摘 要：在Pro/E中，骨架模型為運動機構(gòu)的概念設(shè)計提供了一個強大的工具，也為在Pro/E中進行運動機構(gòu)的優(yōu)化提供了方便。合理設(shè)計骨架模型，可使得機構(gòu)優(yōu)化更加快捷、準確、直觀。

關(guān)鍵詞：骨架模型；運動機構(gòu)；優(yōu)化設(shè)計

中圖分類號：TB486 文獻標識碼：A

1 引言（Introduction）

曲柄滑塊機構(gòu)廣泛應(yīng)用于壓縮機、沖床、往復(fù)活塞式發(fā)動機等的主機構(gòu)中。傳動角和行程速比系數(shù)K是衡量曲柄滑塊機性能的兩個重要指標。傳動角越大，機構(gòu)的傳動性能越好。一般規(guī)定機構(gòu)的最小傳動角，在傳遞較大力矩時，應(yīng)使。對于曲柄滑塊機構(gòu)，當主動件為曲柄時，最小傳動角出現(xiàn)在曲柄與機架垂直的位置，如圖1所示。行程速比系數(shù)K越大，則機構(gòu)的急回特性越明顯，對生產(chǎn)率越有利。多種機床就是利用偏置曲柄滑塊機構(gòu)的滑塊具有急回特性，來達到刀具的慢進和空程急回目的的。

偏置曲柄滑塊機構(gòu)傳統(tǒng)的設(shè)計方法是：給定滑塊的行程H、偏距e程和滑塊的行程速比系數(shù)K，圖解法求出曲柄的長度a和連桿的長度b。這樣設(shè)計結(jié)果雖是唯一的，但不一定是最佳的。傳動角往往得不到保證。所以諸多研究者開始探索優(yōu)化設(shè)計。最初的機構(gòu)優(yōu)化設(shè)計大都是結(jié)合圖解法和解析法，建立數(shù)學模型，再借助計算機語言輔助來完成的。這對研究者的數(shù)學和編程水平要求較高。但隨著三維設(shè)計軟件的運用和升級，我們可以很輕松地借助三維設(shè)計軟件完成機構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計。文獻1采用Pro/E對已知偏距e，行程H，滑塊與曲柄軸心的最大距離不超過一定值的曲柄滑塊機構(gòu)進行了保證最小傳動角最大化的優(yōu)化設(shè)計，但方法較繁瑣，未充分發(fā)揮Pro/E中骨架模型的作用。

本文將介紹一種充分運用骨架模型，能輕松完成機構(gòu)優(yōu)化并且較易評價機構(gòu)急回特性的新方法。

2 創(chuàng)建骨架模型（Create skeleton model）

在組件模式下創(chuàng)建骨架模型文件，在骨架模型文件中創(chuàng)建草繪如圖2所示。圖2中繪制了機構(gòu)的兩個極限位置以及傳動角最小時機構(gòu)的位置。右上方繪制的圓僅是為了防止優(yōu)化時，系統(tǒng)將曲柄轉(zhuǎn)至垂直向下時的傳動角判斷為機構(gòu)最小傳動角最大的位置。圖2中標注的800和200為已知條件，角度20為變量，783.39和381.96亦是變量，但只能作為參照尺寸標出，參照尺寸角度42.02為與傳動角相等的角度，即圖中。為后面分析方便，在草繪中亦畫出了表示滑塊中心與曲柄軸心的最遠水平距離的線段，即參照尺寸為1148.06的線段。

3 創(chuàng)建構(gòu)件（Create components）

構(gòu)件的創(chuàng)建和構(gòu)件間運動關(guān)系的定義可參考文獻[2]，完成的機構(gòu)如圖3所示。

4 創(chuàng)建分析特征（Set analysis feature）

選擇菜單欄“分析→測量→角度”命令，在“角”對話框中選擇“特征”，即創(chuàng)建分析特征，再分別選擇骨架模型上表示機構(gòu)的最小傳動角的兩條線，調(diào)節(jié)箭頭如圖4所示，即得這兩圖元夾角，確定后在模型樹中出現(xiàn)ANALYSIS_ANGLE_1特征。再創(chuàng)建滑塊中心與曲柄軸心的最遠水平距離的長度分析特征ANALYSIS__LENGTH_1，如圖5所示。

