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车门玻璃运动优化及仿真分析
高大威;肖丹;黄星星
【期刊名称】《机械设计与制造》
【年(卷),期】2017(000)012
【摘要】基于鼓形面拟合双曲率车门玻璃的原理,提出了基于双曲率玻璃参数化模型的优化方法;结合梯度算法优化得出最佳的鼓轴位置以及最优的鼓形面,并模拟出鼓形双曲率玻璃在导轨中的运动,优化后玻璃的拟合及运动误差都控制在0.5mm 以内,满足工程设计要求.针对鼓形双曲率玻璃的复杂运动轨迹,传统的二维摩擦作用建模已经无法满足空间约束下的运动阻力分析;利用非线性弹簧模拟车窗密封系统非线性夹持约束,建立车窗密封系统仿真模型,提取升降摩擦力,为后续优化设计提供参考.
【总页数】5页(P7-10,13)
【作者】高大威;肖丹;黄星星
【作者单位】上海理工大学机械工程学院,上海200093;上海理工大学机械工程学院,上海200093;上海理工大学机械工程学院,上海200093
【正文语种】中文
【中图分类】TH16;U463.9
【相关文献】
1.三维编织机运动仿真分析及其轨道优化设计 [J], 刘宜胜;徐海亮;吴震宇;袁嫣红
2.六足机器人机构优化设计及运动仿真分析 [J], 王贵敏
3.赛车悬架运动学仿真分析及优化 [J], 崔传真;王栢成;潘腾远
4.基于数值优化的柱状铸件通用机械手爪设计及其运动仿真分析 [J], 刘俊;杨新志;王云锋
5.基于MATLAB的4YF-1300型大方捆打捆机喂入机构运动仿真分析与优化 [J], 王海超;孙小添;刘瑜;裴志永;郭根胜
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基于ADAMS的机械四连杆机构运动仿真分析机械四连杆机构是一种常用的机构形式，它广泛应用于各种机械设备中，如汽车发动机、机床、机器人和机械手等。
本文基于ADAMS软件，对机械四连杆机构进行运动仿真分析，并对仿真结果进行分析和讨论。
一、ADAMS软件介绍ADAMS是一款专门用于多体动力学仿真分析的商业软件，它可以用来仿真各种机械系统的动力学特性，包括车辆、飞机、机器人以及各种机械机构等，还可以分析机构的运动轨迹、速度、加速度、力矩等参数。
在本文中，我们将利用ADAMS软件对机械四连杆机构进行仿真分析，探究机构的运动规律和特性。
二、机械四连杆机构的结构和运动特性机械四连杆机构由四个连杆组成，其中两个连杆为机构的输入和输出轴，另外两个连杆则起到连接作用。
机构的结构如图1所示。
图1 机械四连杆机构结构示意图机械四连杆机构的运动特性与其连杆长度、角度以及连接方式等因素密切相关，下面我们将对机构的运动特性进行详细的分析。
1. 运动自由度机械四连杆机构的运动自由度为1，即只有一维平动或旋转方向。
2. 平衡性机械四连杆机构具有良好的平衡性，可以在很大程度上减小机构的惯性力，提高机构的稳定性。
3. 运动规律机械四连杆机构的运动规律比较复杂，难以用解析方法进行求解。
通常采用动力学仿真和实验方法，对机构的运动规律进行研究和分析。
为了探究机械四连杆机构的运动规律和特性，我们利用ADAMS软件对机构进行仿真分析。
仿真模型如图2所示。
在仿真过程中，我们可以通过改变机构的输入参数，如连杆长度、连杆角度等，来观察机构的运动规律和特性。
下面我们将举例说明。
1. 连杆长度变化时机构的运动规律改变机构的输入连杆长度，可以观察到机构的运动规律发生了显著的变化。
当输入连杆长度L1=100mm、L2=200mm时，机构的运动规律如图3所示。
图3 机构运动规律图（L1=100mm、L2=200mm）从图3中可以看出，当输入连杆开始旋转时，机构的输出连杆也随之旋转，但是旋转速度比输入连杆慢，这是由于机构的连杆长度不同，导致机构的角度运动不同所致。
基于生物力学的人体运动分析与仿真技术研究人体运动是生物力学研究领域的重要内容之一。
通过对人体运动的分析，可以揭示人体运动的特征和规律，进而为体育训练、康复医学和人机交互等领域提供理论基础和技术支持。
而人体运动的仿真技术，则能够在虚拟环境中模拟和重现人体运动的过程，为研究和应用提供更多可能性。
一、生物力学与人体运动分析生物力学作为一门交叉学科，研究的是生物体在力学作用下的运动和力学特性。
而人体运动分析则是将生物力学理论应用于人体运动研究中的一个重要分支。
通过对人体运动的观测、采样和测量，结合生物力学的理论分析方法，可以获得人体姿态、关节运动轨迹、肌肉力量等参数。
这些参数的分析将使我们能更好地了解人体运动的特征和规律，从而指导运动训练和康复计划的制定。
在现代人体运动分析中，运动捕捉技术是一个重要的工具。
运动捕捉系统利用传感器和相机等装置，采集和记录人体运动的数据。
通过对数据的分析和处理，可以还原出运动的过程和结果。
运动捕捉技术已广泛应用于运动科学、电影动画和虚拟现实等领域，为人体运动分析提供了高效而精准的手段。
