CATIA 机械运动分析与模拟实例

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CATIA软件机械设计实例

一、概述

机械设计是现代工程领域中的重要环节，而CATIA软件作为一款强大的机械设计工具，被广泛应用于各个行业。本文将以一个机械设计实例为例，详细介绍CATIA软件的使用方法和设计流程。

二、设计需求

本次设计实例的需求是设计一款汽车发动机的曲轴。曲轴是发动机的核心部件之一，负责将活塞运动转换为旋转运动，带动发动机正常工作。因此，曲轴的设计需要考虑到材料的选用、结构的优化以及工艺的合理安排。

三、CATIA软件的基本操作

在进行具体的机械设计之前，首先需要了解CATIA软件的基本操作方法。CATIA软件采用了图形用户界面，用户可以通过工具栏、菜单栏和鼠标等方式进行操作。在开始设计之前，需要建立三维模型，并设置坐标系、单位和视图等参数。

四、曲轴设计流程

1. 建立草图

首先，在CATIA软件中选择“草图”工具，进入草图模式。然后，根据曲轴的设计要求，在草图平面上绘制出曲轴的外轮廓。可以使用线段、圆弧等基本几何元素来绘制。

2. 添加约束

绘制完曲轴的外轮廓后，需要对草图添加约束，以确保设计满足要求。约束可以包括长度约束、角度约束、对称约束等。通过添加约束，可以保持设计的稳定性和一致性。

3. 三维建模

在草图编辑完成后，可以退出草图模式，进入三维建模模式。选择“拉伸”或“旋转”等工具，将草图转换为三维实体。同时，可以对曲轴的各个部分进行修剪、镜像等操作。

4. 加工特性添加

曲轴作为一个机械零件，需要考虑其加工特性。在CATIA软件中，可以添加孔、螺纹等特性，并设置其尺寸和位置。通过加工特性的添加，可以更好地满足曲轴的功能需求。

基于CATIA的机械手建模及运动仿真

米双年

（武汉理工大学汽车学院，车辆1005班，学号0121007250502）[摘要] 本文主要介绍了一些工程车上机械手的简单建模过程和其工作过

程中的运动仿真。首先，在CATIA中进行建模操作，将机械手分为6个简单的零件，分别进行三维建模操作。然后将所有的零件进行装配，成为机械手模型。最后在DMU模块中进行相关参数的设计，对机械手进行运动仿真。

关键词：机械手;三维建模；运动仿真

前言

日常生活中，我们总能看到各式各样的推土机，挖掘机等大型机械，加快了我们建设的步伐，这些都可以看成是机械手的功劳。机械手的发明大大减轻了人力劳动，替人我们做繁重劳动以实现生产的机械化和自动化，能在有害环境下操作以保护人身安全，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。它能完成转动、抓取等功能，转动的功能使得机械手能够以不同的形态进行工作，提高了适应性，本设计中的主要运动关系也是转动。

建模过程主要是将各个零件画出来，并注意零件之间的配合关系，采用全局考虑的方法，运用简单的部件反映出机械手的基本原理即可，并学会简单的修饰。装配过程则是注意约束关系的定义，操作的一些小技巧，注意坐标轴的位置关系。运动仿真主要是模拟机械手的工作过程，通过设置转动时间、转动角度、转动顺序等参数，掌握运动仿真的基本操作和编程的简单语法结构。能够使机械手按照我们预定的轨迹进行运动。

1机械手

1.1机械手简介

它是一种模拟人手操作的自动机械。它可按固定程序抓取、搬运物件或操持工具完成某些特定操作。我们日常生活中看到的挖掘机，钻井机等工程机械都含有机械手，可以说，它给我们的生活带来了极大的便利。正是有了这些东西，城市的建设速度才越来越快。

