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。
图16-4 选择活塞销中心线及活塞孔中心线图16-5活塞销及活塞内凹孔的端面约束
图16-6将对话框中的偏移一栏改为3.75mm 图16-7 完成活塞及活塞销的约束
2. 设置连杆体与活塞销的运动连接
（1）点击“开始”选取“数字模型”中的“DMU Kinematics（数字模型运动）”模块，进入模型运动工作台，如图16-8所示。
图16-8 进入“DMU Kinematics”模块
（2）单击“DMU Kinematics（数字模型运动）”工具栏中的“Revolnte Joint(旋转铰)”
按钮右下方的箭头，出现“Kinematics Joint(运动饺)”工具栏，包括所有铰定义按钮，如图16-9所示。
图16-9 “Kinematics Joint(运动饺)”工具栏
（3）单击“Kinematics Joint(运动饺)”工具栏中的“Revolnte Joint(旋转铰)”按
钮，弹出“Joint Creation: Revolute(生成旋转铰)”对话框，如图16-10所示。
图16-10 “Joint Creation: Revolute(生成旋转铰)”对话框
（4）单击对话框中的“New Mechanism(新运动机构)“按钮弹出“Mechanism Creation(生成运动机构)”对话框，如图16-11所示。单击对话框中的“确定”按钮，按照对话框中的默认机构名称“Mechanism.1”生成新的运动机构。同时“Mechanism Creation(生成运动机构)”对话框被关闭，回到“Joint Creation:Revolute(生成旋转铰)”对话框。
（5）在连杆体零件中选择小孔中心线（注意这里选择的应是连杆体小孔中衬套的中心线，因为与活塞销进行运动接触的是衬套），在选择活塞销的中心线，如图16-12所示。在连杆体零件中选择小孔衬套的一个端面，在活塞组件中选择活塞销的一个端面，如图16-13所示，在“Joint Creation:Revolute(生成旋转铰)”对话框中点选“Centered(居中)”单选扭，然后选择小孔衬套和活塞销的另外一侧端面，如图16-14所示。此时“Joint Creation:Revolute(生成旋转铰)”对话框的各项内容如图16-15所示。单击对话框中的“确定”按钮，生成旋转铰。零件按铰配合在一起，同时在模型树中出现和铰的名称，如图16-16所示。
图16-11 “Mechanism Creation”对话框图16-12 选择衬套和活塞销中心线
图16-13 选择衬套和活塞销的一个端面
图16-14 选择衬套和活塞销的另一个端面
图16-15 “Joint Creation:Revolute(生成旋转铰)”对话框的各项内容
图16-16 模型树上出现机构和铰的名称
3.设置活塞销与活塞之间的运动连接
（1）实际中，活塞与活塞销之间为过盈配合，所以这里我们把活塞与活塞销之间定为刚性连接。单击“DMU Kinematics（数字模型运动）”工具栏中的“Revolnte Joint(旋转铰)”
按钮右下方的箭头，出现“Kinematics Joint(运动饺)”工具栏。
（2）单击“Rigid Joint(刚性连接)”按钮，弹出“Joint Creation:Rigid(生成刚性连接)”对话框，如图16-17所示。
图16-17 “Joint Creation:Rigid(生成刚性连接)”对话框
（3）在图形区上分别选择活塞销和活塞，“Joint Creation:Rigid(生成刚性连接)”对话框内容被更新，显示出所选择的零件名称，如图16-18所示。
图16-18 对话框显示出所选择的零件名称
（4）单击对话框中的“确定“按钮，生成刚性连接。零件刚性连接配合在一起。同时在模型树上出现刚性铰的名称。如图16-19所示。
图16-19 模型树上出现刚性铰的名称
4.设置连杆体与曲轴的运动连接
（1）单击“Kinematics Joint(运动饺)”工具栏中的“Revolnte Joint(旋转铰)”按
