нажмите радио кнопки Calculate from Primitives и затем Cylinder.
6. Введите наружный радиус [0.1]. Обратите внимание, длина цилиндра определена выбором точек A и B.
7. В каких единицах введён радиус? Каково расстояние между точками
A и B? Напоминаем, используемые массовыми примитивами единицы определены назначенными материалами. Нажмите кнопку 
. Открывается диалоговое окно
Material Property Sets.
8. Прокрутите колонку библиотеки и выберите
STEEL_IPS, нажмите кнопку 
.
9. Открывается форма
Material Properties для подтверждения выбора материала и единиц. Дважды нажмите кнопку для завершения создания мотылёвой шейки.
Задание 5: Создание тела шатуна.
1. LCS тела шатуна будет расположена в точке B. Тело шатуна будет включать точки B и D. Используя опцию выбора Point и рисунок 8–22, в качестве руководства, выберите: точку B, точку B, точку D и щёлкните средней кнопкой мышки для завершения выбора точек.
Рисунок 8-22
2. Назовите тело [rod].
3. Включите радио кнопки Calculate from Primitive и Cylinder.
4. Введите наружный диаметр [0.1].
5. Материал по умолчанию будет соответствовать последнему выбору:
STEEL_IPS. Сохраните этот выбор. Нажмите кнопку .
Задание 6: Создание тела ползуна.
1. Для создания последнего тела выберите точки D, C, E и щёлкните средней кнопкой мышки.
2. Назовите тело [slider].
3. Включите радио кнопки Calculate from Primitive и Brick.
4. Введите для Outer Width значение [2] и для Outer Height значение [1]. Длина бруска определяется расстоянием между точками C и E.
5. Одобрите предлагаемый по умолчанию материал
STEEL_IPS и нажмите кнопку .
6. Нажмите кнопку 
из кнопок быстрого доступа в верхнем меню. Нажмите кнопку 
. Модель будет выглядеть как показано на рисунке 8-23.
Рисунок 8-23
7. Выберите File, Save.
Следующий шаг - добавить к модели движения соединения. Как обсуждалось ранее, при создании версии этой модели в интегрированном режиме для сохранения 1 степени свободы (вращение мотылёвой шейки относительно земли) модель должна содержать соединения, приведённые в таблице 8-6.
Таблица 8-6
|
Соединение |
Описание |
Соединённые точки |
|
Подшипник |
Соединяет тело мотылёвой шейки с землёй.
|
Точка A - Земля Точка A - Мотылёвая шейка
|
|
Шарнир |
Соединяет тело шатуна с телом мотылёвой шейки.
|
Точка В - Мотылёвая шейка Точка В - Шатун
|
|
Шарнир |
Соединяет тело ползуна с телом шатуна.
|
Точка D - Шатун Точка D - Ползун
|
|
Ползун |
Соединяет тело ползуна с землёй. |
Точка D - Ползун Точка D - Земля |
Используйте рисунок 8–24 в качестве руководства при создании четырёх соединений.
Рисунок 8-24
Задание 7: Создание подшипникового соединения между мотылёвой шейкой и землёй.
1. Выберите Main, Model, Connections, Joint.
2. Выберите точку A. Так как в точке A определены две точки (точка земли и точка тела), открывается показанное на рисунке 8–25 диалоговое окно. Система просит Вас выбрать точку, которая будет определять подшипниковое соединение.
Рисунок 8-25
При определении соединения между телом и землёй, точка земли должна быть выбрана первой.
3. Используя кнопку 
Вы можете
переключаться между двумя точками, которые обозначены в диалоговом окне как "Ground, point_1" и
"crank, point_3". Убедитесь в выборе точки земли и нажмите кнопку 
.
4. Выберите точку
A ещё раз. Так как имеется только две точки, а точка земли уже была выбрана, система автоматически выбирает
"crank, point_3". Открывается диалоговое окно
Joint Create. Заполните его как показано на рисунке 8–26 и нажмите кнопку .
Рисунок 8-26
Note: Если соединение определено не корректно, Вы можете удалить его, выбрав Edit, Delete, Entity из опускающегося меню и выбрав Connection из меню Design.
