ug运动仿真

精品文档，仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除4.1 NX运动仿真概述本节将简要对 UG NX 的运动仿真界面和运动仿真工具进行基本的介绍，通过本节的学习，读者可以初步地认识UG NX 的运动仿真功能。41.1 进入运动仿真模块由于运动仿真需要通过主模块来创建，因此需要先打开主模板，才能进一步进行运动仿真。下面将介绍进入运动仿真模块的步骤。打开主模版文件，也可以是包含了装配信息的文件。（1）单击应用模块中的“运动”按钮。即可进入运动仿真界面。（2）在资源导航器中选择“运动导航器”，右键单击根目录按钮，在弹出的快捷菜单中选择“新建仿真”命令，将弹出“环境”对话框，设置好参数后，单击“确定按钮，即可进入新的运动仿真建立，如图4-1所示。 图4-1 “环境”对话框4.1.2 运动仿真界面运动仿真界面与建模界面样式大体上相似，但其工具与命令则有了较大的变化，如图4-2所示。图4-2 运动仿真界面菜单栏：包含9个菜单命令，如文件、主页、结果、曲线、分析等。工具栏：由基本环境工具栏、运动工具栏、动画控制工具栏组成，提供操作所需要的命令的快捷按钮。运动导航器：通过树形结构显示各个数据，可以进行新建、克隆、删除运动仿真等命令。4.1.3 运动仿真工具栏运动仿真工具栏包含了进行运动仿真时所需要的大部分命令，如连杆、运动副、齿轮副等，如图4-3所示。有时运动工具栏也可以根据需要拆分成几个小的工具栏。图4-3 “运动仿真”工具栏下面将对几种常用命令进行介绍。连杆：通过连杆命令可以将部件定义为连杆，在运动仿真时部件将作为连杆进行分析模拟，如图4-4所示。运动副：运动副可以将连杆连接起来，并通过定义不同的运动副的类型使连杆能够进行相应的动作，如图4-5所示。图4-4 “连杆”对话框 图4-5 “运动副”对话框传动副：传动副的作用是改变机构扭矩、转速等。其中有齿轮副、齿轮齿条副和线缆副3种类型。约束：通过约束命令可以指定两个对象之间的关系，其中点在曲线上、线在线上和点在曲面上3种类型，如图4-6所示。连接器：连接命令可以对两个对象之间的连接方式进行定义，其中包括弹性连接、阻尼连接等，如图4-7所示。载荷：定义对物体施加的力，包括标量力、矢量力、标量扭矩，如图4-8所示。运动分析：对建立的运动仿真进行分析，如动画分析、按钮输出等。4.1.4 动画控制工具栏动画控制工具栏可以进行控制动画的播放、暂停和停止等，如图4-9所示。播放动画时运动导航器和运动工具栏等都会被锁定，需要单击“完成动画”按钮退出播放动画方能重新激活。4.2新建仿真在“应用模块”中找到“运动”进入运动仿真模块（图4-2-1），在资源板确保选中“运图4-2-1 图4-2-1 进入运动仿真模块动导航器”标签以打开“运动导航器”窗口(简称运动导航器图4-2-2)。在运动导航器中显示有“名称”“状态”“环境”“描述”和“Grueber数”参数列，可通过窗口下方的滑块按钮进行浏览。其中“名称”列用于显示主模型和仿真模型等；“状态”列用于指标工作模型的状态（该部分的信息不能被编辑）。如图4-2-3所示，在运动导航器中只显示一个主模型名称节点，没有建立任何仿真方案，此时可通过在运动导航器中右击主模型名称并选择“新建仿真”命令来新建仿真。选择该“新建仿真”命令，弹出一个供用户创建新仿真方案装配文件（即设置仿真分析环境）的“环境”对话框。“环境”对话框提供的分析模型（即仿真分析方案）有俩种，即“动力学”和“运动学”。图4-2-2运动导航器 图4-2-3 新建仿真“动力学”提供动态运动与动力仿真功能，考虑力对运动的影响，可进行静力学和动力学分析，尤其适用于对自由度大于零的机械机构分析。“动力学”提供的高级结算方案选项有“电动机驱动”“协同仿真”和“柔体动力学”，这些高级结算方案选项可多选。在“环境”对话框的“分析类型”选项组中选择“动力学”后，设置高级解算方案选项和组件选项，并在“仿真名”选项组中的文本框指定仿真名，如图4-2-4所示，然后单击“确定”按钮，从而新建一个仿真模型。该仿真模型处于工作状态，其对应的“环境”列单元格将显示为“RecurDyn静力学和动力学”的信息。“运动学”启用“运动学求解”，适用于只分析物体几何运动的情况。在“环境”对话框中的“分类模型”选项组中选择“动力学”单选按钮，并在“组件选项”选项组的文本框中指定仿真名，如图10-4所示，然后单击“确定”按钮，完成新建一个仿真模型。该处于工作状态的仿真模型对应的“环境”列单元格将显示有“RecurDyn运动学”的信息。新建仿真模型（仿真环境模型）后，接下去就是在该环境中进行各种运动仿真参数的设置了。在该环境中设置的所有运动仿真参数都将存储在该仿真环境中，由这些运动仿真参数所定义的运动模型也将以该运动仿真环境为载体进行运动仿真模拟。需要用户注意的是，可以根据设计需要为一个主题模型建立多个仿真模型，用于在不同条件下对机构进行分析计算。利用运动导航器可以进行很多操作，有些操作等同于在功能区中单击相应按钮。在运动导航器中右击处于工作状态的仿真模型时，将弹出4-2-5所示的快捷菜单。下面对该快捷菜单中的一些命令进行介绍。1：“保存”：保存当前的仿真方案。 图4-2-4环境对话框2：“重命名”：更改当前所选仿真模型的名称。