新技术新工艺２０１２年第２期 基于ＰＲＯＥ曲柄滑块机构的运动仿真及分析 周培显 （许昌烟草机械有限责任公司，河南许昌４６１０００） 摘 要：在各类机械传动结构中，曲柄滑块有着广泛的应用，根据曲柄滑块机构设计的原理，提出在 Ｐｒｏ／Ｅ中实现曲柄滑块设计及实体造型的方法，并利用Ｐｒｏ／Ｅ的运动分析模块（Ｍｅｃｈａｎｉｓｍ）对曲柄滑块 进行运动分析和仿真，提供对曲柄滑块的优化设计。 关键词：Ｐｒｏ／Ｅ；曲柄滑块；运动分析 中图分类号：ＴＰ ３９１．９ 文献标志码：Ａ Ｍｏｔｉｏｎ Ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ Ｅｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ Ｃｒａｎｋ Ｓｌｉｄｅ Ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｐｒｏ／Ｅ ＺＨ０Ｕ Ｐｅｉｘｉａｎ （Ｘｕｃｈａｎｇ Ｔｏｂａｃｃｏ Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ Ｃｏ．，Ｌｔｄ，Ｘｕｃｈａｎｇ ４６１０００，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｃｒａｎｋ ｓｌｉｄｅｓ ａｒｅ ｗｉｄｅｌｙ ｕｓｅｄ ｉｎ ａｌｌ ｋｉｎｄｓ ｏｆ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｓ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｏｆ ｔｈｅ ｃｒａｎｋ ｓｌｉｄｅ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ，ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｐｏｉｎｔｅｄ ｏｕｔ ｒｅａｌｉｚｉｎｇ ｔｈｅ ｃｒａｎｋ ｓｌｉｄｅ ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｔｈｅ ｐｈｙｓｉｃａｌ ｍｏｄｅｌ ｉｎ ｔｈｅ Ｐｒｏ／Ｅ．Ｍｏｒｅｏｖｅｒ，ｉｔ ｍａｄｅ ｔｈｅ ｍｏｔｉｏｎ ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ ｅｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｃｒａｎｋ ｓｌｉｄｅｓ ｂｙ ｍｅａｎｓ ｏｆ Ｐｒｏ／Ｅ ｍｏｔｉｏｎ ａｎ— ａｌｙｚｉｎｇ ｍｏｄｕｌｅ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ａｎｄ ｔｈｅｎ ｐｒｏｖｉｄｅｄ ｔｈｅ ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｔｈｅ ｃｒａｎｋ ｓｌｉｄｅｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｐｒｏ／Ｅ，Ｃｒａｎｋ ｓｌｉｄｅｓ，Ｍｏｔｉｏｎ ａｎａｌｙｓｉｓ 机构运动分析模块（Ｍｅｃｈａｎｉｓｍ）是Ｐｒｏ／Ｅｎｇｉ－ ｎｅｅｒ中一个集运动仿真和机构分析于一身的功能 睦 强大的模块。该模块能够对设计进行模拟仿真校 验，如运动仿真显示，运动干涉检验，运动轨迹、位 移、速度、加速度计算等。曲柄滑块机构是最常见的 槽块 机械产品的运动结构，该机构的输出运动形式为往 图１ 曲柄滑块机构的装配 复直线运动，广泛应用于复活塞式发动机、压缩机、 装配时，会弹出“元件放置”窗口，此窗口有３个 冲床等主机构中。 页面：“放置”“移动 ‘连接”。传统的装配元件方法 本文基于Ｐｒｏ／Ｅ平台下，对该机构进行装配及 是在“放置”页面给元件加入各种固定约束，将元件 运动仿真的相关设置，在不考虑模型系统作用力的 的自由度减少到０，因元件的位置被完全固定，这样 情况下，对机构进行运动分析，测量主体位置、速度 装配的元件不能用于运动分析；另一种装配元件的 的改变，检查元件之间的关系，输出运动轨迹和包络 方法是在“连接”页面给元件加入各种组合约束，如 图，得出机构运动的规律和与设计相关的重要数据， 销钉、圆柱、刚体、球、６ＤＯＦ等等，因自由度没有完 使原来在二维图样上难以表达和设计的运动变得非 全消除（刚体、焊接、常规除外），这些组合约束装配 常直观和易于修改，大大简化了机构的设计开发过 的元件可以自由移动或旋转，这样装配的元件可用 程，缩短了开发周期，减少了开发费用，提高了产 于运动分析。 品质量。 如图１所示，将曲柄的安装轴（电动机中心）和 １ 装配 滑槽固定并设置曲柄的主旋转轴为销钉联接，曲柄 和连接杆以及连接杆和矩形滑块之间采用销钉连 用曲柄和滑块来实现转动和移动相互转换的平 接，矩形滑块和滑槽之间采用平面约束。 面连杆机构，也称曲柄连杆机构。曲柄滑块机构中 与机架构成移动副的构件为滑块，通过转动副连接 ２ 运动仿真 曲柄和滑块的构件为连杆，如图１所示。 进入机构运动分析模块（Ｍｅｃｈａｎｉｓｍ）进行伺 首先在基础模块下对以上４个零件进行建模， 服电动机的设置，如图２所示。可规定伺服电动机 然后在装配模块下，通过定义各个零部件间的装配 在２个主体之间、单个自由度内做特定类型的运动， 关系，使其按照所需要的自由度进行装配。 并将位置、速度或加速度指定为时间函数，控制平移 《新技术新工艺》数字技术与机械工程 新技术新工艺２０１２年第２期 船体清洗装置的国内外应用与现状分析 高永宁，丁建龙 （中国船舶重工集团公司第七一Ｏ研究所，湖北宜昌４４３００３） 摘 要：目前，国内船体表面的清洗作业均是在船坞内进行，能够成功用于水下作业的自动化清洗设 备仍需要潜水员下水进行作业，成本高而且工作效率低下。