第1章运动仿真
本章重点
应力分析的一般步骤
边界条件的创建
查看分析结果
报告的生成和分析
本章典型效果图
1.1机构模块简介
在进行机械设计时，建立模型后设计者往往需要通过虚拟的手段，在电脑上模拟所设计的机构，来达到在虚拟的环境中模拟现实机构运动的目的。对于提高设计效率降低成本有很大的作用。Pro/ engineer 中“机构”模块是专门用来进行运动仿真和动态分析的模块。
PROE的运动仿真与动态分析功能集成在“机构”模块中，包括Mechanism design（机械设计）和Mechanism dynamics（机械动态）两个方面的分析功能。
使用“机械设计”分析功能相当于进行机械运动仿真，使用“机械设计”分析功能来创建某种机构，定义特定运动副，创建能使其运动起来的伺服电动机，来实现机构的运动模拟。并可以观察并记录分析，
可以测量诸如位置、速度、加速度等运动特征，可以通过图形直观的显示这些测量量。也可创建轨迹曲线和运动包络，用物理方法描述运动。
使用“机械动态”分析功能可在机构上定义重力，力和力矩，弹簧，阻尼等等特征。可以设置机构的材料，密度等特征，使其更加接近现实中的结构，到达真实的模拟现实的目的。
如果单纯的研究机构的运动，而不涉及质量，重力等参数，只需要使用“机械设计”分析功能即可，即进行运动分析，如果还需要更进一步分析机构受重力，外界输入的力和力矩，阻尼等等的影响，则必须使用“机械设计”来进行静态分析，动态分析等等。
1.2总体界面及使用环境
在装配环境下定义机构的连接方式后，单击菜单栏菜单“应用程序”→“机构”，如图1-1所示。系统进入机构模块环境，呈现图1-2所示的机构模块主界面：菜单栏增加如图1-3所示的“机构”下拉菜单，模型树增加了如图1-4所示“机构”一项内容，窗口右边出现如图1-5所示的工具栏图标。下拉菜单的每一个选项与工具栏每一个图标相对应。用户既可以通过菜单选择进行相关操作。也可以直接点击快捷工具栏图标进行操作。
图1-1 由装配环境进入机构环境图
图1-2 机构模块下的主界面图
图1-3 机构菜单图1-4 模型树菜单图1-5 工具栏图标图1-5所示的“机构”工具栏图标和图1-3中下拉菜单各选项功能解释如下：
连接轴设置：打开“连接轴设置”对话框，使用此对话框可定义零参照、再生值以及连接轴的限制设置。
凸轮：打开“凸轮从动机构连接”对话框，使用此对话
框可创建新的凸轮从动机构,
也可编辑或删除现有的凸轮从动机构。
槽：打开“槽从动机构连接”对话框，使用此对话框可创建新的槽从动机构，也可编辑或删除现有的槽从动机构。
齿轮：打开“齿轮副”对话框，使用此对话框可创建新
的齿轮副，也可编辑、移除
复制现有的齿轮副。
伺服电动机：打开“伺服电动机”对话框，使用此对话框可定义伺服电动机，也可编辑、移除或复制现有的伺服电动机。
执行电动机：打开“执行电动机”对话框，使用此对话框可定义执行电动机，也可编辑、移除或复制现有的执行电动机。
弹簧：打开“弹簧”对话框，使用此对话框可定义弹
簧，也可编辑、移除或复制现有的弹簧。
阻尼器：打开“阻尼器”对话框，使用此对话框可定义阻尼器，也可编辑、移除或复制现有的阻尼器。
力/扭矩：打开“力/扭矩”(对话框，使用此对话框可定义力或扭矩。也可编辑、移除或复制现有的力/扭矩负荷。
重力：打开“重力”对话框，可在其中定义重力。
初始条件：打开“初始条件”对话框，使用此对话框可指定初始位置快照，并可为点、连接轴、主体或槽定义速度初始条件。
质量属性：打开“质量属性”对话框，使用此对话框可指定零件的质量属性，也可指定组件的密度。
第16章 CATIA 运动分析 16.1 曲轴连杆运动分析 四缸发动机曲轴、连杆和活塞的运动分析是较复杂的机械运动。曲轴做旋转运动，连杆左做平动，活塞是直线往复运动。在用CATIA作曲轴、连杆和活塞的运动分析的步骤如下所示。 （1）设置曲轴、连杆、活塞及活塞销的运动连接。 （2）创建简易缸套机座。 （3）设置曲轴与机座、活塞与活塞缸套之间的运动连接。 （4）模拟仿真。 （5）运动分析。 16.1.1 定义曲轴、连杆、活塞及活塞销的运动连接 1.新建组文件 (1)点击“开始”选取“机械设计”中的“装配件设计”模块，如图16-1所示。 图16-1 进入“装配件设计”模块 （2）进入装配件设计模块后，点击添加现有组件图标，再点击模型树上的Product1图标，此时会出现文件选择对话框，按住Ctrl键，分别选取“Chapter16/huo-sai-xiao.CATPart、huo-sai.CATPart 、lianganzujian.CATproduct、quzhou.CATpart”，将这些零件体载入到Product1中。 （3）此时，零件体载入后重合到一起，点击分解图标，出现分解对话框如图16-2所示。然后点击模型树上的Product1,点击确定，此时弹出警告对话框，如图16-3所示，警告各零件的位置会发生变，点击警告对话框的按钮“是”，我们会发现各个零件分解开来。
图16-2 分解对话框 图16-3 警告对话框 （3）由于连杆体零件是装配体，各部分之间存在约束，点击“全部更新”按钮，我们会发现连杆体组件恢复装配后的样子。 （4）点击“约束”工具栏中的“相合约束”图标，分别选择活塞销中心线及活塞 孔中心线，如图16-4所示。然后点击“约束”工具栏中的“偏移约束”图标，选择活塞销的一个端面及活塞孔一侧的凹下去细环端面，如图16-5所示，此时出现“约束属性”对话框，如图16-6所示。将对话框中的“偏移”一栏改为“3.75mm”，点击“确定”按钮， 完成活塞销端面和活塞内凹孔细环端面之间的偏移约束关系。点击“全部更新”按钮，完成活塞与活塞销之间的约束，如图16-7所示。自此完成添加零部件工作。
