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第11章机构的运动仿真与分析11.1概述1．模块简介机构运动分析（Mechanism）模块是CreoParametric2.0中一个功能强大的模块。该模块集运动仿真和机构分析于一身，可将已有的机构根据设计意图定义各构件间的运动副、设置动力源，进行机构运动仿真，并能检查干涉以及测量各种机构中需要的参数等。这样，大大提高了设计产品的效率以及可靠性。运动学和动力学是运动仿真与分析中常用到的两个重点内容，运动学运用几何学的方法来研究物体的运动，不考虑力和质量等因素的影响，即机构在不受力情况下运动；而物体运动和力的关系，则是动力学的研究内容，即机构在受力情况下运动。本章将分为运动学和动力学两种情况进行功能介绍，主要内容为添加动力源、设置初始条件、机构分析与定义以及仿真结果测量与分析。2．运动仿真与分析的一般过程（1）创建约束：进入装配界面，对对象机构创建必要的固定元件、以及各构件间的约束，并且检测机构的相关自由度是否符合要求。（此部分内容，已在第6章详细陈述，故在此章节省略）（2）参数设置：在动力学里需要定义质量属性、重力、弹簧、阻尼器等力学因素。（3）添加动力源：为机构添加动力源，如伺服电动机、执行电动机等，为机构的仿真做准备。（4）设置初始条件：运用“快照”功能设置机构的起始位置。（5）机构分析与定义：进行运动分析，设置运动仿真的运行时间、帧数、电动机的运行时间以及外部载荷等因素。（6）仿真结果测量与分析：演示机构的运动，进行碰撞等相关检测，并根据之前的数据，将机构的运动用图片或影片的形式展示，而且可以测量机构的仿真结果。11.2运动学仿真与分析11.2.1伺服电动机的定义1．执行方式单击“机构”功能区“插入”面板中的“伺服电动机”按钮2．操作步骤（1）打开文件。（2）单击“应用”功能区“运动”面板中的“机构”按钮，进入运动仿真模块。（3）执行上述方式后系统弹出“伺服电动机定义”和“选择”对话框。（4）在“从动图元”中选择“运动轴”，在绘图窗口中选择如图所示的“Connection_4.axis_1”作为运动轴。选择此轴（5）单击“轮廓”选项卡，在“规范”下拉列表中选择“速度”选项，“模”下拉列表中选择“常数”选项，在A输入框中输入速度值“500”，在“图形”选项组中选中“位置”、“速度”、“加速度”，如图所示，单击“图形”中的按钮，系统弹出“图形工具”对话框，如图所示，观察完后单击“关闭”按钮，单击“确定”按钮，完成伺服电动机的定义，如图所示。伺服电动机3．选项说明选项含义“类型”选项卡“运动轴”单选钮用于沿某一方向明确定义的运动，选择的运动轴可以为移动轴、旋转轴或者由槽连接建立起的槽轴。“几何”单选钮通过指定模型中的几何图元建立运动过程，用于创建复杂的三维运动。“轮廓”选项卡设置伺服电动机的运动类型“规范”选项组设置电动机的位置、速度、加速度，可分别设置电动机的运动形式“模”选项组可以指定“模”的函数及参数，指定伺服电动机的位置、速度、加速度的变化形式。常用函数的具体含义如下表11-2所示。“图形”选项组图形来表示位置、速度、加速度的变化，勾选“在单独图形中”复选框，则一个图形表示一项参数量，否则一个图形表示多个参数量。“伺服电动机定义”对话框中的选项含义见表其常用函数的具体含义如下表函数类型公式含义参数常数y=A位置、速度、加速度恒定A=常量斜坡y=A+B*t位置、速度、加速度随时间线性变化A=常量B=斜率余弦y=A*cos（2*Pi*t/T+B）+C位置、速度、加速度随时间呈余弦变化A=振幅B=相位C=偏移量T=周期摆线y=L*t/TL*sin(2*Pi*t/T)/2*Pi用于模拟一个凸轮轮廓输出L=总上升量T=周期抛物线y=A*t+1/2B(t2)模拟电动机轨迹A=线性系数B=二次项系数多项式y=A+B*t+C+t2+D*t3用于一般的电动机轮廓A=常数项B=线性项系数C=二次项系数D=三次项系数11.2.2初始条件设置1．