二、生物力学仿真技术与人体运动研究生物力学仿真技术是指利用计算机模拟和虚拟现实技术，实现人体运动的仿真和模拟。
通过建立人体模型和仿真环境，将人体运动的特征和规律还原到计算机中，可以实现对人体运动过程的模拟和重现。
生物力学仿真技术可以帮助研究人员更加直观地观察和理解人体运动，为研究人员提供一个安全、可控且可复制的研究环境。
在现代仿真技术中，基于物理引擎的仿真是较为常见的方法之一。
通过对人体的质量、刚体连杆和关节结构等参数进行建模，并结合马尔可夫模型和运动学原理，就可以在计算机中还原人体运动的过程。
这种仿真技术不仅可以模拟人体运动的外观，还可以分析人体运动的力学特性，如滑动摩擦、关节力矩等。
基于物理引擎的仿真技术广泛应用于动画制作、虚拟现实和游戏开发等领域。
此外，机器学习和神经网络等人工智能技术也为人体运动的仿真研究提供了新的思路。
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.程序会CAD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。
六连杆铰链机构的运动仿真分析运用CATIA DMU运动仿真模块对六连杆铰链机构进行运动仿真，分析六连杆铰链机构的运动特性。
根据分析结论，对六连杆铰链机构进行改善设计。
标签：CATIA DMU；六连杆铰链；运动仿真六连杆铰链因其结构强度高，占用空间小、开启角度大等优点被广泛应用于大型客车的侧围行李舱门上。
如图1所示为六连杆铰链的基本结构：支座AB（可视为杆AB），杆AC，杆CD，杆EF，杆BE，支座DF（可视为杆DF）通过7个转动副（A、B、C、D、E、F、O）组合成一个统一的整体。
其中杆CD通过转动副O与杆BE连结，孔G为气弹簧固定点。
支座AB固定在车身上，侧围行李舱门锁付于支座DF上。
由于六连杆铰链输出的是六根连杆的组合运动，其运动特性比较复杂，单靠二维CAD绘图很难绘制出其完整的运动轨迹，从而无法对侧舱门的运动过程进行完整的校核。
而CATIA DMU运动机构模块[1]提供了一个非常直观的分析工具。
应用该模块，我们能对运动机构进行运动仿真，能绘制指定机构的运动轨迹，还能测量指定位置的速度、加速度等运动参数。
通过模拟运动过程，我们可以更加直观、准确的对侧舱门进行运动校核，防止干涉的产生。
1 运动仿真分析1.1 建立仿真模型切换到CATIA DMU运动机构模块，对六连杆机构的7个转动销轴添加转动副[2]。
由于支座AB与车身相连接，因此对支座AB添加一个固定副，由此来观察其余杆的运动特性。
正常情况下，六连杆机构运动的驱动外力是由锁付于G 点的气弹簧提供。
模拟时，可把杆AC当成驱动构件，因此对杆AC施加一个转动命令。
至此，仿真模型建立完成。
因为仓门锁付于支座DF上，与其相对静止，运动状况一致，因此仿真时对支座DF的运动状况进行分析并进行轨迹绘制。
通常仓门的开启角度达到120度[3]时（与铅垂面夹角）即可满足存取货物的需求，因此，对支座DF在0到120时的运动状况进行仿真分析，如图3所示。
1.2 运动分析2 结论验证及运用初步分析完六连杆铰链机构的运动特性，还需将铰链装配到整车环境下进行验证结论是否正确。
1平面连杆机构的运动分析1。
1 机构运动分析的任务、目的和方法曲柄摇杆机构是平面连杆机构中最基本的由转动副组成的四杆机构，它可以用来实现转动和摆动之间运动形式的转换或传递动力。
对四杆机构进行运动分析的意义是:在机构尺寸参数已知的情况下，假定主动件（曲柄)做匀速转动，撇开力的作用,仅从运动几何关系上分析从动件(连杆、摇杆）的角位移、角速度、角加速度等运动参数的变化情况。
还可以根据机构闭环矢量方程计算从动件的位移偏差。
上述这些内容，无论是设计新的机械，还是为了了解现有机械的运动性能，都是十分必要的，而且它还是研究机械运动性能和动力性能提供必要的依据.机构运动分析的方法很多，主要有图解法和解析法。
当需要简捷直观地了解机构的某个或某几个位置的运动特性时,采用图解法比较方便，而且精度也能满足实际问题的要求。
而当需要精确地知道或要了解机构在整个运动循环过程中的运动特性时,采用解析法并借助计算机，不仅可获得很高的计算精度及一系列位置的分析结果，并能绘制机构相应的运动线图，同时还可以把机构分析和机构综合问题联系起来，以便于机构的优化设计.1。
2 机构的工作原理在平面四杆机构中，其具有曲柄的条件为:a.各杆的长度应满足杆长条件，即：最短杆长度+最长杆长度≤其余两杆长度之和。
b。
组成该周转副的两杆中必有一杆为最短杆,且其最短杆为连架杆或机架（当最短杆为连架杆时,四杆机构为曲柄摇杆机构;当最短杆为机架时，则为双曲柄机构）。
在如下图1所示的曲柄摇杆机构中，构件AB为曲柄,则B点应能通过曲柄与连杆两次共线的位置。
1.3 机构的数学模型的建立1。
3。
1建立机构的闭环矢量位置方程在用矢量法建立机构的位置方程时,需将构件用矢量来表示，并作出机构的封闭矢量多边形。
