Motion Simulation,什么是运动分析模块?运动分析模块能执行何种类型的分析?,运动分析模块(Scenario For Motion)是CAE应用软件,用于建立运动机构模型,分析其运动规律运动分析模块自动复制主模型的装配文件,并建立一系列不同的运动分析方案,每个运动分析方案均可独立修改,而不影响装配主模型,一旦完成优化设计方案后,可直接更新装配主模型以反映优化设计的结果 运动分析模块可以进行机构的干涉分析,跟踪零件的运动轨迹,分析机构中零件的速度、加速度、作用力、反作用力和力矩等运动分析模块的分析结果可以指导修改零件的结构设计(加长或缩短构件的力臂长度、修改凸轮型线、调整齿轮比等),或零件的材料(减轻或加重或增加硬度等)设计更改可以反映在装配主模型的复制品分析方案(Scenario)中,再重新分析,一旦确定优化的设计方案,设计更改可直接反映到装配主模型中机构学和刚体机构学,,机构学,弹性力学,刚体力学,流体力学,刚体静力学,刚体动力学,刚体机构运动学,刚体机构动力学,如何创建运动分析方案?,ApplicationMotion,将主模型改为激活零件或创建新分析方案,MB3,,,运动学 动力学,Act1-1,如何定义运动分析方案?,第1步:创建连杆(Links) 第2步:创建运动付(Joints) 第3步:定义运动输入(Motion Driver),如何使一个运动分析方案中的机构运动起来?,关节运动(Articulation) 运动仿真(Animation),分析方案部件文件之间的相互关系?,,分析方案的文件目录结构,运动分析模块工具条,MB3,运动分析模块预设置,角度单位(Angular Units) 单位列表(List Units),Preferences-----Motion,运动输入、关节运动仿真和运动仿真,运动输入,无驱动 顾名思义,没有外加的运动驱动(No driver)赋在运动付上。
恒定驱动 恒定驱动(Constant Driver)设某一运动付为等常运动(旋转或线性位移),所需的输入参数是位移(时间t=0时的初始位移位置)、速度和加速度简谐运动驱动 简谐运动驱动(Harmonic Driver)产生一个光滑的向前或向后的正弦运动所需的输入参数是振幅(Amplitude)、频率(Frequency)、相位角(Phase Angle)和位移(Displacement)运动输入、关节运动仿真和运动仿真,一般运动函数 一般运动函数General)是描述复杂运动驱动的数学函数这里有一个阶梯(Step)函数的例子:运动付直接按时间和位移之间的关系运动:如当时间t1=0位移x1=0、当时间t2=5位移x2=20则描述此运动的数学函数为: STEP(TIME,0,0,5,20),关节运动驱动 关节运动驱动(Articulation Driver)设某一运动付以特定的步长(旋转或线性位移)和特定的步数运动,所需的输入参数为步长(Step Size)和步数(Number of Steps)运动输入、关节运动仿真和运动仿真,,,运动仿真,,运动仿真分析是基于时间的机构运动分析载入一个以前分析结果,静力学分析(Static Analysis):将模型移到平衡位置,并输出运动付上的反作用力。
机构运动学/机构动力学(Kinematic/Dynamic Analysis):按输入的时间和步数进行分析,运动输入、关节运动仿真和运动仿真,,,关节运动分析,,关节运动分析是基于位移的机构运动分析预测工程和工程判断准则,UG运动分析模块是用于预测工程的应用软件,就是说,在许多情况下,在机构被生产前或者说在机构真正生产出来前,用该软件预测机构的运动特性,即它类似于有限元分析(UG有限元分析模块)和注塑流动分析(UG塑料零件分析顾问模块)这些预测都是基于非常复杂的数学理论及公认的物理和工程原理这些数学公式及物理和工程原理应用于这些软件中,由这些软件产生求解结果,自然会受到实际工程判断准则的挑战换句话说,当你观察运动或其他预测工程结果时,你应该这样问自己: “这是我期望的响应或结果吗?” “这个响应或结果可行吗?” 