CATIA运动分析

CATIA运动分析目录1产品介绍42图标功能介绍(基本概念、基本界面介绍)42.1DMU运动仿真（DMU Simulation）工具条42.2DMU运动副创建工具条（Kinematics Joints）42.3DMU Generic Animation52.4机构刷新（DMU Kinematics Update）62.5干涉检查模式工具条（Clash Mode）62.6DMU 空间分析（DMU Space Analysis）63功能详细介绍73.1DMU运动仿真（DMU Simulation）工具条73.1.1用命令驱动仿真（Simulating with Commands）73.1.2用规则驱动仿真（Simulating With Laws）93.1.3仿真感应器（Sensors）103.1.4机构修饰（Mechanism Dressup）123.1.5创建固定副（Fixed Part）123.1.6装配约束转换（Assembly Constraints Conver）133.1.7测量速度和加速度（Speeds and Accelerations）153.1.8机构分析（Mechanism Analysis）173.2DMU运动副创建工具条（Kinematics Joints）193.2.1创建转动副（Creating Revolute Joints)点击193.2.2创建滑动副（Creating Prismatic Joints）203.2.3同轴副（Creating Cylindrical Joints）213.2.4创建球铰连接（Creating Spherical Joints）223.2.5创建平动副（Creating Planar Joints）233.2.6创建刚性副（Rigid Joints）243.2.7点-线副（Point Curve Joints）243.2.8曲线滑动副（Slide Curve Joints）253.2.9点-面副（Point Surface Joints）263.2.10万向节（Universal Joints）263.2.11CV连接（CV Joints）273.2.12创建齿轮副（Gear Joints）283.2.13滑动-转动复合运动副（Rack Joints）303.2.14滑动-滑动复合运动副（Cable Joints）323.2.15用坐标系法建立运动副（Creating Joints Using Axis Systems）323.3DMU Generic Animation工具条343.3.1创建运动仿真记录（Simulation）343.3.2生成重放文件（Generate Replay）363.3.3重放（Replay）373.3.4仿真播放器（Simulation Player）373.3.5编辑序列（Edit Sequence）373.3.6包络体（Swept Volume）373.3.7生成轨迹线（Trace）373.4机构刷新（DMU Kinematics Update）383.4.1机构位置刷新（Update）383.4.2输入子机构（Import Sub-Mechanisms）383.4.3重设位置（Reset Positions）393.5干涉检查模式工具条（Clash Mode）403.5.1关闭干涉检查（Clash Detection（Off）403.5.2打开干涉检查（Clash Detection（On）403.5.3遇到干涉停止（Clash Detection（Stop）403.6DMU 空间分析（DMU Space Analysis）403.6.1干涉检查（Clash）403.6.2距离和距离带分析（Distance and band analysis）403.7示例411 产品介绍及应用DMU机构运动分析（Kin）是专门做DMU装配运动仿真的模块。针对大型产品如整车、飞机、轮船等的机构运动状态进行评价。2 图标功能介绍(基本概念、基本界面介绍)2.1 DMU运动仿真（DMU Simulation）工具条 命令驱动仿真（Simulating with Commands） 规则驱动仿真（Simulating With Laws） 机构修饰（Mechanism Dressup） 创建固定副（Fixed Part） 装配约束转换（Assembly Constraints Conver） 测量速度和加速度（Speeds and Accelerations） 机构分析（Mechanism Analysis）2.2 DMU运动副创建工具条（Kinematics Joints） 创建转动副（Creating Revolute Joints) 