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基于Pro/E的健騎機設計

時間:2020/1/10 10:26:59   作者:未知   來源:網絡文摘   閱讀:122   評論:0

    健騎機是社區健身常見的器械之一,它能夠增強人體的心肺功能,活動全身主要關節,發展上下肢和腰背部力量,還能通過運動按摩內臟增強消化系統功能。

1、健騎機的結構分析

    健騎機系力量、有氧復合器械類。人們用它可以做全向運動,從而增強上、下肢的肌力和胸部肌肉,并能鍛煉腰腹部肌肉和按摩內臟,增強消化系統和心臟功能。其簡單易學,適用年齡廣泛,尤其適于14-75歲人群使用。具體操作方法為:人坐在座板上,雙手拉動手柄、同時雙腳踩動踏腳,作往返運動。注意,鍛煉時動作幅度不宜過大,速度不能過快。

    圖1為健騎機的實物模型。對其進行分析可知,健騎機主要有四個部分組成。分別是:1坐墊,2支撐架,3連接件,4把手及腳架。這四個部分之間分別以銷釘進行連接,通過對把手和腳架施力,帶動健騎機運動,以實現健身功能。

基于Pro/E的健騎機設計

圖1  健騎機的實物模型

    以下是通過Pro/E建立起來的健騎機總體模型和各個零件的模型圖:

基于Pro/E的健騎機設計

圖2  坐墊


基于Pro/E的健騎機設計

圖3  支撐架


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圖4  連接件


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圖5  把手及腳架


基于Pro/E的健騎機設計

圖6  建立的裝配體


2、健騎機的建模過程

    利用Pro/E建立健騎機的過程如下:

(1)Pro/E的TOP,FRONT,RIGHT三個面作為模型空間定位的基準面,基準坐標系。建立以上每個實體特征時,都利用基準特征作為參考,然后根據需要再另外建立新的基準面。

(2)通過對每一個零件的分析,建立拉伸、旋轉、掃描、混合這些基礎實體特征和倒角、拔模等工程特征。使用surface菜單下的各種選項,如merge(融合曲面,包括:join(連接)、intersect(相交)、trim(修剪曲面)、extend(延伸曲面)等,對曲面進行修剪、編輯,完成模型的初步設計。

(3)對建立好的模型進行添加材質和渲染處理,以便將來在室內外安裝時與周圍的環境和諧、統一,即達到強身健體的鍛煉作用,又美化環境,令人有心曠神怡的感覺。

以把手和坐墊的建模過程為例(如圖5):

    打開Pro/E,新建零件,不使用缺省模板,選擇mmns_part_solid,確定。

A 首先在FRONT平面草繪一條與RIGHT平面成20°夾角的68cm的直線,然后對其掃描成直徑6.5cm的圓柱1。


基于Pro/E的健騎機設計


基于Pro/E的健騎機設計

圖7  68cm直接的草繪


B 新建一個以A步驟圓柱中心線為基準軸線,與FRONT平面成左傾20°角的一個平面DIM1,在DIM1上草繪把手,然后掃描生產直徑為3.5cm的圓柱。

基于Pro/E的健騎機設計

圖8  把手的草繪

C 新建一個與DIM1平行的在DIM1右端6cm的平面DIM2。在DIM2上,在以(圓柱1)的中心線為基準線,與(圓柱1)的頂端距離41cm的地方草繪一個長6.5cm,寬4cm的矩形,然后掃描到(圓柱1)的表面上,生成一個突塊1。在新生成的突塊1上拉伸實體形成如圖所示的銷釘。

基于Pro/E的健騎機設計

圖9  基準平面DIM2的建立

D 在離圓柱1頂端46cm的地方新建一個與DIM1平面成左傾23°角的平面DIM4,然后向右平移14cm,形成平面DIM5,在DIM5上草繪、拉伸實體生成突塊2.

基于Pro/E的健騎機設計

圖10  基準平面DIM5的建立

E 以圓柱1的底端圓軸線為中心線,新建一個與FRONT成左傾75°角的平面DIM3,然后草繪、掃描成腳架。


基于Pro/E的健騎機設計

圖11  基準平面DIM3的建立


3、生成虛擬樣機

    隨著計算機三維技術的發展,在機械零件及機械系統設計中,零部件如何裝配、加工、各零部件是否發生干涉,可視化設計等方面能否實現,都具有很實際的意義。虛擬裝配技術就是在虛擬設計環境下,來完成三維實體模型的最終設計。它是按照一定的約束條件或連接方式,將各零件組織成一個整體并能滿足功能的過程。