CATIA运动仿真实例

DUM 提供了强大的可视化手段，具备各种功能检测手段，如安装/拆除、机构运动、干涉检查等，具备产品的结构配置和信息交流功能。
§1 DUMwk.baidu.com术概述
工作平台
参数设置
§2 DUM浏览器
1.DUM浏览器工具简介
§3 发动机工作部件运动仿真实例
1.创建机械装置
1.打开模型
2.创建机械装置
§3 发动机工作部件运动仿真实例
§3 发动机工作部件运动仿真实例
6.添加第2个旋转接合
隐藏
§3 发动机工作部件运动仿真实例
7.添加第1个圆柱接合
§3 发动机工作部件运动仿真实例
8.添加第1个菱形接合
§3 发动机工作部件运动仿真实例
9.添加第5个刚性接合
§3 发动机工作部件运动仿真实例
10.添加第3个旋转接合
§3 发动机工作部件运动仿真实例
7.创建速度和加速度分析曲线
观察运动
见下页
§3 发动机工作部件运动仿真实例
7.创建速度和加速度分析曲线
§3 发动机工作部件运动仿真实例
8.创建活塞速度/加速度与时间关系的表格
三维软件-CATIA
第八章 CATIA V5R20运动仿真分析 §1 DUM技术概述
§2 发动机工作部件运动仿真实例
§1 DUM技术概述
DUM是英文“Digital Mock-Up”的简称，中文意思为“电子样机”，DUM是使用计算机对产品进行真实化模拟，以满足产品的各种功能。通过 CATIA，建立完整的产品数字化样机模型，为产品和流程开发以及从产品概念设计到产品维护整个产品生命周期的信息交流和决策提供一个平台。

catia运动仿真解析

Catia运动仿真练习2

凸轮练习-直接创建机构
Catia运动仿真
CATIA 运动仿真模块（DMU Kinematics）
运动分析仿真-概述
运动分析仿真-步骤
运动分析仿真-建议1
运动分析仿真-建议2
运动分析仿真-建议3
运动分析仿真-建议4
3D几何模型与机构模型

3D模型简化微小特征的抑制微小零部件的处理载荷的等效处理机构模型装配模型-〉机构模型简化模型-〉机构模型
Catia仿真简介

运动机构（Mechanism）
可运动条件：DOF＝0 机构组成：支架/大地（fixed prts）运动连杆（linksห้องสมุดไป่ตู้ 运动关节（joints）运动驱动（drivers）
Catia运动仿真练习

凸轮机构物体/连杆运动副/铰链驱动
Catia运动仿真练习

凸轮机构

CATIA 运动模拟操作步骤

所示。点确定，确定完成公式编辑；（注意：对于旋转运动应输入“/1s*20deg”，
表示旋转角速度为 20deg/s）
图 9 选择机械装置.1
7
图 10 公式对话框
图 11 公式编辑器对话框
8
图 12 公式编辑器中输入参数
6 使用规则曲线进行模拟
1）点，出现规则运动模拟对话框，如图 13 所示； 2）选择合适的步骤数，按“向前”、“向后”等运动模拟按钮即可实现规则运动
图 4 棱形接对话窗口选项
4
图 5 棱形连接
图 6 选择固定零件
4 运动模拟
点出现运动模拟对话框，如图 7 所示，用鼠标左键移动命令后的滑条即可对机构进行运动模拟了。点，出现“滑块：命令.1”对话框，可以对最大、
5
最小值，增量值进行调整，如图 8 所示；
图 7 运动模拟对话框
图 8 滑块命令对话框
面
性
接
接
接
接
合
接
接
合
合
合
合
合
合
点
滑
滚
曲
动
动
线
曲
曲
接
线
线
合
接
接
合
合
点通曲用面接接合合
接合
CV
齿轮接合

CATIA-V5-运动仿真分析

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。

CATIA 运动实例解析

CATIA钻床运动仿真实例

第一步：打开CATIA 进入“开始”——“机械设计”——“装配设计”

点击“相合约束”选中图示两零件的轴线

让后点击“全部更新”按钮生成装配体

可以通过“操作”命令把零件移动到适当的位置。

第二步：打开“开始”——“数字化装配”——“DMU运动机构”

