黄茂生：多功能折叠餐桌的设计与实现
设置。运动场景既是Pro/E运动仿真的整体框架也是操作入口，是整个运动仿真模型的信息载体，储存了运动仿真模型的全部信息。 4.2 伺服电机的建立
建立伺服电机，我们需要适合的速度，在我们这个机械手模型中，我总共建立了十二个伺服电机，设置合理的速度和时间，使机械手按照预定的轨迹运动，建立伺服电动机的过程如图4-2、4-3、4-4、4-6所示。
图4-2 伺服电动机1类型的建立 图4-3 伺服电动机1轮廓的建立
图4-4 伺服电动机12的建立 图4-5 伺服电动机建立结束
伺服电动机可以单一自由度在两个主体之间加强某种运动。添加伺服电动机，是为机构运行做准备。定义伺服电动机时，可以定义速度、位置或者加速度与时间的函数关系，并可以显示运动的轮廓图。
有时候，“连接”操作、“拖动”或“运行”机构时，系统会提示“装配失败”信息，其内容为“不能满足机械约束，无法装配机械”。这可能是由于未正确指定连接信息，或因为主体的初始位置与最终的装配位置相距太远等。
如果装配件未能连接，应检查连接件是否正确。应检查机构装置内的连接是如何组合的，以确保其具有协调性。也可以锁定主体或连接并删除环连接，以查看在不太复杂的情况下，机构装置是否可以装配。最后可以创建新的子机构，并个别查看、研究它们如何独立工作。通过从可工作的结
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构装置中有系统地逐步进行、并一次增加一个小的子系统，可以创建非常复杂的机构装置并成功运行。
如果运行机构出现“装配失败”信息，正常情况下，很可能是因为无效的电动机值，如果对某特定的时间所给定的伺服电动机的值超出可取值的范围，从而导致机构装置分离，系统将声明该机构不能装配。在这种情况下，要计算机构装置中所有伺服电动机的给定范围以及启动时间和结束时间，如图4-8、4-9所示。使用伺服电动机的较小振幅，是进行试验以确定有效范围的一个好的方法。伺服电动机也可能会使连接超过其限制，可以关闭有可能出现此情形连接的限制，并重新进行运行来研究这种可能性。
运动时间36秒 合理的电动机时间
图4-8 建立运动学分析定义 图4-9 建立合适的电动机时间
4.3 回放装配过程进行干涉检测
分析完毕之后，选择“回放”命令，可以重新装配过程，也可以将分析的结果保存为一个视频文件供以后查用。如果设置在装配过程中进行全局干涉检测，并选择在检测到干涉时停止固放就可以在这个特定的装配位置转到Pro/E的Assembly模块时检测零件之间的干涉量。方法为，选择菜单“分析”—“模型分析” —“全局干涉” —“精确结果”，单击“计算”。系统会在零件之间出现干涉的区域用红色高亮显示，并且计算出来的干涉量有助于指导设计者对零件的不合理结构或装配路径进行修改。
干涉检验是设计时常用到的一种检验方法，也是必须用的一种方法，通过检验可以发现零件设计的缺陷，尽可能的把设计错误消除在制造前，减少重复工作，减少损失。具体的操作过程为：在系统装配模式下，选择菜单中的“分析”按钮，进入系统分析模块，点击“模型分析”，在模型分析画面中选择下拉菜单中的“全局干涉”如图4-10所示，点击计算干涉如图4-11所示，经过计算通
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过动画检查到什么部位，干涉及具体的帧数，干涉部位是特殊的颜色。这时候就需要分析干涉的原因，如果是外部干涉就是，元件在运行过程中发生接触即干涉，这时候需要调整各元件的形状；如果是内部干涉，就是电机配合出现的干涉，就需要调整电机的配合运作。经过对伺服电机调试，解决了元件之间的干涉。通过干涉分析，本设计没有出现干涉，因此设计合理，方案可行。
图4-10 检验全局干涉 图4-11 回放
4.4 运行分析