在新建仿真时，系统为仿真模型提供默认的仿真名，默认名称为motion-#，其中#为产生仿真模型的序号。3：“删除”：将当前所选的运动仿真方案删除。4：“克隆”：将当前所选的仿真模型克隆出一个新的仿真模型，新的仿真模型包含原仿真模型的运动对象和其他任何特征及存在于原仿真方案中的几何体。5：“新建连杆”：定义表示为机构中刚体中的连杆。“新建运动副”：定义连杆间的受约束运动，包括“旋转副”“滑动副”“螺旋副”“万向节副”“球面副”“平面副”“固定副”“等速运动副”“共点运动副”“共线运动副”“方向运动副”“平行运动副”和“垂直运动副”。6：“新建传动副”：可以选择“齿轮副”和“齿轮齿条副”“线缆副”或“2-3传动副”以创建相应的传动副。7：“新建连接器”：可以从其级联菜单中选择“弹簧”“阻尼器”“衬套”“3D接触”或“2D接触”来进行相关操作。8：“新建约束”：可以从其级联菜单中选择“点在线上副”“线在线上副”或“点在面上副”命令。其中“点在线上副”用于约束连杆上的一个点以保持与曲线的接触，“线在线上副”用于约束连杆上的一条曲线以保持与另一条曲线的接触，“点在面上副”用于约束连杆上的一个一个点以保持与面接触。9：“新建驱动”：为机构中的运动副创建一个独立的驱动。“新建标记”：在构建上相应点位置处创建一个标记，以通过标记获取构建上标记点所在位置的机构分析结果。10：“新建传动器”：从级其联菜单中选择一个选项来创建相应的传感器，包括位移传感器、速度传感器、加速度传感器和力传感器。 11：“新建干涉”：检查机构是否与选定的几何体在运动的每一步存在碰撞。12：“新建测量”：计算运动中每一步中俩组几何体的最小距离或最小夹角。 13：“新建追踪”：在运动中的每一步创建选定几何体的副本。14：“新建载荷”：在展开的级联菜单中选择载荷类型命令，包括“标量力”“标量扭矩”“矢量力”和“矢量扭矩”。 15：“编辑表达式”：修改模型中存在的表达式。16：“导出表达式”：将当前仿真模型中编辑过的表达式导出到装配主模型中以实现对主模型的修改。 17;“信息”：其级联菜单提供“运动连接”和“已修改的表达式”俩个选项。选择“运动连接”选项时，系统将列出当前机构的整体信息，包括机构名称、自由度、活动构建数、各构建名称及参与的运动副名称等。选择“已修改的表达式”选项，则显示当前仿真模型中已修改的表达式的相关信息，如表达式名称、当前值和原值等。18:“导出”：其级联菜单中选择可用的一种导出格式，将机构分析结果以选定的格式化输出。19:“导入”：将对象导入到主模型中，导入对象的文件格式为“机构”或“Process Simulate 图4-2-5运动仿真快捷菜单 运动学”。20:“新建解算方案”：创建一个新解算方案。其中定义了分析类型、解算方案类型以及特定于解算方案的载荷和运动驱动。21:“求解器”用于选择求解器类型，如“RecurDyn”或“ADAMS”。在运动导航器中，如果右击的是非工作状态的仿真模型，那么弹出的快捷菜单只提供“设为工作状态”命令、“重命名”命令、“删除”命令和“克隆”命令，如图10-6所示。“重命名”命令、“删除”命令和“克隆”命令在前面已经介绍过，在此不再赘述；“设为工作状态”命令用于将当前所选的仿真模型设为工作状态。4.3创建连杆在当前仿真模型中，可以定义组成目标机构的各个构件、运动副和标记等。如果要对进行动力学分析，那么还需要为各构件赋予质量特性，以及在机构中添加相应的载荷对象等。使用UG NX建模和装配功能建立的机械三维实体模型并不能直接成为运动机构，必须要个部件赋予一定的运动学特性，让其成为可以与别的有着相同特性的部件相连接的连杆构件，机构中每个可以运动的零部件均应被定义为连杆构件。同时，为了组成一个能运动的机构，还必须将俩的相邻部件（包括机架、原动件、从动件）以一定方式连接起来（连接必须是可动连接，而不能是无相对运动的焊接或铆接这些固接），这便是下一节（4.4）要介绍的运动副。所谓的运动副是指使俩个构件接触而又保持某些相对运动的可动连接。应该将机构中刚体的对象定义为连杆构件（简称连杆）。如果一个构件被定义为一个连杆或某个连杆的组成部分，那么该部件将不能再次被选中定义为新连杆或新连杆的组成部分。要定义连杆（如图4-3-1），则在功能区“主页”选项卡的“设置”组中单击“连杆”按钮，弹出4-3-2所示的“连杆”对话框，下面对该对话框个选项组的功能用途进行介绍。l “连杆对象”选项组：该选项组用于需要创建为连杆的对象。在该选项组中单击“选择对象”按钮，接着使用鼠标在图形窗口中选择一个或多个几何对象以创建连杆。 图4-3-1 定义连杆l “质量属性选项”选项组：该选项组用于设置构件质量特性的定义方法，如“自动”、“用户定义”或“无”，如图4-3-3所示。“自动”选项表示连杆将采用系统默认的质量属性设置；“质量和特性”选项组被激活,用户可以在“质量和惯性”选项组中对质量和惯性进行相应的自定义；“无”选项用于不考虑连杆质量属性的情况，在只对机构进行运动学分析时可以选择“无”选项，因为在运动学仿真中，质量属性可以不考虑，而在动力学和静力学仿真时则必须考虑质量属性。l “质量和属性”选项组：该选项组如图4-3-4所示。 但 4-3-2 “连杆”对话框 图4-3-3设置质量属性选项 采用“用户定义”质量属性选项时，用户可以在该选项组中设置连杆的质心、质量和惯性矩参数。