钮，弹出“Joint Creation: Revolute(生成旋转铰)”对话框，在连杆体零件中选择大孔中心线（注意这里选择的应是连杆体大孔中轴瓦的中心线，因为与曲轴进行运动接触的是轴瓦），在选择曲轴的第一段的中心线，如图16-20所示。在连杆体零件中选择大孔轴瓦的一个端面，在曲轴中选择曲轴第一段的一个端面，如图16-21所示，在“Joint Creation:Revolute(生成旋转铰)”对话框中点选“Centered(居中)”单选扭，然后选择大孔轴瓦和曲轴第一段的另外一侧端面，如图16-22所示。此时“Joint Creation:Revolute(生成旋转铰)”对话框的各项内容如图16-23所示。单击对话框中的“确定”按钮，生成旋转铰。零件按铰配合在一起，同时在模型树中出现旋转铰的名称，如图16-24所示。
图16-20 选择连杆体大孔中轴瓦的中心线与曲轴的第一段的中心线
图16-21 选择大孔中轴瓦的一个端面与曲轴第一段的一个端面
图16-22 选择大孔轴瓦和曲轴第一段的另外一侧端面
图16-23 “Joint Creation:Revolute(生成旋转铰)”对话框的各项内容
图16-24 在模型树中出现旋转铰的名称
（6）此时完成了曲轴与一个连杆体的运动连接，连接后的整体约束图如图16-25所示。
图16-25 整体部件的连接图
5.完成其余三组活塞、活塞销、连杆体及曲轴的运动连接
(1) 点击“开始”再次选取“机械设计”中的“装配件设计”，进入“装配件设计”模
块。点击“快速多实例化”按钮，然后在模型树上点击活塞零件，如图16-26所示。此时在零部件上有一个新的活塞零件生成，如图16-27所示。
图16-26 在模型树上点击活塞零件体图16-27 新的活塞零件生成
（2）按照（1）中的快速生成实体的方法分别生成新的活塞销与连杆体零件，生成后的零件如图16-28，同时在模型树上出现新的零件体，如图16-29所示。
图16-28 生成新的活塞销与连杆体零件图16-29 模型树上出现新的零件体
（3）由于零件体重合在一起，点击“分解”按钮，出现“分解”对话框，在模型树上点击Product.1,然后点击“确定”按钮。这时会出现警告对话框，继续点击“确定”按钮，完成重合零部件体的分解。
（4）由于先前已完成对第一组活塞、活塞销、连杆体及曲轴的运动关系的连接，第一
组零部件间存在约束，点击“全部更新”按钮后，它们又恢复到先前的位置关系，但第二组零件被分离开来，如图16-30所示。
图16-30 分离更新后的效果图
（5））点击“约束”工具栏中的“相合约束”图标，分别选择新生成的活塞销中
心线及活塞孔中心线，如图16-31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16-32所示，此时出现“约束
属性”对话框，如图16-33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16-34所示。自此完成添加新零部件的工作，如图16-35所示。
图16-31选择活塞销中心线及活塞孔中心线图16-32活塞销及活塞内凹孔的端面约束
图16-33将对话框中的偏移一栏改为3.75mm 图16-34完成活塞及活塞销的约束
图16-35 完成添加新零部件的工作
（6）点击“开始”选取“数字模型”中的“DMU Kinematics（数字模型运动）”模块，再次进入模型运动工作台。按照前面介绍过的同样的方法将第二组活塞、活塞销、连杆体及曲轴组件进行运动连接。连接后的整体效果图如图16-36所示。模型树上出现新的运动连接铰的名称如图16-37所示。
图16-36 连接第二组组件后的效果图
图16-37 模型树上的新增运动连接名称
（7）点击“开始”再次选取“机械设计”中的“装配件设计”，进入“装配件设计”模
块。点击“快速多实例化”按钮，按照增加第二组活塞、活塞销、连杆体组件的方法
完成第三、四组组件的增加，并利用“分解”功能，将位置重合的零部件分解开来，
然后对分别对第三、四活塞与活塞销进行约束，最后用“全部更新”功能，完成第三、四组活塞与活塞销之间的约束更新，如图16-38所示。此时模型树上出现新的零部件名称，如图16-39所示。
图16-38 完成第三、四组组件的增加并对新增活塞及活塞销进行约束
图16-39 模型树上出现新的零部件名称
（8）点击“开始”选取“数字模型”中的“DMU Kinematics（数字模型运动）”模块，再次进入模型运动工作台。同样，按照前面介绍的对第三、四组活塞、活塞销、连杆体及曲轴进行运动连接，完成连接后的效果图如图16-40所示。同时模型树上出现新的运动连接铰，如图16-41所示。
