NX8.0运动分析教材

31
运动副
• 驱动螺旋副：
地（非连杆） 伪连杆与地建立旋转副
伪连杆
在螺母与伪连杆之间建立滑动副 需运动的螺母 螺母与地建立螺旋副
• 情形1：驱动伪连杆旋转，由于螺母与伪连杆建立滑动付，螺母随之旋转，这样螺母 间接与地有了旋转的驱动条件。
• 情形2：驱动伪连杆滑动，由于伪连杆与地建立旋转副，Z方向与地点位移保持不变， 间接驱动螺母与地产生滑动
每个连杆输入质量特性、即质量、质心和惯性矩
当机构中连杆没有质量属性时，不能进行动力学和反作用力的静力学分析
18
连杆、质量及材料特性
• 定义材料
• 如果物体未分配材料特性，则用默认的材料密度值(7.83)
19
演示：一个简单的旋转机构
•打开文件revolute_mech.prt
20
运动副
• 创建运动分析的第二步——创建运动副
7
基本概念
• 如何使运动分析方案中的机构运动起来
两种运动形式
1. 关节运动(Articulation)
基于位移的一种运动形式。机构需指定步长(旋转角度或直线距离）和步数
注意：需对关节定义接运动驱动
2. 运动仿真(Animation)
解算方案类型
基于时间的一种运动形式。机构在指定的时间段中运动，并指定该时间段中的步数
• 提示：柱面副可以用一个旋转副和一个滑动副替代
29
运动副
• 平面副： 特征：连接两个连杆，有2个移动的自由度和一个旋转自由度 驱动：不能加运动驱动 约束：去掉3个自由度
• 注意事项：一般来说平面副的原点可以位于Z轴任何位置，都会产生相同 运动。较好的办法是把原点方在平面副模型中间。但在作精确的动 力学分析时，必须精确定义平面副的原点
进行运动分析
注意：需要外部驱动条件，速度、重力、力等进行驱动
8
基本概念
• 进入运动分析模块
9
基本概念
• 创建分析方案(New Scenario)
在主模型节点上单击鼠标右键，弹出新建分析方案的菜单功能
10
基本概念
运动学（Kinematics）
用于仿真机械系统的运动，确定机构运动位移的大小、速度、加速度和 在约束处的反作用力。 系统运动通过输入运动和约束发生作用 外载荷和惯性力在约束处影响反作用力，但不影响运动 机构和关节假定为刚性体 自由度DOF等于0
5种运动驱动类型
无运动驱动(None)－－－机构只受重力作用) 运动函数（Motion Function)－－－用数学函数定义运动方式 恒定驱动(Constant Driver)－－－恒定速度和加速度 简谐运动驱动(Harmonic Driver)－－－振幅、频率和相位角 关节运动驱动(Articulation Driver)－－－步长和步数
• 提示：齿轮副的参数菜单中的原点（齿轮与齿轮的接触点）可以定义齿轮比率
• 注意事项：两个旋转副需预先创建，而且它们的第二连杆是同一连杆 旋转轴可以不平行，即可以创建锥齿轮
38
演示：创建行星齿轮
•打开文件act_3-4.prt
39
配对条件——推理式连杆和运动副的创建
• 如果在装配主模型中用配对条件（Mate Condition)定义模型的相对位置 关系约束条件，则NX运动分析模块可以自动影射这些关系，并可以利用 这些选项来自动创建连杆和运动副。
• 注意事项：一般来说旋转副的原点可以位于Z轴任何位置，都会产生相同 运动。较好的办法是把原点方在旋转副模型中间。但在作精确的动 力学分析时，必须精确定义旋转副的原点
22
运动副
• 滑动副：
特征：连接两个连杆，有一个沿Z轴移动的自由度
驱动：可以定义一个运动输入 约束：去掉5个自由度
• 注意事项：一般来说滑动副的原点可以位于Z轴任何位置，都会产生相同 运动。较好的办法是把原点方在滑动副模型中间。但在作精确的动 力学分析时，必须精确定义旋转副的原点
NX 运动仿真Motion
2
课程表
• 基本概念 • 连杆、质量及材料特性 • 运动副 • 运动驱动 • 封装选项 • 图标功能 • 标量力、矢量力 • 弹簧、阻尼 • 案例分析
3
基本概念
• 运动分析模块能执行何种类型的分析