l “初始平动速率”选项组和“初始转动 图4-3-4“质量和惯性”选项速度”选项组：“初始平动速率”选项组用于对连杆的初始平移速度进行设 置。“初始转动速度”选项组用于对连杆的初始旋转速度进行设置。这俩个选项 组 的设置内容如图4-3-5所示，均属于 可选设置，一般可不启动其相关设置。l “设置”选项组：该选项组用于将连杆设置为固定连杆或非固定连杆。当在该选项组中勾选“固定连杆”复选框时，则设置连杆固定不动，连杆将作为机架。l “名称”选项组：该选项组用于指定连杆的名称，系统默认的连杆名称为“L#”，#为连杆的创建序号（由3个数字表示），序 图4-3-5初始平动速率和初始转动速度 号默认从001开始。 4.4创建运动副和传动副运仿真的一个重要内容，而传动副和传动副运动仿真是机构运动而传动副则可以看做是特殊的的运动副。两个连杆构件之间的运动传递和相对运动由运动副定义和控制。在运动仿真应用模块的当前运动仿真环境中为相关部件定义连杆特性，接着便可以用相关运动副功能来为指定的两个连杆定义连接方式，如此操作直到完成创建全部的运动副，从而完成建立运动机构，读者需要注意的是，创建好连杆后，每个独立的非固定连杆在空间中都有6个自由度，在连杆之间创建运动副就是在各个连杆之间产生相应的约束，以达到运动和约束的效果，是这些连杆构建成一个运动机构。4.41创建运动副本节先介绍运动副的基本类型，接着介绍创建运动副所使用的对话框，然后再介绍创建运动副的一般方法和步骤1,。运动副的基本类型运动副的基本类型包括“旋转副”，“滑块副”，“柱面副”，“螺旋副”，“万向节副”，“球面副”，“平面副”，“固定副”，“等速”，“共点运动副”，“共线运动副”，“共面运动副”，“平行运动副”和“垂直”，共15种基本类型。下面介绍其中常用的几种类型。（1） “旋转副”：活动构件绕某根轴做旋转运动，组成旋转副的两个构件之间允许具有一个绕指定轴作相对旋转的自由度。旋转副的主要有两种形式，其中一种是连杆绕同一轴作相对转动，另一种是则是一个连杆绕固定在机架上的一根轴做旋转运动。（2） “滑块副”：即滑动副，用于设定两个相互连接的构件之间的相对滑动，组成滑动副的两个构件之间允许存在一个沿指定方向做相对运动的自由度。滑动副也分成两种主要形式，一种形式是一个构件固定为机架，而另一个构件在固定机架上滑动；另一种形式则是两个构件在某平面上沿着某个方向滑动且两者之间有相对滑动。（3） “柱面副”：一个构件的圆柱面包围另一个构件的圆柱面，并绕着轴线作相对旋转和平移。（4） 螺旋副”，一个构件绕着另一个构件作螺旋相对运动，即组成螺旋副的两个构件沿着运动副坐标系Z轴做相对移动的同时绕Z轴作相对旋转。螺旋副也有两种情形，一种是一个连杆绕固定在机架上的一根轴进行旋转移动，另一种则是两个连杆绕同一轴作相对的旋转移动。（5） “万向节副”：可以定义两个连杆绕相互正交的轴做相对运动，该运动副具有两个旋转的自由度。（6） “球面副”：实现两个构件之间作各个自由度的相对转动，即组成球面副的两个构件之间允许有3个分别绕X，Y,Z轴作相对转动的自由度。注意：对于组成球面副的两个构件，其球面副在各个构件上的坐标系原点必须重合。（7） “平面副”：组成平面副的两个构件之间允许存在3个自由度，其中两个沿两构件接触平面做相对移动，另一个绕接触平面法线作相对转动。（8） “固定副”：两个构件采用固定连接，通常在箱体、底座和支架之间设立固定副。2.创建运动副所使用的对话框 在功能区“主页”选项卡的“设置”组中单击”运动副”按钮，弹出运动副对话框，第一次打开的该对话框具有“定义”选项卡，“摩擦”选项卡和“驱动”选项卡，如图4-4-1所示。“定义”选项卡、用于指定运动副类型并为该运动副指定连杆，以及设定极限条件，显示比例和名称等，“摩擦”选项卡用于设置是否启动摩擦，以及相应的摩擦参数；“驱动”选项卡则用于为选定的运动副类型指定驱动方式。例如;选择的运动副类型为“旋转副”，那么在驱动选项卡的下拉列表框中可选择“无”“恒定”“简谐”“函数”或“铰链运动”驱动方式。图4-4-1“运动副”对话框a) “定义”选项卡 b) “摩擦”选项卡c) “驱动”选项卡这里着重介绍定义选项卡各主要选项组的功能含义。“类型”选项组：从该选项组的下拉列表框中选择运动副类型.“操作”选项组：用于定义运动副中的第一个连杆构件，以及对该运动副在第一个连杆机构中的坐标系原点和方位进行定义，当该选项组的用作连杆按钮处于被选中激活状态时在图形窗口中选择组成运动副的第一个构件的几何对象（如线 圆 实体边或实体等），ug nx系统将根据所选的几何对象（如线 圆 实体边或实体等）自动获得运动副在该构件上的坐标系原点和方位（即提供默认的坐标系原点和方位），如果ug nx系统提供默认的坐标系原点和方位不是所需要的或者不是正确的，那么需要用户使用该选项组中相应工具和选项来自行制定。“基本”选项组：用于定义运动副中的第二个连杆机构，以及对该运动副在第二个连第一个连杆一样定义其原点和方位。“啮合连杆”复选项主要用于判断由不连接构件组成的运动副（“万向节除外”）在调用机构分析解算器是是否连接在一起。当勾选中“啮合连杆”复选框时，在机构分析中，解算器会根据运动副的约束条件讲两个构件连接起来，例如球面副按两构件的坐标系原点实现连接；而旋转副则按两构件上坐标原点及Z轴重合来连接，在这种情况下，需要分别对组成运动副的两个构件上的坐标系原点和方位进行设定（包括系统默认设定和用户手动设定）。