第1章运动仿真 本章重点 应力分析的一般步骤 边界条件的创建 查看分析结果 报告的生成和分析 本章典型效果图 1.1机构模块简介 在进行机械设计时，建立模型后设计者往往需要通过虚拟的手段，在电脑上模拟所设计的机构，来达到在虚拟的环境中模拟现实机构运动的目的。对于提高设计效率降低成本有很大的作用。Pro/ engineer 中“机构”模块是专门用来进行运动仿真和动态分析的模块。 PROE的运动仿真与动态分析功能集成在“机构”模块中，包括Mechanism design（机械设计）和Mechanism dynamics（机械动态）两个方面的分析功能。 使用“机械设计”分析功能相当于进行机械运动仿真，使用“机械设计”分析功能来创建某种机构，定
可以测量诸如位置、速度、加速度等运动特征，可以通过图形直观的显示这些测量量。也可创建轨迹曲线和运动包络，用物理方法描述运动。 使用“机械动态”分析功能可在机构上定义重力，力和力矩，弹簧，阻尼等等特征。可以设置机构的材料，密度等特征，使其更加接近现实中的结构，到达真实的模拟现实的目的。 如果单纯的研究机构的运动，而不涉及质量，重力等参数，只需要使用“机械设计”分析功能即可，即进行运动分析，如果还需要更进一步分析机构受重力，外界输入的力和力矩，阻尼等等的影响，则必须使用“机械设计”来进行静态分析，动态分析等等。 1.2总体界面及使用环境 在装配环境下定义机构的连接方式后，单击菜单栏菜单“应用程序”→“机构”，如图1-1所示。系统进入机构模块环境，呈现图1-2所示的机构模块主界面：菜单栏增加如图1-3所示的“机构”下拉菜单，模型树增加了如图1-4所示“机构”一项内容，窗口右边出现如图1-5所示的工具栏图标。下拉菜单的每一个选项与工具栏每一个图标相对应。用户既可以通过菜单选择进行相关操作。也可以直接点击快捷工具栏图标进行操作。 图1-1 由装配环境进入机构环境图
CA TIA运动仿真DMU空间分析 CATIA的DMU空间分析模块可以进行设计的有效性评价。它提供丰富的空间分析手段，包括产品干涉检查、剖面分析和3D几何尺寸比较等。它可以进行碰撞、间隙及接触等计算，并得到更为复杂和详尽的分析结果。它能够处理电子样机审核及产品总成过程中经常遇到的问题，能够对产品的整个生命周期（从设计到维护）进行考察。DMU空间分析能够处理任何规模的电子样车，它适用于从日用工具到重型机械行业的各种企业。
X.1 相关的图标菜单 CATIA V5的空间分析模块由一个图标菜单组成： 空间分析(DMU Space Analysis) Clash: 干涉检查 Sectioning: 剖面观察器 Distance and Band Analysis: 距离与自定义区域分析 Compare Products: 产品比较 Measure Between: 测量距离和角度 Measure Item: 单项测量 Arc through Three Points: 测量过三点的圆弧 Measure Inertia: 测量惯量 3D Annotation: 三维注释 Create an Annotated View: 建立注释视图 Managing Annotated Views: 管理注释视图 Groups: 定义产品组 x.2 空间分析模块的环境参数设定 在开始使用CATIA V5的空间分析模块前，我们可以根据自身的习惯特点，合理地设定其环境参数。在菜单栏中使用下拉菜单Tools→Option→Digital Mockup打开DMU Space Analysis的环境参数设定界面，在此窗口中有六个标签，分别对应不同的参数设定。 x.2.1 干涉检查设置(DMU Clash)
精心整理 一SW 运动仿真 1.简介 二十世纪八十年代以来，设计工程中首次使用计算机辅助工程（CAE ）方法后，有限元分析（FEA ）就成了最先被广泛采用的模拟工具。多年来，该工具帮助设计者在研究新产品的结构性能时节约了大量时间。 由于机械产品日渐复杂，不断加剧的竞争加快了新设计方案投入市场的速度。设计者迫切感到必须使模拟超出FEA 的局限范围，除使用FEA 模拟结构性能外，还需要在构建物理原型之前确定新产品的运动学和动力学性能。 用。 2.装配当几何体发生改变时，可在几秒内更新所有结果。图4为急回机构中滑杆和驱动连杆之间的干涉。 图4急回机构中滑杆和驱动连杆之间的干涉 运动模拟可在短时间内对任何复杂程度的机构进行分析，可能包含刚性连接装置、弹簧、阻尼器和接触面组。如雪地车前悬架、健身器、CD 驱动器等的运动。 图5复杂机构的运动仿真 除机构分析外，设计者还可通过将运动轨迹转换成CAD 几何体，将运动模拟用于机构合成。例如，设计一个沿着导轨移动滑杆的凸轮，用运动仿真生成该凸轮的轮廓。首先将所需滑杆位置表达为时间和滑杆在旋转凸轮上移动轨迹的函数，然后将轨迹路径转换为CAD 几何体，以创建凸轮轮廓。 图6滑杆沿导轨移动的位移函数
图7滑杆沿旋转盘移动绘制的凸轮轮廓 设计者还可将运动轨迹用于很多用途，例如，验证工业机器人的运动、测试工具路径以获取选择机器人大小所需的信息，以及确定功率要求。 图8工业机器人在多个位置之间的移动 运动模拟的另外一项重要应用是模拟零部件之间的碰撞和接触，以研究零部件之间可能形成的缝隙，得出机构的精确结果。例如，通过模拟碰撞和接触，可以研究阀提升机构中凸轮和曲线仪（摇杆）之间可能形成的缝隙。 3.将运动仿真与FEA结合 想了解运动仿真和FEA在机构仿真中如何结合使用，首先要了解每种方法的基本假设。 FEA是一种用于结构分析的数字技术，已成为研究结构的主导CAE方法。它可以分析任何固定支撑的弹性物体的行为，此处弹性是指物体可变性。如图8所示托架，在静态载荷作用下会变形， 形。FEA FEA （1 点反作用力和惯性力。在此步骤中，所有机构连接装置均视为刚性实体。图13中的曲线为曲柄转动一周连杆上接点的反作用力。 图13曲柄转动一周连杆上接点的反作用力 （2）.找出与连杆接点上最大反作用力相对应的机构位置。因为施加最大载荷情况下进行的分析将得到连杆所承受的最大应力。如有必要，可选择多个位置进行分析。 图14与连杆上最大反作用力相对应的位置 （3）.将这些反作用力载荷以及惯性载荷从CAD装配体传输到连杆CAD零件模型。 （4）.作用于从装配体分离出来的连杆上的载荷包括接点反作用力和惯性力，如图15所示。