1. 机构的干涉分析 2. 跟踪零件的运动轨迹 3. 分析机构中的零件的速度、加速度、作用力、反作用力和力矩
30
运动副
• 螺旋副： 特征：本身不能对两连杆进行约束，必须将柱面副和滑动副 结合起来，螺旋副提供螺纹 驱动：不能直接给螺旋副加运动驱动 约束：去掉1个自由度 比率：等效于螺纹节距，即旋转一圈，沿Z轴所移动的距离
• 注意事项：如果需要驱动螺旋副，则必须添加一个额外的伪连杆
act_3-3_screw.prt act_3-3_screw.prt
分析方案4
Capture data from Scenario 3
6
基本概念
• 如何创建运动分析方案
机构是一组连接在一起的运动的连杆（links)的集合，NX可以用下面3步骤产 生一个运动分析方案
1. 创建连杆(links)：创建代表运动的连杆 2. 创建运动副(Joints)：可以给运动副添加弹簧、阻尼、接触等约束 3. 定义运动驱动(Motion Driver)
33
运动副
• 线在线上：
特征：2曲线保持相切接触，有4个自由度。如凸轮运动关系 驱动：不能加运动驱动 约束：去掉2个自由度
• 注意事项：在整个运动范围中，两根线必须保持接触 如果运动中有脱离，使用二维接触（2D Contact)
•Gruebler=0
•Gruebler<0
•Gruebler>0
•Gruebler=连杆数量x6－运动副约束－驱动条件
DOF=连杆数量x6－运动副约束
34
演示:凸轮运动机构——线在线上副
•打开文件act_3-3-3.prt
35
运动副
• 线缆副： 特征：定义滑动副之间的相互关系驱动 驱动：不能定义线缆副的运动驱动，但可以对其中一个滑动 副加驱动 约束：去掉2个自由度 比率：第一个滑动副的速度与第二个滑动副速度之比
4
基本概念
• 机构分析的基本步骤
– 完成三维模型设计(零件;装配), 或机构概念几何模型(线框 ) – Application -> Motion – 创建一个新的Scenario – 设置 Scenario 的Environment (Kinematics/Dynamics) – 默认参数设置 Preference Setting – 定义杆系及运动付(links/joints) – 运动仿真 (Animation) – 机构结构空间分析 (Package analysis) – 运动分析 (Motion analysis) – 生成动画片(MPEG)
32
运动副
• 点在线上： 特征：连接两个连杆之间以及一个连杆和一个固定的非连杆 曲线之间的点接触，有4个自由度 驱动：不能加运动驱动 约束：去掉2个自由度
• 提示：点在线上的3中约束类型 无约束：点和曲线自由移动 驱动：点固定、曲线自由移动 约束：点自由移动，曲线固定
• 注意事项：如果有多于一条曲线，先把先Join起来，而且曲线应该是相切的
演示： 求解问题
•打开文件printing_press.prt
？
驱动旋转副 未知转动位移
运动问题：将滑块移动到设计死点，需要多大的转动位移
设计问题：将滑块移动到设计死点，滑动臂的长度需要多长
16
？
未知臂长
死点
17
连杆、质量及材料特性
• 创建分析的方案的第一步——创建连杆
• 当作运动分析，不关心反作用力时，可以忽略质量特性 • 当作动力学分析，需要分析反作用力时，则必须考虑质量属性，必须为
• 提示：齿条副的原点（齿轮与齿条的接触点）可以定义齿轮比率
• 注意事项：滑动副和旋转副需预先创建，而且它们的第二连杆是同一连杆
rack-and-pinion .prt
37
运动副
• 齿轮副： 特征：模拟一对齿轮运动。选择现有的两个旋转副并定义传动比 驱动：不能定义齿轮副的运动驱动，但可以对旋转副加驱动 约束：去掉1个自由度 比率：齿轮传动比，无纲量
25
Gruebler数
一个机构的Gruebler数存在于机构中总的运动自由度DOF的近似值。 当连杆创建一个运动付，该值会减少，趋向于零。该值在提示栏显示