图16-40 完成连接后的效果图
图16-41 模型树上出现新的运动连接铰
16.1.2 创建简易缸套机座
1.插入新零件
（1）点击CATIA的菜单栏中的“插入”，在其子菜单中选择“新增零部件”，如图16-42所示。
（2）在模型树上单击“Product.1”,，这样会在装配图中插入一个新零件。单击“Product.1”后，会出现一个“新零部件:原点”对话框，如图16-43所示，提示使用者如何定义新零件的原点。
（3）单击对话框中的“是”按钮，定义新零件的原点与组件的原点重合。此时在装配件的模型树上将出现一个新零件“Part1(part1.1)”。如图16-44所示。
图16-42选择“新增零部件”图16-43 “新零部件:原点”对话框
图16-44 新零部件“Part1(part1.1)”
（4）右键点击模型树上的“Part1(part1.1)”，在出现的子菜单中选择属性，如图16-45所示。此时会出现“属性”对话框，在“实例名称”一栏将“part1.1”修改为“缸套机座”点击“确定”按钮，完成产品实例名称的修改,如图16-46所示。此时模型树上的新增零部件的名称“Part1(part1.1)变成“Part1(缸套机座)”。
图16-45 在子菜单中选择属性
图16-46 修改“属性对话框”中“实例名称”的内容
2.绘制机座零件草图
（1）将模型树上中Part1零件的元素展开，双击该零件的名称“Part1”,如图16-48所示，这样可以直接由“数字模型工作台”转到“零部件设计工作台”。
（2）选择曲轴带有键槽一端的端面，如图16-47所示，在“草图编辑器”工具栏中单
击“Sketcher(草图)”按钮，进入草图设计工作台。
图16-48 双击零件名称“Part1”图16-47 选择曲轴带有键槽一端的端面
（3）单击“操作”工具栏中的“Project 3d element(投影三维元素)”按钮，然后选择曲轴带有键槽一端的端面，将其投影为一个圆形草图，如图16-48所示。然后点击“圆”
，在草图上画一个圆，如图16-49，点击“约束”，再点击刚才画的圆，此时圆的尺寸被约束住，双击尺寸数字，弹出“约束定义”对话框，将直径改为“80mm”, 如图16-50
所示，按住“Ctrl”键，点击投影圆和刚才绘制的圆，再点击“约束定义”按钮，弹出“约束定义”对话框，如图16-51所示，将同心一栏选上，然后点击“确定”按钮。完成
草图绘制，如图16-52所示。
图16-48 三维投影草图图16-49 画一个圆
图16-50 修改直径图16-51 “约束定义”对话框
图16-52约束完成后的草图
（4）单击“工作台”工具栏中的“Exit Workbench(推出工作台)”按钮，重新进
入“零部件设计工作台”。
3. 拉伸生成机座零件
（1）单击“给予草图的特征”工具栏中的”Pad（拉伸）”按钮，弹出“Pad Definition(拉伸定义)”对话框，如图16-53所示，将长度一栏改为“40mm”,在轮廓曲面一栏选择刚才绘制的草图，然后点击确定，完成实体的拉伸。
（2）为了区别机座实体，将机座实体更改颜色。在模型树上右键点击“Part1(缸套机座)，在出现的子菜单中点击“属性”弹出属性对话框，点击图形一栏，将颜色改为黄色，如图16-54，然后点击“确定”。这样就将机座实体与曲轴零件区别开来。
图16-53 “凸台定义”对话框
图16-54 将颜色改为黄色
4.绘制缸套零件草图
（1）点击“基准平面”图标，再点击第一组活塞的上表面，如图16-55所示，弹出“基准平面定义”对话框，将偏移一栏数据改为“0mm”,如图16-56所示,点击确定完成基准平面的建立。建立后的基准平面如图16-57所示。
图16-55 选择活塞上表面图16-56 “基准平面定义”对话框
图16-57 建立的基准平面
（2）点击新建的基准平面，在“草图编辑器”工具栏中单击“Sketcher(草图)”按钮，进入草图设计工作台。
（3）单击草图工具中的“虚线”图标，此时该图标变成红色。接着单击“操作”工具栏中的“Project 3d element(投影三维元素)”按钮，然后选择活塞上表面，将其投影到草图设计平面上，如图16-58所示。接着再次单击“虚线”图标，图标恢复
