PRO／E仿真在杆自驱动技术上的应用

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三维工程软件Pro/E具有零件造型、动态装配、模具设计、动态仿真等功能，该软件具有-个中心数据库，可以实现从零件造型到装配、模具设计和动态仿真的数据自动更新，并且 Pro/E软件具有参数化设计的功能，可以根据实际运动过程进行三维动态仿真，根据运动轨鉴行优化及计算，得出最合理的运动参数。

1 四杆自驱动原理大自然中很多动物的运动特点都是非称学的，因此，在现实生活中，有模仿动物及昆虫的运动特点的研究，比如对飞机的研究，就是因为人们看到鸟儿可以在天空中飞翔而研发出来的[21。蚂蚱-种家喻户晓的小动物，其在爬行的时候，是利用双足向后蹬地并收回的方式向前运动的。滑板车是-种娱乐小车，适合于儿童及青少年玩耍，但是现有的滑板车不能够自驱动。为此，本文基于昆虫蚂蚱的运动特性，通过模仿蚂蚱的双腿动作原理对滑板车进行改进与优化，达到了提供动力的作用。

本文巧妙地利用棘轮原理、杆机构和作用力反作用力的理论设计出了驱动装置，将该驱动装置加到所需驱动的机械设备中(本设计指滑板车)，从此可以达到驱动的作用，其工作原理如图 1所示，当力作用于A点，杆 AF将绕 F点顺时针旋转，则 FAD变大，因而/BCD也将变大 ，进而杆 CD将逆时针摆动，链接在杆 AF和杆 CD的弹簧被伸长 ，由于后面的小轮为棘轮，所以具有单向转动性，下轮不转，进而驱动滑板车，然后利用弹簧的弹性势能，再将机构拉回初始状态，如此反复的踩踏就能够达到自驱动目的。新滑板车命名为蚂蚱滑板车，此款蚂蚱滑板车无论从功能选择，结构的设计，性价比，制作工艺，创新性都就有很高的科学性。

AB图1 四杆机构驱动机构2 四杆设计方案机械结构参数的选韧结构的布置对多种使用性能都有重要的影响。如果采用传统的人工计算方式完成精确的设计、分析、校核将是-件繁琐的工作。运用Pro/E软件实现机构的三维参数化驱动布置设计，可以充分发挥三维参数化模型直观、准确、快速的优势，在动态化设计中完成电子样机，选取部分机构零件示意性分析机构，在实际应用时，视具体情况而定[3]。

2.1二杆设计机构完全模仿蚂蚱的运动设计制作驱动部分机构简图，如图2所示，此方案设计简单，但是在调试中发现，对于不同路面骑行效果截然不同，摩擦力大的地面骑行效果比较好，对于室内及地板地面向前驱动的效果不怎么明显，分析其原因是脚后蹬踏板的力没有完全利用，当脚塌下时，棘轮的运动的行程短，并且后退的速度和力度不够，且当踩下踏板时，棘轮对地面的摩擦力小，因此提供向前的动力仪常的弱。所以不能得到更快的行驶速度。

收稿日期 ：2012-12-10作者简介：王洪键(199O-)，男，大连庄河人 ，本科生，研究方向为机械制造(数控)。

123Equipment Manufacturing Technology No.3，2013图 2 二杆驱动简图2.2 四杆设计机构根据二杆的驱动结构特点，对其优化设计成四杆机构，驱动部分结构方案的机构简图，如图3所示，此方案解决了二杆中所有的缺点，因为当脚作用在A处时，杆 A D不仅可以像二杆延伸，并且后面的棘轮也可以由前向后摆动，能够将动力更好地运用，此时也可以增大地面对棘轮摩擦力，并增加了行程，且减小了F点与棘轮的距离，更有利于滑板车的拐弯。从此解决了小车速度慢的缺点。

图 3 蚂蚱滑板车机构简圈3 设计计算3.1自由度计算对于具有 n个活动构件的平面机构，若各构件之间共构成了 个低副和 P个高副，则它们共引入(2 P)个约束，机构的自由度 F应为：F3×(n个活动构件)-(2 X低副数 高副数 P)3 X -(2P)，即总自由度数 -总约束数得：F34-2511，F原动件数目，所以此机构具有确定的运动。

3。2 四杆长度确定由图2，根据三维软件PRO/E的运动仿真以及人操作小车时的作用点，确定各杆长度如下：(1)A F杆长度的选择撒于人腿弯曲舒适度范围350 450 mm，选取-个适宜长度375 mm。