体育运动训练动作仿真分析 体育运动训练的强度日益增加，随着社会的迅猛发展，体育运动的训练水平逐渐增强，通过积极的改进，与传统的训练技术相比有很大改善。目前体育运动事业已经有较大的进步，但是随着人们生活质量的逐渐提升，体育运动训练技术与方法等很难追上人们的需求，所以必须借助先进的技术手段。在信息技术的支持下，努力创造更加先进的技术手段。通过先进的技术努力挖掘人体的运动细胞，使人体运动技能发挥其最大功效。 1.动作仿真技术概述 在体育运动训练中，最常见的观察手段是视频观察法和三维动态摄影法，这两种方法是在科学基础上建立的。采用这两种惯用手段能够观察连贯动作的分解动作，便于学习运动技巧，但是它们对外界条件的要求较高，例如光线、衣服色彩以及环境遮挡物等。所以在采用这种手段进行体育训练时会产生较大误差，故需要发展更为先进的信息技术来解决上述问题。近年来动作仿真技术逐渐发展起来，它是以三维动作捕捉技术为基础，并且通过计算机来模拟仿真人体大脑，从而来控制人体运动思维。人体动作仿真技术主要包括人体模型的建立、人体在特定条件下较为真实的物理反应信号的采集、计算机模拟人体真实动作的过程模拟等方面。该技术是信息技术在体育运动过程中的一项重大突破，它能够促进体育事业的发展，同时促进了三维动态模拟技术在体育运动中的发展［1］。1.1国内外研究现状。动作仿真技术源于20世纪的三维动态拍摄技术，世界上最先开始体育运动模拟的国家是美国，从刚开始的动作捕捉系统的运用到采集数据运动学等的研究。以上两种技术分别开创了体育运动的新浪潮。通过动作捕捉技术，美国科学家开创了下肢关节角运动在水平运动过程中的外表系统和算法，根据科学理论依据，探讨了病理步态的指标以及人体模型的限制。随后，科学家们还开创了解剖标定的内涵，通过信息采集运动学与动力学知识，分析了人体在空间运动中的诸多信息，例如盆骨位置、下肢与骨骼等重要信息。他们采用先进技术模拟人体的运动特性，并且取得了很大的成果。相比之下，国内的动作仿真技术发展较晚，与美国发达国家相比，其发展仍然比较落后。目前国内的运动仿真重点在应用研究上，而对基本理论例如算法、模型建立等研究较少。近年来我国学者利用OpenSim技术开发了很多先进的人体运动研究。例如跨栏短跑与腱伤病预防的理论分析等。此外研究人员还是使用动作捕捉技术分析了仿生外骨骼式下肢康复机器人研究，主要通过动作
结构设计运动仿真分析 招生对象 －－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－ 参与运动机构设计的相关工程师和研发人员。 【主办单位】中国电子标准协会 【咨询热线】0 7 5 5 – 2 6 5 0 6 7 5 7 1 3 7 9 8 4 7 2 9 3 6 李生【报名邮箱】martin#https://www.doczj.com/doc/e812398663.html, （请将#换成@） 课程内容 －－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－ 课程背景 本课程是讲述计算机仿真技术在运动机构设计中的应用。 培训对象 参与运动机构设计的相关工程师和研发人员。 培训目的 1. 掌握结构仿真的基本理论 2. 掌握结构仿真软件的建模与导入CAD模型 3. 具备分析运动机构动力学问题的能力 课程时长 18课时（6课时/天） 课程大纲 1. 结构仿真基础 1.1 结构仿真的分类与用途 1.2 运动机构中涉及的结构仿真 1.3 本培训中涉及的基础理论 2. 运动机构模型的建立 2.1 导入CAD模型 2.2 CAE软件内几何建模 2.3 部件材料和属性 2.4 部件连接的处理 2.5 模型简化策略 2.6 模型修改
2.7 参数化建模 3. 运动机构模型的计算 3.1 载荷与边界条件 3.2 求解设置 3.3 提交计算 4. 计算结果分析 4.1 导入结果 4.2 查看云图数据 4.3 查看曲线数据 5. 应用实例讲解 6. 上机操作 讲师介绍 －－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－ 郭老师 承担主要项目: 1. 家用空调仿真实验室。用培训加项目实战的方式，为海尔创建仿真实验室。 2. 垂直轴风力发电机结构强度校核。对垂直轴风力发电机进行强度和振动分析。 3. 止回阀性能验证。对核电厂风道中的止回阀进行安全性验证。 4. 瓶盖开裂分析。分析并解决市场上瓶盖开裂的问题。 5. 商用空调海运外损分析。分析大型商用空调海运变形的原因，并进行结构加强。 6. 燃气热水器包装设计。为美的进行包装优化设计，解决跌落测试难题。 7. 波轮/滚筒洗衣机包装设计。为海尔洗衣机进行优化设计，完成降低外损和成本的目标。************************************************** 【温馨提示】：本公司竭诚为企业提供灵活定制化的内部培训和顾问服务，培训内容可根据客户的需要灵活设计，企业内部培训人数不受限制，培训时间由企业灵活制定。顾问服务由中国电子标准协会顶尖顾问服务团队组成，由专人全程跟进，签约型绩效考核顾问服务效果，迅速全面提升企业工艺技术水平、产品质量及可靠性、成本节约！
《基于UG的运动仿真及高级仿真》