本文介绍了国内外有关船体清洗的现状及各 种设备的优缺点及相关技术，如坞内清洗技术、水下清洗技术等，对今后船体水下清洗装置发展动态进行 了分析，为船体清洁装置的发展提供了理论依据。 关键词：水下清洗装置；发展动态；现状分析；理论依据 中图分类号：Ｕ ６５５．５３ 文献标志码：Ａ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ａｎｄ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｓｉｔｕａｔｉｏｎ ｏｆ Ｈｕｌｌ Ｃｌｅａｎｉｎｇ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ａｔ Ｈｏｍｅ ａｎｄ Ａｂｒｏａｄ ＧＡＯ Ｙｏｎｇｎｉｎｇ，ＤＩＮＧ Ｊｉａｎｌｏｎｇ （Ｎｏ．７１０ Ｒ＆Ｄ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，ＣＳＩＣ，Ｙｉｃｈａｎｇ ４４３００３，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｎｏｗａｄａｙｓ，ｓｕｒｆａｃｅ ｏｆ ｓｈｉｐ ｂｏｄｙ ｃｌｅａｒｉｎｇ ａｔ ｈｏｍｅ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｃａｒｒｉｅｄ ｏｕｔ ｉｎ ｔｈｅ ｉｎｎｅｒ ｄｏｃｋ，ｔｈｅ ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｃｌｅａｒｉｎｇ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔｓ ｔｈａｔ ｃａｎ ｂｅ ｕｓｅｄ ｉｎ ｕｎｄｅｒｗａｔｅｒ ｗｏｒｋ ｎｅｅｄ ｄｉｖｅｒ ｄｏ ｕｎｄｅｒｗａｔｅｒ ｏｐｅｒａｔｉｎｇ，ａｎｄ ｔｈｅ ｃｏｓｔｓ ａｒｅ ｖｅｒｙ ｈｉｇｈ．Ｔｈｅ ｃｕｒ— ｒｅｎｔ ｓｉｔｕａｔｉｏｎ ａｎｄ ｔｈｅ ｒｅｌａｔｉｖｅ ｍｅｒｉｔｓ ｏｆ ｖａｒｉｏｕｓ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ｏｆ ｂｕｌｌ ｃｌｅａｎｉｎｇ ａｔ ｈｏｍｅ ａｎｄ ａｂｒｏａｄ ｗｅｒｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ｓｕｃｈ ａｓ ｉｎｎｅｒ ｄｏｃｋ ｃｌｅａｒｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｕｎｄｅｒｗａｔｅｒ ｃｌｅａｒｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ ｓｏ ｏｎ，ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｔｒｅｎｄ ｏｆ ｈｕｌｌ ｃｌｅａｎｉｎｇ ｗｅｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ， ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｗａｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｆｏｒ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ｏｆ ｈｕｌｌ ｃｌｅａｎｉｎｇ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｕｎｄｅｒｗａｔｅｒ ｃｌｅａｎｉｎｇ ｄｅｖｉｃｅ，Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｔｒｅｎｄ，Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｃｕｒｒｅｎｔ ｓｉｔｕａｔｉｏｎ，Ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ 由于船舶长期在强腐蚀性海水和强附着力的海 性能和油耗进行了研究，研究结果表明，一艘轻度生 长海生物的船舶在正常巡航速度下能增加油耗 １５％；一艘重度生长海生物的船舶能使燃油的损耗 增加２～３倍ｎ］。因此，对于船体进行维护是目前国 内外海洋运输业等亟待解决的问题。本文先后介绍 了国内外相关技术的应用及研究情况。 洋生物环境中航行，难以进行正常维修保养，使得水 下部分的船体表面附着藤壶、海藻等难以清除的微 生物，还有一些锈皮和锈斑等。一般情况下，因为海 洋微生物的附着，导致船舶速度下降１Ｏ ，为了弥 补这些阻力导致的速度下降，船舶要多耗费出４Ｏ 的燃料。美国海军已经对海生物生长的船体与船舶 动轨迹是水平直线，曲柄曲线为一圆形。综上所述， 础与工程范例［Ｍ］．北京：清华大学出版社，２００８． ［２］李增平，贾颖莲．渐开线齿轮的优化设计及其运动仿真 曲柄滑块机构在匀速电动机的驱动下所连带的往复 直线运动是变速的，且速度规律是标准的正弦 线。 分析［Ｊ］．制造业自动化，２０１０（３）：１６９—１７２． Ｅ３３孙桓，陈作模．机械原理［Ｍ］．北京：高等教育出版社， ４ 结语 在机械运动中，往复运动是很常见的一种运动， 以上分析的曲柄滑块机构特点是在匀速单向电动机 的驱动下做往复直线运动。此运动机构在现实生活 １９９９． 作者简介：周培显（１９８１一），男，助理工程师，主要从事烟草设 备机械设计与制造方面的研究工作。 收稿日期：２０１１年９月５日 运用相当广泛，通过Ｐｒｏ／Ｅ的模拟仿真校验，输出 运动曲线及运动轨迹，能够更加直观地了解并掌握 责任编辑马彤 该机构运动的规律，大大简化机构的设计开发过程。 参考文献 Ｅｌｉ汪建民，任倩，于广滨．Ｐｒｏ／Ｅ Ｗｉｌｄｆｉｒｅ ３．０三维设计基 新技术新工艺》数字技术与机械工程