当未勾选“啮合连杆”复选框但是却选择了第二个连杆构件，则不需要对第二个构件中的运动副原点和方位进行设定。这是因为系统会默认两构件中的运动副坐标系原点和方位一致，即第二个构件中的运动副坐标系原点和方位会根据第一个构件的选取自动获得。另外，为勾选“啮合连杆”复选框并且未指定第二个连杆时，第一个连杆机构将默认与机架连接。“极限”选项组：当选择某些运动副类型（如旋转副和滑块）时才出现此选项组，用于设置当前运动副的限制条件。“设置”选项组：用于设置运动副显示图标的显示比例等。“名称”选项组：用于设定运动副的名称。默认的运动副名称命名形式”J#”,# 为三个数字表示的序号，默认从001开始，如“J001”。3.创建运动副的一般方法步骤虽然运动副类型较多，不同的运动副类型所定义内容也会有所不同，但他们创建的方法是基本相似的，下面总结一下创建运动副的一般方法步骤。1） 在功能区“主页”选项卡的设置组中单击运动副按钮，弹出运动副对话框。2） 在“定义”选项卡的类型下拉列表框中选择一种运动副类型。3） 利用“操作”选项组定义运动副要约束的第一个连杆。当选择第一个连杆时，系统会根据选择位置自动判断出要创建的运动副在该连杆上的原点和方向。对于选择位置为圆或者圆弧时，系统推断运动副的原点位置圆弧或圆心的位置，运动副的Z轴垂直于该圆所在的平面，对于选择位置为直线时，系统推断出运动副的原点位置位于该直线最近的控制点上，且运动副的Z轴平行于该直线。如果默认的原点和方向不正确，那么由用户重新对他们进行定义。运动副的方位位置是指两个连杆或连杆与机架连接时关节点的所在，连杆将在此的点与机架或另一个连杆连接。对于不同的运动副，其原点和方位的定义会有相应的要求，这需要用户多加注意和总结。4） 如果在“基本”选项组取消勾选“啮合连杆”复选框且没有选择第二连杆，那么运动副中的第一个连杆将与机架连在一起，通常可表示运动副相对于地面运动。如果要为运动副定义要约束的第二连杆，那么需要在基本选项组中单击基本连杆按钮，并选择运动副中要连接约束的第二连杆，对于选定第二连杆的情形主要分两种情况，一种是勾选啮合连杆复选框的情形，此时通常需要根据运动副的类型正确指定运动副在第二个连杆上的坐标系原点和方位，另一种则是未勾选啮合连杆复选框的情形，此时常不需要对运动副在第二个连杆构件上的原点和方位进行设置。5） 在“运动副”对话框的其他选项组进行相应的设置。6） 在“运动副”对话框中单击“应用”按钮或“确定”按钮4.4.2创建传动副传动副是特殊的运动副，可以将传动副看做是基于基本运动副之间的传动副，主要包括齿轮副，齿轮齿条副，线缆副和2-3传动副。1， 齿轮副齿轮副用于定义两个运动副之间的相对旋转运动，可以模拟一对齿轮的啮合传动，如图4-4-2所示。在创建齿轮副之间，需要先定义两个旋转副或一个旋转副和一个柱面副（由两个齿轮分别与其他构件组成）。在功能区主页选项卡中的传动副组中单击齿轮副按钮，弹出图4-4-3所示的齿轮副的对话框；接着分别选定第一个运动副(选择第一个齿轮的旋转副)和第二个运动副（选择第二个齿轮的旋转副或柱面副），并在设置选项组中的比率文本框中输入齿轮的传动比值，即被定义的第一个齿轮和第二个齿轮的节圆半径的比例（显示比例只是设置齿轮副图标在图形窗口中的显示比例）;在名称选项组的文化框中设定齿轮副的名称，然后单击应用按钮或确定按钮，即可完成创建一个齿轮副。图4-4-2齿轮副示意图4-4-3“齿轮副”对话框2齿轮齿条副齿轮齿条啮合运动如图4-4-4所示，齿轮齿条副便是用于模拟齿轮与齿条之间的啮合运动。在创建齿轮齿条副之间，通常需要先定义一个滑动副（由齿条和除齿轮外的另一个构件组成）和一个旋转副（由齿轮和除齿条外的另一个构件组成），在功能区主页选项卡的传动副组中单击齿轮齿条副按钮，弹出图4-4-4所示的齿轮齿条副对话框。第一个运动副选择齿条的滑动副，第二个运动副选择齿轮的旋转副，在设置选项组中的比率文本框中设置齿轮的节圆半径（系统默认的该值为齿轮旋转轴线与齿条滑动轴线之间的距离），设定的该值决定齿轮齿条传动的节点（接触点）。当然也可以利用接触点选项组手动定义齿轮齿条传动的节点。另外，“名称”选项组的文本框中设置齿轮齿条的名称，最后单击应用按钮或者确定按钮。图4-4-4齿轮齿条啮合传动图4-4-5“齿轮齿条副”对话框3线缆副线缆副用于定义两个滑动副之间的相对运动，构成线缆副的构件对象可以是金属丝，带轮，皮带和滑轮等。在创建线缆副之前，要先定义两个滑动副。在功能区“主页”选项卡的“传动副”组中单击“线缆副”按钮，弹出图4-4-6所示的“线缆副”对话框，接着接着分别选择线缆副的第一滑动副和第二个滑动副，以及设置比率和名称，然后单击“应用”按钮或“确定”按钮。42-3传动副2-3传动副用于定义两个或3个旋转副、滑动副和柱面副之间的相对运动。在功能区主页选项卡的传动副组中单击2-3传动副按钮，弹出图4-4-7所示的线缆副对话框，从“附着类型”选项组的下拉表框中选择 “2联接传动副”或“3联接传动副”，接着根据所选的附着类型进行分别定义。图4-4-6“线缆副”对话框图4-4-7“2-3传动副”对话框10.5新建约束 运动仿真环境中新建约束的命令工具有以下3个，他们均位于功能区“主页”选项卡的“约束”中。他们是运动副和传动副的补充工具。