执行方式单击“机构”功能区“运动”面板中的“拖动”按钮2．操作步骤（1）打开文件，然后进入仿真环境。（2）执行上述方式，系统弹出“拖动”对话框和“选择”对话框，如图所示。（3）把模型调整到如图所示的位置，单击“快照”按钮，单击“选择”对话框中的“确定”按钮，单击“拖动”对话框中的“关闭”按钮，完成初始位置快照的定义。3．选项说明选项含义“主体拖动”按钮将主体拖动到关键的位置。默认的情况下，主体可以被自由地拖动，也可以定义主体沿某一方向拖动。“快照”按钮拍下当前位置的快照。“显示快照”按钮显示指定的当前快照。“删除快照”如果不满意所拍得的快照，可以选定指定的快照后，单击此按钮，删除快照。11.2.3机构分析与定义1．执行方式单击“机构”功能区“分析”面板中的“机构分析”按钮2．操作步骤（1）打开文件，然后进入仿真环境。（2）执行上述方式后，系统弹出“分析定义”对话框。（3）接受默认的分析定义的名称，在“类型”复选框中选择“运动学”，选择“长度与帧频”，“开始时间”输入0，“终止时间”输入10，“帧频”输入10，选中“快照”选项，将“snapshot1”定为初始位置。（4）单击“运行”按钮，可以看到两幅齿轮都运动起来，单击“确定”按钮，完成模型的分析。11.2.4分析结果的查看1．执行方式单击“机构”功能区“分析”面板中的“回放”按钮2．操作步骤（1）打开文件，进入运动仿真模块。（2）单击“机构树”下的前面的三角符号，在下拉列表的命令处右击鼠标，在弹出的快捷菜单中单击“运行”命令，机构运行停止后单击“机构”功能区“分析”面板中的“回放”按钮，系统弹出“回放”对话框。单击“回放”对话框中的“保存”按钮，在指定的位置保存分析结果。（3）单击对话框中的“碰撞检测设置”按钮，在弹出的“碰撞检测设置”对话框中选中“无碰撞检测”按钮，单击“确定”按钮。（4）在“回放”对话框中单击“回放”按钮，系统弹出“动画”对话框，单击对话框中的，播放绘图窗口中的机构运动。（5）机构播放结束后，单击对话框中的“捕获”按钮，系统弹出“捕获”对话框，单击对话框中的“浏览”按钮，系统弹出“保存副本”对话框，指定保存位置，“名称”输入框中输入视频名称“clcd.mpg”，单击“确定”按钮，然后在“捕获”对话框单击“确定”按钮，生成mpg视频文件。3．选项说明“回放”对话框中的选项含义见表选项含义播放当前结果集。保存结果集，可在当前或以后的进程中检索此文件，以回放结果或计算测量值，保存为pbk文件。表示从磁盘中恢复结果集。表示删除选中的结果集。导出结果集，将信息导出到.fra文件。创建运动包络，表示机构在分析期间一个或多个元件的运动范围。单击此按钮，弹出“创建运动包络”对话框，如图11-14所示。“碰撞检测设置”按钮指定结果集回放中是否包含冲突检测，包含多少以及回放如何显示冲突检测。“动画”对话框中的选项含义见表选项含义“帧”滑动条拖动进度条上的滑块可以表示某一位置上的帧。“速度”滑动条拖动进度条上的滑块可以调节动画播放的速度。表示向后播放动画。表示停止播放动画。表示向前播放动画。表示重置动画到开始。表示显示前一帧。表示显示后一帧表示重复循环动画。表示在结束时反转方向；表示生成mpg格式的视频文件。11.3动力学仿真与分析11.3.1质量属性的定义1．执行方式单击“机构”功能区“属性和条件”面板中的“质量属性”按钮2．操作步骤（1）执行上述方式后，系统弹出“质量属性”对话框。（2）选择参考类型中“零件”、“组件”或“主体”中的一项，选择参考类型后在绘图窗口中选择对应的参考（可在模型树中选择），单击“选择”对话框中的“确定”按钮（3）选择“定义属性”中“默认”、“密度”和“质量属性”中的一项，编辑“基本属性”、“重心”和“惯量”等设置项，单击“确定”按钮，完成质量属性的定义。3．选项说明选项含义“参考类型”下拉列表零件可在组件中选择任意零件（包括子组件的元件零件）以指定或查看其质量属性。装配可从图形窗口或模型树选择元件子组件或顶级组件。