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本书结合实际，采用实际应用中的机械零件和装置，进行仿真模型的创建、运动仿真、动力分析的讲解，易于学习。结合Pro/E Wildfire 5.0分析模块（Pro/Mechanism）的实际操作界面，讲解软件的对话框、菜单和按键操作，使读者在学习时能够直观、方便地进行软件操作。本书主要内容有Pro/Mechanism入门基本概念、仿真机构的创建与分析概述、建立常规连接及应用实例、建立特殊连接及应用实例、机械动态分析综合实例、机构分析中的图元说明等。本书的配套光盘中包含有软件操作过程的录像视频文件，供读者学习时参考。

目  录     
  
第1章  Pro/Mchanism入门基本概念	1
1.1  概述	1
1.2  Pro/Mechanism定义体系和传统机械设计定义体系	2
1.3  Pro/Mchanism术语	2
1.3.1  主体	2
1.3.2  连接	3
1.3.3  伺服电动机与执行电动机	6
1.3.4  自由度	7
1.3.5  仿真模型创建中避免冗余产生应注意的事项	9
第2章  仿真机构的创建与分析概述	12
2.1  Pro/E Wildfire 5.0机构设计界面分区及结构	12
2.1.1  进入机构组装工作界面	12
2.1.2  进入机构分析工作界面	15
2.2  应用实例——铰链四杆机构的建模与分析	17
2.2.1  创建铰链四杆机构模型	17
2.2.2  分析准备	22
2.2.3  位置分析	26
2.2.4  运动分析	27
2.2.5  动态分析	28
2.2.6  静态分析	32
2.2.7  力平衡分析	34
2.3  获取分析结果	37
2.3.1  系统自由度、冗余	37
2.3.2  获取系统运动分析结果	38
2.3.3  获取系统受力分析结果	41
2.4  输出分析结果	43
2.4.1  用线图输出分析结果	43
2.4.2  创建运动轨迹	46
2.5  机构分析的动画播放与创建视频文件	47
2.5.1  动画播放	48
2.5.2  创建视频文件	49
2.5.3  创建运动包络	50
2.5.4  干涉检验	51
2.6  Pro/Mechanism机构分析的基本工作流程	52
2.7  Pro/Mechanism仿真结果分析比较	52
第3章  建立常规连接及应用实例	56
3.1  定义常规连接	56
3.1.1  刚性连接	56
3.1.2  销钉连接	61
3.1.3  滑动杆连接	62
3.1.4  焊接连接	64
3.1.5  圆柱连接	65
3.1.6  球连接	67
3.1.7  轴承连接	68
3.1.8  槽连接	69
3.1.9  一般连接	70
3.1.10  平面连接	72
3.1.11  6DOF	73
3.2  应用实例	77
3.2.1  应用实例1——直动从动件圆柱凸轮机构	77
3.2.2  应用实例2——油泵	78
3.2.3  应用实例3——轴向柱塞泵	81
3.2.4  应用实例4——挖掘机机械手臂的运动仿真	85
第4章  建立特殊连接及应用实例	101
4.1  凸轮连接	101
4.1.1  直动滚子从动件盘形凸轮机构	101
4.1.2  摆动从动件盘形凸轮机构	104
4.1.3  槽轮机构	107
4.2  齿轮连接	109
4.2.1  圆柱齿轮连接	110
4.2.2  齿轮齿条连接	113
4.2.3  圆锥齿轮连接	117
4.2.4  蜗轮蜗杆连接	119
4.3  带传动连接	122
4.4  3D接触连接	129
4.5  应用实例1—牛头刨床	129
4.6  应用实例2—单缸发动机	133
4.7  应用实例3—汽车差速器	144
4.8  应用实例4—小球碰撞分析 158
第5章  机械动态分析综合实例	163
5.1  游梁式抽油机	163
5.1.1  概述	163
5.1.2  游梁式抽油机仿真系统坐标系的设置	164
5.1.3  游梁式抽油机悬点载荷	164
5.1.4  抽油机的组装	165
5.1.4  运动分析	166
5.1.5  获取运动分析结果	168
5.1.6  动态分析	171
5.1.7  输出动态分析结果	174
5.1.8  悬点载荷示功图的创建	177
5.2  双缸单作用钻井泵	179
5.2.1  概述	179
5.2.2  钻井泵的组装	180
5.2.3  分析准备	186
5.2.4  动态分析	194
5.2.5  获取分析结果	195
第6章  机构分析中的图元说明	205
6.1  拖动和快照	205
6.1.1  拖动	206
6.1.2  快照	206
6.1.3  约束	206
6.1.4  高级拖动约束	207
6.2  初始条件定义	208
6.3  质量属性	209
6.4  重力	210
6.5  弹簧	211
6.6  阻尼器	212
6.7  力/扭矩	213
6.8  伺服电动机定义	214
6.9  执行电动机定义	216
6.10  齿轮副定义	216
6.11  凸轮从动机构连接定义	219
6.12  分析定义	221
6.13  分析结果的测量	222
6.13.1  测量的类型和意义	222
6.13.2 【测量定义】中评估方法各项的意义	230
6.13.3  每种分析所对应的测量类型	231
6.13.4  每种图元所对应的测量类型	232
6.13.5 【测量结果】对话框各选项及图元的名称和功能	233
6.14  回放	233
参考文献	238

