Pro/E軟件在機(jī)械原理課程教學(xué)中的應(yīng)用

嚴(yán)小黑

摘 要 利用Pro/E軟件的機(jī)構(gòu)仿真分析功能分析平面連桿機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)角、死點(diǎn)位置和急回特性。借此說明，將Pro/E的機(jī)構(gòu)仿真分析功能應(yīng)用于機(jī)械原理課程教學(xué)中，能增強(qiáng)學(xué)生的感性認(rèn)識(shí)，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，取得較好的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞 Pro/E；機(jī)械原理課程；運(yùn)動(dòng)仿真；機(jī)構(gòu)分析

中圖分類號(hào)：G642.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1671-489X（2017）10-0050-02

Application of Pro/E Software in Teaching of Mechanical Prin-ciple Course//YAN Xiaohei

Abstract The transmission function analysis for planar linkage angle，

dead position and quick return characteristics by means of Pro/E software simulation. To explain， the Pro/E mechanism simulation analysis function applied in the teaching of mechanical principle course， can enhance students perceptual knowledge， improve stu-dents learning interest， and obtain good teaching effect.

Key words Pro/E； mechanical principle course； motion simulation； mechanism analysis

1 引言

機(jī)械原理是高等院校機(jī)械類專業(yè)的一門十分重要的主干技術(shù)課。通過本課程學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握有關(guān)機(jī)構(gòu)與機(jī)器運(yùn)動(dòng)學(xué)的基本理論、基本方法和基本技能，為進(jìn)一步學(xué)習(xí)機(jī)械類專業(yè)課打下良好的理論基礎(chǔ)，并培養(yǎng)學(xué)生綜合分析和解決工程實(shí)際問題的能力。其在機(jī)械類專業(yè)的課程體系中占有十分重要的地位。

對(duì)各種機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)分析是機(jī)械原理課程的重點(diǎn)核心內(nèi)容，也是難點(diǎn)教學(xué)內(nèi)容，若僅僅依靠板書或靜態(tài)PPT進(jìn)行教學(xué)，會(huì)讓學(xué)生感覺太抽象，不好理解。Pro/E軟件中機(jī)構(gòu)仿真模塊是一個(gè)集運(yùn)動(dòng)仿真和機(jī)構(gòu)分析于一身的功能強(qiáng)大的模塊。利用該模塊對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真和分析，能讓學(xué)生觀察機(jī)構(gòu)的整體運(yùn)動(dòng)情況和各構(gòu)件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，并輸出分析圖，進(jìn)行定量分析，讓學(xué)生對(duì)機(jī)構(gòu)形成非常直觀的感性認(rèn)識(shí)，進(jìn)而取得非常好的教學(xué)效果。

2 Pro/E在機(jī)械原理教學(xué)中的應(yīng)用：以平面連桿機(jī)構(gòu)為例

平面連桿機(jī)構(gòu)是機(jī)械原理課程介紹的第一類機(jī)構(gòu)，學(xué)生對(duì)其理解得好壞，直接影響其對(duì)該課程的學(xué)習(xí)信心。該機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)角、死點(diǎn)位置和急回特性難以理解，用Pro/E的機(jī)構(gòu)仿真功能對(duì)其進(jìn)行仿真分析，可以讓學(xué)生非常直觀地理解這幾個(gè)知識(shí)點(diǎn)[1]。

用Pro/E建立平面連桿機(jī)構(gòu)模型 用Pro/E軟件創(chuàng)建一平面連桿機(jī)構(gòu)中的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，其由機(jī)架、曲柄、連桿和搖桿四部分組成，如圖1所示。設(shè)置機(jī)架長(zhǎng)為150 mm、

曲柄長(zhǎng)50 mm、連桿長(zhǎng)175 mm、搖桿長(zhǎng)100 mm。將這些桿件以銷釘?shù)姆绞窖b配在一起，并在機(jī)構(gòu)模塊為曲柄與機(jī)架的連接處定義一個(gè)伺服電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速設(shè)置為60 deg/sec，

運(yùn)轉(zhuǎn)12秒。

用Pro/E分析機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)角 傳動(dòng)角γ是衡量平面機(jī)構(gòu)傳動(dòng)質(zhì)量的重要參數(shù)。當(dāng)機(jī)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，其傳動(dòng)角大小是變化的，為了保證機(jī)構(gòu)傳動(dòng)良好，設(shè)計(jì)時(shí)通常應(yīng)使γmin≧40o。

在曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中，當(dāng)曲柄為主動(dòng)件時(shí)，傳動(dòng)角γ就等于連桿與搖桿之間的夾角（如圖1所示）。可利用Pro/E

