基于PRO／E的曲柄连杆机构的建模与仿真研究
基于ProE的发动机曲柄连杆机构运动仿真
［３］ 詹友刚．Ｐｒｏ／ＥＮＧＩＮＥＥＲ ２００１ 教程［Ｍ］．北京：清华大 学出版社，２００３．
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Kinematical Simulation of Slider-Crank Mechanism of Engine Based on Pro/E
ZHAO Ming-yu, GAO Yu-zhi
Ｔｉｍｅ／ｓ
图 ３ 活塞随时间变化的位移曲线
２３２．８１８７９５７
Ａｎａｌｙｓｉｓ Ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎ１：：ｍｅａｓｕｒｅ１／ｍｍ
２２１２２２．．８８１１８８７７９９５５７７
２０２．８１８７９５７
１９２．８１８７９５７
１８２．８１８７９５７
１１７６２２．．８８１１８８７７９９５５７７ １ ５２．８１８７９５７ ０ ２ ４ ６ ８ １０ １２
收稿日期 作者简介
２００４－０８－１５ 赵明宇 １９６８－ ，男 ｙａｈｏｏ．ｃｏｍ．ｃｎ
讲师
（Ｅ－ｍａｉｌ）ｚｈａｏｍｙ０００００＠
Ｍｅｃｈａｎｉｓｍ 的 Ｍｅａｓｕｒｅｓ 后直接得到的分析结果 图 ４ 是将运行结果转化为 ＥＸＣＥＬＥ 的图表方式输出 更 有利于结果的分析
基于Pro／E剪板机曲柄连杆机构运动仿真
３ 机构简化模型
将 曲轴 分为单个 曲柄之后 ， 整个 曲轴 活塞连杆 机构就 演变为如 图２ 所示 的 曲柄滑块机 构 的组合 。
基 于 ＰｏＥ４０ ｒ／ ．软件 建立 剪板机 曲柄 连杆 机构 模 型 ，其 中的活 塞连杆 组 和 曲轴 飞 轮组 部件模 型 （ 图 １ 如 ）所 示 。其 中 ，造型 的关 键技 术用 到 了
与 缸 套 的 圆 柱 连 接 处 添 加 相 同 的 阻 尼 系 数
Ｃ ３０ １ 一 ｓｃ ｍｍ， 目的 是模拟 活 塞与 缸套 之 ＝ ．ｘ ０ Ｎ． ／ ｅ
间的 阻力 。
模 型 设置 好 以后 即可 进 行机 构 仿真 ，绘制 相 关 曲线 并做 分析 。 （） 出活塞 速度 、活 塞 主体 角加 速度 、活 塞 １ 得 角 速度 曲线 （ 图 ３ 图 ４ 图 ５所 示 。 如 、 、 ） 从 活塞 速度 、活 塞主 体 角加 速度 、活塞 角速 度 曲 线 可 以看 出 ： ① 活塞 在 缸 套 内运动 到 最低 点和 最 高 点 时 ， 即速度 为零 处 ，速 度发 生 突变 ； ② 活 塞主 体 角加 速度 不 稳 定 ，变 化 很 大 ，在 已加载 荷 下 出现 了突变 值 ； ③ 可 以推 断 出活 塞在 运 动过 程 中不 稳 定 ，产
拉伸 、旋转 、孔 、 阵列 、镜 像 、伸 出项等 基 本命 令 ，并 且在装 配 的过程 中还 用 到 了简单 的对齐 、
匹配 等命 令 。
图 ２ 曲柄 滑 块 机 构
其 中０４ ４ ．、． Ｂ为 曲柄 、连 杆 ， 为活 塞 ；Ｍ２ 、 为连杆 等 效质量 。根据 零件 间 的实 际运 动关 系
作 功行 程 中把活 塞 的往复 运动 转变 成 曲轴 的旋转 运 动 ，对外 输 出动力 ，而 在其他 三 个行程 中，又 把 曲轴 的旋转 运动 转变 成活 塞 的往 复直 线运 动 。
基于Pro／E的曲柄滑块机构运动仿真
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般 可 分 为结 点 正 置 和 偏 置
，
将 电 动 机 的 旋 转 运 动转 变 为 滑 块 的 直线 往 复 运 动
”]
实现
两 类 这 两 种 不 同 的 结 构类 型 由 于 其 具 有 不 同 的 运 动 速
各 种 冲压 工 艺
。
同时 该 机 构 还 具 有 力 的放 大 作 用 ( 工 作