不考虑坚实的工程判断准则,直接接受预测工程的结果将获得错误的结论连杆,可以认为机构就是“连接在一起的运动的连杆”的集合因为所有的运动零件必须和连杆相关,所以必须有一个连杆与地固定,不能移动 不关心反作用力时可以忽略质量特性大部分情况下可以按默认设置自动(Automatic)计算质量特性。
如必须人工(User Defined)输入质量特性,可依次输入质量(Mass),惯性矩(Inertia)、初始移动速度(Initial Translation Veloccity)、初始转动速度(Initial Rotation Velocity) 定义质量特性必须选择一个点(质心点)并输入质量的数值 定义惯性矩要定义惯性矩的原点、方向并输入数值 可以在建模时选择Preferences-Modeling指定零件默认密度值,或Tools-Material Properties赋予零件材料,Edit-Feature-Solid Density可以修改零件密度运动付,在运动付创建前,机构中的连杆是在空间浮动的,没有约束,具有六个自由度(Degrees of Freedom)(DOF): · 沿x方向的移动 · 沿y方向的移动 · 沿z方向的移动 · 绕x方向的转动 · 绕y方向的转动 · 绕z方向的转动 当运动付创建后,会约束一个或几个运动(移动或转动)自由度,机构中的运动付约束和自由度的概念即是已知的机构Gruebler数对此,我们会在稍后作详细的解释现在,必须记住的是,运动付具有双重的作用: 允许所需的运动 · 限制不要的运动,运动付的类型,一般类型的运动付,普通类型运动付只与自身相关,线上付,运动付的类型,特殊类型的运动付,运动付的类型,特殊类型的运动付,特殊类型运动付是在两个普通类型运动付之间定义了特殊关系的运动付,它允许两个普通类型运动付一起工作完成特定的功能。
运动付的定义,第一步:选择运动付所要约束的第一个连杆(First Link)UG用首先选中的对象推断要创建的运动付的原点和方向如首先选中直线,则运动付的原点设在直线最近的控制点上,Z轴方向平行于直线如首先选中的是圆或圆弧,则运动付原点设在圆心,Z轴垂直于园所在的平面应仔细的选择初始连杆来精确的定义运动付的原点和方向,使第二步成为多余的步骤,此时可以用MB2或手工从对话框选择第三步最好预先建立直线或圆弧运动付图标比率(Display Scale): 控制运动付图标的相对显示大小 名称(Name):为运动付指定用户自定义的名称运动付的定义,第二步:如第一步选择的原点和方向不正确,可以在此手工定义运动付的原点和方向运动付方向决定其自由运动的方向转动付(旋转付和柱面付)按右手螺旋法则绕运动付的坐标系的Z轴转动线性运动付(滑动付)沿Z轴移动平面付常被描述为一个冰块在平面上自由移动,即可沿XY方向移动及可绕自身的Z轴转动 第三步:创建运动付要约束的第二个连杆如连杆相对于地约束其运动,则可跳过本步,这种运动付称为与地固定(Fixed to Ground)如果第一个连杆相对于第二个连杆约束其运动,则本步选择属于第二个连杆的任意对象,和第一个连杆不同的是不必推断运动付的原点和方向,因而可选择第二个连杆的任意位置。
