了得網計算機/網絡_機械運動仿真與動力分析從入門到精通—

編輯推薦

概念清晰，層次分明。作者教學經驗豐富，講解細致，實際應用價值高。

內容簡介

本書結合實際，采用實際應用中的機械零件和裝置，進行仿真模型的創建、運動仿真、動力分析的講解，易於學習。結合Pro/E Wildfire 5.0分析模塊（Pro/Mechanism）的實際操作界面，講解軟件的對話框、菜單和按鍵操作，使讀者在學習時能夠直觀、方便地進行軟件操作。

本書主要內容有Pro/Mechanism入門基本概念、仿真機構的創建與分析概述、建立常規連接及應用實例、建立特殊連接及應用實例、機械動態分析綜合實例、機構分析說明等。

本書的配套光盤中包含有軟件操作過程的錄像視頻文件，供讀者學習時參考。

作者簡介

第1章 Pro/Mchanism入門基本概念1
1.1 概述1
1.2 Pro/Mechanism定義體繫和傳統機械設計定義體繫2
1.3 Pro/Mchanism術語2
1.3.1 主體2
1.3.2 連接3
1.3.3 伺服電動機與執行電動機6
1.3.4 自由度7
1.3.5 仿真模型創建中避免冗餘產生應注意的事項9
第2章仿真機構的創建與分析概述12
2.1 Pro/E Wildfire 5.0機構設計界面分區及結構12
2.1.1 進入機構組裝工作界面12
2.1.2 進入機構分析工作界面15
2.2 應用實例——鉸鏈四杆機構的建模與分析17第1章 Pro/Mchanism入門基本概念1