车辆动力学主要仿真软件 I960年，美国通用汽车公司研制了动力学软件DYNA主要解决多自由度 无约束的机械系统的动力学问题，进行车辆的“质量一弹簧一阻尼”模型分析。作为第一代计算机辅助设计系统的代表，对于解决具有约束的机械系统的动力学问题，工作量依然巨大，而且没有提供求解静力学和运动学问题的简便形式。 随着多体动力学的谨生和发展，机械系统运动学和动力学软件同时得到了迅速的发展。1973年，美国密西根大学的N.Orlandeo和，研制的ADAM 软件，能够简单分析二维和三维、开环或闭环机构的运动学、动力学问题，侧重于解决复杂系统的动力学问题，并应用GEAR刚性积分算法，采用稀疏矩阵技术提高计算效率° 1977年，美国Iowa大学在，研究了广义坐标分类、奇异值分解等算法并编制了DADS软件，能够顺利解决柔性体、反馈元件的空间机构运动学和动力学问题。随后，人们在机械系统动力学、运动学的分析软件中加入了一些功能模块，使其可以包含柔性体、控制器等特殊元件的机械系统。 德国航天局DLF早在20世纪70年代，Willi Kort tm教授领导的团队就开始从事MBS软件的开发，先后使用的MBS软件有Fadyna (1977)、MEDYNA1984),以及最终享誉业界的SIMPAC( 1990).随着计算机硬件和数值积分技术的迅速发展，以及欧洲航空航天事业需求的增长，DLR决定停止开发基于频域求解技术的MED YN软件，并致力于基于时域数值积分技术的发展。1985年由DLR开发的相对坐标系递归算法的SIMPACI软件问世，并很快应用到欧洲航空航天工业，掀起了多体动力学领域的一次算法革命。 同时，DLR首次在SIMPAC嗽件中将多刚体动力学和有限元分析技术结合起来，开创了多体系统动力学由多刚体向刚柔混合系统的发展。另外，由于SIMPACI算法技术的优势，成功地将控制系统和多体计算技术结合起来，发
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
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。
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)
国防科学技术大学 硕士学位论文 仿人机器人运动学和动力学分析 姓名：王建文 申请学位级别：硕士 专业：模式识别与智能系统 指导教师：马宏绪 20031101
能力；目前，ＡＳＩＭＯ代表着仿人机器人研究的最高水平，见图卜２。２０００年，索尼公司也推出了自己研制的仿人机器人ＳＤＲ一３Ｘ，２００２年又研制出了ＳＤＲ一４Ｘ，见图卜３。日本东京大学也一直在进行仿人机器人的研究，与Ｋａｗａｄａ工学院合作相继研制成功了Ｈ５、Ｈ６和Ｈ７仿人机器人，其中Ｈ６机器人高１．３７米，体重５５公斤，具有３５个自由度，目前正在开发名为Ｉｓａｍｕ的新一代仿人机器人，其身高１．５米，体重５５公斤，具有３２个自由度。日本科学技术振兴机构也在从事ＰＩＮＯ机器人的研究，ＰＩＮＯ高０．７５米，采用２９个电机驱动，见图卜４。日本Ｗａｓｅｄａ大学一直在从事仿人机器人研究计划，研制的ｗＬ系列仿人机器人和ＷＥＮＤＹ机器人在机器人界有很大的影响，至今已投入１００多万美元，仍在研究之中。Ｔｏｈｏｋｕ大学研制的Ｓａｉｋａ３机器人高１．２７米，重４７公斤，具有３０个自由度。美国的ＭＩＴ和剑桥马萨诸塞技术学院等单位也一直在从事仿人机器人研究。德国、英国和韩国等也有很多单位在进行类似的研究。 图卜１Ｐ２机器人图卜２ＡＳＩＭＯ机器人图１．３ＳＤＲ－４Ｘ机器人图１－４ＰＩＮＯ机器人 图卜５第一代机器人图ｌ－６第二代机器人图１．７第三代机器人图１—８第四代机器人 在国家“８６３”高技术计划和自然科学基金的资助下，国内也开展了仿人机器人的研究工作。目前，国内主要有国防科技大学、哈尔滨工业大学和北京理工大学等单位从事仿人机器人的研究。国防科技大学机器人实验室研制机器人已有１０余年的历史，该实验室在这期间分四阶段推出了四代机器人，其中，２０００年底推出的仿人机器入一“先行者”一是国内第一台仿人机器人。２００３年６月，又成功研制了一台具有新型机械结构和运动特性的仿人机器人，这台机器人身高１．５５米，体重６３．５公斤，共有３６个自由度，脚踝有力 第２页
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/f612047712.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！
《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
