1、 四川理工学院毕业设计（论文） 挖掘机三维建模 及 运动仿真 学 生：李泓兵 学 号： 07011030808 专 业：机械设计制造及其自动化 班 级：车辆工程 2007.2 指导教师：王 东 四川理工学院机械工程学 院 二 O 一一年六月四川理工学院毕业设计（论文） II 四 川 理 工 学 院 毕业设计（论文）任务书 设计（论文）题目： 挖掘机三维建模及运动仿真 系： 机械工程 专业： 机械设计制造及其自动化 班级： 机自 078 学号： 07011030808 学生： 李 泓 兵 指导教师： 王 东 接受任务时间 2011.3.1 教研室主任 （签名） 系主任 （签名） 1毕业设计（论文
2、）的主要内容及基本要求 主要内容：运用 Pro/E 基于特征的参数化建模功能建立玉柴小型液压挖掘机各组成零部件的三维数字化 虚拟模型，使用模型组装的方法创建机构连接，进行虚拟装配，通过驱动器给机构添加运动动力，完成挖掘机的运动仿真分析和动力学仿真分析。 基本要求： 通过对 挖掘机 的结构分析掌握 挖掘机的工作原理及运动规律。 利用 Pro/E 软件创建挖掘机的三维数字化虚拟模型，对装配体进行运动仿真分析和动力学仿真分析，模拟机构在特定环境中的工作状况，分析其运动规律，并对其做动态的判断，以便尽早发现设计中的缺陷和潜在的不合理之处，及时修改设计方案。 撰写 设计说明书。将 所有 设计结果（包括
3、组成 挖掘机 的各零部件及装配体三维数字化虚拟模型 Pro/E 源 文件 ）刻录成光盘。 2指定查阅的主要参考文献及说明 数字化设计与制造 ,苏春主编 ,机械工业出版社 ,2006 虚拟设计，陈定芳，罗亚波等著，机械工业出版社， 2002 Pro/ENGINGEER Wildfire 3.0 机械设计专家指导教程，金鑫 等编著，机械工业出版社， 2007 计算机辅助设计与制造，姚英学，蔡颖主编，高等教育出版社， 2002 Pro/ENGINGEER 中文版机械设计实战训练，谭雪松，朱金波等编，人民邮电出版社， 2004 Pro/ENGINGEER Wildfire 中文版高级应用，谭雪松等编著
4、，人民邮电出版社， 2007 与本产品设计相关的市场信息资料， Pro/ENGINGEER 三维造型及计算机辅助设计 网站。 3进度安排 设计（论文）各阶段名称 起 止 日 期 1 收集资料 ,撰写开题报告。 学习掌握 Pro/ENGINGEER三维 建模方法。 2011.3.03 2011.3.18 2 建立 挖掘机 各组成零部件三维数字化虚拟模型，虚拟装配。 2011.3.19 2011.4.21 3 挖掘机 装配体各零部件的 干涉分析，运动学分析。 2011.4.22 2011.5.05 4 挖掘机 各组成零部件及装配体的工程图设计。 2011.5.06 2011.5.16 5 撰写 设
5、计说明书 ，设计结果光盘的制作，准备毕业答辩。 2011.5.17 2011.6.02 摘 要 I 摘 要 Pro/E 在挖掘机三维建模与运动仿真设计的主要步骤： 参数化实体建模、结构件装配、机构分析及生成工程图。 设计中，主要会应用到 Pro/E 的 三 大模块：一是参数化三维实体建模模块， 二是组件装配模块，三 是机构分析模块 。 参数化三维实体建模阶段是用 Pro/E 软件零件图窗口绘制出挖掘机各零部件的三维实体图。绘制三维实体零件图时注意基准平面和基准轴的选择，合理的选择将在后续的装配连接工作及分析工作比较顺利。也可将不同的零件用不同颜色绘制。对于构件的连接部分不需要详细的连接设计，只
6、需有确定的连接轴、连接位置及连接方式。 结构件装配是 利用装配的添加指令 把前面所生成的零配件逐一添加到机构中。首先添底座并固定其位置，然后添加其它零件。其它零件在装配时需要根据不同的功能添加相应的连接约束 。 装配中提供了刚性、销钉、滑动杆、圆柱、平面、球、焊接、轴承和常规等 约束 。装配 过程的所有设置都可以在以后的分析中反复修改并实时观看修改结果。在装配过程中可以进行干涉检查和模型分析。 装配连接后转入应用程序的机构分析模块。在机构分析中设置连接轴。连接轴设置主要是对连接做参数设定，设定连接零件之间的运动范围、零位参照、相对位置、摩擦及恢复系数等，以限制它的运动，更好的模拟实际工作状况。
7、机构的运动是靠主动件的驱动来实现的，在这里的驱动主要是通过添加电动机来实现的，系统提供伺服电动机、执行电动机两种。伺服电动机为机构提供驱动。 关键词 ： 挖掘机；建模；装配；运动分析 四川理工学院毕业设计（论文） II ABSTRACT Pro / E in excavator design of three-dimensional modeling and motion simulation of the main steps: parametric solid modeling, assembly structure, institutional analysis and generate
8、 engineering drawings. Design, applied to the main Pro / E three modules: The first argument of the three-dimensional solid modeling module, the second component assembly module and the third is institutional analysis module. Parametric three-dimensional solid modeling stage is to use Pro / E, excav
9、ator parts drawing window to draw out the three-dimensional solid modeling of the components. When drawing attention to three-dimensional solid Parts datum plane and the choice of reference axis, a reasonable choice to work in the subsequent assembly connection and analysis rather smoothly. Differen
10、t parts can also be drawn with different colors. Component parts for the connection the connection does not require detailed design, just have to determine the connecting shaft, the connection location and connection. Structure to add the assembly is the use of assembly instructions generated by the