“点在线上副”按钮：该按钮用于约束连杆上的一个点以保持与曲线相互接触。单击此按钮，弹出图4-5-1所示的“点在线上副”对话框，接着选择连杆并指定连杆上的一个点，再利用“曲线”选项组来选择曲线，其中曲线参数化方法有“用户定义的间距”和“基于曲率”两种。图4-5-1 “点在线上副”对话框“线在线上副”按钮：该按钮用于约束连杆上的一条曲线以保持与另一曲线的接触，单击此按钮，弹出图4-5-2所示的“线在线上副”对话框。接着分别指定要约束的第一曲线集和第二曲线集，并设置线在线上副图标的显示比例和名称。“点在曲面上”按钮：该按钮用于约束连杆上的一个点以保持与面接触。单击此按钮，弹出图4-5-3所示的“点在曲面上对话框，接着选择连杆及该连杆上的一个点，再利用“面”选项组来选择一个面，从而使连杆上的一个选定点保持与选定面相接触。图4-5-2“线在线上副”对话框图4-5-3“点在曲面上”对话框4.6 连接器和加载在“运动仿真”应用模块中，用户可以根据实际情况给运动机构定义“连接器”和“加载”（添加载荷），使整个机械运动模型在逼近真实的工作状态下工作，通过模拟机构零件间的弹性连接、弹簧、阻尼元件和控制力等尽可能的获得与真是情况相吻合的运动状态。4.6.1 连接器在“运动仿真”应用模块的“主页”选项卡中提供了一个“连接器”组，该组包括有“弹簧”按钮、“阻尼器”按钮，“衬套”按钮、“3接触”按钮和“2D接触”按钮，下面分别给予介绍。1. “弹簧”按钮“弹簧”按钮用于创建一个柔性单元，以在俩个连杆之间、一个连杆和框架（机架）之间、一个可平移运动副（即滑动副）中或在一个旋转副上施加压力或扭矩。这相当于在俩个连杆间或指定运动副上添加了一个具有某种载荷作用的弹簧。单击“弹簧”按钮，弹出“弹簧”对话框，弹簧的附着方式分3种，即“连杆”“滑动副”和“旋转副”，选择不同的附着方式来将弹簧定义在不同的位置，其操作步骤和内容会有所不同，如图4-6-1所示。其中，“连杆”附着方式和“滑 a） b） c） 图4-6-1 “弹簧”对话框动副”附着方式用于在俩个连杆之间、连杆与机架之间或或在运动副上的弹簧上施加弹簧力，属于施加扭转的弹簧力。以选择“连杆”附着方式在俩个连杆之间添加弹簧力为例，可利用操作选项组定义弹簧力所作用的第一个连杆及其弹簧力的作用位置，利用“基本”选项组定义弹簧所作用的第二个连杆及弹簧力的作用点位置，在“弹簧参数”选项组中指定弹簧力的名称，必要时可通过“阻尼器”选项组创建阻尼器，然后单击确定按钮。2.“阻尼器”按钮“阻尼器”按钮用于在俩个连杆、一个连杆和一个机架（框架）、一个可平移的运动副（滑动副）或在一个旋转副上创建一个反作用力或扭矩。单击“阻尼器”按钮，弹出“阻尼器”对话框，阻尼器的附着方式也分3种即“连杆”“滑动副”和“旋转副”，如图4-6-2所示。可选择不同的附着方式将设定系数的阻尼器定义在相应的位置。 a) b) c) 图4-6-2 “阻尼器”对话框3. “衬套”按钮“衬套”按钮用于创建一个常规或圆柱形“衬套”，在俩个连杆之间定义一个柔性关系。所谓的“衬套”代表了作用在有一定距离的俩个构件之间的载荷，该载荷可同时起到力和力矩的效果。单击“衬套”按钮，弹出图4-6-3所示的“衬套”对话框，其中提供了“定义”和“系数”俩个选项卡。在“定义”选项卡的“类型”下拉列表框中选择“圆柱”或“常规”选项，确定载荷的作用连杆、作用原点和方位，以及确定载荷的施加连杆、施加原点和方位等，在“系数”选项卡中设置衬套的相关系数。注意“圆柱”衬套和“常规”衬套所需设置的相关系数是不相同的，图4-6-4只是给出了“圆柱”衬套所要设定的刚度系数和阻尼系数。4.“3D接触”按钮“3D接触”按钮用于在一个体和一个静止对象之间、在俩个移动体之间或为针对一个体来支撑另一个体定义接触。 图4-6-3“衬套”对话框 图4-6-4“系数”对话框添加3D接触的操作步骤较为简单，即单击“3D接触”按钮，弹出4-6-5所示的“3D接触”对话框，接着分别选择相互接触的俩个对象（如俩个体），并设置相应的系数即可。5.“2D接触”按钮“2D接触”按钮用于在俩个共面的曲线之间创建连接，以附着到这些曲线上的连杆产生与材料有关的影响。创建2D接触可以定义组成“线在线上副”的俩个构件之间的接触力，可以在俩个构件（即俩条平面曲线分别所属的构件）之 图4-6-5 “3D接触”对话框 图4-6-6 “2D接触”对话框间添加弹性或非弹性冲击。单击“2D接触”按钮，弹出图4-6-6所示的“2D接触”对话框。分别选择第一组平面曲线和第二组平面曲线（需要时可单击相应的“反向”按钮），接着设置2D接触的参数和名称，单击“确定”按钮。4.6.2加载在功能区“主页”选项卡的“加载”组中提供了“标量力”按矩、“标量扭矩”按钮、“矢量力”按钮和“矢量扭矩”按钮。下面分别介绍这些加载力工具的应用。1.“标量力”按钮“标量力”按钮用于在俩个连杆之间或在一个连杆和机架（框架）之间创建一个标量力。标量力可以使一个连杆运动，也可以给一个静止状态添加载荷，还可以作为约束和延缓连杆作用的反作用力。单击“标量力”按钮，弹出4-6-7所示的“标量力”对话框，指定操作连杆及其原点，再指定基本连杆及其原点，在“幅值”选项组中指定标量力的类型及其大小关系，在“名称”选项组中的文本框中指定标量力的名称，单击“确定”按钮，便可在俩点之间创建以个标量力，力的作用方向为从指定的第一点指向第二点。