专业文档供参考，如有帮助请下载。． 项目一：机构运动仿真 项目要求：熟悉UG机构运动仿真模块的内容，掌握运动仿真的一般流程和方法，并根据分析输出结果对机构进行优化。 任务一：熟悉掌握运动仿真基础知识
运动分析模块（Scenario for motion）是UG/CAE模块中的主要部分，用于建立运动机构模型，分析其运动规律。通过UG/Modeling的功能建立一个三维实体模型，利用UG/Motion的功能给三维实体模型的各个部件赋予一定的运动学特性，再在各个部件之间设立一定的连接关系既可建立一个运动仿真模型。 UG/Motion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）或调整零件的材料（减轻或加重或增加硬度等）。设计的更改可以反映在装配主模型的复制品分析方案中，再重新分析，一旦确定优化的设计方案，设计更改就可反映在装配主模型中。 一、运动方案创建步骤 1．创建连杆（Links）； 2．创建两个连杆间的运动副（Joints） 3．定义运动驱动（Motion Driver） ?无运动驱动（none）：构件只受重力作用 ?运动函数：用数学函数定义运动方式 ?恒定驱动：恒定的速度和加速度 ?简谐运动驱动：振幅、频率和相位角 ?关节运动驱动：步长和步数 二、创建连杆 创建连杆对话框将显示连杆默认的名字，格式为L001、L002 (00) 专业文档供参考，如有帮助请下载。． 质量属性选项： 质量特性可以用来计算结构中的反作用力。当结构中的连杆没有质量特性时，不能进行动力学分
C A T I A运动仿真 D M U 空间分析
CATIA运动仿真DMU空间分析 CATIA的DMU空间分析模块可以进行设计的有效性评价。它提供丰富的空间分析手段，包括产品干涉检查、剖面分析和3D几何尺寸比较等。它可以进行碰撞、间隙及接触等计算，并得到更为复杂和详尽的分析结果。它能够处理电子样机审核及产品总成过程中经常遇到的问题，能够对产品的整个生命周期（从设计到维护）进行考察。DMU空间分析能够处理任何规模的电子样车，它适用于从日用工具到重型机械行业的各种企业。
X.1 相关的图标菜单 CATIA V5的空间分析模块由一个图标菜单组成： 空间分析(DMU Space Analysis) Clash: 干涉检查 Sectioning: 剖面观察器 Distance and Band Analysis: 距离与自定义区域分析 Compare Products: 产品比较 Measure Between: 测量距离和角度 Measure Item: 单项测量 Arc through Three Points: 测量过三点的圆弧 Measure Inertia: 测量惯量 3D Annotation: 三维注释 Create an Annotated View: 建立注释视图 Managing Annotated Views: 管理注释视图 Groups: 定义产品组 x.2 空间分析模块的环境参数设定 在开始使用CATIA V5的空间分析模块前，我们可以根据自身的习惯特点，合理地设定其环境参数。在菜单栏中使用下拉菜单Tools→Option→Digital Mockup打开DMU Space Analysis的环境参数设定界面，在此窗口中有六个标签，分别对应不同的参数设定。 x.2.1 干涉检查设置(DMU Clash)
机构仿真之运动分析基础教程 机构仿真是PROE的功能模块之一。PROE能做的仿真容还算比较好，不过用好的兄弟不多。当然真正专做仿真分析的兄弟，估计都用Ansys去了。但是，Ansys研究起来可比PROE麻烦多了。所以，学会PROE的仿真，在很多时候还是有用的。我再发一份学习笔记，并整理一下，当个基础教程吧。希望能对学习仿真的兄弟有所帮助。 术语 创建机构前，应熟悉下列术语在PROE中的定义： 主体(Body) - 一个元件或彼此无相对运动的一组元件，主体DOF=0。 连接(Connections) - 定义并约束相对运动的主体之间的关系。 自由度(Degrees of Freedom) - 允许的机械系统运动。连接的作用是约束主体之间的相对运动，减少系统可能的总自由度。 拖动(Dragging) - 在屏幕上用鼠标拾取并移动机构。 动态(Dynamics) - 研究机构在受力后的运动。 执行电动机(Force Motor) - 作用于旋转轴或平移轴上(引起运动)的力。 齿轮副连接(Gear Pair Connection) - 应用到两连接轴的速度约束。 基础(Ground) - 不移动的主体。其它主体相对于基础运动。 机构(Joints) - 特定的连接类型（例如销钉机构、滑块机构和球机构）。 运动(Kinematics) - 研究机构的运动，而不考虑移动机构所需的力。 环连接(Loop Connection) - 添加到运动环中的最后一个连接。 运动(Motion) - 主体受电动机或负荷作用时的移动方式。 放置约束(Placement Constraint) - 组件中放置元件并限制该元件在组件中运动的图元。 回放(Playback) - 记录并重放分析运行的结果。 伺服电动机(Servo Motor) - 定义一个主体相对于另一个主体运动的方式。可在机构或几何图元上放置电动机，并可指定主体间的位置、速度或加速度运动。 LCS - 与主体相关的局部坐标系。LCS 是与主体中定义的第一个零件相关的缺省坐标系。 UCS - 用户坐标系。 WCS - 全局坐标系。组件的全局坐标系，它包括用于组件及该组件所有主体的全局坐标系。 运动分析的定义 在满足伺服电动机轮廓和机构连接、凸轮从动机构、槽从动机构或齿轮副连接的要求的情况下，模拟机构的运动。运动分析不考虑受力，它模拟除质量和力之外的运动的所有方面。因此，运动分析不能使用执行电动机，也不必为机构指定质量属性。运动分析忽略模型中的所有动态图元，如弹簧、阻尼器、重力、力/力矩以及执行电动机等，所有动态图元都不影响运动分析结果。 如果伺服电动机具有不连续轮廓，在运行运动分析前软件会尝试使其轮廓连续，如果不能使其轮廓连续，则此伺服电机将不能用于分析。 使用运动分析可获得以下信息： 几何图元和连接的位置、速度以及加速度 元件间的干涉 机构运动的轨迹曲线 作为Pro/ENGINEER 零件捕获机构运动的运动包络 运动分析工作流程 创建模型：定义主体，生成连接，定义连接轴设置，生成特殊连接 检查模型：拖动组件，检验所定义的连接是否能产生预期的运动