5 優(yōu)化分析（Optimum analysis）

選擇菜單欄“分析→可行性/優(yōu)化”命令，打開如圖6所示“優(yōu)化/可行性”對話框，在“目標”區(qū)選擇目標類型“最大化”和要優(yōu)化的參數(shù)“ANALYSIS_ANGLE_1”，在“設(shè)計約束”區(qū)添加ANALYSIS_LENGTH_1<1200，在“設(shè)計變量”區(qū)添加尺寸，選擇骨架模型的草繪特征，然后在繪圖區(qū)域選擇機構(gòu)中將發(fā)生變化的尺寸，此處即為曲柄長度尺寸、連桿長度尺寸及極位夾角，設(shè)置變量的最小值和最大值。系統(tǒng)優(yōu)化計算后顯示的極位夾角的優(yōu)化尺寸收斂圖和優(yōu)化目標收斂圖如圖7所示。打開骨架模型草繪如圖8所示，讀取優(yōu)化結(jié)果為最小傳動角的最大值為45.35°，曲柄長度為384.67mm，連桿長度831.89mm，極位夾角為17.10。由公式可立刻計算出機構(gòu)的行程速比系數(shù)為1.21。

6 設(shè)計更改（Design change）

若設(shè)計要求為行程速比系數(shù)K=1.2，滑塊行程H=120mm，在工作行程最小傳動角呈最大。則只需將圖2草繪中將行程800改為200，將極位夾角20°改為K=1.2對應(yīng)的16.36°，然后將曲柄長度尺寸、連桿長度尺寸及偏距作為設(shè)計變量做優(yōu)化即可，得到最小傳動角的最大值為47.21°，曲柄長度為94.10mm，連桿長度255.86mm，偏距79.73mm。設(shè)計的修改十分方便。

7 結(jié)論（Conclusion）

在Pro/E中，骨架模型為運動機構(gòu)的概念設(shè)計提供了一個強大的工具，也為在Pro/E中進行運動機構(gòu)的優(yōu)化提供了便利。合理設(shè)計骨架模型，可使得機構(gòu)優(yōu)化更加快捷、準確、直觀。

參考文獻（References）

[1] 韓炬，馮華，黃家.基于Creo Parametric的包裝機曲柄滑塊機構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計[J].包裝工程，2013，34（1）：65-68.

[2] 曹雪玉.基于骨架模型的運動機構(gòu)的精確設(shè)計[J].企業(yè)技術(shù)開發(fā)，2013，32（28）：16-17.

[3] 郭洋.Pro/Engineer 企業(yè)實施與應(yīng)用[M].北京：清華大學出版社，2008.

作者簡介：

曹雪玉（1972-），女，碩士，副教授.研究領(lǐng)域：CAD/CAM.endprint

摘 要：在Pro/E中，骨架模型為運動機構(gòu)的概念設(shè)計提供了一個強大的工具，也為在Pro/E中進行運動機構(gòu)的優(yōu)化提供了方便。合理設(shè)計骨架模型，可使得機構(gòu)優(yōu)化更加快捷、準確、直觀。

關(guān)鍵詞：骨架模型；運動機構(gòu)；優(yōu)化設(shè)計

中圖分類號：TB486 文獻標識碼：A

1 引言（Introduction）

曲柄滑塊機構(gòu)廣泛應(yīng)用于壓縮機、沖床、往復(fù)活塞式發(fā)動機等的主機構(gòu)中。傳動角和行程速比系數(shù)K是衡量曲柄滑塊機性能的兩個重要指標。傳動角越大，機構(gòu)的傳動性能越好。一般規(guī)定機構(gòu)的最小傳動角，在傳遞較大力矩時，應(yīng)使。對于曲柄滑塊機構(gòu)，當主動件為曲柄時，最小傳動角出現(xiàn)在曲柄與機架垂直的位置，如圖1所示。行程速比系數(shù)K越大，則機構(gòu)的急回特性越明顯，對生產(chǎn)率越有利。多種機床就是利用偏置曲柄滑塊機構(gòu)的滑塊具有急回特性，來達到刀具的慢進和空程急回目的的。