单击“装配约束转换”得到如下结果

令激活，单击“自动创建”的到如下的模型树

双击模型树中的“圆柱面，1（yaobi,1,dizuo,1)出现图中所示的对话框

选中对话框中的”驱动角度“以及“驱动长度”按钮可以进行数据的修改。

得到两个命令“命令，1”，“命令，2”

单击“固定零件”选中底座点击“确定”后弹出“可以模拟机械装置”

单击“使用命令进行模拟”,””””弹出如下对话框”在点击黑色三角形按钮并在”“命令，1”“命令，2”后面的框中输入需要的值就可以继续点击三角形按钮进行模拟了！！

祝，，学习愉快！

catia运动仿真案列讲析

产品研发一部

底盘室：马学超

题目：基于CATIA运动仿真案列解析

DMU

DMU—案例讲析

•1、运动分析证明带夹角十字轴不等速性运动分析证明带夹角十字轴不等速性

及、三轴平行的等速性；

及一、三轴平行的等速性；

2、绘制单前桥转向的实际转向特性曲线；

单桥转向实转向特性曲线

3、扫掠包络体和运动间隙、干涉校核；

DMU—案例讲析

DMU

•案例一：运动分析证明带夹角十字轴不等速性

及一、三轴平行的等速性

DMU—案例讲析

DMU

本案例以通用结合为基础，先做运动仿真，模型如下；仿真步骤就不再赘述在蓝色零件和灰色零件之间的

旋转结合设置驱动角度，其余

两个设为从动件；由右下图

的十字销轴线方向可以

的“十字销轴线方向”可以

看出通用结合是在两个旋转

结合之间用默认的十字轴或是万向节

接所以可以看成是传动轴间的动；

连接，所以可以看成是传动轴之间的运动；

DMU

DMU—

案例讲析

设置完成之后，点击（使用命令进行

模拟）按钮，弹出如下图1所示窗口，并

点击“激活传感器”，弹出如下图2所示

窗口，依次将窗口中的三个旋转结合的

传感器打开，“观察到”下方的“否”

图1全部变为了“是”；此时用鼠标在图1

中拖动滚动条到个极限位置然后选

中拖动滚动条到一个极限位置，然后选

择“按需要”，并点击

让其旋转两周；

图2

DMU—案例讲析

DMU

旋转过两周之后，点击“传感器”窗口中的“图形”