5. Появляется подшипниковое соединение, как показано на рисунке 8–27. Поступательная ось (обозначена на символе цилиндром) ориентирована некорректно. Она в настоящее время ориентирована по оси X. Для ориентирования её по оси z- выберите Edit, Connection, Joint, Axis из опускающегося меню.
Рисунок 8-27
6. Выберите показанную на рисунке 8–27 ось. В открывшемся диалоговом окне нажимайте кнопку 
, пока не высветится ось
Translational.
7. Ориентация вводится как конечная точка вектора, который начинается в (0, 0, 0) LCS тела земли. Вектор введен относительно мировой системы координат (WCS), расположенной в левом нижнем углу экрана. Введите [0 0 1] для ориентации оси вдоль z- и щёлкните средней кнопкой мышки. Соединение выглядит как показано на рисунке 8-28.
Рисунок 8-28
Задание 8: Создание шарнирного соединения между мотылёвой шейкой и шатуном.
1. Выберите Joint из меню Design.
2. Выберите точку
B, используйте кнопки 
и 
для выбора
"crank, point_4".
3. Выберите опять B. На этот раз система автоматически выберет "rod, point_5" и появится диалоговое окно Joint Create.
4. Дайте соединению название [pin_crank_rod].
5. Включите радио кнопку
Pin и нажмите кнопку . Ориентация шарнирного соединения по умолчанию является корректной.
Задание 9: Создание шарнирного соединения между шатуном и ползуном.
1. Выберите точку
D для создания следующего соединения. Имеется 5 накладывающихся друг на друга точек. Используйте и для выбора
"rod,point_6".
2. Выберите опять D. Так как в точке D отсутствует точка тела для ползуна, переключайтесь между точками для выбора "slider, Center of Mass".
3. Назовите
соединение [pin_rod_slide] и одобрите предлагаемый по умолчанию тип соединения,
Pin. Нажмите кнопку .
Задание 10: Создание ползункового соединения между ползуном и землёй.
1. Выберите точку D. Переключайтесь между точками для выбора "ground, point_2".
2. Выберите точку D, затем "slider, Center of Mass".
3. Назовите соединение [slider].
4. Включите радио кнопку
Slider, нажмите кнопку . Щёлкните средней кнопкой для завершения создания
соединения. Шарнирное соединение корректно ориентировано по x-оси WCS. Модель движения выглядит как показано на рисунке 8-29.
Рисунок 8-29
Задание 11: Создание драйвера.
1. Выберите Main, Model, Drivers.
2. Выберите вращательную ось подшипникового соединения, лежащую на оси z-, как показано на рисунке 8–30.
Рисунок 8-30
3. Открывается диалоговое окно Create Joint Driver. Обратите внимание на его идентичность с аналогичным окном в интегрированном режиме. Введите значения, как показано на рисунке 8–31. Угловая скорость определена равной 0.5 оборота в секунду.
Рисунок 8-31
4. Нажмите кнопку . Модель теперь выглядит как показано на рисунке 8-32.
Рисунок 8-32
Задание 12: Определение начальных условий для анализа.
1. Выберите Main, Model, Initial Conditions, Joint Axis.
2. Выберите ту же вращательную ось, что использовалась для создания драйвера. Открывается диалоговое окно Initial Conditions for Joint Axis, показанное на рисунке 8–33.
Рисунок 8-33
3. Для старта мотылёвой шейки
из нулевой позиции включите кнопку Required для Initial Rotation. Обратите внимание, Вы не можете выбрать
Required для Initial Angular Velocity, так как на той же оси определён драйвер. Нажмите кнопку и щёлкните средней кнопкой мышки.
Задание 13: Выполнение анализа Assembly.
1. Выберите Main, Run. Открывается диалоговое окно Run.
2. Выделите Assembly и нажмите кнопку 
.
Если анализ сборки не может корректно завершиться, проверьте опять созданные Вами соединения, как показано на рисунке 8–32. Обратите внимание на различие в типах соединений, позиции или ориентации.
3. После успешного завершения анализа появляется сообщение, показанное на рисунке 8–34. Нажмите кнопку 
.
Рисунок 8-34
Задание 14: Создание и выполнение анализа Motion.