偏置曲柄滑塊機構(gòu)傳統(tǒng)的設(shè)計方法是：給定滑塊的行程H、偏距e程和滑塊的行程速比系數(shù)K，圖解法求出曲柄的長度a和連桿的長度b。這樣設(shè)計結(jié)果雖是唯一的，但不一定是最佳的。傳動角往往得不到保證。所以諸多研究者開始探索優(yōu)化設(shè)計。最初的機構(gòu)優(yōu)化設(shè)計大都是結(jié)合圖解法和解析法，建立數(shù)學模型，再借助計算機語言輔助來完成的。這對研究者的數(shù)學和編程水平要求較高。但隨著三維設(shè)計軟件的運用和升級，我們可以很輕松地借助三維設(shè)計軟件完成機構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計。文獻1采用Pro/E對已知偏距e，行程H，滑塊與曲柄軸心的最大距離不超過一定值的曲柄滑塊機構(gòu)進行了保證最小傳動角最大化的優(yōu)化設(shè)計，但方法較繁瑣，未充分發(fā)揮Pro/E中骨架模型的作用。

本文將介紹一種充分運用骨架模型，能輕松完成機構(gòu)優(yōu)化并且較易評價機構(gòu)急回特性的新方法。

2 創(chuàng)建骨架模型（Create skeleton model）

在組件模式下創(chuàng)建骨架模型文件，在骨架模型文件中創(chuàng)建草繪如圖2所示。圖2中繪制了機構(gòu)的兩個極限位置以及傳動角最小時機構(gòu)的位置。右上方繪制的圓僅是為了防止優(yōu)化時，系統(tǒng)將曲柄轉(zhuǎn)至垂直向下時的傳動角判斷為機構(gòu)最小傳動角最大的位置。圖2中標注的800和200為已知條件，角度20為變量，783.39和381.96亦是變量，但只能作為參照尺寸標出，參照尺寸角度42.02為與傳動角相等的角度，即圖中。為后面分析方便，在草繪中亦畫出了表示滑塊中心與曲柄軸心的最遠水平距離的線段，即參照尺寸為1148.06的線段。

3 創(chuàng)建構(gòu)件（Create components）

構(gòu)件的創(chuàng)建和構(gòu)件間運動關(guān)系的定義可參考文獻[2]，完成的機構(gòu)如圖3所示。

4 創(chuàng)建分析特征（Set analysis feature）

選擇菜單欄“分析→測量→角度”命令，在“角”對話框中選擇“特征”，即創(chuàng)建分析特征，再分別選擇骨架模型上表示機構(gòu)的最小傳動角的兩條線，調(diào)節(jié)箭頭如圖4所示，即得這兩圖元夾角，確定后在模型樹中出現(xiàn)ANALYSIS_ANGLE_1特征。再創(chuàng)建滑塊中心與曲柄軸心的最遠水平距離的長度分析特征ANALYSIS__LENGTH_1，如圖5所示。

5 優(yōu)化分析（Optimum analysis）

選擇菜單欄“分析→可行性/優(yōu)化”命令，打開如圖6所示“優(yōu)化/可行性”對話框，在“目標”區(qū)選擇目標類型“最大化”和要優(yōu)化的參數(shù)“ANALYSIS_ANGLE_1”，在“設(shè)計約束”區(qū)添加ANALYSIS_LENGTH_1<1200，在“設(shè)計變量”區(qū)添加尺寸，選擇骨架模型的草繪特征，然后在繪圖區(qū)域選擇機構(gòu)中將發(fā)生變化的尺寸，此處即為曲柄長度尺寸、連桿長度尺寸及極位夾角，設(shè)置變量的最小值和最大值。系統(tǒng)優(yōu)化計算后顯示的極位夾角的優(yōu)化尺寸收斂圖和優(yōu)化目標收斂圖如圖7所示。打開骨架模型草繪如圖8所示，讀取優(yōu)化結(jié)果為最小傳動角的最大值為45.35°，曲柄長度為384.67mm，連桿長度831.89mm，極位夾角為17.10。由公式可立刻計算出機構(gòu)的行程速比系數(shù)為1.21。