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基于Pro／E的曲柄压力机三维建模与运动仿真
基于Pro／E的曲柄压力机三维建模与运动仿真摘要：Pro/E软件是一款广泛应用于机械专业的三维设计软件，本文利用Pro/E对曲柄压力机进行三维建模和运动仿真，为其开发设计提供可靠的分析依据，极大地缩短产品开发周期并提高产品可靠性。
关键词：曲柄压力机；Pro/E；三维建模；运动仿真1引言曲柄压力机是一种最常用的冷冲压设备，随着新工艺新设备的不断出现，一些形状复杂的特殊零件可以直接成形。
本文通过Pro/E对曲柄压力机进行三维建模和运动仿真，可以直接获得曲柄压力机地运动特性曲线，从而缩短了曲柄压力机研发周期，降低了试验成本，提高了企业的经济效益。
2曲柄压力机的三维建模曲柄压力机由机身、电动机、传动装置、飞轮、曲轴、连杆和滑块、操纵系统及辅助系统与装置组成。
为了实现曲柄压力机的三维建模，应采取自下而上的方法进行建模。
打开Pro/E后新建一个零件，点击拉伸选项进入草绘，选择草绘平面并绘制草绘曲线，根据零件尺寸要求进行拉伸旋转、扫描、倒角等特征，零件创建过程及其效果如图1所示。
建模时要做好基准线、基准面，以便裝配使用。
零、部件建模过程就是一系列拉伸、旋转、对称等指令，在此不一一赘述。
绘制完零、部件图后，根据各部件在整机中的位置、作用以及运动关系进行合理的虚拟装配，以保证整机定位可靠、运动灵活，在运动仿真时不发生干涉现象。
装配是在Pro/E的组件模块中实现的，装配步骤如下：选择文件——新建——组件模块——取消使用缺省模板——插入元件——调入零件模型——给零件施加定位约束——插入下一个元件——调入零件——给零件进行定位约束。
Pro/E為各部件之间的不同装配关系提供了与之相对应的装配形式。
若装配件之间无相对运动，则选用“放置”选项定义板定义两个零件的约束关系；否则，选用“连接”选项板定义零件之间的连接关系和约束关系。
在装配时，如果当前约束关系不能使装配件处于“正常的工作位置”，则通过“拖动”选项板上的“平移”、“旋转”等选项对配件进行调整修改，直至符合要求为止。
基于Pro_E的曲柄滑块机构运动仿真
１引言 曲柄滑块机构是曲柄压力机的工作机构， 这一机构
将电动机的旋转运动转变为滑块的直线往复运动［１］， 实现 各种冲压工艺。同时， 该机构还具有力的放大作用（ 工作 载荷大于传动系统输入的作用力） ， 满足压力机瞬时峰值 力的要求。在曲柄滑块机构的设计中， 运动分析是设计和
强度校核的基础， 也是静力学分析的基础。曲柄滑块机构 根据运动机构的布置特征， 一般可分为结点正置和偏置 两类， 这两种不同的结构类型， 由于其具有不同的运动速 度特征， 而分别被应用于不同的压力机中。
ｆｏｒ ｔｈｅ ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｇｒａｉｎ － ｓｉｚｅ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｏｆ ｓａｎｄｓ
Ａ， ２００８， ４８３－ ４８４： ３１３－ ３１５．
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Ｓｏｆｔｗａｒｅ， ２００６， ３７： ２０７－ ２１７．
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（ 编辑 昊 天）
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用pro_E进行曲柄滑块机构仿真设计
寸标识中相对应有： ｓｄ７＝ａ、ｓｄ８＝ｂ、ｓｄ９＝ｅ。
选择“工具 ／关系”命令， 在“关系”编辑框中输入：
／@ ｓ１ｄ０００１＿ｓｅｃ．ｔｘｔ