1.1 概述1

1.2 Pro/Mechanism定義體繫和傳統機械設計定義體繫2

1.3 Pro/Mchanism術語2

1.3.1 主體2

1.3.2 連接3

1.3.3 伺服電動機與執行電動機6

1.3.4 自由度7

1.3.5 仿真模型創建中避免冗餘產生應注意的事項9

第2章仿真機構的創建與分析概述12

2.1 Pro/E Wildfire 5.0機構設計界面分區及結構12

2.1.1 進入機構組裝工作界面12

2.1.2 進入機構分析工作界面15

2.2 應用實例——鉸鏈四杆機構的建模與分析17

2.2.1 創建鉸鏈四杆機構模型17

2.2.2 分析準備22

2.2.3 位置分析26

2.2.4 運動分析27

2.2.5 動態分析28

2.2.6 靜態分析32

2.2.7 力平衡分析34

2.3 獲取分析結果37

2.3.1 繫統自由度、冗餘37

2.3.2 獲取繫統運動分析結果38

2.3.3 獲取繫統受力分析結果41

2.4 輸出分析結果43

2.4.1 用線圖輸出分析結果43

2.4.2 創建運動軌跡46

2.5 機構分析的動畫播放與創建視頻文件47

2.5.1 動畫播放48

2.5.2 創建視頻文件49

2.5.3 創建運動包絡50

2.5.4 干涉檢驗51

2.6 Pro/Mechanism機構分析的基本工作流程52

2.7 Pro/Mechanism仿真結果分析比較52

第3章建立常規連接及應用實例56

3.1 定義常規連接56

3.1.1 剛性連接56

3.1.2 銷釘連接61

3.1.3 滑動杆連接62

3.1.4 焊接連接64

3.1.5 圓柱連接65

3.1.6 球連接67

3.1.7 軸承連接68

3.1.8 槽連接69

3.1.9 一般連接70

3.1.10 平面連接72

3.1.11 6DOF73

3.2 應用實例77

3.2.1 應用實例1——直動從動件圓柱凸輪機構77

3.2.2 應用實例2——油泵78

3.2.3 應用實例3——軸向柱塞泵81

3.2.4 應用實例4——挖掘機機械手臂的運動仿真85

第4章建立特殊連接及應用實例101

4.1 凸輪連接101

4.1.1 直動滾子從動件盤形凸輪機構101

4.1.2 擺動從動件盤形凸輪機構104

4.1.3 槽輪機構107

4.2 齒輪連接109

4.2.1 圓柱齒輪連接110

4.2.2 齒輪齒條連接113

4.2.3 圓錐齒輪連接117

4.2.4 蝸輪蝸杆連接119

4.3 帶傳動連接122

4.4 3D接觸連接129

4.5 應用實例1—牛頭刨床129

4.6 應用實例2—單缸發動機133

4.7 應用實例3—汽車差速器144

4.8 應用實例4—小球踫撞分析 158

第5章機械動態分析綜合實例163

5.1 遊梁式抽油機163

5.1.1 概述163

5.1.2 遊梁式抽油機仿真繫統坐標繫的設置164

5.1.3 遊梁式抽油機懸點載荷164

5.1.4 抽油機的組裝165

5.1.4 運動分析166

5.1.5 獲取運動分析結果168

5.1.6 動態分析171

5.1.7 輸出動態分析結果174

5.1.8 懸點載荷示功圖的創建177

5.2 雙缸單作用鑽井泵179

5.2.1 概述179

5.2.2 鑽井泵的組裝180

5.2.3 分析準備186

5.2.4 動態分析194

5.2.5 獲取分析結果195

第6章機構分析說明205

6.1 拖動和快照205

6.1.1 拖動206

6.1.2 快照206

6.1.3 約束206

6.1.4 高級拖動約束207

6.2 初始條件定義208

6.3 質量屬性209

6.4 重力210

6.5 彈簧211

6.6 阻尼器212

6.7 力/扭矩213

6.8 伺服電動機定義214

6.9 執行電動機定義216

6.10 齒輪副定義216

6.11 凸輪從動機構連接定義219

6.12 分析定義221

6.13 分析結果的測量222

6.13.1 測量的類型和意義222

6.13.2 【測量定義】中評估方法各項的意義230

6.13.3 每種分析所對應的測量類型231

6.13.4 所對應的測量類型232

6.13.5 【測量結果】對話框各選的名稱和功能233

6.14 回放233

參考文獻238

前言

前言
Pro/Engineer 是PTC公司旗下集CAD/CAM/CAE於一體化的大型三維軟件，是現今主流的CAD/CAM/CAE軟件之一，在國內產品設計領域占據重要位置。CAE（Computer Aided Engineering，計算機輔助分析）的核心技術是機構運動學、動力學仿真技術（即Pro/Mechanism）分析技術（即Pro/Mechanica）。CAE的這些內容以前主要是研究生學習和應用的內容。隨著CAE軟件功能的大幅提升和操作性能的改進，使其大規模的推廣應用成為可能。
本書作者曾在機械廠從事技術工作16年，之後又在學校擔任教學和科研工作20餘年。由於科研工作的需要，作者一直與多個機械廠（機械加工廠、機械設備制造廠）合作，開發了一些石油機械新產品在油田推廣應用。通過和機械廠從事一線工作的工程技術人員的接觸，了解到他們對目前已經成熟的現代設計法缺乏認識，處於基本上不會應用CAE核心技術來提高產品的質量和開發新產品的狀況。這也是我國新產品開發緩慢，技術水平長期落後於發達國家的重要原因之一。
要縮短我國生產技術水平與發達國家差距，應將CAE的核心技術在我國基層工程技術人員中普及和推廣，使他們能應用現代設計方法去解決生產中的問題和進行新產品的開發，從而推動我國工業技術整體水平向前發展。前言

Pro/Engineer 是PTC公司旗下集CAD/CAM/CAE於一體化的大型三維軟件，是現今主流的CAD/CAM/CAE軟件之一，在國內產品設計領域占據重要位置。CAE（Computer Aided Engineering，計算機輔助分析）的核心技術是機構運動學、動力學仿真技術（即Pro/Mechanism）分析技術（即Pro/Mechanica）。CAE的這些內容以前主要是研究生學習和應用的內容。隨著CAE軟件功能的大幅提升和操作性能的改進，使其大規模的推廣應用成為可能。

本書作者曾在機械廠從事技術工作16年，之後又在學校擔任教學和科研工作20餘年。由於科研工作的需要，作者一直與多個機械廠（機械加工廠、機械設備制造廠）合作，開發了一些石油機械新產品在油田推廣應用。通過和機械廠從事一線工作的工程技術人員的接觸，了解到他們對目前已經成熟的現代設計法缺乏認識，處於基本上不會應用CAE核心技術來提高產品的質量和開發新產品的狀況。這也是我國新產品開發緩慢，技術水平長期落後於發達國家的重要原因之一。

要縮短我國生產技術水平與發達國家差距，應將CAE的核心技術在我國基層工程技術人員中普及和推廣，使他們能應用現代設計方法去解決生產中的問題和進行新產品的開發，從而推動我國工業技術整體水平向前發展。

基於這種想法，作者萌發了編寫一本面向廣大具有大專（含高職）及以上文化、從事一線工作的機械工程技術人員使用的書籍的想法。幫助他們學習核心技術（機械運動仿真與動力分析），使其從入門到精通。經過三年的努力，以及電子工業出版社領導和編輯同志的支持，這一想法終於得以實現。