6 設(shè)計更改（Design change）

若設(shè)計要求為行程速比系數(shù)K=1.2，滑塊行程H=120mm，在工作行程最小傳動角呈最大。則只需將圖2草繪中將行程800改為200，將極位夾角20°改為K=1.2對應(yīng)的16.36°，然后將曲柄長度尺寸、連桿長度尺寸及偏距作為設(shè)計變量做優(yōu)化即可，得到最小傳動角的最大值為47.21°，曲柄長度為94.10mm，連桿長度255.86mm，偏距79.73mm。設(shè)計的修改十分方便。

7 結(jié)論（Conclusion）

在Pro/E中，骨架模型為運動機構(gòu)的概念設(shè)計提供了一個強大的工具，也為在Pro/E中進行運動機構(gòu)的優(yōu)化提供了便利。合理設(shè)計骨架模型，可使得機構(gòu)優(yōu)化更加快捷、準確、直觀。

參考文獻（References）

[1] 韓炬，馮華，黃家.基于Creo Parametric的包裝機曲柄滑塊機構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計[J].包裝工程，2013，34（1）：65-68.

[2] 曹雪玉.基于骨架模型的運動機構(gòu)的精確設(shè)計[J].企業(yè)技術(shù)開發(fā)，2013，32（28）：16-17.

[3] 郭洋.Pro/Engineer 企業(yè)實施與應(yīng)用[M].北京：清華大學出版社，2008.

作者簡介：

曹雪玉（1972-），女，碩士，副教授.研究領(lǐng)域：CAD/CAM.endprint

摘 要：在Pro/E中，骨架模型為運動機構(gòu)的概念設(shè)計提供了一個強大的工具，也為在Pro/E中進行運動機構(gòu)的優(yōu)化提供了方便。合理設(shè)計骨架模型，可使得機構(gòu)優(yōu)化更加快捷、準確、直觀。

關(guān)鍵詞：骨架模型；運動機構(gòu)；優(yōu)化設(shè)計

中圖分類號：TB486 文獻標識碼：A

1 引言（Introduction）

曲柄滑塊機構(gòu)廣泛應(yīng)用于壓縮機、沖床、往復(fù)活塞式發(fā)動機等的主機構(gòu)中。傳動角和行程速比系數(shù)K是衡量曲柄滑塊機性能的兩個重要指標。傳動角越大，機構(gòu)的傳動性能越好。一般規(guī)定機構(gòu)的最小傳動角，在傳遞較大力矩時，應(yīng)使。對于曲柄滑塊機構(gòu)，當主動件為曲柄時，最小傳動角出現(xiàn)在曲柄與機架垂直的位置，如圖1所示。行程速比系數(shù)K越大，則機構(gòu)的急回特性越明顯，對生產(chǎn)率越有利。多種機床就是利用偏置曲柄滑塊機構(gòu)的滑塊具有急回特性，來達到刀具的慢進和空程急回目的的。

偏置曲柄滑塊機構(gòu)傳統(tǒng)的設(shè)計方法是：給定滑塊的行程H、偏距e程和滑塊的行程速比系數(shù)K，圖解法求出曲柄的長度a和連桿的長度b。這樣設(shè)計結(jié)果雖是唯一的，但不一定是最佳的。傳動角往往得不到保證。所以諸多研究者開始探索優(yōu)化設(shè)計。最初的機構(gòu)優(yōu)化設(shè)計大都是結(jié)合圖解法和解析法，建立數(shù)學模型，再借助計算機語言輔助來完成的。這對研究者的數(shù)學和編程水平要求較高。但隨著三維設(shè)計軟件的運用和升級，我們可以很輕松地借助三維設(shè)計軟件完成機構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計。文獻1采用Pro/E對已知偏距e，行程H，滑塊與曲柄軸心的最大距離不超過一定值的曲柄滑塊機構(gòu)進行了保證最小傳動角最大化的優(yōu)化設(shè)計，但方法較繁瑣，未充分發(fā)揮Pro/E中骨架模型的作用。