创建滑动副（Creating Prismatic Joints） 创建同轴副（Creating Cylindrical Joints） 创建球铰连接（Creating Spherical Joints） 创建平动副（Creating Planar Joints） 创建刚性副（Rigid Joints） 点-线副（Point Curve Joints） 曲线滑动副（Slide Curve Joints） 点-面副（Point Surface Joints） 万向节（Universal Joints） CV连接（CV Joints） 创建齿轮副（Gear Joints） 滑动-转动复合运动副（Rack Joints） 滑动-滑动复合运动副（Cable Joints） 用坐标系法建立运动副（Creating Joints Using Axis Systems）2.3 DMU Generic Animation 创建运动仿真记录（Simulation） 生成重放文件（Generate Replay） 重放（Replay） 仿真播放器（Simulation Player） 编辑序列（Edit Sequence） 包络体（Swept Volume）生成轨迹线（Trace）2.4 机构刷新（DMU Kinematics Update） 机构位置刷新（Update） 输入子机构（Import Sub-Mechanisms） 重设位置（Reset Positions）2.5 干涉检查模式工具条（Clash Mode） 关闭干涉检查（Clash Detection（Off） 打开干涉检查（Clash Detection（On） 遇到干涉停止（Clash Detection（Stop）2.6 DMU 空间分析（DMU Space Analysis） 干涉检查（Clash） 距离和距离带分析（Distance and band analysis）3 功能详细介绍3.1 DMU运动仿真（DMU Simulation）工具条3.1.1 用命令驱动仿真（Simulating with Commands）是用命令驱动的方式对已创建的机构进行运动仿真，这种方法比较直接、简便，但不能记录下来。1).点击图标,出现定义对话框；2).在Mechanism选项的下拉菜单里选择相应的机构；3).在Command.1选项里是第一个驱动命令数值的界限，和在创建驱动副时设置的界限同步；4).激活仿真感应器（Activate Sensors）选项，详见其有关运动仿真的后处理对话框；5).当离开仿真对话框后，系统默认保留当前位置。点击Reset按钮返回到初始位置；6).点击Analysis.按钮可以添加运动分析项目，比如距离、干涉检查等；7.点击More按钮，展开对话框；有两种仿真方式：a).Immediate直接模拟，用鼠标直接拖着驱动副上的绿色箭头线移动；b).选择On request选项，下面的播放器按钮就会变亮，可以设置固定步幅数（Number Of Steps）来进行仿真运动。3.1.2 用规则驱动仿真（Simulating With Laws）对建立了规则关系的机构进行仿真，这种规则可以是驱动参数和运动时间的关系，在特征树上记录如下图：1).点击图标，出现定义对话框；2).在Mechanism选项的下拉菜单里选择相应的机构；3).点击下图按钮位置上，可以修改运动时间；4).中间是VCR按钮，下面的步长、Analysis按钮、Activate sensors选项等和命令驱动仿真方式用法相同。3.1.3 仿真感应器（Sensors）在几种运动仿真命令里，都有激活感应器（Activate sensors）选项。主要作用是通过在仿真过程中观察运动副的数值、测量尺寸和运动副界限（已定义）等数据，提供非常有用的信息帮助检查机构设计。已创建的距离测量、干涉检查、速度或加速度等特征也会出现在感应器列表里。1）.选择需要观测的参数，在Sensor标签拦里Observed列出现Yes标志。也同步显示在instantaneous Values标签的列表里。2）.通过VCR按钮执行仿真运动，可以观测参数的变化；3）.还可设置仿真运动的干涉检查模式和界限模式；4）.观测的结果通过Graphics.按钮输出到图表中；5).点击File按钮把结果输出保存到外部文本中。3.1.4 机构修饰（Mechanism Dressup）为了和ENOVIA VPM中机构运动分析集成（基于骨架的方式），我们建立在特征树上直接访问的Dress up，可以对它进行仿真，并保存在ENOVIA VPM中。1).点击图标，出现对话框，然后点击新建按钮，选择已创建的机构；2).在link栏里，选择需要修饰的零件。Graphic selection选项表示不能在特征树或图形区域上选择零件。