运动仿真 本章主要内容： z运动仿真的工作界面 z运动模型管理 z连杆特性和运动副 z机构载荷 z运动分析 9.1 运动仿真的工作界面 本章主要介绍UG/CAE模块中运动仿真的功能。运动仿真是UG/CAE（Computer Aided Engineering）模块中的主要部分，它能对任何二维或三维机构进行复杂的运动学分析、动力分析和设计仿真。通过UG/Modeling的功能建立一个三维实体模型，利用UG/Motion的功能给三维实体模型的各个部件赋予一定的运动学特性，再在各个部件之间设立一定的连接关系既可建立一个运动仿真模型。UG/Motion的功能可以对运动机构进行大量的装配分析工作、运动合理性分析工作，诸如干涉检查、轨迹包络等，得到大量运动机构的运动参数。通过对这个运动仿真模型进行运动学或动力学运动分析就可以验证该运动机构设计的合理性，并且可以利用图形输出各个部件的位移、坐标、加速度、速度和力的变化情况，对运动机构进行优化。 运动仿真功能的实现步骤为： 1．建立一个运动分析场景； 2．进行运动模型的构建，包括设置每个零件的连杆特性，设置两个连杆间的运动副和添加机构载荷； 3．进行运动参数的设置，提交运动仿真模型数据，同时进行运动仿真动画的输出和运动过程的控制； 4．运动分析结果的数据输出和表格、变化曲线输出，人为的进行机构运动特性的分析。 9.1.1 打开运动仿真主界面 在进行运动仿真之前，先要打开UG/Motion（运动仿真）的主界面。在UG的主界面中选择菜单命令【Application】→【Motion】,如图9-1所示。
图9-1 打开UG/Motion操作界面 选择该菜单命令后，系统将会自动打开UG/Motion的主界面，同时弹出运动仿真的工具栏。 9.1.2 运动仿真工作界面介绍 点击Application/Motion后UG界面将作一定的变化，系统将会自动的打开UG/Motion 的主界面。该界面分为三个部分：运动仿真工具栏部分、运动场景导航窗口和绘图区，如图9-2所示。 图9-2 UG/Motion 主界面 运动仿真工具栏部分主要是UG/Motion各项功能的快捷按钮，运动场景导航窗口部分主要是显示当前操作下处于工作状态的各个运动场景的信息。运动仿真工具栏区又分为四个模块：连杆特性和运动副模块、载荷模块、运动分析模块以及运动模型管理模块，如图9-3所示。
平面四杆机构的运动仿真模型分析1前言 平面四杆机构是是平面连杆机构的基础，它虽然结构简单，但其承载能力大，而且同样能够实现多种运动轨迹曲线和运动规律，因而在工程实践中得到广泛应用。 平面四杆机构的运动分析, 就是对机构上某点的位移、轨迹、速度、加速度进行分析, 根据原动件的运动规律, 求解出从动件的运动规律。平面四杆机构的运动设计方法有很多，传统的有图解法、解析法和实验法。随着计算机技术的飞速发展，机构设计及运动分析已逐渐脱离传统方法，取而代之的是计算机仿真技术。本文在UG NX5环境下对平面四杆机构进行草图建模，通过草图中的尺寸约束、几何约束及动画尺寸等功能确定各连杆的尺寸，之后建立相应的连杆、运动副及运动驱动，对建立的运动模型进行运动学分析，给出构件上某点的运动轨迹及其速度和加速度变化规律曲线，文章最后简要分析几个应用于工程的平面四杆机构实例。 2平面四杆机构的建模 问题的提出 平面四杆机构因其承载能力大，可以满足或近似满足很多的运动规律，所以其应用非常广泛，本文以基于曲柄摇杆机构的物料传送机构为例，讨论其建模及运动分析。 如图1所示，ABCD为曲柄摇杆机构，曲柄AB为主动件，机构在运动中要求连杆BC的延伸线上E 点保持近似直线运动，其中直线轨迹为工作行程，圆弧轨迹为回程或空程，从而实现物料传送的功能。
平面四杆机构的建模 由于物料传送机构为曲柄摇杆机构，所以它符合曲柄存在条件。根据机械原理课程中的应用实例[1]，选取AB=100，BC=CD=CE=250，AD=200，单位均为毫米。 在UG NX5的Sketch环境里，创建如图2所示的草图，并作相应的尺寸约束和几何约束，其中EE＇为通过E点的水平轨迹参考线，用以检验E点的工作行程运动轨迹。现通过草图里的尺寸动画功能，令AB与AD 的夹角从0°到360°变化，可看到E点的变化轨迹为直线和圆弧，如图3所示为尺寸动画的四个截图，其中图3（a）中的E点为水平轨迹的起点，图3（b）中的E点为水平轨迹的中点，图3（c）中的E点为水平轨迹的终点，而图3（d）中的E点为圆弧轨迹（图中未画出）即回程的中点。
