UG运动分析教程(中文版)

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（ComputerAidedEngineering）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9-2UG/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。图9-3四个运动仿真工具栏区运动场景导航窗口显示了文件名称，运动场景的名称、类型、状态、环境参数的设置以及运动模型参数的设置，如图9-4所示。运动场景是UG运动仿真的框架和入口，它是整个运动模型的载体，储存了运动模型的所有信息。同一个三维实体模型通过设置不同的运动场景可以建立不同的运动模型，从而实现不同的运动过程，得到不同的运动参数。图9-4运动场景导航窗口9.2运动模型管理打开UG/Motion的主界面之后，将会弹出运动模型管理工具栏，如图9-5所示。图9-5运动模型管理工具栏本节将对工具栏中的各个选项进行说明。9.2.1场景导航窗口1．运动场景的建立在进行运动仿真之前必需建立一个运动模型，而运动模型的数据都存贮在运动场景之中，所以运动场景的建立是整个运动仿真过程的入口。利用UG/Modeling的功能建立了一个三维实体模型时必需将该模型设为一个运动可控模型（MasterModel），完成几何模型的创建之后，选择【Application】→【Motion】菜单项，弹出运动场景导航窗口，该模型将自动的显示于运动场景导航窗口中，选种该模型按右键将弹出一快捷菜单，如图9-6所示。图9-6弹出快捷菜单如果在进入运动仿真界面后，运动场景导航窗口没有相应的打开，用户可以在运动模型工具栏中单击按钮ScenarioNavigator（场景导航），系统将会自动打开运动场景导航窗口。在模型的右键快捷菜单中选择NewScenario菜单项，将建立一个新的运动场景，默认名称为Scenario_1，类型为Motion，运动仿真环境为静态动力学仿真（Statics&Dynamics），该信息将显示在运动场景导航窗口中，并且运动仿真各运动仿真工具栏项将变为可操作的状态，如图9-7所示。图9-7建立一个新场景运动场景建立后便可以对三维实体模型设置各种运动参数了，在该场景中设立的所有的运动参数都将存储在该运动场景之中，由这些运动参数所构建的运动模型也将以该运动场景为载体进行运动仿真。重复该操作可以在同一个MasterModel下设立各种不同的运动场景，包含不同的运动参数，实现不同的运动。2．运动场景的编辑运动场景建立后可以对它进行一定的编辑，包括运动场景的重命名（Rename）、删除（Delete）和复制（Clone）。1）运动场景的重命名选种某一运动场景，单击鼠标右键将弹出一快捷菜单，如图9-8所示。图9-8弹出运动场景快捷菜单选择快捷菜单中的Rename菜单项后，运动场景导航窗口中的场景名称将自动变为可编辑的状态，如图9-9所示。在该对话框中键入新的运动场景名称应用后既可实现运动场景的重命名。图9-9运动场景的重命名2）运动场景的删除选择快捷菜单中的Delete菜单项既可实现运动场景的删除。3）运动场景的复制选择快捷菜单中的Clone菜单项既可实现运动场景的复制，复制后的运动场景与原来的运动场景的各个参数都相同，如图9-10所示，通过分别选择【scenario_1】→【Clone，scenario_2】→【Clone，scenario_3】→【Clone】菜单项新建了三个与scenario_1各项参数都相同的运动场景，分别默认为scenario_2、scenario_3、scenario_4。图9-10运动场景的复制3．运动场景参数的设置和信息的输出1）运动场景环境参数的设置选种某一运动场景，单击鼠标右键将弹出一快捷菜单，选择Environment菜单项将弹出【运动仿真环境类型设置】对话框，如图9-11所示。图9-11运动仿真环境类型设置该对话框中的各个选项说明如下：zKinematics：zStaticsDynamics：通过不同的选择可以将运动仿真环境设置为运动学仿真或者是静态动力学仿真。2）运动场景信息的输出选种某一运动场景，单击鼠标右键将弹出一快捷菜单，选择【Information】→【MotionConnections】菜单项将弹出显示运动模型各项参数的设置的图文框，它记载了运动模型所有的参数，如图9-12所示。图9-12选择【Information】→【MotionConnections】菜单项弹出的运动模型参数设置图文框如图9-13所示。图9-13弹出运动模型参数设置图文框9.2.2编辑模型几何尺寸在建立了一个运动场景之后，用户仍然可以对运动场景中几何体的尺寸进行修改。在UG/Motion运动模型管理工具栏中选择图标，系统将会自动打开一个【几何模型尺寸编辑】对话框，如图9-14所示。