3).缺省Available products选项，表示在下面左边列表框里显示可能被绑定的零件。All products表示显示出所有零件。可以点击左边区域的零件到右边区域，和当前link的零件绑定在一起。3.1.5 创建固定副（Fixed Part）命令给机构增加一个固定副。1) 点击图标，在对话框下拉菜单里选择或新建机构；2) 选择固定的零件；3) 零件被自动定义成固定副了,在树上显示如下图。3.1.6 装配约束转换（Assembly Constraints Conver）把在做装配模块里（Assmebly Design）创建的装配约束通过此命令转换成DMU中的运动副关系。模型如下图里的装配体及其特征树形式。图a 装配产品图 图b 装配产品特征树注:此转换须在设计模式(Design Mode)下完成。1) .点击图标,出现对话框，选择或新建机构；2) .点击Auto Create自动在选择选择的机构对象里转换生成运动副；3) .打开More按钮，可根据需要自定义转换运动副，具体解释见下图说明；4) .转换完后的特征树如下图。3.1.7 测量速度和加速度（Speeds and Accelerations）为了优化我们所做的机构设计,常需要考虑测量相关元素的加速度和速度。1）.选择机构；2）.点击,出现定义对话框；3）.命名该定义的名称；4）.选择参考的产品零件，选择做分析的参考点；5）.选择Main axis表示以当前装配的坐标系作为参考坐标系，或选择其他自定义的坐标系（Other axis）。6）.点击OK按钮，建立的速度和加速度关系图标就显示在特征树上。7）.可以通过用规则驱动仿真打开仿真感应器（Sensor）按钮，在定义对话框里选择观测的速度或加速度参数，如下图；8）.开始做机构运动，可以看到相应参数的变化，然后点击按钮Graphics.通过图表可以更形象地观察相关参数的变化规律。3.1.8 机构分析（Mechanism Analysis）机构分析命令就是对所创建的机构进行可行性分析，包括运动副关系和零件自由度。基本定义对话框如下：1).基本栏图解下图；2）.中间有两个选项，表示是否在图形中显示出运动副标志；3）.一个列表框显示所有运动副的定义关系（名称、命令副、类型、零件关系、备注信息），在Mechansim dressup information栏里显示机构修饰的信息；4）.以通过点击保存按钮将这个列表分析的信息保存成文本或表格格式的文件，如下图。3.2 DMU运动副创建工具条（Kinematics Joints）3.2.1 创建转动副（Creating Revolute Joints)点击1）.点击图标，出现定义对话框；2）.分别选择两零件的对应几何元素（直线和平面），设置约束；3）.点OK完成设置后，特征树如下图。3.2.2 创建滑动副（Creating Prismatic Joints）1）.点击图标，出现滑动副定义对话框；2）.选择两零件的对应几何元素（直线和平面）；3）.点OK完成设置后，模型和特征树形式如下图。3.2.3 同轴副（Creating Cylindrical Joints）同轴副对应于装配关系的同轴约束（Coincidence Constraint）。1）.定义时选择两零件对应的直线关系；2）.特征树结果如下图。3.2.4 创建球铰连接（Creating Spherical Joints）1）.点击图标，出现定义对话框；2）.分别在两零件上选取对应的两个点；3）.完成后，模型和特征树形式如下图。 3.2.5 创建平动副（Creating Planar Joints）1）.点击图标，出现定义对话框；2）.在两个建立连接的零件上选取对应的两个平面(Plane)；3）.完成后，模型和特征树形式如下图。3.2.6 创建刚性副（Rigid Joints）通过创建刚性副命令，使两个零件间成为刚性体连接关系。1 ）.点击图标，出现定义对话框；2 ）.选择两个零件（Part 1）；3）.结果特征树如下。3.2.7 点-线副（Point Curve Joints）通过点-线副命令创建一个零件上的点在另外一个零件的曲线上的关系。1 ）.点击图标,出现定义对话框；2 ）.选择一个零件上的曲线（Curve 1）和另一个零件上的点（Point 1）；3）.定义的运动副图象界面上会出现一个绿色的箭头，来检查输入命令的方向,但是这个方向是不可以修改的，可以用鼠标移动到该箭头上，做一短暂的运动仿真。4）.定义完成后，运动副标志出现在特征树上。 注意: 定义时两个零件必须处在一个合理的位置（点在曲线上），才能创建运动副。3.2.8 曲线滑动副（Slide Curve Joints）该命令通过选取两个零件上的曲线（Curve），创建运动副，定义对话框如下图所示。 