如图1所示,先建立一直角坐标系.设各构件的长度分别为L1 、L2 、L3 、L4 ，其方位角为、、、.以各杆矢量组成一个封闭矢量多边形，即ABCDA。
其个矢量之和必等于零。
一架飞机有大小十几个舱门，包含登机门、服务门、货舱门、应急门等。
舱门结构设计复杂，连杆、铰链数量众多，机构运动过程多阶段，运动关系复杂多变。
由于舱门上的机构运动关系复杂，如何将这些舱门安装到位一直是飞机装配的一个难点。
为了理清舱门各个机构运动的原理，指导现场工艺人员更好地进行工艺分析，采用CATIA的DMU模块对舱门进行运动机构仿真分析。
通过虚拟仿真技术的研究应用，验证舱门机构运动，找出机构中的可调节量，能指导工人现场安装调试，确保安装的顺利进行，缩短研制及安装周期。
民用飞机舱门结构特点分析民用飞机舱门：指民用飞机上带铰链机构，供人员进出或作为舱段主要维护通道的开口。
完整的舱门包含的主要功能有：开关功能、应急开启功能、安全性功能、滑体预位功能、指示功能、辅助功能等。
民用飞机舱门结构一般采用金属材料。
由于结构厚度较高，没有内蒙皮，采用连接角片连接横纵梁，采用预变形设计，飞行中正常飞行压差下为30% 压缩量，以保证良好的密封性能。
舱门结构方式主要有2种：外翻式打开方式与抛放式打开方式。
外翻式，如ARJ的货舱门、大客的应急门等，重力方向与舱门运动方向一致；抛放式主要为ARJ的应急门、大客的登机门等，舱门提升后与机身平行沿航向前方打开，各位置垂直提升高度有所不同。
舱门的开启过程一般分为3个阶段：首先是对舱门进行解锁；然后对开启手柄进行提升；最后是将门推开的过程。
在整个过程中包含的主要机构有：提升机构、导向机构、平移机构、内手柄及齿轮盒、外手柄机构、扭矩杆机构、阵风锁机构、外伸机构、增压预防、内外手柄机构、滑梯启动机构、驱动机构等。
舱门机构的简化机构由若干个相互联接起来的构件组成。
机构中两构件之间直接接触并能作相对运动的可动联接，称为运动副。
机构每个运动模块里面包含若干个运动副。
舱门机构运动仿真中涉及到的运动副有：固定副、旋转副、球面副、圆柱副、点线副、滑移副等。
其中固定副、旋转副、圆柱副等运动副在舱门机构中形式单一也相对简单。
人体肌肉骨骼模型的建立及仿真分析在医学、运动科学、生物力学等领域中，通常需要研究人体肌肉骨骼系统的力学特性。
为了更好地模拟和理解这个系统的力学行为，人体肌肉骨骼模型的建立和仿真分析变得越来越重要。
本文将介绍以生物力学为基础的人体肌肉骨骼模型的建立和仿真分析的基本方法和应用。
1. 建立人体肌肉骨骼模型人体肌肉骨骼模型最重要的部分是骨骼系统。
采用医学图像学技术，可获得真实的三维骨骼模型。
骨骼系统的建立中，需要对骨骼建模和配准、关节建模和虚拟肌肉建立等工作。
在建立肌肉系统的模型时，可以根据肌肉解剖学知识和生理学参数来选择最适合的肌肉坐标系和肌肉的力学参数。
2. 基于生物力学的肌肉模型生物力学是一门研究生物系统力学特性的交叉学科。
在肌肉建模上，通常采用的是基于生物力学的肌肉模型。
生物力学模型的基本假设是，肌肉是由一系列的肌肉纤维组成，并在各自的肌肉纤维上发生收缩。
生物力学肌肉模型还包括肌腱弹性和关节功能的描述。
3. 肌肉仿真分析对人体肌肉骨骼系统进行仿真分析是理解其生物力学行为和研究其动力学特性的关键。
在仿真分析中，可以利用三维骨骼和肌肉模型来模拟人体的各种姿势和运动。
通过采用动力学计算方法，可以获得人体肌肉骨骼系统的力学和动力学参数，并进一步分析和评估其生物力学性能。
4. 应用人体肌肉骨骼模型的建立和仿真分析已得到广泛应用。
在医学中，该技术被用于手术前的预测和评估、假肢的设计与优化等；在运动科学中，被用于运动员训练和竞技表现的分析、运动损伤的预防以及康复等；在人工智能技术中，还可以应用于虚拟现实的建模和仿真等领域。
结语总之，人体肌肉骨骼模型的建立和仿真分析在生物力学、医学、运动科学和人工智能等领域中都有广泛的应用价值。
通过这种技术的使用，我们可以更好地理解人体力学行为、优化相关器材的设计及改进、预防运动损伤以及促进康复等方面作出卓越的贡献。
基于SolidWorks的连杆机构的运动分析与仿真共3篇基于SolidWorks的连杆机构的运动分析与仿真1基于SolidWorks的连杆机构的运动分析与仿真引言机械工程是一门涵盖广泛领域的学科，而其核心是机械设计。
机械设计在现代化社会中具有举足轻重的地位，是实现生产自动化、机械化和数字化的必不可少的手段。
在机械设计中，连杆机构是一种非常重要的机械构件，因其能够将单向的直线运动转换为复杂的曲线运动。
因此，了解和掌握连杆机构的运动特点对于机械工程师和设计师具有非常大的实用价值。
本文将介绍基于SolidWorks的连杆机构的运动分析与仿真。
正文SolidWorks是目前应用最广泛的三维计算机辅助设计(CAD)软件之一，其主要功能是建立三维模型和进行工程分析。
在SolidWorks中，连杆机构是一种常用的机构，在机械设计中有着广泛的应用。
通过 SolidWorks 可以进行连杆机构的建模、运动分析和仿真等全过程，以便更好地理解该机构的运动特点，为机械设计提供便利。