基于三维人体运动仿真与视频分析的计算机辅助运动系统及示范应用 （一）科技奥运技术、产品、服务的名称及所属单位 1、项目名称：基于三维人体运动仿真与视频分析的计算机辅助运动系统及示范应用 2、所属单位：中国科学院计算技术研究所 （二）科技奥运技术、产品、服务在奥运筹备建设中的应用情况、专利保护情况、技术水平情况等 在国家运动队备战2004年雅典奥运会的过程中，我们积极试用阶段研究成果，为国家跳水队、蹦床队备战奥运的集训提供高科技服务。在雅典奥运会上，我国跳水队取得六枚金牌的好成绩。我国原有的弱势项目蹦床在雅典奥运会也获得一枚铜牌，实现了奖牌零的突破。另外，中国该队在2005年举办的第二十四届世界蹦床锦标赛团体比赛中，夺得男、女蹦床团体和男子单跳团体三项世界冠军，实现中国蹦床在世界三大赛上的历史性突破，目前已经跃升为世界强队。 该项成果的应用已完全获得国家体育总局的肯定与认可，被认为是“一项开创性研究工作”，“能够有效提高运动训练的科学性和效率，对快速提高运动成绩有很大帮助”，并被授予第二十届奥运会科研攻关与科技服务一等奖，并有近40套软件系统无偿装备到各个运动项目的国家队，为多个运动项目国家队备战08年奥运会进行辅助训练。 1、应用情况： 实施本项目所产生的成果是“面向体育训练的三维人体运动模拟与视频分析系统”，该系统包含三维人体运动仿真与视频分析两个子系统，其应用情况如下。 1）、在国家运动队备战2004年雅典奥运会的过程中，我们积极试用阶段研究成果，为国家跳水队、蹦床队备战奥运的集训提供高科技服务。研发的系统成为他们的重要训练科技装备，并为这些运动队在雅典奥运会取得这些优异成绩，做出了重要的贡献。 2）、由于系统在备战2004年雅典奥运会的过程中所取得的优异成绩，系统部分成果已开始在射击、田径、跳水、击剑、举重、体操等多个运动项目国家队备战08年奥运会训练中全面推广使用。
运动仿真空间分析 的空间分析模块可以进行设计的有效性评价。它提供丰富的空间分析手段，包括产品干涉检查、剖面分析和几何尺寸比较等。它可以进行碰撞、间隙及接触等计算，并得到更为复杂和详尽的分析结果。它能够处理电子样机审核及产品总成过程中经常遇到的问题，能够对产品的整个生命周期（从设计到维护）进行考察。空间分析能够处理任何规模的电子样车，它适用于从日用工具到重型机械行业的各种企业。 相关的图标菜单 的空间分析模块由一个图标菜单组成： 空间分析( ) : 干涉检查 : 剖面观察器 : 距离与自定义区域分析 : 产品比较 : 测量距离和角度
: 单项测量 : 测量过三点的圆弧 : 测量惯量 : 三维注释 : 建立注释视图 : 管理注释视图 : 定义产品组 空间分析模块的环境参数设定 在开始使用的空间分析模块前，我们可以根据自身的习惯特点，合理地设定其环境参数。在菜单栏中使用下拉菜单 打开的环境参数设定界面，在此窗口中有六个标签，分别对应不同的参数设定。 干涉检查设置( ) 该设置针对命令，允许设置以下内容： ：得到干涉的结果 ：从前一个计算得到分析结果 ( )：从中得到分析结果(在系统下是) ：（缺省）无比较 ：当进行干涉检查时自动打开结果显示窗口 ：设置缺省的显示条目
：冲突列表 ：产品列表 ：（缺省）自动选择冲突列表或产品列表的第一行 ：设置冲突的缺省类型和缺省的安全距离 ：计算并显示所有冲突的深度和最小距离 干涉检查细节设置( –) 该设置针对命令，允许设置以下内容： ：设置细节的级别 ：（缺省）让用户全面地工作于产品级别，直到查明有关的元素。 ：仅仅得到产品级别的信息。 注意：只有设置成，才能得到详细的分析结果。 ：指定干涉检查结果的显示图形 ：计算干涉并显示成红色的相交曲线 ：不生产红色的相交曲线 ：指定接触和安全距离分析结果的显示图形 ：当产品之间是接触关系，或者是在指定的安全距离以内时，分别地进行计算并显示成黄色和绿色三角形 注意：三角形显示可能会降低性能。 ：当产品之间是接触关系，或者是在指定的安全距离以内时，分别地进行计算并显示成黄色和绿色三角形
iNVENTOR运动仿真分析 第1章运动仿真 本章重点 应力分析的一般步骤 边界条件的创建 查看分析结果 报告的生成和分析 本章典型效果图 1.1机构模块简介 在进行机械设计时，建立模型后设计者往往需要通过虚拟的手段，在电脑上模拟所设计的机构，来达到在虚拟的环境中模拟现实机构运动的目的。对于提高设计效率降低成本有很大的作用。Pro/ engineer 中“机构”模块是专门用来进行运动仿真和动态分析的模块。 PROE的运动仿真与动态分析功能集成在“机构”模块中，包括Mechanism design（机械设计）和Mechanism dynamics（机械动态）两个方面的分析功能。 使用“机械设计”分析功能相当于进行机械运动仿真，使用“机械设计”分析功能来创建某种机构，定义特定运动副，创建能使其运动起来的伺服电动机，来实现机构的运动模拟。并可以观察并记录分析，
可以测量诸如位置、速度、加速度等运动特征，可以通过图形直观的显示这些测量量。也可创建轨迹曲线和运动包络，用物理方法描述运动。 使用“机械动态”分析功能可在机构上定义重力，力和力矩，弹簧，阻尼等等特征。可以设置机构的材料，密度等特征，使其更加接近现实中的结构，到达真实的模拟现实的目的。 如果单纯的研究机构的运动，而不涉及质量，重力等参数，只需要使用“机械设计”分析功能即可，即进行运动分析，如果还需要更进一步分析机构受重力，外界输入的力和力矩，阻尼等等的影响，则必须使用“机械设计”来进行静态分析，动态分析等等。 1.2总体界面及使用环境 在装配环境下定义机构的连接方式后，单击菜单栏菜单“应用程序”→“机构”，如图1-1所示。系统进入机构模块环境，呈现图1-2所示的机构模块主界面：菜单栏增加如图1-3所示的“机构”下拉菜单，模型树增加了如图1-4所示“机构”一项内容，窗口右边出现如图1-5所示的工具栏图标。下拉菜单的每一个选项与工具栏每一个图标相对应。用户既可以通过菜单选择进行相关操作。也可以直接点击快捷工具栏图标进行操作。 图1-1 由装配环境进入机构环境图 图1-2 机构模块下的主界面图