图9-14【几何模型尺寸编辑】对话框在该对话框几何模型特征列表中选中某一特征后，其各种特征参数表达式将在特征参数列表中相应的显示，而在特征参数列表中选中该特征的某一参数时，其表达式和值将会相应的在下部显示，此时用户可以对该表达式的值进行编辑。在特征参数数值文本输入框中输入新的特征参数后，按回车键，同时该对话框中的Apply按钮被激活，单击Apply既可完成该操作，从而改变模型的几何外形。9.3连杆特性和运动副利用UG/Modeling的功能建立了一个三维实体模型后，并不能直接将各个部件按一定的连接关系连接起来，必需给各个部件赋予一定的运动学特性，即让其成为一个可以与别的有着相同的特性的部件之间相连接的连杆构件（Link）。同时，为了组成一个能运动的机构，必需把两个相邻构件（包括机架、原动件、从动件）以一定方式联接起来，这种联接必需是可动连接，而不能是无相对运动的固接（如焊接或铆接），凡是使两个构件接触而又保持某些相对运动的可动连接即称为运动副。在UG/Motion中两个部件被赋予了连杆特性后，就可以用运动副（Joint）相联接，组成运动机构。9.3.1连杆特性的建立点击运动仿真工具栏区的连杆特性和运动副模块中的图标(Link)，系统将会打开【连杆特性创建】对话框，如图9-15所示。图9-15连杆特性的建立该对话框中的各个选项说明如下：1．SelectionSteps（选择步骤）该选项给用户提供了建立一个连杆特性的操作步骤。共包含五个步骤，其中可根据用户的要求省去几项。各个步骤说明如下：1）LinkGeometry该选项用于选择连杆特性的几何模型。激活该图标后，在图形窗口中选择将要赋予该连杆特性的几何模型。2）Mass该选项用于设置连杆的质量特性。选择该图标后，【连杆创建】对话框的界面将会发生变化，变化后对话框的选项说明如图9-16所示。图9-16【连杆创建】对话框3）Inertia该选项用于设置连杆的惯性力。选择该图标后，连杆创建对话框的界面将会发生变化，变化后对话框的选项说明如图9-17所示。图9-17【连杆创建】对话框4）InitialTranslationVelocity该选项用于设置连杆的初始平移速度。选择该图标后，连杆创建对话框的界面将会发生变化，变化后对话框的选项说明如图9-18所示。图9-18【连杆创建】对话框5）InitialRotationVelocity该选项用于设置连杆的初始旋转速度。选择该图标后，连杆创建对话框的界面将会发生变化，变化后对话框的选项说明如图9-19所示。图9-19【连杆创建】对话框2．MassProperties（质量特性）该选项用于设置连杆的质量特性创建的方式，包含三个选项：1）Automatic：由系统自动生成连杆的质量特性。2）UserDefine：由用户定义质量特性，选择该选项后，选择步骤中的图标Mass和Inertia将被自动激活。3．Name（连杆名称）该选项用于设置连杆的名称。设置完了这些连杆特性参数后，该部件就具有了一定的运动学特性，可以与别的连杆以一定的连接方式相连接了，构成运动机构。同时也可以对运动模型进行简化，将连杆的质量特性设置为默认值0，按OK键后该部件也将成为连杆。9.3.2连杆特性参数的编辑当连杆特性参数设置有误时，就必需对各项参数进行修改，UG/Motion该项功能的实现是通过运动仿真工具栏区运动模型管理模块中的运动模型部件编辑的功能来实现的。点击运动模型管理模块中的图标（EditMotionObject）将弹出一个【类选择】对话框，要求选择将要进行编辑的部件，这与UG/Modeling中的类选择方法类似。将【类选择】对话框的选择类型设为Link，选择了某一连杆后将弹出连杆特性参数设置的对话框，如图9-20所示，对各项参数的编辑与连杆建立时的参数设置操作完全相同。图9-20连杆特性参数的编辑9.3.3运动副的类型在UG/Motion中给用户提供了12种运动副的类型，在连杆与运动副工具栏中列出了其中的几种运动副，如图9-21所示。图9-21运动副类型工具栏下面分别来介绍各种运动副类型。1．Joint（铰链连接）选择该选项后将会弹出铰链连接对话框，在该对话框中列出了七种铰链连接的类型，如图9-22所示。图9-22【铰链连接】对话框该对话框中的各种铰链连接类型说明如下：1）合页连接(Revolute)铰链连接可以实现两个相连件绕同一轴作相对的转动，如图9-23所示。图9-23铰链连接它有两种形式：一种是两个连杆绕同一轴作相对的转动，另一种是一个连杆绕固定在机架上的一根轴进行旋转，如图9-24所示。图9-24铰链连接的两种形式2）滑块连接（Slider）滑块连接是两个相连件互相接触并保持着相对的滑动，如图9-25所示。图9-25滑块连接可以实现一个部件相对与另一部件的直线运动，它有两种形式：一种是滑块为一个自由滑块，在另一部件上产生相对滑动；一种为滑块连接在机架上，在静止表面上滑动，如图9-26所示。图9-26滑块连接的两种形式3）柱铰连接（Cylindrical）柱铰连接实现了一个部件绕另一个部件（或机架）的相对转动，如图9-27所示。图9-27柱铰连接柱铰连接也有两种形