Pro/E的机构运动仿真分析的模块，可以实现机械工程中非常复杂精确的机构运动分析。在实际制造前利用零件的三维数字模型进行机构运动仿真已成为现代CAD工程中的一个重要方向及课题。机构仿真分析所解决的问题有以下几点：位移、速度、加速度、力，解决零件间干涉、作用力、反作用力等问题。
通过桌子支撑翻板在轨迹上的仿真运动可以对支撑板进行速度和位移的测量，利用“通过分析的测量结果”对速度和位移与时间的关系进行测量，支撑翻板的速度和位移建立界面如图4-12得到相关的分析结果如图4-13。通过对结果图表的分析研究，调试到满足设计要求的状态。
图4-12 支撑板位置时间建立界面 图4-13 成立界面
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利用“测量”命令可以创建一个图形，对于一组运动分析结果显示多条测量曲线，或者也可以观察某一测量如何随不同的运行结果而改变，如图4-14所示为支撑板的位置实践曲线。其测量有助于理解和分析运行机构装置产生的结果，并可提供改进机构设计的信息。
图4-14 支撑板的位置时间曲线
4.5 小结
通过运动仿真场景的建立，连杆及运动副的定义，运动参数的设置，解算能够得到运动机构的运动仿真。输出的动画中可以很清晰地观察到折叠餐桌的运动情况，可以观察到折叠餐桌的运动轨迹是都是旋转运动，只有抽屉的运动轨迹是一条直线，这在实际的应用中能够满足使用要求。利用干涉全局无碰撞检测，可以对设计进行模拟的分析，检查设计的合理性，通过测量模块，可以绘制出各机构运动的位置时间曲线，有助于分析各构件的运动情况。通过对折叠餐桌整体结构的优化，改进了不足之处，使其更符合实际应用的要求。
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5 ABAQUS有限元分析
5.1 有限元法的基本原理及折叠餐桌的受力分析 5.1.1 有限元法的简介
有限元（FEM）是通过计算机对数值进行计算分析的方法。其思路是：“化整为零，积零为整”。将连续的系统用有限个单元体的集合来替代，然后对各个单元体求出一个近似解，将各个单元按特定的标准方法组合起来，最终形成原连续系统的数值近似系统，即得到相应的数值模型。
静力分析是有限元分析中一种常用的分析方法，主要应用场合是在求解结构在与时间无关的静力载荷作用下的输出响应，求出所需的节点位移、节点力、约束反力等。 5.1.2 ABAQUS有限元分析过程
有限元分析过程分为建模、计算、后处理三个阶段：
（1）建模阶段：该阶段是根据结构实际情况建立相应的有限元模型，为之后的有限元数值的分析计算提供数据。建模的重要任务就是划分网格。
（2）计算阶段：计算阶段是完成有限元的相关数值计算，运算量比较大，这部分工作通常由计算机上自动完数值计算。
（3）后处理阶段：该阶段是对以上步骤计算的结果进行相应的处理，对结构性能的好坏以及设计的合理性进行评估，对不足之处进行改进或优化。
有限元分析的各个功能模块的功能如下： （1）部件(Part)
启动Abaqus软件后就会进入Part的建模功能模块，在ABAQUS/CAE可以直接构建机械模型，或者从其它三维软件中建模完成以后，将部件导入该软件中。
（2）特性（Property）
在特性功能模块中可以进行材料和截面特性的设置以及弹簧、阻尼器和实体表面壳的定义等。 （3）装配件（Assembly）
对于两个或多个零部件构成的物体，需要将其在同一个坐标系统中进行装配，装配成同一个整体，从而生成一个装配件，一个模型只能有一个装配件，但一个装配件课余i包含多个零部件。
（4）分析步（Step）
分析步模块主要用于分析步和定义输出的定义，还可以进行求解控制和自适应网格划分的设置。 （5）相互作用（Interaction）
该模块用于定义各个装配件之间的相互作用、约束或者连接，在该功能模块中创建完各装配件及部件的定位。
（6）载荷（Load）
该模块主要是用于定义模型部件或装配件的载荷、边界条件、预定义场及其载荷情况。
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