本文將介紹一種充分運用骨架模型，能輕松完成機構(gòu)優(yōu)化并且較易評價機構(gòu)急回特性的新方法。

2 創(chuàng)建骨架模型（Create skeleton model）

在組件模式下創(chuàng)建骨架模型文件，在骨架模型文件中創(chuàng)建草繪如圖2所示。圖2中繪制了機構(gòu)的兩個極限位置以及傳動角最小時機構(gòu)的位置。右上方繪制的圓僅是為了防止優(yōu)化時，系統(tǒng)將曲柄轉(zhuǎn)至垂直向下時的傳動角判斷為機構(gòu)最小傳動角最大的位置。圖2中標注的800和200為已知條件，角度20為變量，783.39和381.96亦是變量，但只能作為參照尺寸標出，參照尺寸角度42.02為與傳動角相等的角度，即圖中。為后面分析方便，在草繪中亦畫出了表示滑塊中心與曲柄軸心的最遠水平距離的線段，即參照尺寸為1148.06的線段。

3 創(chuàng)建構(gòu)件（Create components）

構(gòu)件的創(chuàng)建和構(gòu)件間運動關(guān)系的定義可參考文獻[2]，完成的機構(gòu)如圖3所示。

4 創(chuàng)建分析特征（Set analysis feature）

選擇菜單欄“分析→測量→角度”命令，在“角”對話框中選擇“特征”，即創(chuàng)建分析特征，再分別選擇骨架模型上表示機構(gòu)的最小傳動角的兩條線，調(diào)節(jié)箭頭如圖4所示，即得這兩圖元夾角，確定后在模型樹中出現(xiàn)ANALYSIS_ANGLE_1特征。再創(chuàng)建滑塊中心與曲柄軸心的最遠水平距離的長度分析特征ANALYSIS__LENGTH_1，如圖5所示。

5 優(yōu)化分析（Optimum analysis）

選擇菜單欄“分析→可行性/優(yōu)化”命令，打開如圖6所示“優(yōu)化/可行性”對話框，在“目標”區(qū)選擇目標類型“最大化”和要優(yōu)化的參數(shù)“ANALYSIS_ANGLE_1”，在“設(shè)計約束”區(qū)添加ANALYSIS_LENGTH_1<1200，在“設(shè)計變量”區(qū)添加尺寸，選擇骨架模型的草繪特征，然后在繪圖區(qū)域選擇機構(gòu)中將發(fā)生變化的尺寸，此處即為曲柄長度尺寸、連桿長度尺寸及極位夾角，設(shè)置變量的最小值和最大值。系統(tǒng)優(yōu)化計算后顯示的極位夾角的優(yōu)化尺寸收斂圖和優(yōu)化目標收斂圖如圖7所示。打開骨架模型草繪如圖8所示，讀取優(yōu)化結(jié)果為最小傳動角的最大值為45.35°，曲柄長度為384.67mm，連桿長度831.89mm，極位夾角為17.10。由公式可立刻計算出機構(gòu)的行程速比系數(shù)為1.21。

6 設(shè)計更改（Design change）

若設(shè)計要求為行程速比系數(shù)K=1.2，滑塊行程H=120mm，在工作行程最小傳動角呈最大。則只需將圖2草繪中將行程800改為200，將極位夾角20°改為K=1.2對應(yīng)的16.36°，然后將曲柄長度尺寸、連桿長度尺寸及偏距作為設(shè)計變量做優(yōu)化即可，得到最小傳動角的最大值為47.21°，曲柄長度為94.10mm，連桿長度255.86mm，偏距79.73mm。設(shè)計的修改十分方便。

7 結(jié)論（Conclusion）

在Pro/E中，骨架模型為運動機構(gòu)的概念設(shè)計提供了一個強大的工具，也為在Pro/E中進行運動機構(gòu)的優(yōu)化提供了便利。合理設(shè)計骨架模型，可使得機構(gòu)優(yōu)化更加快捷、準確、直觀。

參考文獻（References）

[1] 韓炬，馮華，黃家.基于Creo Parametric的包裝機曲柄滑塊機構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計[J].包裝工程，2013，34（1）：65-68.

[2] 曹雪玉.基于骨架模型的運動機構(gòu)的精確設(shè)計[J].企業(yè)技術(shù)開發(fā)，2013，32（28）：16-17.

[3] 郭洋.Pro/Engineer 企業(yè)實施與應(yīng)用[M].北京：清華大學出版社，2008.

作者簡介：

曹雪玉（1972-），女，碩士，副教授.研究領(lǐng)域：CAD/CAM.endprint