Pro/E軟件在機械原理課程教學中的應用

嚴小黑

摘 要 利用Pro/E軟件的機構仿真分析功能分析平面連桿機構的傳動角、死點位置和急回特性。借此說明，將Pro/E的機構仿真分析功能應用于機械原理課程教學中，能增強學生的感性認識，提高學生學習興趣，取得較好的教學效果。

關鍵詞 Pro/E；機械原理課程；運動仿真；機構分析

中圖分類號：G642.3 文獻標識碼：B

文章編號：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

機械原理是高等院校機械類專業的一門十分重要的主干技術課。通過本課程學習，使學生掌握有關機構與機器運動學的基本理論、基本方法和基本技能，為進一步學習機械類專業課打下良好的理論基礎，并培養學生綜合分析和解決工程實際問題的能力。其在機械類專業的課程體系中占有十分重要的地位。

對各種機構進行運動學分析是機械原理課程的重點核心內容，也是難點教學內容，若僅僅依靠板書或靜態PPT進行教學，會讓學生感覺太抽象，不好理解。Pro/E軟件中機構仿真模塊是一個集運動仿真和機構分析于一身的功能強大的模塊。利用該模塊對機構進行運動仿真和分析，能讓學生觀察機構的整體運動情況和各構件之間的相對運動，并輸出分析圖，進行定量分析，讓學生對機構形成非常直觀的感性認識，進而取得非常好的教學效果。

2 Pro/E在機械原理教學中的應用：以平面連桿機構為例

平面連桿機構是機械原理課程介紹的第一類機構，學生對其理解得好壞，直接影響其對該課程的學習信心。該機構的傳動角、死點位置和急回特性難以理解，用Pro/E的機構仿真功能對其進行仿真分析，可以讓學生非常直觀地理解這幾個知識點[1]。

用Pro/E建立平面連桿機構模型 用Pro/E軟件創建一平面連桿機構中的曲柄搖桿機構，其由機架、曲柄、連桿和搖桿四部分組成，如圖1所示。設置機架長為150 mm、

曲柄長50 mm、連桿長175 mm、搖桿長100 mm。將這些桿件以銷釘的方式裝配在一起，并在機構模塊為曲柄與機架的連接處定義一個伺服電動機，電動機轉速設置為60 deg/sec，

運轉12秒。

用Pro/E分析機構的傳動角 傳動角γ是衡量平面機構傳動質量的重要參數。當機構運轉時，其傳動角大小是變化的，為了保證機構傳動良好，設計時通常應使γmin≧40o。

在曲柄搖桿機構中，當曲柄為主動件時，傳動角γ就等于連桿與搖桿之間的夾角（如圖1所示）。可利用Pro/E

的機構分析功能定量分析傳動角γ在機構運動過程中的變化情況[2]，具體步驟如下。

第一步，通過分析下拉菜單的測量角命令，為連桿和搖桿之間定義一個角分析特征。

第二步，通過右側工具欄“生成分析的測量結果”命令，選擇前一步生成的角分析特征為測量對象，測量其在曲柄運動2周的過程中，隨時間的變化情況，并生成測量結果，如圖2所示。

從曲線圖可直觀看出其γmin≦30o，不滿足機構傳動設計要求γmin≧40o。

現將機構的連桿長度由175 mm變更為150 mm，重復以上測量操作，得到如圖3所示測量結果，此時γmin≧40o，達到機構傳動設計要求。

通過以上過程，可以讓學生直觀觀察傳動角在機構運動中的變化情況及桿長變化對傳動角的影響，同時讓學生形成優化機構的意識。

用Pro/E分析機構的死點位置 死點位置是傳動角為零，驅動力對從動件的有效回轉力矩為零的位置，也是從動件與連桿共線的位置。

曲柄搖桿機構中，曲柄為主動件時，機構無死點位置。當取搖桿為主動件時，單擊工具命令“拖動元件”，再選中搖桿，移動鼠標，可控制機構運動；可當機構處于如圖4所示的兩個位置時，機構無法繼續移動，說明機構處于死點位置。此時連桿與曲柄位于一條直線上，傳動角為0。

用Pro/E分析機構的急回特性 急回特性是指平面連桿機構中從動件的回程平均速度大于工作行程的平均速度的特性。曲柄搖桿機構就具備這一特性。利用Pro/E的機構分析功能分析搖桿頂點的速度，可讓學生更好地理解這種特性。在“分析測量的結果”命令中新建測量對象，設置搖桿頂點的速度為測量對象，測量其在機構運動過程中的變化情況，并生成測量結果，如圖5所示。由圖可知，當曲柄做勻速轉動時，搖桿做變速運動，并且搖桿的行程和回程段速度區別顯著，回程段的平均速度明顯高于行程段的平均速度，直觀地表現了該機構的急回特性。

3 結語

Pro/E軟件的機構仿真分析功能可形象清晰地將平面連桿機構的運動狀態、傳動角變化、死點位置及急回特性展示在學生面前，使學生獲得對平面連桿機構特性的感性認識，取得較好的教學效果。此法可同樣應用于機械原理課程其他機構（如凸輪機構、齒輪機構等）的教學中。Pro/E軟件與機械原理課程的有機結合，可增強學生的感性認識，提高學生的學習興趣，優化教學效果。

參考文獻

[1]董亞峰，程鵬飛，黃莉.ProE運動仿真功能在實驗教學中的應用[J].山西農業大學學報：社會科學版，2007（S1）：

74-75.

[2]吳昊.基于ProE的四鉸鏈曲柄滑塊機構運動分析[J].湖北工程學院學報，2014（3）：121-123.endprint