按钮，系统便会自动弹出

如下图1所示窗口，图中

左边窗口表示三个旋转

结合的运动曲线图，横

坐标表示步骤数，纵坐

标表示瞬时角度值；

图1

DMU—案例讲析

DMU

由右两图可以分析出，红

色线和黄色线完全重合，

CATIA软件模拟仿真案例解析

CATIA软件模拟仿真案例解析CATIA是由法国达索系统公司开发的一种先进的三维设计软件，广泛应用于各个领域的产品设计和工程仿真中。本文将通过对两个实际

案例的解析，介绍CATIA软件在模拟仿真方面的应用。

案例一：汽车碰撞模拟

汽车碰撞模拟是汽车工程中的一个重要环节，帮助设计师在产品开

发早期发现并解决潜在问题。CATIA的仿真模块可以模拟汽车在不同

速度和碰撞角度下的碰撞情况，帮助设计师评估车身结构的强度和安

全性。

在CATIA中，使用模块化的方法，先建立车辆的几何模型，然后

设置碰撞参数，例如车辆速度、碰撞角度等。通过调整碰撞条件，设

计师可以观察到车辆碰撞过程中的应力、应变分布，并对车身结构进

行优化。

案例二：飞机机翼弯曲仿真

飞机机翼的强度和刚度对飞行安全至关重要。利用CATIA软件的

仿真模块，设计师可以预测飞行中机翼的变形情况，并进行优化设计。

在仿真过程中，设计师首先导入飞机机翼的三维模型，并设置飞行

时的力和载荷情况。通过仿真软件提供的弯矩和应力分布图，设计师

可以了解机翼在受力情况下的变形情况，同时可以评估结构的强度和

刚度，以便进行设计上的改进。

总结

CATIA软件模拟仿真功能在产品设计和工程应用中有着广泛的应用。通过模拟仿真，设计师可以预测产品在不同工况下的性能表现，并进

行相应的改进和优化。无论是汽车碰撞模拟还是飞机机翼弯曲仿真，CATIA都提供了可靠且准确的仿真结果，帮助设计师在早期的设计阶

段发现和解决问题，从而提高产品的质量和安全性。

通过以上两个案例的解析，我们可以看到CATIA软件在模拟仿真

CATIA_机械运动分析与模拟实例

前言

CATIA软件是法国达索飞机制造公司首先开发的。它具有强大的设计、分析、模拟加工制造、设备管理等功能。其设计工作台多达60多个，就足以说明软件功能的强大。

本书是作者在出版系列CATIA软件功能介绍后，专门针对某一项功能写的实例教程。在讲解示例的过程中，作者也注意了将某些快捷功能插入进来，进行讲解。比如在装配设计工作台对零件进行重新设计，比如在装配图中直接导入或者插入新的零件。在同类的图书中，很难涉及到这些快捷功能。

本书是基于CATIA V5 R16写成的，在完成本书时，已经有R17版本了，读者在更高的版本上也可以使用此书。读者在阅读本书，使用软件时，需要反复练习，才能熟练运用本书所讲解的一些功能。可以根据本书的步骤，做一些自己学习和工作中遇到的模型，也可以拿机械设计的标准件来做练习实例。

本书适合做机械设计的专业人员和机械相关专业的学生使用。本书也同样适合想学习CATIA软件的其他读者。本书前面20章都是讲解某一项铰的设计方法，最后一章是综合前面各章内容做的一个实例。本书编写过程中考虑到了初学者可能对CATIA机械零件设计的功能还不是很熟悉，因此，对于各章所涉及到的零件，模型建立方法都做了详细的介绍。对于已经熟悉CATIA基本设计功能的读者，可以略读这部分内容，直接阅读各章最后一节的内容。对于只想了解CATIA 机械零件设计的读者，可以仔细阅读每章前面各节的内容，把本书作为机械设计的详细教程，未尝不可。

感谢我的家人，他们给了我很大的支持，使我能抽出时间完成此书。感谢我的单位领导对工作的支持，特别是反应堆结构室的领导和各位同仁，他们的鼓励和帮助，使我坚持下来完成此书，并使我受益匪浅。

应用CATIA做运动仿真

应用CATIA做运动仿真，按如下步骤做：

1. 仿真之前的准备

将要仿真的模型所需的部件在装配模式下按照技术要求进行装配。装配时请注意，在能满足合理装配的前提下，尽量少用约束，以免造成约束之间互相干涉，影响下一步运动仿真。2. 运动仿真

通过“开始（S）”——“数字模拟”——“DMU Kinematics”

进入到运动仿真的模式下，开始进行仿真设置：

（1）先建立一个新机制（New Mechanism）；命令在“插入（I）”菜单下，

（2）对装配部件进行约束设置，命令在旋转铰里面，点击其图标右下方的箭头，点击后，出现所有铰定义图标

按顺序分别是：旋转铰（Revolute joint），棱镜铰（prismatic joint），圆柱铰（Cylinderical joint），螺纹铰（Screw joint），球铰（Spherical joint），平面滑动铰（Planner joint），刚性连接（Rigid joint），点-线铰，滑动曲线铰，滚动曲线铰，点-曲面铰，万向节铰，双万向节铰，齿轮铰，齿轮-齿条铰，缆绳铰，坐标系铰。

各个铰接的的方法见文献《CATIA 机械运动分析与模拟实例》，上有很详细的介绍。

（3）设置固定件，点击固定零件图标，点击后出现New Fixed Part（新固定零件）对话框

，不用理它，在图形区选择要固定的零件即可。

各种铰链设置合理，系统会自动提示：

，也就是说，机制可以仿真了。

(a.)仿真使用“命令模拟”时，点击，就会出现运动模拟对话框，在对话框内拖动鼠标，由大到小或有小到大改变角和实数的范围，然后点击下面的黑色开始键，就可以看到仿真运动了。对话框示例如下