连杆机构是一种具有连杆、销轴和铰链等构件相互连接而成的复杂机械结构。
通过连杆机构可以将旋转运动和直线运动相互转换，实现有效的动力传递和力量转换。
对于机械设计师而言，了解连杆机构的运动特点是非常重要的。
在SolidWorks中，连杆机构的建模首先需要考虑构件的建立。
构件的建立应符合物理规律和机械原理，并使得机构具有合适的运动特性。
比如，在连杆机构中，需要考虑杆件的长度、销轴的直径、铰链的设计等因素。
在建模过程中，需要给予合适的参数设定，从而实现模型的运动模拟。
模型建立完毕后，可进行三维建模、组装和运动仿真。
通过连杆机构的仿真，可以深入地理解机械运动规律和性能特点，为机械设计提供便利。
此外，连杆机构的运动分析也是非常重要的一步。
通过对运动分析的深入研究，可以了解动力学和运动学的相关规律，为机械设计提供依据。
具体地，运动分析包括以下几个方面：速度和加速度分析、运动轨迹分析、力学分析等。
机械系统运动学和动力学建模与仿真机械系统运动学和动力学建模与仿真摘要：机械系统运动学和动力学建模与仿真是研究机械系统运动和力学特性的关键技术之一。
本文首先介绍了机械系统的运动学和动力学基本原理，然后详细阐述了机械系统建模的方法和步骤，并介绍了常用的仿真软件和工具。
最后通过一个具体的案例，展示了机械系统建模与仿真的应用。
关键词：机械系统、运动学、动力学、建模、仿真第一章引言机械系统是现代工程中常见的一种系统，其运动和力学特性对于系统设计和控制具有重要意义。
机械系统运动学和动力学建模与仿真是研究机械系统运动和力学特性的重要手段，在机械工程、航空航天、汽车工程等领域具有广泛的应用。
本文将系统介绍机械系统运动学和动力学建模与仿真的基本原理、方法和应用。
第二章机械系统运动学2.1 运动学基本原理运动学是研究物体运动的一门学科，对于机械系统运动学建模具有重要意义。
在机械系统运动学中，主要考虑系统的位置、速度和加速度等因素。
本节将介绍运动学基本原理，包括坐标系、位置、速度和加速度等概念。
2.2 运动学建模方法机械系统的运动学建模是指根据系统的几何结构和运动特性，建立系统的位置、速度和加速度等参数与时间的关系模型。
常用的运动学建模方法包括几何法、向量法和矩阵法等。
本节将详细介绍这些方法的原理和应用。
第三章机械系统动力学3.1 动力学基本原理动力学是研究物体运动的力学学科，在机械系统动力学建模中，需要考虑系统的受力和受力矩等因素。
本节将介绍动力学基本原理，包括受力和力矩的概念，以及牛顿运动定律和动力学基本方程等内容。
3.2 动力学建模方法机械系统的动力学建模是指根据受力和力矩的影响，建立系统的运动方程。
常用的动力学建模方法包括牛顿-欧拉法、拉格朗日法和哈密顿法等。
本节将详细介绍这些方法的原理和应用。
第四章机械系统建模与仿真4.1 建模方法和步骤机械系统建模是指根据系统的运动学和动力学特性，建立系统的数学模型。
建模的过程包括选择合适的坐标系、建立运动学方程和动力学方程等。
MotionView在登机门多体动力学分析中的应用Altair MotionView作为虚拟样机技术应用仿真软件的代表，已经得到业内的广泛认可。
我们采用MotionView 创建登机门运动仿真模型，得到运动副、挡块和作动筒上的力和力矩，为分析登机门开启力和作动筒提升力的设计以及关键部件强度提供设计依据。
”——摘自HTC2010大会用户论文简介随着科技的发展，在虚拟样机仿真领域，基于多体动力学理论开发的仿真分析软件功能日趋完美。
虚拟样机技术应用仿真软件能够使用程序准确的模拟真实的机械系统，并能够精确计算出运动过程中的各种运动副上力和力矩的大小，为结构强度和疲劳提供参考，避免了传统的产品开发过程中零部件和样机的反复制造、试验等过程。
MotionView是新一代系统动力学仿真分析软件。
它具有简捷友好的用户界面、高效的建模语言（MDL），同时也是第一款支持多求解器输出的多体动力学软件。
MotionView可以将模型直接输出成ADAMS、ABAQUS、DADS、NASTRAN、R ADIOSS等多种求解格式文件，也可直接通过Altair MotionSolve进行求解。
MotionSolve是采用新一代点辅助坐标系原理（Point-Auxiliary-Coordinate System）的多体动力学求解器，它具有更快捷、更稳定的计算特点；适用范围广泛，可以处理机械系统动力学、隔振、控制系统设计、针对耐久性分析的载荷预期和稳健性仿真等多方面的问题，还可以对零自由度的机械系统和具有复杂非线性应变的模型进行仿真。
挑战西安飞机工业集团公司（简称“西飞”）在某型飞机的登机门设计中，由于采用门梯合一的设计，门部件间的运动关系十分复杂，因此机门能否有效开启和关闭是机门设计中的主要设计因素。
西飞技术中心结构设计团队希望通过利用虚拟样机技术模拟真实的机门机构，分析机门开启手柄力大小和回收所需的液压力；并且需要精确计算出运动过程中的各种运动副上力和力矩的大小，为结构强度和疲劳提供参考。