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)
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。 标准分享网 https://www.doczj.com/doc/f612047712.html, 免费下载
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
MECHANICAL ENGINEER 机械工程师 管道机器人运动学分析与变径机构仿真 史继新1a，1b，刘芙蓉1a，1b，胡啸2，袁显宝1a，1b，陈保家1a，1b，李响1a，1b （1.三峡大学 a.湖北省水电机械设备设计与维护重点实验室；b.机械与动力学院，湖北宜昌443002；2.中核武汉核电运行技 术股份有限公司，武汉430223） 摘要：基于对核电站压力容器和主管道接管内部检查的需要，研发了一种多履带可变径式管道检查机器人。分析机器人四种不同的运动情况，得出机器人履带轮角速度和机器人在管道内旋转速度及行走线速度的函数，建立了机器人在管道内的运动学模型。针对机器人可变径机构，建立力学模型，得出变径机构中弹簧的理论数据，并运用Inventor运动仿真分析验证了其合理性。 关键词：管道机器人；运动学模型；变径机构；Inventor运动仿真 中图分类号:TP242.3;TH122文献标志码:粤文章编号：员园园圆原圆猿猿猿（圆园员9）04原园014原园3 Kinematics Analysis and Variable Diameter Mechanism Simulation of Pipeline Robot SHI Jixin1a，1b,LIU Furong1a，1b,HU Xiao2,YUAN Xianbao1a，1b,CHEN Baojia1a，1b,LI Xiang1a，1b (1.China Three Gorges University a.Hubei Key Laboratory of Hydroelectric Machinery Design&Maintenance;b.College of Mechanical and Power Engineering,Yichang443002,China;2.China Nuclear Power Operation Technology Co.,Ltd.,Wuhan430223,China) Abstract院Based on the need for internal inspection of nuclear power plant pressure vessels and main pipelines,a multi-track variable-diameter pipeline inspection robot is developed.The four different motions of the robot are analyzed,and the angular velocity of the robot crawler wheel and the rotation speed of the robot in the pipeline and the traveling linear velocity are obtained.The kinematics model of the robot in the pipeline is established.For the robot variable diameter mechanism,the mechanical model is established,the theoretical data of the spring in the variable diameter mechanism is calculated,and the rationality is verified by Inventor motion simulation analysis. Keywords:pipeline robot;kinematics model;variable diameter mechanism;Inventor motion simulation 0引言 随着核电厂运行时间的增加，各种规格管道内表面可能会出现一些问题需要实施检查与维修。