挖掘机三维造型设计及运动仿真(PROE+CAD)(精品)☆

摘    要
本文给出了挖掘机造型设计及运动仿真的方法和过程。本设计运用的是美国PTC公司所开发的Pro/ENGINEER大型三维CAD/CAE/CAM设计软件。以Pro/E软件来进行挖掘机的结构设计及运动仿真，将自己学到的理论知识和实际相结合，完成本次的设计仿真，从中学到更多的知识，培养自己的个人能力，学习正确看待问题，分析问题，最终把问题处理到最好。在设计过程中又可以从中吸取教训，避免在以后的工作，学习当中遇到类似问题。在对挖掘机的结构设计前要通过查阅、整理资料、实地考察、综合运用软件分析等一系列研究方法进行整合，结合实际情况制定实用的设计方案。然后通过所学知识运用pro\E的各项功能创建挖掘机模型，进入装配，把挖掘机各部分装配起来，再进行运动仿真。
本设计结果为挖掘机的所有电动机联动，并完成挖掘、搬运、倾倒等运动仿真，以保证挖掘机的各个部分能够完成联动，切合实际的完成挖掘机的基本动作，并在设计论文中提供各个部件的机构图。设计结果为挖掘机的各部件的设计思路图，尺寸参数，实体图，运动仿真文件等等，能够进行正确仿真运动，挖掘机符合实际运用，能够完成本该拥有的功能。

关键词：挖掘机；pro/E三维图与仿真；

本文给出了挖掘机造型设计及运动仿真的方法和过程。设计运用的是美国PTC公司所开发的Pro/ENGINEER大型三维CAD/CAE/CAM设计软件。1988年，Pro/ENGINEER诞生。目前已经发布了Pro/ENGINEER proewildfire6.0。PTC的系列软件包括了在工业设计和机械设计等方面的多项功能，还包括对大型装配体的管理、功能仿真、制造、产品数据管理等等。Pro/ENGINEER还提供了目前所能达到的最全面、集成最紧密的产品开发环境。
Pro/E（Pro/Engineer操作软件）是美国参数技术公司（Parametric Technology Corporation，简称PTC）的重要产品。在目前的三维造型软件领域中占有着重要地位，并作为当今世界机械CAD/CAE/CAM领域的新标准而得到业界的认可和推广，是现今最成功的CAD/CAM软件之一。
Pro/E第一个提出了参数化设计的概念，并且采用了单一数据库来解决牲的相关性问题。另外，它采用模块化方式，用户可以根据自身的需要进行选择，而不必安装所有模块。Pro/E的基于特征方式，能够将设计至生产全过程集成到一起，实现并行工程设计。它不但可以应用于工作站，而且也可以应用到单机上。Pro/E采用了模块方式，可以分别进行草图绘制、零件制作、装配设计、钣金设计、加工处理等，保证用户可以按照自己的需要进行选择使用。
Pro/Engineer是一个功能定义系统，即造型是通过各种不同的设计专用功能来实现，其中包括：筋（Ribs）、槽（Slots）、倒角（Chamfers）和抽空（Shells）等，采用这种手段来建立形体，对于工程师来说是更自然，更直观，无需采用复杂的几何设计方式。这系统的参数比功能是采用符号式的赋予形体尺寸，不象其他系统是直接指定一些固定数值于形体，这样工程师可任意建立形体上的尺寸和功能之间的关系，任何一个参数改变，其也相关的特征也会自动修正。这种功能使得修改更为方便和可令设计优化更趋完美。Pro/Engineer还可输出三维和二维图形给予其他应用软件，诸如有限元分析及后置处理等，这都是通过标准数据交换格式来实现，用户更可配上 Pro/Engineer软件的其它模块或自行利用 C语言编程，以增强软件的功能。它在单用户环境下具有大部分的设计能力，组装能力和工程制图能力，并且支持符合工业标准的绘图仪和黑白及彩色打印机的二维和三维图形输出。Pro/Engineer功能如下：
1． 特征驱动。
2． 参数化。
3． 通过零件的特征值之间，载荷/边界条件与特征参数之间的关系来进行设计。
4． 支持大型、复杂组合件的设计。
5． 贯穿所有应用的完全相关性。

挖掘机运动原理
液压系统是挖掘机实现各种运动和进行自动控制的基础。液压系统可用于从一处向另一处传递机械能。可以通过利用压力能完成上述操作。液压泵由机械能驱动，机械能在受压液体中转变成压力能和动能，然后重新变成机械能作功。提供给液压系统的原始能量是来自发动机的机械能，实际上是发动机驱动了液压泵。泵利用这种能量泵出液体，在此过程中，机械能变成了压力能和动能。液体流经液压系统，并朝油缸和马达等执行元件方向流动。液体中的压力能和动能使执行元件产生运动。运动过程中，能量再一次转变成机械能。在液压挖掘机中，发动机产生第一机械能，第一机械能带动泵运转。泵使油流出并进入系统。油到达执行元件时，重新在执行元件的运动过程中转变成机械能。挖掘机动臂因此得到提升或下降，铲斗得以运动等等。从某种意义上来讲，液压系统的性能决定着挖掘机的质量与工作效率。现代挖掘机能够根据工作环境和作业条件，自动实现分功率的变量与全功率变量，以保证任何情况下发动机均不超载，使发动机运行平稳且功率得到充分利用。根据挖掘机工况变化大而快这一特点，有效利用以动机功率，且保证安全，正常作业。现化挖掘机控制系统至少应包括8个主要部分，其中某些方面需要通过液压阀、电液阀实现 ，而大部功能需经过由计算机、传感器及控制执行元件组成各个子控制系统来完成。













 
目    录
前    言 1
一．挖掘机简介 2
1.1 挖掘机的定义 2
1.2 挖掘机简史 2
1.3 挖掘机的构成 2
1.4 挖掘机的分类 2
二．挖掘机的发展概况及运动原理 3
2.1 国内挖掘机发展概况 3
2.2 国外挖掘机发展概况 3
2.3 挖掘机运动原理 4
三．挖掘机的造型设计 5
3.1 挖掘机底盘的造型设计 5
3.2 挖掘机轮子的造型设计 8
3.3 挖掘机机体及座舱的造型设计 9
3.4 挖掘机的前臂连接块的造型设计 14
3.5 挖掘机动臂的造型设计 16
3.6 挖掘机斗杆的造型设计 18
3.7 挖掘机铲斗的造型设计 19
3.8 挖掘机油缸的造型设计 21
3.9 挖掘机油缸活塞的造型设计 22
3.10 挖掘机连杆的造型设计 23
3.11 挖掘机摇杆的造型设计 23
四．挖掘机运动仿真 24
4.1 挖掘机的各部件连接 24
4.1.1 挖掘机主体的连接 24
4.1.2 挖掘机前臂的连接 24
4.1.3 挖掘机铲斗的连接 26
4.1.4 挖掘机轮子的连接 27
4.2 添加伺服电机 28
4.3 运行分析 29
4.4 仿真效果 30
五．生成挖掘机工程图 31
5.1 挖掘机底盘工程图 31
5.2 挖掘机机体工程图 36
5.3 挖掘机前臂连接块工程图 37
5.4 挖掘机动臂工程图 38
5.5 挖掘机斗杆工程图 39
5.6 挖掘机铲斗工程图 40
六．总结 41
参 考 文 献 42