运动仿真知识点总结一、运动仿真的基本原理1. 动力学原理：运动仿真的基本原理之一是动力学原理。
动力学原理是指研究物体在外力作用下产生的运动规律的学科。
它通过牛顿定律、运动矢量、质点动力学、刚体动力学等方面的研究，确定了物体的运动轨迹、速度、加速度等信息，为运动仿真提供了基本的数学模型和理论基础。
2. 控制理论：运动仿真的基本原理之二是控制理论。
控制理论是指研究如何通过控制器来实现对系统运动的控制和调节的一门学科。
在运动仿真中，通过控制器对仿真模型进行控制，可以使其产生不同的运动行为，从而实现对物体、机器人等的精确控制和模拟。
3. 数值计算方法：运动仿真的基本原理之三是数值计算方法。
数值计算方法是指利用计算机对数学问题进行计算和模拟的一种方法。
在运动仿真中，利用数值计算方法对动力学方程、控制模型等进行离散化和求解，可以实现对运动仿真模型的精确求解和模拟。
二、运动仿真的应用领域1. 体育竞赛：运动仿真技术在体育竞赛中得到了广泛的应用。
通过对运动员的运动规律、力学特性等进行仿真，可以对比赛结果进行预测，帮助教练和运动员进行训练和比赛策略的制定。
2. 工程设计：运动仿真技术在工程设计中也得到了广泛的应用。
通过对机械装置、汽车、飞机、船舶等的运动特性进行仿真，可以评估其性能、优化设计方案，减少试验和开发成本。
3. 医学研究：运动仿真技术在医学研究中有着重要的应用。
通过对人体运动、姿势、步态等进行仿真，可以帮助医生对疾病、伤病进行诊断和治疗，设计康复训练方案。
4. 航天航空：运动仿真技术在航天航空领域也有着重要的应用。
通过对航天器、飞机、火箭等的运动特性进行仿真，可以评估其飞行性能、设计控制系统，确保航天航空任务的成功执行。
5. 虚拟现实：运动仿真技术在虚拟现实领域的应用也越来越广泛。
通过对虚拟环境中物体的运动进行仿真，可以实现沉浸式体验、互动式设计等功能，提高虚拟现实系统的真实感和逼真程度。
三、运动仿真的发展现状目前，运动仿真技术已经取得了重要的进展，形成了一系列成熟的理论、方法和工具。
项目1——窗户开启机构运动分析报告完成日期：2017 年9 月29 日目录摘要........................................................................................................................................ - 1 -1 产品介绍................................................................................................................................ -2 -2 平面机构分析........................................................................................................................ -3 -2.1 运动分析..................................................................................................................... - 3 -2.2 运动简图..................................................................................................................... - 3 -2.3 自由度计算................................................................................................................. - 3 -2.4 分析结论..................................................................................................................... - 4 -3 三维造型................................................................................................................................ -4 -3.1 外框造型..................................................................................................................... - 