ｓｄ１４＝４５
ｓｏｌｖｅ
２@ｓｄ７@２４４．１６８@ｃｏｓ （ ６） ＋２@ｓｄ７@ｓｄ９@ｓｉｎ （ ６） － （ ｓｄ７＾２ ＋
ｓｄ９＾２－ ｄ８＾２） ＝２４４．１６８＾２ ２@ｓｄ７@２３１．４７０@ｃｏｓ （ ４５） ＋２@ｓｄ７@ｓｄ９@ｓｉｎ （ ４５） － （ ｓｄ７＾２ ＋
１ 机械设计基础（ 第二版） ．高等教育出版社， １９９８ 年 ７ 月 ２ 精通 ｐｒｏ ／Ｅ 中文野火版．中国青年出版社， ２００４ 年 ８ 月
（ 作者单位： 湖南化工职业技术学院）
栏目责编： 黄 友
特点就是参数驱动， 因此很有必要采用它来进行计算机辅助
设计。
２ 用 ｐｒｏ ／Ｅ 求出各构件尺寸值
启 到 ｐｒｏ ／ｅｎｇｉｎｅｅｒ ｗｉｌｄｆｉｒｅ 中 文 版 ， 选 择 “文 件 ／新 建 ”命
令， 点选“草绘”， 在名称栏中输入 ｓ１ｄ０００１．ｓｅｃ， 画出机构示意
图 ， 其 中 构 件 尺 寸 任 选 ； 选 择 “信 息 ／切 换 尺 寸 ”命 令 ， 下 列 尺
（ １）
在 ｙ 轴投影： ａｓｉｎψ－ ｂｓｉｎδ－ ｅ＝０
（ ２）
消去 δ得位置参数方程：
２ａｘｃｃｏｓψ＋２ａｅｓｉｎψ－ （ ａ２＋ｅ２－ ｂ２） ＝Ｘｃ２
（ ３）
由参数方程列出线性方程组， 需经繁重的数学运算， 才
能 解 出 ａ、ｂ、ｅ 的 值 ， 确 定 各 构 件 的 尺 寸 ， 由 于 ｐｒｏ ／Ｅ 的 一 大
程 （ ３） 确 定 ， ａ＝４５，ｂ＝２００，ｅ＝２０， 尺 寸 图 发 生 变 化 后 ， 相 应 的 图 形亦确定下来。
基于Pro／E的曲柄摇杆机构的运动仿真研究
经 典
压缩 百 分 比
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空 间 分 割 的 局 部 ＫＤ 树动 态创建算 法 ， 可 以 在保 证 搜 索 结 果正
１ 引 言
而 且 降低开 发成 本 和周期 。
２ 曲柄摇 杆 机构 的数 学模 型
在 机械 设计 的实 际过程 中 ， 杆 机构 是应 用较 简 单 、 连 较 方便 的一种 机构 ，特别是 曲柄摇 杆机 构 的应 用 尤其 广
泛 。为 ＿ ｒ分析 机构 是 否满 足给 定 的运 动规 律 和运 动 空间
圃固四唾匾殛
仿■ ， 建穗 Ｉ Ａ Ｃ Ｃ ＤＩ ＡＭＩ ＡＥ ＣＡ Ｐ Ｃ Ｉ Ｐ
基 ｒＥ 柄 杆 构 运动 真 究 于Ｐｏ 的曲 摇 机 的 仿 研 ／
安 爱 琴 。 逢 明 华 ， 聂 永 芳
（ 河南 科 技 学 院 机 电学 院 ， 南 新 乡 ４ ３ ０ ） 河 ５ ０ ３
Ｔｈ ｏ ｉ ｎ Ｓ ｍ ｕ ａ ｉ ｎ Ｓ ｕｄ ｆ ｔ ｅ Ｃｒ ｎｋ － ｏ ｋ ｒ Ｍ ｅ ｈ ｎ ｓ Ｂａ ｅ ｎ Ｐｒ ／ ｅ Ｍ ｔｏ ｉ ｌ ｔｏ ｔ ｙ ｏ ｈ ａ — ｃ ｅ ｒ ｃ ａ ｉ ｍ ｓ ｄ ｏ ｏ Ｅ
在 对 曲 柄 摇 杆 机
构 建模 之 前 ， 先对Fra bibliotek曲 首 分析， 并设 计 各构 件 尺
的要 求 ， 要对 机构 的运 动规 律进 行研 究 。 构 的运 动规 柄 摇 杆 机 构 进 行 位 置 需 机
律分 析 比较 困难 ，难 以在机 构设 计 完成 之后 准 确判 定其
基于PROE的曲柄滑块机构的结构设计及运动仿真分析毕业论文
湖北文理学院毕业设计(论文)正文2011年 5 月 25日基于PRO/E的曲柄滑块机构的结构设计及运动仿真分析摘要：曲柄滑块机构是用曲柄和滑块来实现转动和移动相互转换的平面连杆机构，也称曲柄连杆机构。
曲柄滑块机构广泛应用于往复活塞式发动机、压缩机、冲床等的主机构中。
活塞式发动机以滑块为主动件，把往复移动转换为不整周或整周的回转运动；压缩机、冲床以曲柄为主动件，把整周转动转换为往复移动。
偏置曲柄滑块机构的滑块具有急回特性，锯床就是利用这一特性来达到锯条的慢进和空程急回的目的。
