基于UG的运动仿真及高级仿真

《基于UG的运动仿真及高级仿真》

项目一：机构运动仿真

项目要求：熟悉UG机构运动仿真模块的内容，掌握运动仿真的一般流程和方法，并根据分析输出结果对机构进行优化。

任务一：熟悉掌握运动仿真基础知识

运动分析模块（Scenario for motion）是UG/CAE模块中的主要部分，用于建立运动机构模型，分析其运动规律。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模块可以进行机构的干涉分析，跟踪零件的运动轨迹，分析机构中零件的速度、加速度、作用力、反作用力和力矩等。运动分析模块的分析结果可以指导修改零件的结构设计（加长或缩短构件的力臂长度、修改凸轮型线，调整齿轮比等）或调整零件的材料（减轻或加重或增加硬度等）。设计的更改可以反映在装配主模型的复制品分析方案中，再重新分析，一旦确定优化的设计方案，设计更改就可反映在装配主模型中。

一、运动方案创建步骤

1．创建连杆（Links）；

2．创建两个连杆间的运动副（Joints）

3．定义运动驱动（Motion Driver）

◆无运动驱动（none）：构件只受重力作用

◆运动函数：用数学函数定义运动方式

◆恒定驱动：恒定的速度和加速度

◆简谐运动驱动：振幅、频率和相位角

◆关节运动驱动：步长和步数

二、创建连杆

创建连杆对话框将显示连杆默认的名字，格式为L001、L002 (00)

质量属性选项：

质量特性可以用来计算结构中的反作用力。当结构中的连杆没有质量特性时，不能进行动力学分析和反作用力的静力学分析。根据连杆中的实体，可以按默认设置自动计算质量特性，在大多数情况下，这些默认计算值可以生成精确的运动分析结果。但在某些特殊情况下，用户必须人工输入这些质量特性。

固定连杆：

人工输入质量属性，需要指定质量、惯性矩、初始移动速度和初始转动速度。注：必须选择好质心并且输入质量的数值，才能定义质量属性。

三、创建运动副

运动副就是将机构中的连杆连接在一起，从而使连杆一起运动。在运动副创建前，机构中的连杆是在空间浮动的，没有任何约束，具有6个自由度。运动副创建后，会约束一个或几个自由度，运动副具有双重作用：允许所需的运动和限制不要的运动。

运动副的创建步骤：

1)创建运动副要约束的第一个连杆

2)创建运动副第一个连杆的原点和方向

3)创建运动副要约束的第二个连杆

4)创建运动副第二个连杆的原点和方向

连杆选择技术：

UG运动分析模块用首选选中的对象判断要创建运动副的原点和方向。

如果选中的对象是圆弧或圆，则运动副的原点设在圆弧或圆的圆心，运动副的Z轴垂直于圆的平面。

如果首先选中的对象是直线，则运动副的原点设定在直线最近的控制点上，且运动副的Z轴方向平行于直线。

如果选中的对象不能够确定运动副的原点和方向，则需手工定义运动副的原点和方向。

运动副方向决定其自由运动的方向。转动副（旋转副和柱面副）按右手螺旋法则绕运动副的坐标系的Z轴运动。线性运动副（滑动副）沿Z轴移动。

咬合连杆：设计位置和装配位置不一致。

运动驱动：用来定义运动副上的运动驱动。

常见运动副类型如下：

1.旋转副

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

⑥旋转副有一个绕Z轴转动的自由度，旋转副不允许两个连杆之间有任何移动。

⑥旋转副可以定义一个运动输入，旋转的正向由右手法则确定。

⑥一个旋转副去掉5个自由度。

⑥相连的两杆不在装配位置（装配位置和设计位置不一致），选择复选框Snap Links

（咬合连杆）

⑥可以规定旋转副的运动极限：

2.滑动副

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

④滑动副连接两个连杆，有一个自由度，连杆之间不允许有转动。

④滑动副可以定义一个运动驱动，移动的正方向是正Z轴方向。

④一个滑动副去掉5个自由度。

④一般来说，滑动副的原点可以位于Z轴的任何位置，滑动副都会产生相同的运动。

④较好的方法是将运动副的原点放在滑动副模型的中间。

④可以规定滑动副的运动极限

3.柱面副

实现了一个部件绕另一个部件（或机架）的相对转动。柱铰连接也有两种形式：一种是两个部件相连，另一种是一个部件连接在机架上。

④柱面副连接两个连杆，有2个自由度，1个移动自由度和1个转动自由度。

④不可以定义运动驱动

④一个柱面副可以由一个旋转副和一个滑动副替代。

④一个柱面去掉4个自由度。

4.万向节

万向接头实现了两个部件之间可以绕互相垂直的两根轴作相对的转动，它只有一种形式必需是两个连杆相连。

④万向节可以连接2个成一定角度转动连杆，万向节有2个转动自由度。

④万向节不能加驱动，不可规定万向节的运动极限。

④万向节的原点必须位于ZY的交点，要避免产生折叠（小于90度的）万向节，或在

期望的运动范围内会折叠的万向节。

④如果连杆的装配位置与设计位置不一致，则不能采用此运动副。

④确定X1轴的方向是确定万向节方向最简单的方法。用这种方法为系统设定万向节

的旋转纵轴，可不必关心Y轴和Z轴的初始方向，因为Y轴和Z轴在旋转方向上可自由移动，故明确确定Y轴和Z轴的初始方向是不可能的。

④第一个连杆的Z轴方向控制第二个连杆的Z轴方向，它们会相互成90度。

5.球面副

实现了一个部件绕另一个部件（或机架）作相对的各个自由度的运动，它只有一种形式必需是两个连杆相连。

④球面副连接两个连杆，有三个旋转自由度

④球面副不能加驱动，不能规定其运动极限。

④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

需指定连杆和球面副的原点。

6.平面副

平面连接可以实现两个部件之间以平面相接触，互相约束

④平面副连接两个连杆，有3个自由度---2个移动自由度和1个转动自由度。两个连