主体可以查看选定主体的质量属性，但不能对其进行编辑。“定义属性”下拉列表选择定义质量属性的方法。默认对于所有三种参考类型，此选项会使所有输入字段保持非活动状态。密度如果已经选择一个零件或组件作为参考类型，则可以通过密度来定义质量属性。选择此选项时，除密度外的其他设置项将处于非活动状态。质量属性如果已经选择一个零件或组件作为参考类型，则可以定义质量、重心和惯性矩。“惯量”选项组使用此区域计算惯性矩。惯性矩是对机构的旋转惯量的定量测量，换言之，也就是主体围绕固定轴旋转以反抗旋转运动发生改变的这种趋势。“在坐标系原点”单选钮测量相对于当前坐标系的惯性矩。“在重心”单选钮测量相对于机构的主惯性轴的惯性矩11.3.2重力的定义1．执行方式单击“机构”功能区“属性和条件”面板中的“重力”按钮2．操作步骤（1）进入运动仿真模块后，执行上述方式后，系统弹出“重力”对话框，如图所示。（2）定义模的大小和重力的方向，单击对话框中的“确定”按钮，完成重力的定义。3．选项说明选项含义“模”选项组指重力的大小。“方向”方向指重力的方向，系统默认的方向是Y轴的负方向。11.3.3力与扭矩1．执行方式单击“机构”功能区“插入”面板中的“力与扭矩”按钮2．操作步骤（1）打开文件，如图所示。然后进入运动仿真模块。（2）执行上述方式后，系统弹出“力/力矩定义”对话框。单击“类型”下拉列表，选择“点力”，并且选择“huakuai.prt”上的PNT0基准点。（3）定义力的模与方向，选择“模”下拉列表中的“常数”选项，在“常数”输入框中输入模的大小为0.05，如图（a）所示。单击对话框中的“方向”按钮，弹出“方向”选项卡，在“定义方向”下拉列表中选择“键入的方向”选项，X和Z方向输入0，Y输入1，勾选“基础”选项，如图（b）所示，单击“确定”按钮，完成力的定义。（a）（b）（4）单击“机构”功能区“属性和条件”面板中的“质量属性”按钮，系统弹出“质量属性”对话框。选择“huakuai.prt”元件，在“定义属性”下拉列表中选择“密度”选项，并设置其密度为7.8e-9，单击“确定”按钮。（5）单击“机构”功能区“分析”面板中的“机构分析”按钮，系统弹出“分析定义”对话框。在“类型”下拉列表中选择“动态”选项，在“Duration”(持续时间)输入框中输入20，其它的参数接受默认值。（6）单击“运行”按钮，可以看到滑块做加速运动。单击“确定”按钮，完成模型的分析。（7）单击“机构”功能区“分析”面板中的“回放”按钮，系统弹出“回放”对话框。单击“回放”对话框中的“保存”按钮，保存分析结果到指定的位置。（8）在“回放”对话框中单击按钮，系统弹出“动画”对话框，单击对话框中的“捕获”按钮，系统弹出“捕获”对话框，单击对话框中的“浏览”按钮，系统弹出“保存副本”对话框，指定保存位置，并在“名称”输入框中输入视频名称“110303.mpg”，单击“确定”按钮，然后在“捕获”对话框中单击“确定”按钮，生成mpg视频文件。3．选项说明选项含义“类型”下拉列表选择力与力矩的类型。点力选择主体上的一点和另一点或顶点作为参考图元。主体扭矩为通过质心的扭矩选择主体作为参考图元。点对点力选择位于不同主体上的两点或顶点作为参考图元而建立起来的一对作用力和反作用力。力为负时两点相互吸引；力为正时两点相互排斥。“函数”下拉列表模为力或力矩的大小，用函数来控制。函数的类型有以下几种常量将模指定为常数值。表利用两列表格中的值生成模。第一列包含自变量x的值，它可与时间或测量有关。第二列包含因变量的值，它表示力/扭矩的模。用户定义利用创建的函数生成模。定制载荷将复杂的、外部定义的载荷集应用于模型“方向”选项卡键入的矢量选择坐标系并输入坐标以指示向量的方向。可选择LCS或WCS。直边、曲线或轴在主体上选择直边、曲线或轴，沿着或平行于选定的方向放置向量。使用“反向”来反转力/扭矩的方向。点到点选择主体上的两个点或顶点来指示向量的方向。使用“反向”来反转力/扭矩的方向。11.3.4