    Pro/E的裝配模式提供了并行的、自下而上的、自上而下的產品開發方法。所謂自下而上的設計模式,即先在零件模塊中構造各個零件的三維模型,然后在裝配模塊中建立零部件之間的連接關系,這種連接關系的建立是通過零部件之間建立約束關系來確定零部件在產品中的位置。在虛擬裝配中,零部件的幾何體是被裝配利用,而不是復制到裝配中;赑ro/E具有單一數據庫的特性,不管如何編輯零部件,整個裝配依然保持關聯性,如果修改整個零部件,則引用它的裝配件自動更新,反映零部件的最新變化。

    進行零件裝配時,最重要的步驟就是對零部件進行適當的約束,在Pro/E中建立裝配關系是用面和面配合、平面和基準面對齊,坐標系各個軸相互對齊等約束命令將所有的零部件按要求裝配在一起。

健騎機的模型主要用到銷釘的連接方式,裝配比較簡單,主要就是注意各零件裝配的先后和各個銷釘配合問題。裝配好以后的虛擬樣機就是如整體圖3.1-5所示。

4、基于Pro/E的健騎機的運動仿真

    基于Pro/E的健騎機的模型已經建立,接下來主要確定模型運動仿真的機構組成和初步動態仿真分析。

4.1 機構組件的確定

    在Pro/E的組件頁面下,在菜單-應用程序-機構中(如圖12)對健騎機模型的連接、電動機、分析等進行數據設計。

基于Pro/E的健騎機設計

圖12  機購界面

(1)電動機選擇把手和腳架的A-2連接為ServoMotor1,初始角設置預覽位置為-180deg,模采用余弦,把振幅設置為100,其余默認。如下圖13所示。

基于Pro/E的健騎機設計

基于Pro/E的健騎機設計

圖13  伺服電動機的確認和定義

(2)右鍵點擊圖12分析,在彈出的對話框中,選擇類型、終止時間、幀頻、最小間隔如下圖14所示。

基于Pro/E的健騎機設計

圖14  分析界面

(3)最后點擊運行,機構則會顯示運動軌跡

4.2 運動仿真分析

4.2.1 仿真動畫的生成

    在確定了4.1中幾個步驟之后,點擊基于Pro/E的健騎機設計按鈕,進入回放界面,繼續點擊基于Pro/E的健騎機設計按鈕,進入動畫界面,如圖15所示。點擊捕獲,設置輸出工作目錄,生成MPG格式的文件,便是運動仿真的效果視頻了。

基于Pro/E的健騎機設計

圖15  動畫界面


4.2.2 仿真分析

    在動畫生成之后,便要對健騎機模型進行仿真分析了。由于在使用健騎機的時候,我們是雙手緊握手柄,同時雙腳踩動踏腳,做往返運動。從運動的動畫可以看出在健騎機運動時,主要是把手和腳架這2個主運動點以及坐墊這個副運動點的相對運動。因此在仿真分析時,我們就選取這3個點為參考點,選取Pro/E的笛卡爾坐標為零點。

(1)點擊基于Pro/E的健騎機設計按鈕,進入測量結果界面,點擊基于Pro/E的健騎機設計按鈕,進入測量定義界面,在這里面設定類型、點或運動軸以及評估方法,分別對measure1,measure2,measure3(如圖16所示)進行定義:

基于Pro/E的健騎機設計

圖16  運動分析中點的確定

(2)點擊應用、確定,回到測量結果界面,點擊基于Pro/E的健騎機設計則生成下圖所示各點的位置/時間變化曲線。

基于Pro/E的健騎機設計

圖17  點measure1的X方向位置變化曲線

基于Pro/E的健騎機設計

圖18  點measure2在X方向上的位置變化曲線

基于Pro/E的健騎機設計

圖19  點measure3在Y方向上的位置變化曲線

    其中各個參數的最大、最下值如圖20所示:

參數名稱

最大

最小

measure1:MDX

-20.872555(t_min=0.75000)

4.562005(t_max=0.25000)

measure2:MDX

-40.027296 ( t_min=0.25000)

-11.548490(t_max=0.75000)

measure3:MDX

54.411203( t_min=0.25000)

 73.835309(t_max=0.75000)

圖20  3個點的最大、最小值

    由以上各圖和表可以看出模型中,把手的移動范圍為25mm左右,腳架的移動范圍為30mm左右,而坐墊的移動范圍為20mm左右,由于比例為1:10,它們的實際移動范圍則分別是25cm、30cm、20cm,再結合大部分人體的身體比例,此模型已經可以讓人起到很好的鍛煉作用了。


標簽:健騎機 

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