前  言     

    Pro/Engineer 是PTC公司旗下集CAD/CAM/CAE于一体化的大型三维软件，是现今主流的CAD/CAM/CAE软件之一，在国内产品设计领域占据重要位置。CAE（Computer Aided  Engineering，计算机辅助分析）的核心技术是机构运动学、动力学仿真技术（即Pro/Mechanism）和有限元分析技术（即Pro/Mechanica）。CAE的这些内容以前主要是研究生学习和应用的内容。随着CAE软件功能的大幅提升和操作性能的改进，使其大规模的推广应用成为可能。
    本书作者曾在机械厂从事技术工作16年，之后又在学校担任教学和科研工作20余年。由于科研工作的需要，作者一直与多个机械厂（机械加工厂、机械设备制造厂）合作，开发了一些石油机械新产品在油田推广应用。通过和机械厂从事一线工作的工程技术人员的接触，了解到他们对目前已经成熟的现代设计法缺乏认识，处于基本上不会应用CAE核心技术来提高产品的质量和开发新产品的状况。这也是我国新产品开发缓慢，技术水平长期落后于发达国家的重要原因之一。
    要缩短我国生产技术水平与发达国家差距，应将CAE的核心技术在我国基层工程技术人员中普及和推广，使他们能应用现代设计方法去解决生产中的问题和进行新产品的开发，从而推动我国工业技术整体水平向前发展。
    基于这种想法，作者萌发了编写一本面向广大具有大专（含高职）及以上文化、从事一线工作的机械工程技术人员使用的书籍的想法。帮助他们学习核心技术（机械运动仿真与动力分析），使其从入门到精通。经过三年的努力，以及电子工业出版社领导和编辑同志的支持，这一想法终于得以实现。
    由于本书的定位是面向广大的机械工程技术人员，因此在编写过程中从多方面采取措施，保证本书的易学性、实用性和系统性。
    Pro/E软件的机械运动仿真与动力分析功能是由其Mechanism模块实现的。本书首先通过对机械设计基础知识与Mechanism基本概念的分析对比，让读者透彻理解Mechanism基本概念意义，从而将读者顺利地引入Mechanism软件的学习。
    虽然Mechanism的功能是对机构的分析，本书却没有对机构设计知识进行深入介绍，而专注于Mechanism软件操作的学习。假如在讲解Mechanism软件的同时，又增加对机构设计知识的学习，不仅增加了本书的篇幅，加重了读者学习的额外负担，同时会打乱Mechanism软件学习的系统性。机构设计是一门系统性、逻辑性很强的学科，要在Mechanism掌握软件的同时又对机构设计知识加以学习，也是涉及皮毛，根本就谈不上深入应用。这就是本书定位于面向具有机械设计基础知识读者的原因。
    本书在学习的内容上经过认真挑选，使其既全面、又有代表性。在Mechanism基础知识的学习中，采用实际的机械零部件作为举例，还以具有代表性的机械，如抽油机、钻井泵为例进行仿真分析。通过分析，使读者在学习过程中得到全面、综合的训练，实现从入门到精通的转变。
    本书将对Mechanism分析工具使用方法的文字介绍，集中到最后一章详细解释。这样的好处是：保证软件操作学习的连贯性；同时让读者在学完Mechanism基本内容后，再回顾这些知识，也易于理解和加深认识；本书最后一章的内容也方便读者在今后的应用中快速查阅。