2.“标量扭矩”按钮“标量扭矩”按钮用于围绕旋转副的轴创建一个标量扭矩。单击“标量扭矩”按钮，弹出图4-6-8所示的“标量扭矩”对话框。选择要添加标量扭矩的旋转副，并在“幅值”选项组中指定标量扭矩的幅值类型及其大小关系。 图4-6-7“标量力”对话框 图4-6-8“标量扭矩”对话框3“矢量力”按钮“矢量力”按钮用于在俩个连杆之间或在一个连杆和一个机架（框架）之间创建一个力，以既定的Z轴或以绝对CAYS的轴为中心施加。矢量力的方向可保持恒定或相对于某个移动体而变化。单击“矢量力”按钮，弹出图4-6-9所示的“矢量力”对话框，可以采用“分量”类型或“幅值和方向”类型来创建所需的矢量力。4.“矢量扭矩”按钮“矢量扭矩”按钮用于在俩个连杆或一个连杆和一个机架（框架）之间创建一个扭矩，应用于定义的Z轴或绝对坐标系的轴。单击“矢量扭矩”按钮，弹出图4-6-10所示的“矢量扭矩”对话框，可以采用“分量”类型或“幅值和方向”类型来创建所需的矢量扭矩。图4-6-9“矢量力”对话框 图4-6-10“矢量扭矩”对话框4.7创建驱动 在定义连杆和运动副之后，如果没有驱动力，那么机构还是不能运动。在创建运动副时，可以通过运动副创建对话框的“驱动”选项卡来为该运动副添加驱动力。在很多时候，在创建运动副时并没有考虑驱动力的因素，可以在创建运动副之后再为机构中的指定运动副创建一个独立驱动。 图4-7-1“驱动”对话框 图4-7-2设置“驱动”方式 在功能区“主页”选项卡中的“位置”组中单击“驱动”按钮，弹出图4-7-1所示的“驱动”对话框，此时系统提示选择旋转副、滑动副、柱面副、或“点在曲线上”约束，选择其中之一。以选择旋转副作为驱动对象为例，此时“驱动”对话框的“驱动”选择组提供一个“旋转”下拉列表框，该下拉列表框提供4种旋转驱动方式，即“无”“恒定”“简谐”和“函数”，如图4-7-3所示。“无”驱动方式代表没有外加驱动附加到运动副上；“恒定”驱动方式指设置某一个运动副为恒定运动；“简谐”驱动方式用于生成一个光滑的向前或向后的正弦运动，所需参数为幅值、频率、相位角和位移；“函数”驱动方式用于输入复杂运动驱动的数学函数，可进入涵数管理器进行函数类型的编辑定义。 利用“驱动”对话框选择驱动对象并设置相应的驱动方式和参数，单击“应用”按钮或“确定”按钮，从而完成为机构中的选定运动副创建一个独立驱动。4.8运动仿真解算求解及结果分析1在UG NX10.0中，可以将运动分析的全过程分为前处理、解算求解和后处理3个阶段。其中，前处理包括在新建仿真模型，在主模型上定义连杆，运动副，连接器，载荷和驱动力；解算求解主要指对输入的数据进行解算，生成解算信息；后处理则是对解算求解的信息进行分析，可将解算数据通过动画，作图，电子表格等分析方式展示出来，并可以以多种格式导出分析结果。4.7.1设置解算方案类型与解算方案 完成第一阶段的前处理后，在仿真解算求解之前可先设置解算方案类型。这里将解算方案类型设置为“运动学”，即在功能区“主页”选项卡的“设置”组中单击“环境”按钮，弹出图4-7-1所示的“环 在运动导航器中选择要建立的解算方案的仿真模型（如“motion1”），接着单击鼠标右键并从弹出的快捷菜单中选择“新建解算方案”命令，或者直接在功能区“主页”选项卡的“设置”组中单击“解算方案”按钮，弹出图4-7-2所示“解算方案”对话框，从中设置解算方案选项，重力，名称和求解参数。解算方案选项的设置内容包括解算方案类型，分析类型，时间，步数等。例如，将解算方案类型设置为“常规驱动”，分析类型为“运动学/运动学”，时间和步数根据要求设定，通常还勾选“通过按确定进行解算”复选框。4.7.2解算方案求解 如果在“解算方案”对话框的“解算方案选项”组中勾选“通过按确定进行解算复选框”，那么单击“确定按钮”时，UG Nx系统将进行解算操作。否则，还需要在功能区“主页”选项卡的“分析”组中单击“求解”按钮来解算运动解算方案并生成结果集。求解解算方案是运动仿真关键的一步。 完成解算方案求解并生成结果集后，功能区“主页”选项卡“分析”组中“动画”按钮和“作图”按钮等一些工具可用，如图4-7-3所示。图4-7-1“环境对话框”图4-7-2“解算方案”对话框4.9运动仿真实例9.6.2飞机起落架运动仿真飞机起落架利用连杆机构死点位置特性，使得飞机在机轮着地时不反转，保持支撑状态；飞机起飞后，腿杆能够收拢起来。本小节对这一结构进行了仿真模拟。1、 工作原理图4-9-1为飞机起落架简图，由轮胎、腿杆、机架、液压缸、活塞、连杆1、连杆2组成。当液压缸使活塞伸缩时，腿杆和轮胎放下或收起；当轮胎撞击地面时，连杆1、连杆2位于一条直线上，机构的传动角为零，处于死点位置，因此，机轮着地时产生的巨大冲击力不会使得连杆2反方向转动，而是保持支撑状态；飞机起飞后，腿杆收起来图4-9-2，以减少空气阻力，使整个机构占据空间较小。 图4-9-1飞机起落架 图4-9-2运动死点2、 零件造型1. 轮胎轮胎用圆柱体造型模拟。特征工具条中选择，输入数值图4-9-3所示，得到圆柱体，倒圆角，半径为30mm，得到轮胎如图4-9-4所示。 图4-9-3 图4-9-4 轮胎 2. 腿杆绘制腿杆草图如图4-9-5所示，在退出草图，拉伸，距离为50mm，得到腿杆。4-9-5草图3. 机架绘制机架草图，在退出草图，拉伸，厚度为50mm，倒圆角，半径为50mm，得到机架如图4-9-6所示。