第四步:确定运动付第二个连杆的原点和方向本步为可选项只有Snap Links打开时才可选通常装配是完全定义好的,每个组件根据配对条件定位在适当的位置,本步完全不必要当装配没有完全定义好,则可以用Snap Links选项使组件在运动仿真时或关节运动仿真时咬合到一起,咬合时,该原点相对于第一个连杆的原点,第二个连杆上的坐标系的Z轴平行于第一个连杆上的坐标系的Z轴运动付的定义,创建旋转付(Revolute Joint),运动特征 旋转付是用来连接两个连杆的经典旋转付,有一个绕Z轴转动的自由度,旋转付不允许两个连杆之间有任何移动 驱动(Drivers) 旋转付可以定义一个运动输入,旋转的正向由右手螺旋法则决定 右手的大拇指指向正Z方向,弯曲手指的方向即是旋转的正向 极限(Limits) 可以规定旋转付的运动极限 约束(Constraints) 一个旋转付去掉5个自由度运动付的定义,创建滑动付(Slider Joint),运动特征 滑动付连接两个连杆,有一个自由度,连杆之间不允许有转动 驱动(Drivers) 旋转付可以定义一个运动输入,旋转的正向由右手螺旋法则决定 右手的大拇指指向正Z方向,弯曲手指的方向即是旋转的正向。
极限(Limits) 可以规定滑动付的运动极限 约束(Constraints) 一个滑动付去掉5个自由度,运动付的定义,,创建万向节 运动特征 万向节可连接两个成一定角度(Controlled Angular misalignment) 的转动连杆,万向节有二个转动自由度 驱动(Drivers) 万向节不能加驱动 极限(Limits) 不能规定万向节的运动极限 约束(Constraints) 万向节去掉4个自由度,运动付的定义,,创建球面付 球面付连接的两个连杆有3个旋转自由度,即球和铰套运动付球面付去掉3个自由度 球面付不能加驱动 不能规定球面付运动极限 球面付原点位于球和铰套的公共中心点,没有方向,创建球面付是只需指定连杆和球面付的原点运动付的定义,,创建柱面付 柱面付连接两个连杆,有两个自由度,两个连杆可绕Z轴转动,沿Z轴移动柱面付去掉4个自由度 柱面付不可以定义驱动 不能规定柱面付运动范围 一个柱面付可以用一个旋转付和一个滑动付代替,从而可以定义驱动和运动范围运动付的定义,,创建平面付 平面付连接两个连杆,有三个自由度,2个移动自由度,一个转动自由度两个连杆在相互接触的平面上自由滑动,并可绕平面的法向自由转动。
一个平面付通常被看作一块冰在平面上自由滑动,并绕平面法向Z轴自由转动一个平面付去掉三个自由度 平面付不能定义驱动 不能规定平面付运动范围 平面付Z轴必须垂直于公共平面,运动付的定义,,创建点上付 点上付可以维持两个连杆之间以及一个连杆和一个固定的非连杆曲线之间的点接触点上付有四个运动自由度点上付去掉两个自由度 点上付不能定义驱动不能定义运动范围 点上付的原点即为两连杆的接触点不能建立和编辑点上付的方向点上付不允许脱离,在整个运动范围内点和曲线必须保持接触接触点必须位于统一平面内 如点上付中有多于一条曲线,要先用Join Curve讲曲线连接起来,且曲线应是相切的运动付的定义,,创建线上付 线上付模拟两个连杆之间常见的凸轮运动关系,第一个连杆中的曲线必须和第二个连杆中的曲线保持接触且向切,两个连杆有4个自由度,去掉两个自由度 线上付不能定义驱动,不能定义原点范围线上付在整个运动范围中两根曲线必须保持接触 不能定义和编辑线上付方向,两连杆间的公切线是线上付的X轴运动付的定义,,创建螺旋付 螺旋付本身不能对两个连杆进行约束,为了达到期望的约束,必须柱面付和滑动付结合起来可以认为柱面付代表全螺纹的一对螺母和螺栓,结合起来可以模拟螺母在连杆上的运动。
螺旋付传动比率(Ratio)参数定义螺旋付转动一整圈所移动的距离,等价于螺纹的节距,正值表示右旋螺纹,负值表示左旋螺纹一个螺旋付去掉一个自由度 不能直接给螺旋付加驱动或极限创建线缆付 线缆付定义两个滑动付之间的相互关系,当一个滑动付移动时,另一个滑动付也跟着移动线缆付不能定义驱动,但可以对其中一个滑动付加驱动不能定义线缆付的移动范围线缆付去掉两个自由度 线缆付比率参数定义第一个滑动付与第二个滑动付速度之比正值表示二。