11、 front of the spare parts to the bodies one by one. First add the base and secured in place, and then add the other parts. Other parts in the assembly of different functions need to add the appropriate connection constraints. Assembly provides a rigid, pin, sliding bar, cylindrical, flat, ball, weld
12、ing, bearings and conventional and other constraints. All settings of the assembly process can be repeated in subsequent analysis of the results to modify and modify real-time viewing. In the assembly process can be interference checking and model analysis. Assembly is connected into the body of the
13、 application modules. Analysis in institutional settings connecting shaft. Connecting shaft is connected to do to set the main parameter settings, set the range of motion between the connected parts, zero reference, relative position, and the restitution coefficient of friction so as to limit its mo
14、vement, and better simulate actual working conditions. Body movement is driven by the active components to achieve, the main driver here is achieved by adding a motor, servo motor systems, the implementation of the two motors. Servo motor drive for the institutions. Keywords: excavator; modeling; as
15、sembly; Motion Analysis 目 录 目 录 摘 要 .I ABSTRACT . III 第 1 章 绪 论 . 1 1.1 挖掘机的定义 . 1 1.2 挖掘机的发展历史 . 1 1.3 中国挖掘机发展状况 . 2 1.4 挖掘机在中国发展情况 . 4 第 2 章 挖掘机的选型 . 5 2.1 挖掘机的工作原理 . 5 2.2 选择挖掘机 型号 . 5 2.3 YC85 的性能参数 . 6 2.4 作业范围 . 8 第 3 章 利用 ProO/E 对挖掘机零部件建模 . 9 3.1 主臂 . 9 3.1.1.设置工作目录 . 9 3.1.2.创建新文件 . 9 3.1.3.
16、绘制主臂 . 10 3.1.4.插入基准轴线 . 12 3.1.5.插入基准平面 . 13 3.1.6.绘制连接柱 . 14 3.1.7.绘制连接环 . 15 3.1.8.绘制轴孔 . 17 3.1.9.绘 制另一个轴孔 . 19 3.1.10.绘制下连接柱 . 20 3.1.11.圆角 . 22 3.2 前臂 . 23 3.2.1.设置工作目录 . 23 3.2.2.创建新文件 . 23 3.2.3.绘制前臂 . 23 3.2.4.插入轴线 A 1. 24 3.2.5.绘制轴孔 . 25 目 录 3.2.6.绘制前臂连接片 . 26 3.2.7.绘制导向杆连接片 . 28 3.2.9.倒圆角
17、 . 30 3.3 挖斗 . 31 3.31.设置工 作目录 . 31 3.3.2.创建新文件 . 31 3.3.3.绘制挖斗 . 31 3.3.4.绘制边缘 . 32 3.3.5.倒圆角 . 34 3.3.6.抽壳 . 34 3.3.7.创建挖齿 . 35 3.3.8.创建前臂连接片 . 38 3.4 导向轴 . 42 3.4.1.设置工作目录 . 42 3.4.2.绘制导向槽 . 42 3.5 绘制导向杆 . 44 3.6 连接片 . 48 3.6.1.设置工作目录 . 48 3.6.2 绘制连接片 1 . 48 3.6.3.绘制连接片 2 . 54 3.7 工作台 . 55 3.7.1.
18、设置工作目录 . 56 3.7.2.绘制底座 . 56 3.7.3.绘制回转台 . 57 3.8 模型美化整理 . 61 第 4 章 挖掘机装配 . 63 1.设置工作目录 . 63 2.进入装配模式 . 63 4.1 装入机座 . 63 4.2 装入回转台 . 64 4.3 装入主臂 . 65 4.4 装入前臂 . 67 目 录 4.5 装入挖斗 . 69 4.6 装入连接片组件 . 70 4.6.1.连接片 1 的装配 . 70 4.6.2.装入后连接片 2. 71 4.6.3.装入挖斗驱动导向组件 . 73 4.6.4.装入另一侧连接片 . 76 4.7 装入其他导向组件 . 77 第
19、5 章 挖掘机的运动仿真 . 78 5.1 进入“机构”（ Mechanism）环境 . 78 5.2 创建伺服电机 . 78 5.2.1.创建第一台伺服电动机 . 78 5.2.2.创建第二台伺服电动机 . 80 5.2.3.创建第三台伺服电动机 . 82 5.2.4.创建第四台伺服电动机 . 84 5.3 运动分析 . 86 5.4 回放并保存分析结果 . 88 5.5 运动轨迹曲线的建立 . 93 第六章 总 结 . 99 参考文献 .100 致 谢 .101 四川理工学院毕业设计（论文） 1 第 1 章 绪 论 1.1 挖掘机的定义 挖掘机，又称 挖掘机械 ，是用铲斗挖掘高于或低于承机面的物料，并装入运输车辆或卸至堆料场的土方机械。挖掘的物料主要是土壤、煤、泥沙以及经过预松后的土壤和岩 石。从近几年工程机械的发展来看，挖掘机的发展相对较快，而挖掘机作为工程建设中最主要的工程机械机型之一，其正确的选型也就显得更为重要 。 1.2 挖掘机的发展历史 挖掘机行业的发展历史久远，可以追溯到 1840 年。当时美国西部大开发，进行铁路建设，产生了模仿人体构造，有大臂、小臂和手腕，能行走和扭腰类似机械手的挖掘机，它采用蒸汽机作为动力在