因这些部位处于强辐射区，人员无法直接实施这些工作，必须开发具有行走功能的管道机器人携带摄像头完成核电厂管道检查工作。目前，发达国家对于管道机器人的研究处于领先地位[1]：德国ECA公司研制出一系列管道爬行机器人，在满足多尺寸规格管道的前提下，能搭载多种检测工具，其检查的管道范围从150耀2000mm；日本东京工业大学研制出Thes系列管道机器人[2]；韩国汉城汉阳大学研制出双模块协作管道检测机器人[3]。中国在管道检查机器人领域起步较晚，北京德朗检视科技有限公司研发的DNC100、DNC150等管道爬行器，已在核电领域中得到运用；东华大学研制除了自主变位履带足管道机器人[4]；上海交通大学针对煤气管道的检测，研制出煤气管道检测机器人样机[5]。 针对目前国内外传统机器人在面对垂直、微小、复杂管时，存在通行性能差、稳定性弱、牵引力不足等缺点。本项目所研制的多履带可变径式管道检查机器人，在机器人的机械结构、移动方式等方面做出改进，能适应150耀160mm管径的管道内部运动，分析了其管道内部运动的运动学模型和变径机构的力学模型，并针对变径机构进行了仿真分析，验证设计的合理性。 1管道检查机器人整体结构设计 为了满足核电厂管道内部检查的需要，机器人必须具备三项基本能力：1）机器人的速度调节能力；2）机器人的转向能力；3） 析， 构设计，如图1 道机器人具有三组履带轮， 很好的夹紧力。 立的电动机控制， 每组履带轮的独立运动， 节不同电动机的转速来使机器人顺利通过弯管。履带轮和主体之间的连杆机构配上弹簧的特性使机器人具有很好的管道适应能力，可以适应150耀160mm管道直径的运动。2运动学分析 机器人每组履带轮的角速度决定机器人整体的运动情况，因此本节根据机器人履带轮角速度和机器人整体运动情况的函数关系建立运动学模型。该模型的坐标系、关节变量和参数如图2所示。XY Z表示全局坐标参考系，并且xyz表示附接到管线检查机器人的中心的局部坐标系;i、j 和k是局部坐标系的单位矢量。无论机器人如何移动，x轴 图1管道机器人 三维模型 1.履带轮组 2.变径机构 3.主体 3 2 1 基金项目：国家自然科学基金（11805112）；湖北省教育厅 科学技术研究计划重点项目（D2*******）；湖北省水电机械 设备设计与维护重点实验室开放基金项目(2016KJX15、 2017KJX04) 14 圆园员9年第4期网址：https://www.doczj.com/doc/f612047712.html,电邮：hrbengineer@https://www.doczj.com/doc/f612047712.html,
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。
运动学、静力学、动力学概念 运动学 运动学是理论力学的一个分支学科，它是运用几何学的方法来研究物体的运动，通常不考虑力和质量等因素的影响。至于物体的运动和力的关系，则是动力学的研究课题。 用几何方法描述物体的运动必须确定一个参照系，因此，单纯从运动学的观点看，对任何运动的描述都是相对的。这里，运动的相对性是指经典力学范畴内的，即在不同的参照系中时间和空间的量度相同，和参照系的运动无关。不过当物体的速度接近光速时，时间和空间的量度就同参照系有关了。这里的“运动”指机械运动，即物体位置的改变；所谓“从几何的角度”是指不涉及物体本身的物理性质(如质量等)和加在物体上的力。 运动学主要研究点和刚体的运动规律。点是指没有大小和质量、在空间占据一定位置的几何点。刚体是没有质量、不变形、但有一定形状、占据空间一定位置的形体。运动学包括点的运动学和刚体运动学两部分。掌握了这两类运动，才可能进一步研究变形体(弹性体、流体等)的运动。 在变形体研究中，须把物体中微团的刚性位移和应变分开。点的运动学研究点的运动方程、轨迹、位移、速度、加速度等运动特征，这些都随所选的参考系不同而异；而刚体运动学还要研究刚体本身的转动过程、角速度、角加速度等更复杂些的运动特征。刚体运动按运动的特性又可分为：刚体的平动、刚体定轴转动、刚体平面运动、刚体定点转动和刚体一般运动。 运动学为动力学、机械原理(机械学)提供理论基础，也包含有自然科学和工程技术很多学科所必需的基本知识。 运动学的发展历史 运动学在发展的初期，从属于动力学，随着动力学而发展。古代，人们通过对地面物体和天体运动的观察，逐渐形成了物体在空间中位置的变化和时间的概念。中国战国时期在《墨经》中已有关于运动和时间先后的描述。亚里士多德在《物理学》中讨论了落体运动和圆运动，已有了速度的概念。