由於本書的定位是面向廣大的機械工程技術人員，因此在編寫過程中從多方面采取措施，保證本書的易學性、實用性和繫統性。

Pro/E軟件的機械運動仿真與動力分析功能是由其Mechanism模塊實現的。本書首先通過對機械設計基礎知識與Mechanism基本概念的分析對比，讓讀者透徹理解Mechanism基本概念意義，從而將讀者順利地引入Mechanism軟件的學習。

雖然Mechanism的功能是對機構的分析，本書卻沒有對機構設計知識進行深入介紹，而專注於Mechanism軟件操作的學習。假如在講解Mechanism軟件的同時，又增加對機構設計知識的學習，不僅增加了本書的篇幅，加重了讀者學習的額外負擔，同時會打亂Mechanism軟件學習的繫統性。機構設計是一門繫統性、邏輯性很強的學科，要在Mechanism掌握軟件的同時又對機構設計知識加以學習，也是涉及皮毛，根本就談不上深入應用。這就是本書定位於面向具有機械設計基礎知識讀者的原因。

本書在學習的內容上經過認真挑選，使其既全面、又有代表性。在Mechanism基礎知識的學習中，采用實際的機械零部件作為舉例，還以具有代表性的機械，如抽油機、鑽井泵為例進行仿真分析。通過分析，使讀者在學習過程中得到全面、綜合的訓練，實現從入門到精通的轉變。

本書將對Mechanism分析工具使用方法的文字介紹，集中到後一章詳細解釋。這樣的好處是：保證軟件操作學習的連貫性；同時讓讀者在學完Mechanism基本內容後，再回顧這些知識，也易於理解和加深認識；本書後一章的內容也方便讀者在今後的應用中快速查閱。

為了能循序漸進的學習，本書的內容安排如下。

第1章：Pro/Mechanism入門基本概念

本章首先通過對機械設計基礎知識的回顧，使讀者認識到機械設計與Mechanism體繫在概念上的差異與聯繫，使讀者在後面各章節的學習中概念清晰明確。

第2章：仿真機構的創建與分析概述

本章以一個簡單的四杆機構模型分析為例，對Mechanism仿真分析進行一個全面的展示，讓讀者對Mechanism的功能和基本操作有一個全面的了解。

第3章：建立常規連接及應用實例

本章學習如何應用各種類型的常規件創建成仿真模型。在各種類型的常規連接使用方法學習完成後，以軸向柱塞泵、挖掘機機械手臂等機械模型的創建與仿真為例，說明常規連接的應用方法。

第4章：建立特殊連接及應用實例

本章首先學習齒輪機構、凸輪機構、帶傳動機構和3D接觸“特殊連接”，然後以牛頭刨床、單缸發動機、汽車差速器等具有一定難度機械為例，說明特殊連接在仿真機構分析中的應用方法。

第5章：機械動態分析綜合實例

本章列舉具有代表意義的機械：抽油機、鑽井泵進行運動仿真和動力分析，對讀者進行全面、綜合的訓練。在讀者圓滿地完成了本章內容的學習後，可基本掌握機械運動仿真與動力分析的技能，並具有應用Mechanism進行機械輔助設計的能力。

第6章：機構分析說明

本章對Mechanism建模和分析工具進行詳細說明。通過本章的學習，讀者對Mechanism知識全面掌握並加深理解。本章的內容還可供讀者在今後的使用中快速查閱之用。

為了配合本書的學習，還配備了學習光盤。光盤包括素材、結果和視頻三方面內容，它們分別保存在各章相應的目錄中。

以第3章的例2來說明保存方式，如下：

第3章範例練習\\e3_2\\素材第3章範例練習\\e3_2\\結果第3章範例練習\\e3_2\\視頻 ■“素材”目錄

“素材”是存放創建仿真模件的目錄。本書所講解的每個仿真機構都附帶有各自件模型，均保存在該目錄下。讀者在進行仿真機構的創建時，不需要繪制機構件，隻須對素材目錄下件進行調用即可。

■“結果”目錄

“結果”是保存創建完成的仿真模型、模型運動及動力分析等文件的目錄。

■“視頻”目錄

“視頻”是保存機構組裝過程的屏幕錄像以及機構動畫文件的目錄。通過屏幕錄像的觀看分析，可解決讀者在仿真機構的創建和分析中的問題。

在本書的編寫過程中，得到楊怡同志的大力支持和幫助，表示感謝。

由於編者的水平有限，存在有不足和考慮欠妥之處。真誠地希望讀者對本書提出寶貴的意見和建議。

編者

於西南石油大學

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