4 -3.2内框造型...................................................................................................................... - 5 -3.3 手柄造型..................................................................................................................... - 5 -3.4 铁脚造型..................................................................................................................... - 6 -3.5 铰链造型..................................................................................................................... - 6 -4 运动仿真................................................................................................................................ - 7 -4.1 机构装配..................................................................................................................... - 7 -4.2 整机装配..................................................................................................................... - 8 -4.3 机构运动仿真............................................................................................................. - 8 -5 实物制作.............................................................................................................................. - 10 -5.1 制作方案................................................................................................................... - 10 -5.2 存在的问题和解决办法........................................................................................... - 10 -5.3 最终实物................................................................................................................... - 10 -6 结论.................................................................................................................................. - 11 - 参考文献.................................................................................................................................. - 12 -摘要窗户是房间必不可少的一部分，在市面上有众多的款式。
门机构运动仿真分析技术研究作者：上海飞机制造有限公司庞微卢鹄来源：航空制造技术一架飞机有大小十几个舱门，包含登机门、服务门、货舱门、应急门等。
舱门结构设计复杂，连杆、铰链数量众多，机构运动过程多阶段，运动关系复杂多变。
由于舱门上的机构运动关系复杂，如何将这些舱门安装到位一直是飞机装配的一个难点。
为了理清舱门各个机构运动的原理，指导现场工艺人员更好地进行工艺分析，采用CATIA的DMU模块对舱门进行运动机构仿真分析[1]。