的機(jī)構(gòu)分析功能定量分析傳動(dòng)角γ在機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)過程中的變化情況[2]，具體步驟如下。

第一步，通過分析下拉菜單的測(cè)量角命令，為連桿和搖桿之間定義一個(gè)角分析特征。

第二步，通過右側(cè)工具欄“生成分析的測(cè)量結(jié)果”命令，選擇前一步生成的角分析特征為測(cè)量對(duì)象，測(cè)量其在曲柄運(yùn)動(dòng)2周的過程中，隨時(shí)間的變化情況，并生成測(cè)量結(jié)果，如圖2所示。

從曲線圖可直觀看出其γmin≦30o，不滿足機(jī)構(gòu)傳動(dòng)設(shè)計(jì)要求γmin≧40o。

現(xiàn)將機(jī)構(gòu)的連桿長(zhǎng)度由175 mm變更為150 mm，重復(fù)以上測(cè)量操作，得到如圖3所示測(cè)量結(jié)果，此時(shí)γmin≧40o，達(dá)到機(jī)構(gòu)傳動(dòng)設(shè)計(jì)要求。

通過以上過程，可以讓學(xué)生直觀觀察傳動(dòng)角在機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)中的變化情況及桿長(zhǎng)變化對(duì)傳動(dòng)角的影響，同時(shí)讓學(xué)生形成優(yōu)化機(jī)構(gòu)的意識(shí)。

用Pro/E分析機(jī)構(gòu)的死點(diǎn)位置 死點(diǎn)位置是傳動(dòng)角為零，驅(qū)動(dòng)力對(duì)從動(dòng)件的有效回轉(zhuǎn)力矩為零的位置，也是從動(dòng)件與連桿共線的位置。

曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中，曲柄為主動(dòng)件時(shí)，機(jī)構(gòu)無(wú)死點(diǎn)位置。當(dāng)取搖桿為主動(dòng)件時(shí)，單擊工具命令“拖動(dòng)元件”，再選中搖桿，移動(dòng)鼠標(biāo)，可控制機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)；可當(dāng)機(jī)構(gòu)處于如圖4所示的兩個(gè)位置時(shí)，機(jī)構(gòu)無(wú)法繼續(xù)移動(dòng)，說明機(jī)構(gòu)處于死點(diǎn)位置。此時(shí)連桿與曲柄位于一條直線上，傳動(dòng)角為0。

用Pro/E分析機(jī)構(gòu)的急回特性 急回特性是指平面連桿機(jī)構(gòu)中從動(dòng)件的回程平均速度大于工作行程的平均速度的特性。曲柄搖桿機(jī)構(gòu)就具備這一特性。利用Pro/E的機(jī)構(gòu)分析功能分析搖桿頂點(diǎn)的速度，可讓學(xué)生更好地理解這種特性。在“分析測(cè)量的結(jié)果”命令中新建測(cè)量對(duì)象，設(shè)置搖桿頂點(diǎn)的速度為測(cè)量對(duì)象，測(cè)量其在機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)過程中的變化情況，并生成測(cè)量結(jié)果，如圖5所示。由圖可知，當(dāng)曲柄做勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，搖桿做變速運(yùn)動(dòng)，并且搖桿的行程和回程段速度區(qū)別顯著，回程段的平均速度明顯高于行程段的平均速度，直觀地表現(xiàn)了該機(jī)構(gòu)的急回特性。

3 結(jié)語(yǔ)

Pro/E軟件的機(jī)構(gòu)仿真分析功能可形象清晰地將平面連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、傳動(dòng)角變化、死點(diǎn)位置及急回特性展示在學(xué)生面前，使學(xué)生獲得對(duì)平面連桿機(jī)構(gòu)特性的感性認(rèn)識(shí)，取得較好的教學(xué)效果。此法可同樣應(yīng)用于機(jī)械原理課程其他機(jī)構(gòu)（如凸輪機(jī)構(gòu)、齒輪機(jī)構(gòu)等）的教學(xué)中。Pro/E軟件與機(jī)械原理課程的有機(jī)結(jié)合，可增強(qiáng)學(xué)生的感性認(rèn)識(shí)，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，優(yōu)化教學(xué)效果。

參考文獻(xiàn)

[1]董亞峰，程鵬飛，黃莉.ProE運(yùn)動(dòng)仿真功能在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用[J].山西農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)：社會(huì)科學(xué)版，2007（S1）：

74-75.

[2]吳昊.基于ProE的四鉸鏈曲柄滑塊機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析[J].湖北工程學(xué)院學(xué)報(bào)，2014（3）：121-123.endprint