关键词：曲柄滑块;机构;设计;回转;往复;急回The structural design of the slider-crank mechanism and motion simulation analysis based on PRO/EAbstract: The slider-crank mechanism is a crank and slider torotate and move the conversion between the planar linkage, also known as crank linkage. The slider-crank mechanism is widely used in the reciprocating piston engines, compressors, presses and other institutions. Piston engine slider initiative pieces, the reciprocating motion is converted to not weeks or rotary movement of the whole week; compressors, presses crank driving part, the whole week rotation converted to move back and forth. Slider offset slider-crank mechanism with quick-return characteristics of the sawing machine is to use this feature to achieve the purpose of the quick return of the saw blade slowly into the empty process.Key words: crank slider; institutions; design; rotation; back and forth; quick return目录1绪论 11.1课题提出的目的和意义 11.2国内外的研究现状及发展趋势 21.3运动仿真技术及国内外运动仿真技术现状和发展概况 21.4主要研究内容、途径及技术路线 31.5本章小结 52 曲柄滑块机构简介 62.1曲柄滑块机构定义 62.2曲柄滑块机构的特性及应用 62.3曲柄滑块机构的分类 62.4偏心轮机构简介 72.5 本章小结 83曲柄滑块机构的动力学与运动学特性 9 3.1曲柄滑块的动力学特性 93.2曲柄滑块的运动学特性 103.3本章小结 114曲柄滑块机构零件设计 114.1 曲柄滑块机构总体分析 114.2曲柄滑块机构零件的三维造型 114.3本章小结 175 曲柄滑块机构的装配 185.1曲柄滑块机构的模型的创建步骤 18 5.2本章小结 196曲柄滑块机构运动仿真 206.1运动机构仿真 206.2机构仿真 206.3本章小结 22参考文献 23致谢 241绪论1.1课题提出的目的和意义当今任何一个国家，若其要在综合国力上取得优势地位，就必须在科学技术上取得优势。
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０ 引言
曲柄 连 杆机 构 是 自动 化设 备 中常用 机 构之 一 ，
它 可实 现 旋转 运 动 与直 线往 复 运动 问 的相 互 转化 。 本 文 对 曲柄 连 杆 机 构 进 行 建 模 、动 力 学 、仿 真 和
轴 转 角 为 ３ ７ 时 ， 曲 轴 上 出现 次 大 等 效 应 力 为 ７。 ９． ａ ２４ ＭＰ ，位 置 在 第 １拐 前 侧 曲 柄 臂 与 连 杆 颈 相 连 的 圆 弧 倒 角 处 ，最 大变 形 值 为 ０９ ６ ． ｍｍ，等 效 ９ 应 力分 布 云 图如 图 ２所 示 。在 其 他 位 置 时 的 应 力