第２９卷第３期２００７年６月 西南石油大学学报 ＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｏｕｔｈｗｅｓｔＰｅｔｒｏｌｅｕｍＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ Ｖ０１．２９Ｎｏ．３ ｊｕｎ２００７ 文章编号：１０００—２６３４（２００７）０３—０１３３—０３ 三牙轮钻头３Ｄ运动仿真与分析４ 吴泽兵，高兴，章建 （西南石油大学机电工程学院，四川成都６１０５００） 摘要：在ＰＲＯ／Ｅｎｇｉｎｅｅｒ环境下创建牙轮、牙爪以及各个牙齿的模型，使用合理的连接将其装配并约束。然后在ＰＲＯ／Ｅｎｇｉｎｅｅｒ的Ｍｅｃｈａｎｉｓｍ模块中，对三牙轮钻头设置载荷、约束及边界条件，确定初始条件，模拟钻头运动（包括钻头转动、牙轮传动及钻头整体向下运动），测量并输出牙齿上某一点位移、速度、加速度及空间运动轨迹等数据。对比分析牙轮上各齿如背锥齿、外排齿及内排齿等所取点的各种数据，并对不同参数组合情况下输出进行了分析和对比，得到三牙轮钻头牙齿在钻进过程中各齿的运动状况，为钻头的几何设计和性能设计提供了丰富的、有用的信息，对牙齿破碎岩石的力学模型和坑的模型建立有着重要的意义。 关键词：三牙轮钻头；牙齿；ＰＲＯ／Ｅｎｇｉｎｅｅｒ；运动学；仿真 中图分类号：ＴＥ９２１文献标识码：Ａ 钻头体连同牙轮轴一起的基本运动是绕钻头体中心线的转动和沿其中心线的移动，牙轮的基本运动是绕运动着的牙轮轴线相对转动…。牙轮钻头运动学研究对象是钻头工作过程中，钻头各部分特别是牙齿的运动轨迹、速度和加速度。钻头钻进时，牙齿不仅要绕牙轮轴旋转，还要绕钻头轴线旋转。同时，牙齿在井底还有滑动，以及随钻头在垂直于井底平面方向的振动。由于钻头在井底的运动情况十分复杂，国内外有些学者仅在一些假设条件下对牙轮钻头的运动特点作了研究心，３１；有些学者仅对个别钻头或单齿圈牙轮片的运动状态进行了实验和理论研究，对目前设计、选择和使用钻头有一定指导意义Ｈ’５１。 本文首先产生了牙轮钻头实体（包括牙轮、牙齿和简化的牙爪），然后进行装配，最后导人ＰＲＯ／Ｅｎ． ｇｉｎｅｅｒＭｅｅｈａｎｉｃａ／Ｍｅｅｈａｎｉｓｍ模块进行运动分析。由于三牙轮井下运动的复杂性，本文只考虑基本运动： 牙轮的转动、钻头的转动以及钻头整体向下运动。 得到了运动体上任一点的位移、速度及加速度，也可 得到该点的空间运动轨迹。 １三牙轮钻头部件的三维实体造型本文所用到的三牙轮模型是在ＰＲＯ／ＥｎｇｉｎｅｅｒＷｉｌｄｆｉｌｅ中文版创建的，包括牙轮，牙爪和牙齿等各主要部件‘６。９３。 １．１牙轮、牙齿和牙爪的构建 首先获得牙轮的基本轮廓数据，从而可以得到牙轮的草绘界面，把这个截面绕牙轮中心线回转就是牙轮的三维轮廓模型。由于１＃牙轮最后一个齿圈只有一颗牙齿，这样１样牙轮的顶端就不关于牙轮中心线对称，所以必须单独处理这种特殊情况：先把１＃牙轮当回转体处理，再斜截掉顶端，然后在牙轮上钻齿孔和生成轴承孔。牙齿实体产生原理类似，本文所用到的牙齿模型共有三种：平头齿、边楔齿和勺形齿，如图１。至于牙爪，可以产生一个虚拟牙爪，如图２。 图１牙轮和牙齿实体图 １．２各组件间的装配 首先设置牙爪装配坐标系，作为装配基准，牙轮和牙爪的装配是运动仿真的关键环节。 ｝收稿日期：２００７一０１—２７ 基金项目：“石油天然气装备”省部共建教育部重点实验室（２００６ＳＴＳ０２）。 作者简介：吴泽兵（１９６７一），男（汉族），湖北公安人，教授，主要从事石油钻头的理论研究、产品设计工作。 万方数据
《机构运动仿真与动力分析课程大作业》 ADAMS 班级 T1113-5 姓名贺喆 学号 20110130506 湖北汽车工业学院机械工程系 2014年6月
目录 一、题目分析 (3) 二、工作原理 (3) 三、机构建模与仿真 (4) 3.1建模参数的确定 (4) 3.2模型建立 (4) 3.3机构运动特性 (6) 四、利用设计点对加速度进行优化 (7) 五、利用设计点对加速度进行优化 (12) 六、总结 (14)
基于ADAMS的牛头刨床大运动仿真分析 一、题目分析 中小型牛头刨床的主运动(见机床)大多采用曲柄摇杆机构(见曲柄滑块机构)传动，故滑枕的移动速度是不均匀的。大型牛头刨床多采用液压传动，滑枕基本上是匀速运动。滑枕的返回行程速度大于工作行程速度。由于采用单刃刨刀加工，且在滑枕回程时不切削，牛头刨床的生产率较低。机床的主参数是最大刨削长度。牛头刨床主要有普通牛头刨床、仿形牛头刨床和移动式牛头刨床等。普通牛头刨床(见图)由滑枕带着刨刀作水平直线住复运动，刀架可在垂直面内回转一个角度，并可手动进给，工作台带着工件作间歇的横向或垂直进给运动，常用于加工平面、沟槽和燕尾面等。仿形牛头刨床是在普通牛头刨床上增加一仿形机构，用于加工成形表面，如透平叶片。移动式牛头刨床的滑枕与滑座还能在床身(卧式)或立柱(立式)上移动，适用于刨削特大型工件的局部平面。 二、工作原理 六杆机构由摆动导杆机构1-2-3-4构成，由曲柄1作为原动件做圆周运动，
带动六杆机构运动。刨头右行 三、机构建模与仿真 3.1建模参数的确定 已知曲柄1做匀速圆周运动。转速为60r/min,LAC=380mm，LAB=110mm，LCD=540mm，LDE=0.25LCD，刨头行程为240mm，C点到工作平台的垂直距离为490mm。 3.2模型建立 1、创建点 在已知上述数据条件下，确定各关键点位置。打开ADAMS/view，用table editor功能输入如图一系列坐标 则在屏幕上得到一系列点 2、创建各连杆 选择按钮，设定宽度与深度为1，并将它们前面复选框勾上，在屏幕上选择point1与point2，建立曲柄。同理，再用，设置与前面相同，连接point3与point4，建立摇杆；连接point4与point5，完成连杆的建立。建立杆件，使其