CATIA运动分析(DMU)

4.用球头连接雨刮和雨刮连杆雨刮part11.1
运动分析培训
雨刮part11.1
雨刮骨架part3.1
5.实体连接连接雨刮骨架和雨刮
运动分析培训
现在所有约束mechanism中 DOF=2（）红框）还有两个自由度。除去驱动所需的一个自由度以外还剩余一个自由度。
运动分析培训
加上驱动去掉一个约束用点在面上约束掉一个自由度
运动分析培训
3.4 RIGID JOINT(刚体接头)
该命令可以约束6个自由度通过刚体接头，可以使两个零件成为一个刚体。成为刚体以后，两个零件彼此间的相对位置将不改变
运动分析培训
3.5 POINT CURVE JOINT(点-曲线接头)
该命令可以约束2个自由度通过点-曲线接头，可以让一个点沿着某曲线移动，点与曲线分别位于不同的零件上，如此零件（点）即可沿着曲线路径移动。设置此接头时，点必须位于曲线，即点与曲线的距离为零，因此要在assembly design中进行好组装再使用此接头。
3、常用命令介绍
3.1 revolute（实体接头）
该命令可以约束5个自由度该命令用两零件之间的线和面作为约束条件，两线必须同轴，面可以不重合，选择即可。两个零件之间的同轴旋转运动，可以用该命令约束。约束完毕添加角度驱动即可以实现运动功能。
运动分析培训

CATIA机械运动分析与模拟实例

CATIA是一款功能强大的计算机辅助设计（CAD）软件，广泛应用于

机械设计领域。在CATIA中，机械运动分析和模拟是非常重要的工作流程

之一，它可以帮助工程师们验证他们设计的机械系统的运动性能，并且通

过模拟来优化设计方案。在本文中，我们将介绍CATIA中机械运动分析和

模拟的基本原理，并通过一个实例来展示如何在CATIA中进行机械运动分

析和模拟。

1.CATIA机械运动分析的基本原理

在CATIA中，机械运动分析主要是通过定义物体之间的关系和约束，

来模拟和分析机械系统的运动。为了实现机械运动分析，首先需要将机械

系统的各个零部件以及它们之间的关系建模，然后定义它们之间的运动约束，最后通过仿真来模拟整个系统的运动过程。

在CATIA中，可以使用“装配设计”模块来建立机械系统的装配关系，通过将零部件逐一装配起来，形成完整的机械系统模型。然后，可以通过“约束”功能来定义零部件之间的关系，如固定、旋转、平移等运动约束。最后，通过“机械运动仿真”模块来进行机械系统的运动仿真分析，通过

调整参数和条件来测试不同的设计方案，验证系统的运动性能。

现在，我们以一个简单的机械系统为例来演示CATIA中机械运动分析

和模拟的过程。我们设计了一个由两个齿轮组成的传动系统，其中一个齿

轮通过电机驱动，另一个齿轮通过齿轮传动与之相连。我们将通过CATIA

来分析和模拟这个机械系统的运动。

首先，在CATIA中建立两个齿轮的零部件模型，包括齿轮的外形、齿

轮齿数等参数。然后，将两个齿轮装配在一起，并定义它们之间的齿轮传

CATIA做运动分析

1.将某一单元的装配图XX-01-00复制一个重命名为：XX-01-motion，打开后将所有参与运动分析的部件以Part文件的形式置于根目录下（其中气缸杆和缸体分为两个Part），并删除所有的约束关系。

2. 将CATIA运行的模式由装配设计模式改为DMU Kinematics模式运行。

5. 双击装配树中的固联双击出现对话框，按下Ctrl+Shift键同时用鼠标选取其

7. 选中铰支点处孔中心线对孔中心线，再选中两个在同一

8. 选中气缸旋转点处孔中心线对孔中心线，再选中两

9. 选中气缸铰接头处孔中心线对孔中心线，完成后点

10.