务ｌ 匐 似
基于Ｐ ＯＥ 曲柄连杆机构 的建模 与仿真研 究 Ｒ ／的
Ｍ ｏｄｅｌｎｇ ａｎｄ ｓ ｍ ｕｌ ｉ ｈｅ ｃｒ ｉ ｉ ａｔｏｎ ｏｆｔ ａｎｋ－ ｃｏｎｎ ｅｃｔｎｇ ｒ ｅｃｈ ｉ ｏｄ ｍ ａｎｉ ｍ ｓ ｂａｓ ｅｄ ｏｎ ＰＲＯ／ Ｅ
柄 销 直径 ８ ｍｍ；主轴 颈 直径 ９ ｒｍ； 曲柄 的厚 度 ０ ０ ａ ４ ｍｍ；曲柄 宽度 １４ ８ ４ ｍｍ。
图 １ 曲轴 ３７ ７ 。位 置 等 效 应 力云 图 １
在 静 强 度 计 算 中 ，曲 轴材 料 无论 是 采 用 原 来
的 ４ Ｃ Ｍｏ ２ ｒ Ａ，还 是 采 用 ￥ ４ Ｙ钢 ， 对 静 强 度 计 ４Ｓ
算 结 果都 没 有 明显 影 响 。在选 定 的 ４ ｏ种计 算 工 况 中 ，随 着 曲轴 转 角 的 变化 ，最 大 等 效 应 力 的 位 置 也 会 发 生 改变 ，将 出现 在 不 同 的 曲 拐处 出现 在 主 轴 颈 圆 弧 倒 角 处 ， 有 的工 况 出现 在 连 杆 颈 圆弧 倒 角处 。在 一 个 完 整 的工 作 循 环 中 ， 曲轴 转 角 为 １。 ， 曲轴 上 出 现 ７时
装 配分 析 ， 结果 可推 广应 用 到压缩 机 、 内燃 机 和 其 发 动 机 等 类 似 问 题 的研 究 。该设 计 为 曲柄 连 杆 机 构 设 计 和 减 小 发 动机 振 动 等研 究 提 供 了重 要 的 理
论依 据 。
１ 曲轴 的设计
曲轴 接 受 活 塞 压 缩 机 中 电动 机 输 入 的扭 矩 动
的 最 大 等 效 应 力 为 １５ ａ ０ ＭＰ ，位 置 在 第 ６拐 后 侧
曲柄 臂 与 主 轴 颈 相 连 的 圆 弧 倒 角处 ，最 大 变 形 值 为 ０１９ ｍ，等 效 应 力 分 布 云 图如 图 １所 示 ；曲 ． ｒ ７ａ
收稿日期：２ １－ ８ ９ ０ １ ０ －２ 图２ 曲轴３７ ７ 。位置等效 应力云 图２
作者简介：杨 林建 （９４一），男，Ｉ）ｌ １７ ￣ｉ ｔ 射洪人 ，副教授 ，研究生 ，研究方向为机电一体化 和数控技 术。 ［６ 第３ 卷 ７１ ４ 第３ 期 ２１— （ ） ０ ２ ３下
力 ， 工作 中承受 周期 性 的复 杂交变 载 荷 。曲轴 的 在 伸 臂 端 有 ｈｌ ０的 锥 度 ， 有 带 风 扇 的连 轴 节 与 电 装 动机相连 ， 曲轴 的 另一 端 有 插 入油 泵 齿 轮 轴 的孔 ，
通 过 孔 端 的 盘 带动 齿 轮 油泵 工作 。主 轴 颈 和 曲 拐 颈 内钻 有 轴 向和 径 向 油 孔 。该 设 计 尺 寸 分 别 为 曲
关键词 ： 活塞压缩机 ；曲柄连 杆机 构 ；建模 ；仿真
中图分类号 ：Ｔ ４ １ Ｋ ０ 文献标识码 ：Ｂ
文章编号 ：１０ － １ ４ ２ １ ） （ ） ０ ６ ４ ９ ０ （ ０ ３下 一０ ７－０ ０ ３ ２
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杨林 建
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（ 四川工程职业技术学院 ，德阳 ６ ８ ０ ） １ ０ ０
摘
要 ：本文根据机械系统动态仿真技术理论 ，介绍一种基于Ｐ ｏ 和Ｓ ｌｗ ｒｓ ｒ ／Ｅ ｏｉ ｏｋ 工程 软件 的曲柄连杆 ｄ 机构动力学仿真分析方法 。运用Ｐ ｏ Ｅ ｒ ／ 对其三维实体建 模及ｍ ｃ ａｉ 模 块对其进行装 配仿真 ｅｈｎ ｍ ｓ 和运动学分析 ， 运用Ｓ ｌｗ ｒｓ ｏｄ ｏｌ软件对曲轴进行应力分析 ， ｉ ＜ 为曲柄连杆机构的选型 、优化设计 提供了一种有效的新思路。具有 一定的工程应用价值 。