注意：所选取的曲线需要有合理的相对位置（曲线是相交的）。3.2.9 点-面副（Point Surface Joints）通过命令，选取一个零件上的点以及另一个零件上的曲面创建点-面副。 3.2.10 万向节（Universal Joints）万向节是在汽车结构设计中经常遇到的机构件，如传动轴、驱动轴、转向系统等部分。1）.点击图标，出现定义对话框；2）.点击New Mechanism新建机构，输入机构名称；3）.选择第一个零件的轴作为旋转轴1（Spin 1）,选择第二个零件的轴作为旋转轴2（Spin 2）；4）.然后选择十字销轴的方向（Direction of the cross-pin axis），有三个选项： )默认的选项是和第二个零件的旋转轴垂直（Normal to Spin 2）. 我们可以选择第一个零件的旋转轴垂直（Normal to Spin 1）. 或是选择任意方向（Any）.5）.定义完后的特征树如下图。3.2.11 CV连接（CV Joints）.创建CV连接，需要选择三个零件的旋转轴（Spin）,如下图.2）.定义对话框如图:3）.结果出现在特征树上。3.2.12 创建齿轮副（Gear Joints）齿轮副是两组齿轮转动副按传动比定义的复合副命令。1）.选择已经建立的两组转动副（Revolute joint），或点击创建新的转动副；2）.设置传动比（Ratio）或点击按齿轮半径比例自动定义；3）.选择旋转方向，是同向旋转（Same）或是反向（Opposite）4）.对话框下边选项Angle driven for Revolute,表示可以选择是否以其中一个转动副的角度驱动命令来作为驱动副。5）.定义结果在特征树的形式见下图.6）.注意事项: 当建立一个齿轮副时,定义的两个转动副必须建立在有一个共同的零件的基础上。下面我们用一张图来说明(图中P表示零件,R表示旋转副)，其中齿轮副（Gear joint）可以建立在R1和R2两个转动副之间，而零件P2必须同时是建立R1和R2转动副的共有零件。由于R1和R3之间没有共有零件就不能建立齿轮副。3.2.13 滑动-转动复合运动副（Rack Joints）Rack Joints 是滑动副和转动副按比例定义的复合副命令。1）.选择已经建立的滑动副（Prismatic Joint）和转动副（Revolute joint），或是点击重新创建.2）.设置比例（Ratio）,单位是毫米每转（mm_turn）.3）.下边选项Length driven for Prismatic,表示可以选择滑动副的长度驱动命令来作为驱动副.4）.建立完后，特征树更新如下图.5）.注意事项:同建立齿轮副一样，组成一个Rack Joint的滑动副和转动副必须是建立在有一个共同的零件的基础上的.3.2.14 滑动-滑动复合运动副（Cable Joints）Cable Joints是两个滑动副按比例定义的复合副命令。定义对话框如下图，操作方法同上述Rack Joints的建立命令。3.2.15 用坐标系法建立运动副（Creating Joints Using Axis Systems）用坐标系法可以建立万向节副、滑动副、转动副、球绞连接等运动副。1）.点击图标，出现定义对话框；2）.选择要建立的运动副类型（Joint Type）；3）.选择坐标系（Axis）4）.点击OK完成运动副的定义。如果建立了一个U Joint,你可以在特征树上看到它,在它的下面同时还可以看到两个约束。用坐标系法建立运动副的好处在于可以保持关联性，假如当你移动U Joint里的一个零件时，使用机构刷新命令，这个零件会保持原来的约束位置关系。3.3 DMU Generic Animation工具条3.3.1 创建运动仿真记录（Simulation）生成可以仿真的机构分析记录，保留在特征树上。1）.点击命令图标，选择一个已经定义的机构；2）.点击OK，进入记录对话框；3）.每点击Insert按钮一次就记录一帧，后边是修(改Modify)、删除(Delete)或跳过(Skip)帧的按钮。也可以勾选Automatic insert选项，创建自动插入的模式；4）.记录可以通过VCR控制器播放，下面图中是播放选择项；5）.可以在分析项加入干涉、距离分析检查项目，使你的仿真更生动；6）.点击OK按钮完成，这时该仿真就记录在特征树上了。3.3.2 生成重放文件（Generate Replay）生成重放文件使仿真记录作为独立的特征存在特征树上，和初始的运动副、仿真记录等断开关联。有两种重放生成模式：1）.如下图，选择（默认）Generate a replay的选项，生成的重放记录在特征树上；2）.