(2)D点的选取：如果D点趋近于C点时，力臂变小，运动同样距离时，人腿施加的力变大，做功增加；如果 D点趋近于小轮时，力臂变大，当人腿施加同样力时，杆 CD摆动的角度将变小，不利于更好的提供向前的动力。综合上述两点以及人腿结构、适宜度，将D点取在杆上半部，取CD145 mm。

(3)B点的选取：当脚在 A点向右下方踩时，B点以点F为圆心所形成的圆弧轨迹的大婿定棘轮124向后滑行的距离，与AB长度成正比关系，B点应远离A点，且需满足四杆机构运动要求，大的行程，考虑到极限位置A、B重合时不利于弹簧将CD杆顺利拉回原位置，则选取 AB91 mm。

(4)E点防止杆机构超过极限位置和机构不能顺利被弹簧拉回，经调试选取 CEl 10 mm。

综上分析，四杆长度为：AB91 mm，BC475 mm，AD525 mm，CD145 mm，满足运动条件 ：最小杆长 最大杆长≤其他两杆长之和。即：ABAD≤BCCD得：91525<475145(如果取等的情况下四杆机构可以完全伸直)。其中，杆长度为两铰链中心距离，BF和DG可设计成伸缩可调，就更能方便调整高度，适应不同身高的人的驾驶。

3.3 Pr0/E运动仿真根据以上四杆机构驱动结构，利用三维软件Pro/E进行参数化造型设计，并且对其运动过程进行仿真，根据各个参数之间的关系以及运动行程的关系进行优化处理，得出主要运动构件(四杆机构)运动的初始位置、踏下后位置，在此结构中增加了弹簧，当脚作用在A点最远处时，通过弹簧被拉伸时产生的收缩力将棘轮拉回到初始位置，在 F点设置 AF杆向前运动的定位销，使每次往复运动的时候都能准确的恢复到初始位置，在 Bc杆上设置-个定位点 E，限制BC杆向下运动的距离，通过与 AD杆接触定位4。

3.4 其它结构设计后轮为棘轮，采用胶皮轮经加工与 自行车后面的飞轮过盈配合装配，然后经胶水粘合而成的。骑行时-脚站在踏板车上，另-脚循环塌下后面的脚踏板，因为最后面的小轮是棘轮轮，所以当两杆伸直过程中，棘轮不会旋转，此时利用棘轮相对地面的摩擦力的反作用力推动小车前进，然后抬起后脚，利用弹簧的弹性势能，棘轮向前转动，并将两杆回到初始位置。如此连续踩踏，驱动装置可以给予小车驱动力 ，滑板车将连续前进。最后还增加了刹车部分、滑板车的涂装置及可旋转方便踩踏踏板 ，蚂蚱滑板车机构简图，如图3所示，加工实物，如图4所示。

4 结束语- 图 4 加工实物图四杆机构在机械原理中是最基本的机构，应用(下转第 126页)Equipment Manufacturing Technology No.3，2013供 4 I k1 1. f杠 2.蓄塞 3、7.钢球 4.小液压缸 5.放油阀 6.油箱图 3 液压升降平台型小车工作原理图杆杠 1时，蓄塞 2就被带动上升，于是小液压缸 4的下腔密封容积增大，腔内压力下降，形成部分真空 ，这时，钢球 7将所在的通道关闭，油箱 6中的油液就在大气压力的作用下推开钢球 3沿着油管进入小液压缸下腔，完成-次吸油工作；接着，压下杆杠1，蓄塞 2下移，小液压缸 4的下腔密封容积减小，腔内压力增大，这时，钢球 3自动关闭油液回油箱的通道，小液压缸 4的下腔液压油就会推开钢球 7挤进供油分配器 ，从而进入图 2中大液压缸4的下腔，将大活塞 3顶起。如此反复地提压杆杠 1，就可以使图 2中大活塞 3不断升起，从而将减速机慢慢顶起 ；将减速机放下时，只需将图3中的放油阀5打开。

3 结束语液压升降平台型小车在安装及更换减速机的实际应用中，不但取得了良好的经济效果，而且用起来也较为方便，并且提高了减速机底平面与磨煤机下壳体底板平台之间的平面安装精度。该液压升降平台型小车不仅可以通过长短不-的小车连接固定板用于不同大小型号的减速机的安装及更换，而且该结构还可以广泛地用于其它诚。