DOF= ∑连杆数量x6－ ∑连杆约束 Gruebler= ∑连杆数量x6－ ∑运动副约束－驱动条件
•Gruebler=0
•Gruebler<0
• 注意事项：比率正负决定第二个滑动副的运动方向
act_3-3_cable joint.prt
36
运动副
• 齿条副： 特征：模拟齿轮与齿条的齿合运动。选择现有的旋转副和滑动副，即 可定义齿条副并定义传动比 驱动：不能定义齿条副的运动驱动，但可以对滑动副和旋转副加驱动 约束：去掉1个自由度 比率：等效于齿轮的节圆半径。默认值为旋转付的轴到滑动付的轴最 短距离
14
演示：关节的运动仿真－－基于位移的分析
•打开文件rotating_assem.prt
15
演示： 运动仿真分析－－基于时间的运动分析
•步骤 1. 打开文件bar_and_weights.prt
•步骤 2. 分析3个分析方案
Original _grv 连杆在重量作用下下落 Modified _mot 模拟电机驱动连杆运动 Original _spr 弹簧约束，连杆在重力作用下下落
•Gruebler>0
26
咬合连杆
• 咬合：是将连杆从原始的设计位置重定位到装配位置 • 提示：当碰到难于装配定位的连杆时，咬合连杆是非常有用的设计工具，如 四连杆机构
设计位置
装配位置
27
演示：相关的咬合运动副
•打开文件act_3-2.prt
28
运动副
• 柱面副： 特征：连接两个连杆，有一个绕Z轴旋转的自由度和沿Z轴移动的自由度 驱动：不能加运动驱动 约束：去掉4个自由度
• 提示：尽管由系统创建的连杆和运动副都是可以编辑的，但可能要比从头开 始手工创建过程多花几倍的时间 所以当模型很复杂和系统的假定与原始的分析方案设计目的相矛盾时， 手工方式更合适。
40
演示创建推断式连杆和运动副
•打开文件act_3-5.prt
BLOCK
当Block 与Base 取消激活时，系统推断TAB为固定地，显然不是 我们所需要的设计方案分析目的
5
基本概念
•bar_and_weights.prt
由主模型建立一个相关联的
分析方案1
运动分析的优化结果 被用来更改主 模型结构设计
每个分析方案可能建议设计 更改(零件尺寸,材料等)
分析方案2
Capture data from Scenario 1
分析方案3
Capture data from Scenario2
注意： 运动学不能求解有自由度的机械系统，力不能产生运动
动力学（Dynamics）
如果机械系统有一个或更多的自由度，必须使用动力学
注意：在动力学解算方案中，可以执行静力平衡 计算
11
基本概念
• 击活分析方案(Make Work)
12
基本概念
• 运动分析模块预设置(Preferences)
13
基本概念
• 运动副的作用： 充许所需的运动 限制步需要的运动
• 8个普通运动副：旋转副、滑动副、万向节、球面副、柱面副、平面副、 点在线上、线在线上
• 4个特殊的运动副：螺旋副、线榄副、车轮齿条副、齿轮副
21
运动副
• 旋转副： 特征：连接两个连杆，有一个绕Z轴旋转的自由度 驱动：可以定义一个运动输入 约束：去掉5个自由度
23
运动副
• 万向节： 特征：连接两个成一定角度的转动连杆，有两个旋转的自由度 驱动：不能加运动驱动 约束：去掉4个自由度
• 注意事项：万向节没有咬和功能
24
运动副
• 球面副： 特征：连接两个连杆，有3个旋转的自由度 驱动：不能加运动驱动 约束：去掉3个自由度
• 注意事项：只需制定球面副的原点
求解器
RecurDyn (Recursive Dynamic)是由韩国FunctionBay公司开发出的新一代多体系 统动力学仿真软件。它采用相对坐标系运动方程理论和完全递归算法，非常适合 于求解大规模的多体系统动力学问题
ADAMS，即机械系统动力学自动分析(Automatic Dynamic Analysis of Mechanical Systems)，该软件是美国MDI公司(Mechanical Dynamics Inc.)开发 的虚拟样机分析软件