    为了能循序渐进的学习，本书的内容安排如下。
    第1章：Pro/Mechanism入门基本概念
  本章首先通过对机械设计基础知识的回顾，使读者认识到机械设计与Mechanism体系在概念上的差异与联系，使读者在后面各章节的学习中概念清晰明确。 
    第2章：仿真机构的创建与分析概述 
  本章以一个简单的四杆机构模型分析为例，对Mechanism仿真分析进行一个全面的展示，让读者对Mechanism的功能和基本操作有一个全面的了解。
    第3章：建立常规连接及应用实例
  本章学习如何应用各种类型的常规连接将元件创建成仿真模型。在各种类型的常规连接使用方法学习完成后，以轴向柱塞泵、挖掘机机械手臂等机械模型的创建与仿真为例，说明常规连接的应用方法。
    第4章：建立特殊连接及应用实例
  本章首先学习齿轮机构、凸轮机构、带传动机构和3D接触“特殊连接”，然后以牛头刨床、单缸发动机、汽车差速器等具有一定难度机械为例，说明特殊连接在仿真机构分析中的应用方法。
    第5章：机械动态分析综合实例
  本章列举具有代表意义的机械：抽油机、钻井泵进行运动仿真和动力分析，对读者进行全面、综合的训练。在读者圆满地完成了本章内容的学习后，可基本掌握机械运动仿真与动力分析的技能，并具有应用Mechanism进行机械辅助设计的能力。
    第6章：机构分析中的图元说明
  本章对Mechanism建模和分析工具进行详细说明。通过本章的学习，读者对Mechanism知识全面掌握并加深理解。本章的内容还可供读者在今后的使用中快速查阅之用。
为了配合本书的学习，还配备了学习光盘。光盘包括素材、结果和视频三方面内容，它们分别保存在各章相应的目录中。
    以第3章的例2来说明保存方式，如下：
      第3章范例练习e3_2素材      第3章范例练习e3_2结果      第3章范例练习e3_2视频    ■“素材”目录
      “素材”是存放创建仿真模型3D元件的目录。本书所讲解的每个仿真机构都附带有各自的3D元件模型，均保存在该目录下。读者在进行仿真机构的创建时，不需要绘制机构的3D元件，只须对素材目录下的3D元件进行调用即可。
    ■“结果”目录
      “结果”是保存创建完成的仿真模型、模型运动及动力分析等文件的目录。
    ■“视频”目录
      “视频”是保存机构组装过程的屏幕录像以及机构动画文件的目录。通过屏幕录像的观看分析，可解决读者在仿真机构的创建和分析中的问题。
    在本书的编写过程中，得到杨怡同志的大力支持和帮助，表示感谢。
    由于编者的水平有限，存在有不足和考虑欠妥之处。真诚地希望读者对本书提出宝贵的意见和建议。
                                                  编者      
                                             于西南石油大学

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