图4-9-6 创建机架4. 液压缸绘制液压缸草图，在退出草图，旋转360°，然后【插入】/【偏置/缩放】/【抽壳】，选择小圆柱体端面处抽壳，厚度设置为10mm，得到液压缸。选择【视图】/【操作】/【截面】，液压缸截面视图如图4-9-7所示。图4-9-7创建液压缸绘制液压缸尾部的安装孔草图，在退出草图，双向拉伸，厚度均为25mm，得到液压缸（图4-9-8所示）。 图4-9-8液压缸尾部 5. 活塞绘制活塞草图（图4-9-9），在退出草图，旋转360°，然后选择小圆柱端面插入草图（4-9-10），退出草图，拉伸做布尔求差运算，厚度为100mm。在切除得到的面上绘制草图（4-9-11）,拉伸切除，双向完全贯穿，在大端面外端倒角10×45°，里端与杆接触处倒圆角，半径为10mm，得到活塞（图4-9-12）。图4-9-9 草图 图4-9-10图4-9-11 图4-9-12 活塞6. 连杆1绘制连杆1草图（图4-9-13），再退出草图，拉伸，距离为50mm，得到连杆1。7. 连杆2绘制连杆2草图（图4-9-14），再退出草图，拉伸，距离为50mm，得到连杆2。图4-9-13 草图 图4-9-14 草图图9-85中，尺寸1143.9mm是图9-72中连杆2的长度，其值由三角形余弦定理求出，即：L=（1400.0 ²+600.0 ²-2×1400.0×600.0cos130°）½-700.0=1143.9（mm）3、 装配选择【文件】/【新建】，建立一个新建模型文件，以文件名“feijiqiluojiazhuangpei”保存该文件。在【开始】菜单中选择【装配】，打开装配应用模块，开始装配。（1）选择【插入】/【组件】/【添加组件】，插入机架和液压缸；选择距离进行【距离】装配，在距离表达式中输入数值200，使其两个配合面相距200mm；选择中心进行【中心】装配，这样就把液压缸装配在机架上（图4-9-15）。图4-9-15 距离装配 图4-9-16 中心装配（2）选择【插入】/【组件】/【添加组件】，插入活塞；选择中心进行【中心】装配（图4-9-16）。（3）选择【插入】/【组件】/【添加组件】，插入连杆2；选择中心进行【中心】装配，使连杆2分别和机架、活塞中心配合；选择接触对齐进行【配对】装配（图4-9-17）。图4-9-17 装配连杆2（4）选择【插入】/【组件】/【添加组件】，插入连杆1；选择中心与连杆2进行【中心】装配；选择接触对齐与连杆2进行【接触】装配（图4-9-18）。图4-9-18 装配连杆1 图4-9-20装配腿杆（5）选择【插入】/【组件】/【添加组件】，插入腿杆；选择中心与连杆1进行【中心】装配；选择接触对齐与连杆1进行【接触】装配（图4-9-20）。（6）选择【插入】/【组件】/【添加组件】，插入轮胎；选择中心与腿杆进行【中心】装配；选择距离进行【距离】装配，同向对齐相距75mm（图4-9-21）。 图4-9-20装配轮胎 图4-9-21最终装配效果图（7）鼠标左键选中连杆1或连杆2，点右键选取配对，在弹出的配对条件对话框中选择平行与连杆2或连杆1进行【平行】装配，装配完毕后的机构如图4-9-21所示。四、仿真在【开始】菜单中选择【运动仿真】，打开仿真模块。右击【运动导航器】上装配文件名“feijiqiluojiazhuangpei”，选择【新建仿真】。在弹出的【环境】对话框中选择【动力学】或【动态】，单击【确定】。在弹出的【机构运动副向导】对话框中单击【确定】按钮，把装配图中的构件自动转化成连杆，装配关系映射成仿真模块里的运动副。在弹出的【主模型到仿真的配对条件转换】对话框中选择【是】，本例是把机械手机架连杆接地。也可以选择【否】，在后面补充把机架设置为固定连杆。（一）、添加运动副1.旋转副选择【插入】/【运动副】，给轮胎与腿杆之间加上一个旋转副（图4-9-22）。第一个连杆选择轮胎边缘的圆周，这样就完成了“选择连杆”（车轮）、“指定原点”(圆心）、“指定方位”（圆所在平面的法线）三个步骤，此时，相应的步骤名称前将出现绿色的号。然后，在【运动副】面板上选择【第二个连杆】/【选择连杆】，用鼠标选择腿杆（图4-9-23），单击【应用】按钮，完成一个旋转副的添加。图4-9-22 图4-9-23同样地，将机架与液压缸、腿杆、连杆2，连杆2与连杆1、活塞，连杆1与腿杆，全部用旋转副相连接。2.滑动副选择【插入】/【运动副】，给液压缸与活塞之间加上一个滑动副（图4-9-24）。第一个连杆选择活塞边缘的一个圆周，这样就完成了“选择连杆”（活塞）、“指定原点”(鼠标位置点）、“指定方位”（圆所在平面的法线方向）三个步骤，此时，相应的步骤名称前将出现绿色的号。然后，在【运动副】面板上选择【第二个连杆】/【选择连杆】，用鼠标选择液压缸（图4-9-25），单击【应用】按钮，完成一个滑动副的添加。图4-9-24选取第一个连杆图4-9-25选取第二个连杆（二）、运动函数设置右击【运动导航器】中液压缸与活塞组成的滑动副，将该滑动副添加运动，选择【函数管理器】，选择新建一个函数（图4-9-26），输入下面的函数：STEP（time，0,0,1,60）+STEP（time，2,0,3,-60）这里，活塞的滑动采用两个STEP函数相加，在【轴单位设置】中设置Y轴类型为线位移，单位为mm。