运动仿真操作步骤实例

3.1 计算机仿真概述

3.1.1 计算机仿真的概念及其特点

计算机仿真是指借助大量及高速存储数字计算及其相关技术，对真实复杂的系统的运行状态或者过程进行数字化规模的技术。简单的说其基本思想是利用物理和数学的模型来模拟现实运动过程，以减少真实运动的错误率。计算机仿真技术具有安全、经济、可重复性，并且具有不受气候、场地和时间限制的优势，被认为是除理论推导和科学试验之外人类认识自然和改造自然的新手段。

计算机仿真技术被广泛应用于人类生产生活的各个方面，如：航空、航天、兵器制造、国防、船舶、电子电力、石化等工业，特别是应用于前沿科技装备的论证、研发、制造、生产、使用及维护过程。目前，计算机仿真已成为就国家关键技术和科研核心竞争能力的代表。

计算机仿真按仿真技术的应用特点可以划分为仿真模拟训练、计算机仿真测试、虚拟制造等科技领域，其中计算机仿真测试又可以分为通用测试、机电仿真测试及射频仿真测试等。

计算机仿真有以下几个特点：

（1）系统模型快速求解：利用计算机，在较短的时间内就可以掌握仿真运算的结果(数据或图像)。

（2）模型参数可调性：模型参数能够依据需要的计算机程序便捷的进行调整、修补，使研发人员能够了解各种可能的仿真结果，这为完善研究方案提供了非常大的方便。更使得计算机仿真与实物实验相比，运费更低、风险更小以及方便灵活。

（3）计算结果的可靠性：在仿真的过程中需要保证程序、模型和系统三个方面的准确性，则其计算结果就一定是准确无误的。

正是基于这些优点，目前，不论是在技术研发还是在科技探索领域或者在工业中，计算机仿真都凸显出了其强大的能力，如今已成为人们在研究复杂系统时的一种不可或缺的手段。

3.1.2 计算机仿真的研究热点及对制造业的影响

计算机仿真行业是一个全球性的竞争行业。目前，以美国为首的第一世界国家公司凭着雄厚的历史研究底蕴和技术娴熟的仿真产品，在世界上的计算机仿真领域处于领导阶层，其中包括很多世界闻名的公司。而我国计算机仿真行业发展起步晚，在国内涉及的应用领域包括军用和民用两个。在相对开放的民用市场，国外企业凭借先进的技术和发达的销售网络处于市场优势地位。而在国防军工、航空航天、核能源和其他尖端核心技术等军用领域，受国防安全和国外禁运等多种因素影响，国外企业受到诸多限制，因此难以直接涉足。拥有国防军工资质的国内企业，特别是一些具有一定自主创新能力的企业，则可以凭借其产品和贴近

终端用户的个性化服务享有相当的竞争优势。

80年代以来，随着仿真技术的不断发展，在制造业方面取得了一项明显的进展—“虚拟制造”。根据这个概念，产品的设计和制造就能够在计算机中解决产品制造中可能出现的问题。

虚拟产品开发(VPD——Virtual Product Development)是计算机仿真技术在近年制造业中研究的另一个热点。虚拟产品开发就是在并行工程的指导下，把CAD、CS和大规模的产品数据管理系统综合在一起，从而形成一个虚拟的开发环境。研发人员可以在这个环境中策划产品、设计产品和预测产品在现实环境中的性能及特征，进而更好的检验设计理念，优化设计，缩短产品开发周期和费用。

如今，仿真技术已从单一系统迈入开放复杂的综合体系。在制造业中，已经产生了类似于分布交互化仿真(DIS——Districted Interactive Simulation)的虚拟研究开发中心或企业[10, 12]。

3.2 Solidworks运动仿真简介

在SolidWorks中，通过运动算例功能能够快速简洁的完成机构的运动仿真以及动画设计。其中，运动算例功能可以模拟图形的运动和装配体中各部件的直观属性，并可以实现模拟装配体运动、COSMOSMotion以及物理模拟，进而生成视频文件。

使装配体运动的方式是添加马达，从而驱动并控制装配体运动，或者可以决定装配体在不同时间的外观。通过设定键码点，可以确定装配体的运动轨迹顺序（即从一个位置跳动到另一位置所需的顺序）。

运动仿真的物理模拟用于装配体上的某些物理特性效果中，其中包括马达的模拟实现，阻尼系数的参数设定，弹簧的参数和效果设定以及引力在产品上的效应。

COSMOSMotion用于模拟分析，并输出模拟单元（力、阻尼、弹簧、摩擦等）在装配上的效应，它包含了所有物理模拟中可用的工具，是更高一级的模拟[8]。

在设计仿真动画的进程中，基本运用的是主程序中的装配体运动和物理模拟模块。Solidworks仿真动画的正常运行全部取决于装配体的配合，因此装配体的操作是Solidworks非常主要的部分。

同时SolidwWorks可以与其它三维设计软件完美转换，能够对产品进行更深层次的分析[10, 12,13]。

3.3 ？？机构的运动仿真

本文选用的是马达动画仿真，马达是指在软件中仿真多种马达的功能并且能使装配体实现运动的仿真功能，由于这不是一种力，所以其强度不会随零部件的大小或质量而改变。

下面将简单的叙述？？？？？机构装配体的动画仿真过程：

（1）打开文件“？？？？？装配体”。

（2）使用运动算例模块，点击Solidworks左下角的按钮，展开运动算例界面，如图4-1所示：

图4-1 运动算例界面

（4）在每次进行仿真之前，都要对装配体各运动部件进行键码，在运动算例工具栏中单击自动键码，效果如图4-2所示：

图4-2 自动键码效果图

（3）添加马达。在运动算例工具栏中单击马达按钮，系统弹出如图4-2

所示的“马达”对话框。

图4-2 马达对话框图4-3 选取马达转动模型表面

（4）编辑马达属性。在“马达”对话框中的【马达类型】中选择，在【零部件/方向（D）】中选择如图4-3所示的模型表面，在【运动（M）】中选择“等速”，此时，马达的转速值恒定。调整转速为30PRM(r/min)，其他选项则按照系统初值进行设定。如图4-4所示：

图4-4 马达属性设定

（5）在“马达”对话框中单击按钮，完成马达的添加。

（6）保存动画。在运动算例界面的工具栏中单击播放按钮，可以观察动画，在软件工具栏中单击保存按钮，命名为“装配体”，保存动画[7, 8,10]。 3.4 仿真分析

1.打开？？？？机构文件，如图4-5所示：

4-5？？？？？机构

2. 开启 SimulationXpress 并设定选项