1. Выберите Analyses. Открывается диалоговое окно Analyses.
2. Выберите Motion из раскрывающегося меню
New Analysis и нажмите кнопку 
.
3. Введите значения для
Duration и Increment, как показано на рисунке 8–35, и
нажмите кнопку 
. Поскольку драйвер угловой скорости установлен на
0.5 оборота в секунду, анализ выполнит один полный оборот кривошипно-шатунного механизма.
Рисунок 8-35
4. Нажмите кнопку 
в диалоговом окне
Analyses.
5. Выберите Run. Выберите анализ
Crank_Slider_Mot и нажмите кнопку 
. Как и в интегрированном режиме, появляется окно
Elapsed, который считает текущее время и кадры, по мере того как кривошипно-шатунный механизм проходит один цикл.
Задание 15: Управление управлением модели.
1. Для лучшего просмотра результатов анализа движения Вы скроете некоторые объекты движения и закрасите модель. Выберите Display, Master Visibilities из опускающегося меню. Открывается диалоговое окно Master Visibilities, показанное на рисунке 8–36. Это диалоговое окно используется для отображения объектов движения.
Рисунок 8-36
2. Отмените выбор
Ground Pts и нажмите кнопку 
.
3. Выберите Display, Settings из опускающегося меню. Открывается диалоговое окно Display Settings, показанное на рисунке 8-37. Это диалоговое окно используется для отображения объектов модели.
Рисунок 8-37
4. Выберите Smooth Shade из раскрывающегося меню Display Type.
5. Выберите Fine из раскрывающегося меню Display Quality.
6. Выберите
Dot из раскрывающегося меню Points и нажмите кнопку 
. Модель теперь выглядит как показано на рисунке 8-38.
Рисунок 8-38
Задание 16: Анимация модели.
1. Выберите Results, Animate. Обратите внимание, соединения, драйверы и LCS исчезают, чтобы облегчить визуализацию анимации.
2. Выберите Special. Открывается диалоговое окно Animation Control, показанное на рисунке 8–39. Это окно позволяет Вам определить параметры, относящиеся к анимации.
Рисунок 8-39
3. Введите 2 в поле количества циклов. Обратите внимание, Start Frame и End Frame будут контролировать начало и конец анимации.
4. Нажмите кнопку 
. Анимация выполнит два полных цикла движения кривошипно-шатунного механизма.
5. Выберите Forward. Анимация начинает движение вперёд, пока не остановится Для остановки анимации нажмите <Ctrl>+C или щёлкните средней кнопкой мышки.
6. Модель движения остаётся в случайной позиции. Для возврата модели в исходное положение выберите
Special. Введите значения, показанные на рисунке 8–40, и нажмите кнопку . Модель ориентируется в положение, соответствующее первому кадру анимации 1.
Рисунок 8-40
Задание 17: Создание графических результатов для кривошипно-шатунного механизма.
1. Выберите Results, Graph, Jt Axis Position.
2. Выберите вращательную ось подшипникового соединения (ось использовалась для определения драйвера). Щёлкните средней кнопкой мышки. Появляется диаграмма, показывающая позиции вращения подшипникового соединения, как показано на рисунке 8–41.
Рисунок 8-41
3. Диаграмма показывает вращение подшипникового соединения при его вращении от 0 до 2 секунд. Выберите Point Query и выберите точку для момента времени в 2 секунды, как показано на рисунке 8–41. Появляется окно Information, показанное на рисунке 8–42. Круговая позиция в момент времени 2 секунды равна 6.28318 или 360°.
Рисунок 8-42
4. Нажмите кнопку 
и щёлкните средней кнопкой мышки. Выберите Done из меню Design для закрытия диаграммы.
5. Создайте ещё две диаграммы, показывающие позиции оси соединения и скорость шарнирного соединения "pin_crank_slide", как показано на рисунке 8–43.
Рисунок 8-43
6. Диаграммы выглядит как показано на рисунках 8-44 и 8–45. Почему эти диаграммы одинаковы, но все же противоположны полученным в интегрированном режиме?
Рисунок 8-44
Рисунок 8-45
7. Сохраните модель и оставьте её открытой. Она будет использована в следующем упражнении.