车辆动力学主要仿真软件 1960年，美国通用汽车公司研制了动力学软件DYNA，主要解决多自由度无约束的机械系统的动力学问题，进行车辆的“质量－弹簧－阻尼”模型分析。作为第一代计算机辅助设计系统的代表，对于解决具有约束的机械系统的动力学问题，工作量依然巨大，而且没有提供求解静力学和运动学问题的简便形式。 随着多体动力学的诞生和发展，机械系统运动学和动力学软件同时得到了迅速的发展。1973年,美国密西根大学的N.Orlandeo和，研制的ADAMS软件，能够简单分析二维和三维、开环或闭环机构的运动学、动力学问题，侧重于解决复杂系统的动力学问题，并应用GEAR 刚性积分算法，采用稀疏矩阵技术提高计算效率。1977年,美国Iowa 大学在，研究了广义坐标分类、奇异值分解等算法并编制了DADS软件，能够顺利解决柔性体、反馈元件的空间机构运动学和动力学问题。随后，人们在机械系统动力学、运动学的分析软件中加入了一些功能模块，使其可以包含柔性体、控制器等特殊元件的机械系统。 德国航天局DLR早在20世纪70年代，Willi Kortüm教授领导的团队就开始从事MBS软件的开发，先后使用的MBS软件有Fadyna （1977）、MEDYNA（1984），以及最终享誉业界的SIMPACK（1990）.随着计算机硬件和数值积分技术的迅速发展，以及欧洲航空航天事业需求的增长，DLR决定停止开发基于频域求解技术的MEDYNA软件，并致力于基于时域数值积分技术的发展。1985年由DLR开发的相对坐标系递归算法的SIMPACK软件问世，并很快应用到欧洲航空航天工业，掀起了多体动力学领域的一次算法革命。 同时，DLR首次在SIMPACK软件中将多刚体动力学和有限元分析技术结合起来，开创了多体系统动力学由多刚体向刚柔混合系统的发展。另外，由于SIMPACK算法技术的优势，成功地将控制系统和多体
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
《运动学与动力学仿真》实验指导书适用专业：机械电子工程 上海电机学院 2014年10月
实验一虚拟样机几何建模 一、实验目的 1、了解虚拟样机建模的目的 2、掌握利用Adams/View 进行几何体建模的方法，熟悉典型几何体的建模命令和相关的属性调整方法 二、实验要求 实验前预习相关知识和实验内容。 三、实验原理 Adams/view 中的几何建模工具集如图1所示。 图1 几何建模工具集 调用几何建模工具通常有两种方法：使用主工具箱上的建模工具集选择工具图标，或通过菜单选择几何建模工具命令。 使用主工具箱建模方法： 1）在主工具箱中，用鼠标右键选择上部的几何建模按钮，屏幕弹出如图1所示的几何建模工具集； 2）用鼠标选择相应的建模工具集的图标； 3）在参数设置对话框，修改参数值。 4）按照屏幕下方状态栏的提示，绘制几何图形。
图形 图2 基本形体图库 四、实验设备 机房，adams软件 五、实验步骤 1）在几何建模工具集中选取所要建的三维实体建模工具图标； 2）在参数设置栏，设置所建立的几何体是新构件(New Part)、添加到现有构件(Add to Part)还是添加到地基上(On Ground); 3）在参数设置栏，选择输入有个尺寸参数。 4）按照屏幕下方状态栏的提示，用鼠标确定起始绘图点； 5）按住鼠标左键，拖动鼠标，屏幕出现所绘图形。可以在参数设置栏设置形体的尺寸； 6）释放鼠标，完成简单形体建模，绘图结束点定义了几何体的方向和部分形体。 六、实验注意事项 无 七、实验报告要求 1、根据原理和要求画出2个基本的形体
实验二约束类型及工具 一、实验目的 1. 了解运动学与动力学分析中常用的约束类型 2. 掌握 Adams/View中添加运动约束的方法 二、实验要求 实验前预习相关知识和实验内容 三、实验原理 ADANMS/View提供了12种常用的运动副工具。作用：可以将两个构件连接起来。条件：被连接的构件可以是刚体构件、柔性构件或者是点质量。常用运动副如图1所示。 图1 常用的运动副 1）在连接工具集或者在连接对话框，选择连接工具图标。
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