通过虚拟仿真技术的研究应用，验证舱门机构运动，找出机构中的可调节量，能指导工人现场安装调试，确保安装的顺利进行，缩短研制及安装周期[2]。
民用飞机舱门结构特点分析民用飞机舱门：指民用飞机上带铰链机构，供人员进出或作为舱段主要维护通道的开口。
完整的舱门包含的主要功能有：开关功能、应急开启功能、安全性功能、滑体预位功能、指示功能、辅助功能等。
民用飞机舱门结构一般采用金属材料。
由于结构厚度较高，没有内蒙皮，采用连接角片连接横纵梁，采用预变形设计，飞行中正常飞行压差下为30% 压缩量，以保证良好的密封性能。
舱门结构方式主要有2种：外翻式打开方式与抛放式打开方式。
外翻式，如ARJ的货舱门、大客的应急门等，重力方向与舱门运动方向一致；抛放式主要为ARJ的应急门、大客的登机门等，舱门提升后与机身平行沿航向前方打开，各位置垂直提升高度有所不同。
舱门的开启过程一般分为3个阶段：首先是对舱门进行解锁；然后对开启手柄进行提升；最后是将门推开的过程。
在整个过程中包含的主要机构有：提升机构、导向机构、平移机构、内手柄及齿轮盒、外手柄机构、扭矩杆机构、阵风锁机构、外伸机构、增压预防、内外手柄机构、滑梯启动机构、驱动机构等。
舱门机构的简化机构由若干个相互联接起来的构件组成。
机构中两构件之间直接接触并能作相对运动的可动联接，称为运动副。
机构每个运动模块里面包含若干个运动副。
舱门机构运动仿真中涉及到的运动副有：固定副、旋转副、球面副、圆柱副、点线副、滑移副等。
其中固定副、旋转副、圆柱副等运动副在舱门机构中形式单一也相对简单。
在舱门机构中有些特殊形式的运动副，出现的概率高且相对复杂，以下将对这些特殊形式的运动副进行介绍。
1特殊球面副球面副是一种很常见的运动副，主要有3个特点：球面副连接2个连杆，有3个旋转自由度；球面副不能添加驱动，不能规定其运动极限[3]；球面副的原点位于球和铰套的公共中心点，球面副没有方向，当创建球面副时，只需制定连杆和球面副的原点。
在舱门的机构中，存在一种特殊的机构，2个连杆没有球、铰套和公共中心点，图1为ARJ21货舱门中的一处机构所示，构件1的轴直径小于构件2的孔直径，该轴能在孔中随意转动。
研究发现这种结构的运动原理和球面副是相同的：两个构件间有3个独立的相对运动；具有3个旋转自由度；构件1在构件2的孔隙内做任意角度的旋转。
因此，针对舱门机构中这种外形上完全不符合球面副的这类特殊机构，也定义为球面副。
由于两个构件没有公共中心点，在具体定义球面副的过程中需要添加辅助点，假设辅助点就是公共中心点。
2高副在平面运动副中，两构件之间的直接接触有3种情况：点接触、线接触和面接触。
按照接触特性，通常把运动副分为低副和高副两类。
两构件通过面接触构成的运动副称为低副。
根据两构件间的相对运动形式，低副又分为移动副和转动副；两构件通过点或线接触构成的运动副称为高副。
如凸轮与尖顶推杆构成高副，如两齿轮轮齿啮合处也构成高副[4]。
在CATIA的DMU模块中，有点线副、滑动曲线副、滚动曲线副、点面副4种高副。
舱门机构中包含较多的高副，以点线副居多，其中还包含部分滑动曲线副。
这类机构结构形式类似，在实际添加过程中容易混淆，不正当的使用会引起后续错误。
针对舱门机构中经常用到的2种高副将做详细介绍。
2.1点曲线副点曲线副特点有：点线副约束第1个构件的一点在第2个构件上的某个方向上；点线副约束2个构件之间的2个平动自由度；定义的2个构件之间有3个旋转自由度和一个移动自由度；可以添加长度驱动；2个构件在运动过程中有公共点接触。
在ARJ21应急门的上位锁及大客登机门的阵风锁等多处出现点线副。
如图2所示，构件1在构件2的某个平面上运动，在构件1的末端有一个突起的锥点，由于构件2的旋转轴和构件1垂直，在实际的运动过程中构件1的锥点始终都在构件2的某条直线上运动，即点线接触，将该类机构定义为点线副。
2.2滑动曲线副滑动曲线副约束一个构件上的一条线与另外一个构件上一条线始终接触，曲线必须是平面曲线，且2个曲线必须在同一个平面内；滑动曲线副约束了2个平动自由度和2个旋转自由度。
在大客阵风锁上出现滑动曲线副，如图3所示。
构件2的插销在构件1的凹槽内滑动。
在运动过程中，构件2的插销的整个圆柱面和构件1的凹槽面都有接触，且构件1和构件2始终有公共平面。
在运动的任何状态下，选取其中一个公共平面与构件1和构件2求交线，得到2条相交的曲线——辅助曲线1和辅助曲线2。
由于插销没有绕自身轴的转动，故符合滑动曲线副的定义条件，将此类机构定义为滑动曲线副。
复杂组合机构分析机构每个运动模块中，各个运动副之间都是相互关联的，舱门机构中存在一些复杂机构组合体，在此选取2组进行介绍。
1可调拉杆与虎克铰组合机构虎克铰也称为万向铰，在CATIA的DMU模块中又称U 型接头，允许2个构件有2个相对转动的自由度，它相当与轴线相交的2个转动副。
虎克铰常用来传递2根相交轴之间的运动，它实质上是一个球面铰链4杆机构。
当主动轴（相当于球面铰链四杆机构中的主动曲柄）以等速度ω1转动时，其输出轴（相当于球面铰链四杆机构中的从动曲柄）则以变角速度ω2连续转动。