如下图选择Generate an animation file选项，在下拉菜单里选择播放格式，并点击按钮进行相应格式文件的设置。点击设置保存文件的路径；3）.点击OK完成。3.3.3 重放（Replay）点击按钮选择生成的重放文件进行重放仿真。3.3.4 仿真播放器（Simulation Player）对机构运动仿真播放，用法详见拆装分析章（Fit）3.3.5 编辑序列（Edit Sequence）对机构运动仿真编辑序列，用法详见拆装分析章（Fit）3.3.6 包络体（Swept Volume）生成用于机构运动的包络体，用法详见拆装分析章（Fit）3.3.7 生成轨迹线（Trace） 我们可以用这个命令来查看机构运动中某个动点在仿真过程中的轨迹。 1）.在Trace的对话框里，选择要分析的动点（Elements to trace out）； 2）. 在Reference Product项选择参考的产品,或使用默认选项（当前的产品）。Number of steps项显示步幅数，和运动仿真的步幅数关联；3）.New Part选项表示生成的轨迹文件在一个单独的零件里，或选择Reference Product生成在其他的零件里;4）.点击OK生成运动轨迹.3.4 机构刷新（DMU Kinematics Update）3.4.1 机构位置刷新（Update）刷新机构的零件位置，使和装配约束的关系保持同步。3.4.2 输入子机构（Import Sub-Mechanisms）我们通过一个例子来说明: 在这里我们事先有一个机构, 现在我们通过先建一个Product, 之后考虑怎样将我们的机构调进来,我们在这里不单要将装配本身调进来,而且需要把和机构相关东西调进来。1）.同时打开总装配和准备调入的子装配的产品；2）.用Copy/ Paste的方式把子装配的产品拷贝到总装配的产品中，可以看到这时拷贝过去的仅仅是装配结构及零件，机构并没有拷贝过来；3）.这时使用输入子机构命令，将会出现一个提示框,告诉我们成功完成了操作，把子机构输入到总装配中。 注意：此时输入的子机构运动副是不能被编辑的。3.4.3 重设位置（Reset Positions）当你做了运动仿真后，可以用重设位置命令使其回复到初始的位置。3.5 干涉检查模式工具条（Clash Mode）但我们做仿真运动命令时可以打开下面的开关，进行干涉状态检查。3.5.1 关闭干涉检查（Clash Detection（Off） 默认开关，这时不考虑干涉情况。3.5.2 打开干涉检查（Clash Detection（On） 选择此开关，当做运动时，遇到干涉情况，零件会出现红色标志。但运动不会终止。3.5.3 遇到干涉停止（Clash Detection（Stop）选择此开关，当做运动时，遇到干涉情况，运动会自动终止。3.6 DMU 空间分析（DMU Space Analysis）3.6.1 干涉检查（Clash）用于机构运动分析的干涉检查，用法详见拆装分析章（Fit）3.6.2 距离和距离带分析（Distance and band analysis）用于机构运动分析的距离分析，用法详见拆装分析章（Fit）3.7 示例下面我们通过四连杆机构的简单例子来说明这个模块的用法。1）. 打开装配产品文件：确认在设计模式(Edit-Representations-)下。如下图中的Rods模型及特征树形式，包含四个连杆（Rod.1,rod.2, rod.3, rod.4）；2）. 插入一个新的机构， 有两种基本方式：a).选择主菜单InsertNew mechanism，,在属性中修改机构名称。b).在建立运动副时直接点击插入一个新的机构，在出现的下图对话框里命名机构名称。3）.创建运动副：a).点击创建转动副图标，出现定义对话框；b).选择Rod.1和Rod.3同轴关系（Line）；c). 选择Rod.1和Rod.3面偏置关系（Plane）,可以选择圆柱的上表面；d).点击OK完成一个运动副的定义，这时同时会自动创建两个装配约束，Rod.1和Rod.3两个连杆按装配约束调整位置。e).其他Rod.2和Rod.1，Rod.2和Rod.4连杆之间类似建立同样的转动副。d).在Rod.3和Rod.4零件之间建立同轴副，模型结果如下图。4）. 定义一个驱动命令，增加驱动副：a).在特征树上鼠标双击如图的运动副该转动副定义对话框出现；b). 选择Angle driven角度驱动命令作为驱动副c).点击OK完成后，特征树上就会显示有驱动命令。5）. 定义固定副：使用固定副命令选择Rod.2零件，这时在特征树上就可以看见固定副。6）.这时会自动跳出个窗口表示我们现在可以对这个机构进行仿真了，可以看到在特征树上机构自由度数DOF等于零。7）.用仿真命令对我们的机构进行运动模拟。