基于MATLAB 的六自由度工业机器人运动分析及仿真 摘要： 以FANUC ARC mate100工业机器人为研究对象，对其机构和连杆参数进行分析，采用D-H 法对机器人进行正运动学和逆运动学分析，建立运动学方程。在MATLAB 环境下，运用机器人工具箱进行建模仿真，仿真结果证明了所建立的运动学正、逆解模型的合理性和正确性。 关键词:FANUC ARC mate100工业机器人; 运动学; MATLAB 建模仿真 1引言 工业机器人技术是在控制工程、人工智能、计算机科学和机构学等多种学科的基础上发展起来的一种综合性技术。经过多年的发展，该项技术已经取得了实质性的进步[1]。工业机器人的发展水平随着科技的进步和工业自动化的需求有了很大的提高，同时工业机器人技术也得到了进一步的完善。工业机器人的运动学分析主要是通过工业机器人各个连杆和机构参数，以确定末端执行器的位姿。工业机器人的运动学分析包括正运动学分析和逆运动学分析。 随着对焊接件要求的提高，弧焊等机器人的需求越来越多。本文就以FANUC ARC mate100机器人为研究对象，通过分析机构和连杆参数，运用D-H 参数法建立坐标系，求出连杆之间的位姿矩阵，建 立工业机器人运动学方程。并在MATLAB 环境下， 利用RoboticsToolbox 进行建模仿真。 2 FANUC ARC mate100 D-H 坐标系的建立mate100是FANUC 公司生产的6自由度工业机器人，包括底座、机身、臂、手腕和末端执行器，每个自由度对应一个旋转关节，如图1所示。 图1FANUC ARC mate 100机器人三维模型 DENAVIT 和HARTENBERG 于1955年提出了一种为关节链中的每一个杆件建立坐标系的矩阵方法，即D-H 参数法，在机器人运动学分析得到了广泛运用。采用这种方法建立坐标系: (1) Z i 轴沿关节i +1的轴线方向。 (2) X i 轴沿Z i-1和Z i 轴的公法线方向，且指向背离Z i-1轴的方向。 (3) Y i 轴的方向必须满足Y i = Z i *X i ，使坐标系为右手坐标系。 按照上述方法，建立坐标系如图 2 所示。 J 4 J 3 J 5 J 2 J 1 J 6
浅析机构运动仿真分析在机构设计中的作用#1 Designed 可用积分：-51 全部积分：141 等级：☆ 引言 传统机械设计总是先制定设计方案，然后再采用理论力学的方法计算其运动学或者动力学特性，而后再进行优化、强度分析及结构设计等。这个过程单就运动学或者动力学特性分析而言，要经过大量的理论分析及计算。本文作者以一汽集团的自卸车举升机构设计为例，采用UG软件的运动仿真功能来说明一种运动学或者动力学特性分析的新的设计方法。 1、介绍 机构运动仿真分析，可以实现机械工程中非常复杂、精确的机构运动分析，在实际制造前利用零件的三维数字模型进行机构运动仿真已成为现代CAD工程中的一个重要方向及课题。机构仿真分析所解决的问题有以下几点：位移、速度、加速度、力，解决零件间干涉、作用力、反作用力等问题。一般说，工程师首先将零件的三维模型建好，其次确定运动零件，并确定各运动零件之间的约束关系，最后利用特定分析软件进行机构分析，如ADAMS、ANSYS等。其中的关键环节为建立零件间约束关系及载荷定义，并求解。 UG软件是美国EDS公司推出的大型CAD/CAE/CAM软件，它的运动分析模块（UG Scenario）是一个模拟仿真分析的设计工具，它是ADAMS软件的一个子集。它既能进行运动学（Kinematic）分析，又能进行动力学（Dynamic）分析。典型步骤如下：首先将要分析的装配图存入一个Scenario文件，确定分析所需构件（LINKS），再建立构件之间的运动副（JOINTS），然后定义整个机构承受的载荷（FORCES），进行机构运动仿真，从中得出所分析的运动副处的位移、速度、加速度及力的数值及特性曲线，为下一步做有限元分析或作强度分析、结构设计、优化设计打下了基础。 本文引用的是一汽集团的一种F式自卸车举升机构，实质上是一个四连杆机构，如图1所示。动力部分是两构件之间的液压缸的推力相对于A、G铰支座产生的转矩。 这个机构运行过程的各种运动学及动力学参数运算方法非常复杂，采用手工计算或者采用计算机编程的方法解决的话，计算量都相当大。因此，要全新
w w w .j i x i e c u n .c o m 运动仿真 本章主要内容： z 运动仿真的工作界面 z 运动模型管理 z 连杆特性和运动副 z 机构载荷 z 运动分析 9.1 运动仿真的工作界面 本章主要介绍UG/CAE 模块中运动仿真的功能。运动仿真是UG/CAE （Computer Aided Engineering ）模块中的主要部分，它能对任何二维或三维机构进行复杂的运动学分析、动力分析和设计仿真。通过UG/Modeling 的功能建立一个三维实体模型，利用UG/Motion 的功能给三维实体模型的各个部件赋予一定的运动学特性，再在各个部件之间设立一定的连接关系既可建立一个运动仿真模型。UG/Motion 的功能可以对运动机构进行大量的装配分析工作、运动合理性分析工作，诸如干涉检查、轨迹包络等，得到大量运动机构的运动参数。通过对这个运动仿真模型进行运动学或动力学运动分析就可以验证该运动机构设计的合理性，并且可以利用图形输出各个部件的位移、坐标、加速度、速度和力的变化情况，对运动机构进行优化。 运动仿真功能的实现步骤为： 1．建立一个运动分析场景； 2．进行运动模型的构建，包括设置每个零件的连杆特性，设置两个连杆间的运动副和添加机构载荷； 3．进行运动参数的设置，提交运动仿真模型数据，同时进行运动仿真动画的输出和运动过程的控制； 4．运动分析结果的数据输出和表格、变化曲线输出，人为的进行机构运动特性的分析。 9.1.1 打开运动仿真主界面 在进行运动仿真之前，先要打开UG/Motion （运动仿真）的主界面。在UG 的主界面中选择菜单命令【Application 】→【Motion 】,如图9-1所示。