ω2的大小在ω2min=ω1cosα与ω2max=ω1cosα之间变动（式中α为输入轴与输出轴之间的夹角）。
这种机构的优点在于当两轴之间的夹角略有变化时，传递并不中断，仅仅对两轴之间的瞬时传动比有影响。
在舱门机构中应用极为普遍，且总是和球面副成对出现，在登机门、应急门的解锁，舱门提升和舱门开启的过程中作为主要运动机构，如图4所示，该机构对应舱门开关功能里的提升机构。
U型接头机构的特点是，可调拉杆两端的孔径远大于与之相连的轴径。
构件2为可调拉杆，在实际安装过程中长度可调节。
构件1与构件2之间为带夹角的转动，构件2与构件3也为带夹角的转动，但构件1和构件3的转动轴都是固定的，构件2起到了传递转动的作用。
此时将构件1和构件2定义为虎克铰（U型接头），构件2和构件3定义为球面副，即能保证机构系统正常运动且无多余自由度。
机构原理简图如图4（b）所示，图中的数字对应图4（a）中的构件序号。
2带虎克铰的连杆机构在登机门、应急门的舱门开启过程中有一类空间四连杆机构较为复杂（见图5）。
该机构对应舱门开关功能里的平移机构。
在舱门打开过程中如图5（a）所示，三条辅助线的距离是保持不变的，再加上两个平行杆支座在空间上的位置是相对固定的，所以这4个无形之中存在的杆类似平行四连杆机构的4条杆。
连杆1与连杆3的孔径远大于与之相连的轴径，构件1与构件3相对与左右两边的支座都在作带夹角的旋转，保证舱门沿外形曲线提升后与机身平行沿航向前方打开。
参照可调拉杆与虎克铰组合机构里面提到的组合机构，在此将连杆1和连杆3与左右两边的支座都分别定义为虎克铰和球面副。
故该组合机构为带虎克铰的平行四连杆机构。
机构原理简图如5（b）所示。
实例解析参照以上提到的方法选用ARJ21后，以应急门为例进行完整的机构运动仿真。
ARJ21应急门的开启分为解锁、提升和推开3个过程，对应CATIA软件DMU模块中的3个机制，分别对3个机制进行运动机构分解，如图5所示，转换约束为运动副，添加驱动，运行仿真，最终得到整个舱门开启过程中的每个运动状态。
1解锁机制仿真解锁机制包含的机构主要有：内手柄机构、可调拉杆与虎克铰组合机构、插销机构等，机构详情如图6所示。
其中，在内手柄机构中有一套虎克铰和可调拉杆的组合机构以实现手柄的转动同时带动可调拉杆机构运动，带动插销机构水平移动将插销打开，从而实现解锁的过程。
同可调拉杆机构相同，包含的运动副有：U型副、球面副、旋转副。
插销机构里面主要有固定副、旋转副、棱形副（移动副）。
2提升机制仿真提升机制包含的机构主要有：导向机构、提升机构、平移机构、主铰链机构等。
如图6所示，其中平移机构在此作为辅助运动，只作稍微的提升运动，并没有空间转动，主铰链机构此时也作为辅助运动实现轴线的轻微转动。
内手柄机构在平移机构及主铰链机构的辅助运动下，对整个舱门进行提升，舱门在导向机构限定的轨迹下实现整体上升。
在导向机构中包含高副的点线副。
提升机构中包含平行四连杆机构、旋转副、圆柱副等。
平移机构包含固定副、球面副、虎克铰（U型副）等。
3推开机制仿真推开机制包含的机构主要为平移机构，如图6所示。
平移机构在此时不同于提升机制的作用，不仅只作上下方向辅助的运动，要实现舱门沿外形曲线提升与机身平行沿航向前方打开的作用。
主铰链机构此时也作为主要的运动机构，实现舱门的轴向转动的运动。
推动内手柄机构，实现主铰链机构的轴线转动，在平移机构限定的轨迹下舱门实现完整开启。
包含的运动副有：固定副、旋转副、圆柱副、虎克铰（U型副）。
结束语通过对舱门的机构运动进行仿真技术研究，指导相关工艺人员对ARJ21应急门进行机构运动仿真分析；设计部门提出对舱门的结构件发生更改时，通过仿真查看舱门的整个运动过程中是否存在干涉；在ARJ21货舱门开展相关仿真应用，使工艺人员熟悉掌握货舱门的机构运动原理，从而更好地指导现场工人调试安装；在大客各种舱门签图前进行机构运动仿真，帮助工艺人员理清舱门机构运动原理，检验产品设计是否合理，指导工艺人员进行产品的各种舱门的审图工作。
鉴于以上实用价值，民用飞机舱门机构运动仿真研究对制造部门具有重要意义。
通过对这种方法的研究，并将其在制造部门推广让更多工艺人员学习运用，能减少飞机舱门安装过程中遇到的问题。
目前民用飞机舱门机构运动仿真研究还处于初期阶段，后续将采用专业性更强的机构运动仿真软件ADMAS研究，考虑舱门自身的重力及其他载荷的影响，对它进行更深入的研究，能更好地解决实际问题[5]。
参考文献[1]尤春风.CATIA V5高级应用.北京：清华大学出版社，2006.[2]航空制造工程手册，飞机装配.北京：航空工业出版社，2010.[3]李增刚.ADMAS入门详解与实例.北京：国防工业出版社，2008.[4]张志贤，刘检华，宁汝新.虚拟装配环境下运动副自动识别方法.计算机集成制造系统，2011（01）：62-68.[5]李宏.虚拟装配技术的研究现状与发展趋势.现代制造工程，2004（12）：114-116.(end)。