11.

行运动快慢的调节（数值为总运动过程所分的步数）。

12. 运动完成点

13.删除非运动部件，保存。

14.在装配设计下打开XX-01-00单元，将XX-01-Motion装入，编辑颜色使用。

本单元运动分析完成。

基于CATIA的捣固车捣固装置运动仿真及分析_邹俊俊

图４捣固装置三维模型总装配图
。捣固装置是连续式捣固车的核心部件，其性
能优劣将直接影响到捣固车的捣固效率和作业质量；因此，进行捣固装置的技术参数研究和结构优化对于捣固车的发展与进步有重大意义。Ｄ０９－３Ｘ型捣固车及捣固装置示意图如图１所示。
虚拟样机创建流程图catia进行零件设计具有先进的交建模功能在零件设计模块中根据自上而下的设计原则分别建立导柱激于零件模型根据其材质分别赋予相应的物理特性包装配设计中依次导入各零部件的数学模型行零件之间相互位置关系的约束捣固装置三维模型总装配图d093x型捣固车及捣固装置示意图捣固装置的运动特性捣固装置主要由激振箱体捣固臂内外夹持液压缸导柱和控制系统等组成捣固装置部件总成图捣固装置的工作原理压马达驱动激振箱体内的偏心轴旋转连接在偏心轴颈上的内外侧夹持液压缸在偏心轴的带动下做往复运动以中心销轴为支点左右摆动这样装在捣固臂下端最后进入dmu运动机构模块设置合适的运动副并添加外部驱动源使得机构的自由度等于驱2种仿真方式
图１Ｄ０９－３Ｘ型捣固车及捣固装置示意图
动项数后，机构即可进行仿真模拟。ＤＭＵ模块提供了２种仿真方式：一种为时间 — 步数的简单仿真，另一种是在知识工程工具中为机构添加运动函数的应采法则曲线仿真。为了精确描述机构运动状态，用第２种仿真方式。在Ｃ机ＡＴＩＡＶ５Ｒ２１软件中，构运动仿真工作台不仅可以通过运动仿真来观察机构各部件的运动情况，还可以进行机构的速度、加速

CATIA机械运动分析与模拟实例

假设我们要设计一个能够自动关上门的机械装置。为了实现这个功能，我们需要进行机械运动分析与模拟，以确保机械装置能够正常运行。

首先，在CATIA中创建一个新的装配文件，并导入相关零件。这些零

件包括门、门铰链、门锁等。然后，我们需要对这些零件进行约束和装配。门与门铰链之间可以使用铰链约束进行连接，并添加适当的约束条件，以

确保门可以在一定范围内开合。门与门锁之间可以使用接触约束进行连接，并设置适当的接触类型和参数。

完成约束和装配后，我们可以进行机械运动分析与模拟。在CATIA的

机械运动分析模块中，可以设置相关参数和条件，以模拟真实的运动情况。例如，我们可以设置门的初始位置和速度，然后通过求解机械系统的运动

方程，计算出门在一定时间内的运动轨迹和速度变化。同时，还可以对门

的运动进行可视化显示，观察门在运动过程中的变化和效果。

在进行机械运动分析与模拟之前，我们可以先进行静态分析，以确定

各个零件的受力情况和稳定性。这样可以帮助我们优化设计，并确保装置

具有足够的强度和刚度，以承受运动中的各种力和负载。

完成机械运动分析和模拟后，我们可以对结果进行评估和分析。例如，我们可以计算门在运动过程中的最大速度和加速度，以确定装置的动态性能。同时，还可以观察门的运动路径，以确保门与其他物体之间的安全间距。如果发现了设计上的问题或不足，我们可以对装置进行调整和优化，

然后重新进行机械运动分析和模拟，直到满足设计要求为止。

综上所述，CATIA提供了强大的机械运动分析和模拟功能，可以帮助

我们设计和优化机械装置。通过进行机械运动分析和模拟，我们可以预测