STEP函数的格式为STEP（x，x0，h0，x1，h1），其中（x0，h0）和（x1，h1）分别为生成区间的上限和下限，x为自变量，在这里是时间的函数。两个STEP函数相加时，第二个STEP函数的Y值是相对第一个STEP的增加值，而不是绝对值。右击【运动导航器】上的仿真项目motion _1，选择【新建解算方案】，【时间】设置为3，【步数】设置为200，单击【确定】。 图4-9-26 XY函数编辑器（三）、仿真结果显示与分析右击【运动导航器】上新建的解算方案Solution_1，选择【求解】，进行仿真计算，计算完毕后右击计算结果图形显示XY-Graphing/【新建】。新建解算方案，求解。仿真运行时，可以看见各机械手与冲床各零件在STEP函数作用下，完成的动作如下。在弹出的对话框中进行图形显示设置，如图4-9-27所示。其中，J008代表原有件的运动副（滑动福），要求显示该滑动福的位移（幅值）。单击添加将该运动副的函数添加进来，在【图表存储】中选择用Excel电子表格显示结果曲线,单击【确定】后可直观地显示原动件移动函数，如图4-9-28所示。在图4-9-28中，横坐标表示机构运动的间，纵坐标表示滑动副在不同时间产生的位移。该曲线显示上一小节的两个STEP函数，模拟原动件实现飞机起落架的以下运动。0s：开始位置，静止，如图4-9-29所示。当轮胎撞击地面时，腿杆成为主动件，此时连杆1和连杆2拉伸成一条直线，机构的传动角为零，使连杆2转动的有效分力为零，机构处于死点位置，飞机起落架以此姿态触地。在第一个STEP函数中可以看到初始位移h0=0。0-1s：起落架逐渐向内收拢，直至图4-9-30所示位置。此时滑动副位移为60mm，在第一个STEP函数中可以看到1s时的位移增量h1=60mm。 图4-9-27【图表】1-2s：静止，机构位置如图4-9-31所示。此时，滑动副位移为0，在第二个STEP函数中可以看到2s时的位移增量h2=0.2-3s：飞机起落架逐渐撑开（如图4-9-32），一直到连杆1和连杆2拉伸成一条直线。此时，这一滑动副位移为-60mm，在第二个STEP函数中可以看到3s时的位移增量为h3=-60mm。由1s时的60mm位移增量到2s时的0mm位移增量，再到3s时的-60mm的位移增量，机构回到初始位置，仿真运动结束。图4-9-28 s-t曲线 图4-9-30 静止 图4-9-31 张开图4-9-32 死点位置（收起）4.9.1摆动导杆运动仿真一、工作原理图4-9-1所示为一摆动导杆，由3杆和1滑块块组成。3号杆可以绕1号杆做整转运动，2号杆随1号杆进行摆动，滑块在2号杆上做直线往返运动针对我国国内全自动计量杯式小袋包装机上传动系统的不足，提出了有摇块式摆动导杆滑槽间歇机构实施杯旋转盘动停结合，摆动导杆保证了计量杯有充足的时间加料和排料。 图4-9-1 摆动导杆二、摆动导杆建模1、三杆建模与尺寸如图4-9-2所示 2,、滑块建模与尺寸如图4-9-3所示 图4-9-2 三杆尺寸 图4-9-3 滑块尺寸三、装配模型选择【文件】/【新建】，建立一个新模型文件，以文件名“摆动导杆”保存该文件。在【开始】菜单中选择【装配】(如图4-9-4)，打开装配应用模块，开始装配。 图4-9-4 打开装配（1） 选择【插入】/【组合】/【添加组件】，插入1号杆；选择原点装配（具体步骤如图4-9-5所示）。 图4-9-5 添加组件 放置组件方式（2） 选择【添加组件】，插入2号杆；选择通过约束“放置”进行配对，然后选择“同心”进行约束（如图4-9-6所示），最后进行“移动组件”，把1号杆与2号杆移动到合适位置（如图4-9-7所示）。 图4-9-6 装配约束 图4-9-7移动组件（3）3号杆与滑块的添加方式如2号杆添加方式所示，注意：3号杆与1号杆进行的是”同心”约束放置,滑块与3号杆进行“同心”约束放置；使用“移动组件”进行对添加构件的微调，调到合适位置；滑块与2号杆通过“接触对齐”约束进行编辑（如图4-9-8所示）。 图4-9-8 装配约束打开方式四、仿真在【启动】菜单中选择【运动仿真】（如图4-9-9所示），打开仿真模块。右击【运动导航器】上装配文件名“摆动导杆”，选择【新建仿真】（如图4-9-10所示）。在弹出的【环境】对话框中选择【动力学】或【动态】，单击【确定】。在弹出的【机构运动副向导】对话框中单击【确定】按钮，把装配图中的构件自动转化成连杆，装配关系映射成仿真模块里的运动副。在弹出的【主模型到仿真的配对条件转换】对话框中选择【是】，本例是把1号杆接地。 4-9-9 打开运动仿真 图4-9-10 新建仿真 1、创建连杆对3根杆和滑块创建连杆，在对1号杆创建连杆是，可以把其定义为“固定”连杆（如图4-9-11所示）。2、设置运动副 对3杆和滑块设置运动副，1号杆“固定”，2号杆与1号杆定义为“旋转副”，3号杆与1号杆定义为“旋转副”，3号杆与滑块定义为“旋转副”，滑块与2号杆定义为“滑块副”（如图4-9-11所示）。 图4-9-11 创建连杆与设置运动副3、 定义驱动对运动副“j003”（即3号杆）定义一个恒定的驱动力，在这里我们把“初速度”定义为10，其他为0（如图4-9-12所示）。 图4-9-12所示 定义驱动4、 解算方案在定义解算方案时，把时间设置为10s，步速为100步（如图4-9-13所示）。 图4-9-13 解算方案5、 求解在定义解算方案以后，