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第一十四章 数字样机的机构设计与运动仿真实例 第一节 UG NX运动仿真基础知识 1．进入UG NX运动仿真模块 启动UG NX 8.0中文版软件系统，打开或创建1个装配部件（装配主模型），接着选择“起点”→“所有应用模块”→“运动仿真”菜单命令，即进入UG NX 8.0的运动仿真模块（见图14-1）。注意，此时的运动仿真工具栏全部命令为浅灰色（即未激活，见图14-2上图）。选择“工具”→“定制”菜单命令，在“定制”对话框的“工具条”选项卡中，选择“运动”和“运动分析”两个工具栏，并选择“文本在图标下面”，则全部命令（含次级命令）加亮（见图14-2下图）。单击“关闭”按钮后，全部命令重新为浅灰色。 ? 图14-1? 进入运动仿真模块 ? 图14-2 “运动”和“运动分析”工具条 2．何谓运动仿真模块 运动仿真模块属于计算机辅助工程分析的1个应用软件，用于建立机构运动学和动力学仿真模型，分析机构运动规律和动力特性。UG NX运动仿真模块会自动仿真主模型的装配文件，并建立一系列不同的运动仿真，每个运动仿真都可以独立修改，而不影响装配主模型，一旦完成机构优化设计方案，即可直接更新装配主模型，以反映机构优化设计的结果。 3．创建新的运动仿真 在运动导航器中选择装配主模型（如“QBYGJG”）后，右击→单击“新建仿真”按钮→弹出“环境”对话框→默认“分析类型”为“动力学”→默认“仿真名”为“motion_1”→单击“确定”按钮→弹出“机构运动副向导”对话框→单击“确定”按钮（见图14-3和图14-4）。此时，“运动”工具栏上的大部分命令加亮。如果运动副不合格，则会出现如图14-5所示的提示框。单击“是”按钮，则会出现如图14-6所示的画面。 图14-3? 新建运动仿真1“motion_1”图14-4? 成功创建运动仿真实例 ? 图14-5 “主模型到仿真的配对条件/约束转换”提示框 ? 图14-6? 未成功创建运动仿真的实例 4．运动仿真模块支持的运动分析类型（解算方案） UG NX可以执行的运动分析类型，即解算方案如下。 （1）运动学仿真 机构运动学是研究机构运动的一门科学，其研究对象是连杆（构件）的位移、速度和加速度，及其与时间的关系，而不考虑运动发生的原因。因此，在机构运动学仿真分析中只考虑运动驱动，其他的因素（如作用力、摩擦力、重力，以及零件的材料、质量）都不用考虑。 ??? 机构运动学仿真就是在不考虑力等因素影响的情况下，分析机构运动的变化规律，包括线性位移或角度位移、线性速度或角度速度、线性加速度或角度加速度随着时间变化的规律曲线，以及机构是否发生干涉和自锁，跟踪构件（UG NX称为连杆）的运动轨迹等。通过运动学仿真，修改和运动有关的机构参数，实现机构运动参数的优化。 （2）动力学仿真 机构动力学远比机构运动学复杂，它不仅涵盖了运动学分析的内容，而且还要考虑机构发生运动的真正原因，如作用力、摩擦力、重力，以及零件的材料、质量和惯性等。 ??? 机构动力学仿真就是在考虑力等因素影响的情况下，不仅分析机构运动的变化规律，包括线性位移或角度位移、线性速度或角度速度、线性加速度或角度加速度随着时间变化的规律曲线，以及机构是否发生干涉和自锁，跟踪构件（UG NX称为连杆）的运动轨迹等，而且还可以分析运动副中的作用力（矩）、反作用力（矩）。通过动力学仿真不仅可以解决运动学方面的问题，而且可以解决机构动力特性方面的问题（如修改材料选择，零件的具体结构）。 （3）静态平衡 在有限元分析中，静态表示的是结构模型被约束而不能进行刚体运动（存在静态平衡），同时也表示假设载荷是“缓慢施加”的，不会造成动力效应。 静态平衡分析类型即进行静力学分析，就是将模型移动到平衡位置，并输出运动副上的反作用力。选择该分析类型后，时间和步数的输入项将变为灰色而不可选。 当选择运动学/动力学分析类型进行求解，并指定包含作为起点的静态平衡分析时，求解器RecurDyn（Adams不支持此解算方案）首先以静态平衡分析方式运行仿真。静态平衡分析可以确定影响机构的所有内力和外力达到平衡的位置。将所有速度和加速度均设置为零。然后，求解器从机构的平衡位置开始运行动态分析。 （4）控制/动力学（协同仿真） 用户要在“环境”对话框中选择“协同仿真”复选框，“解算方案”对话框中的“控制/动力学”分析类型才会被激活，即可以从MATLAB? Simulink?中直接启动协同仿真。然后，可以在运动仿真或MATLAB Simulink中查看动画结果。协同仿真支持MATLAB Simulink版本R2007a、R2007b、R2008a和R2008b。 （5）柔体动力学 典型的运动仿真对象是使用刚体的机构，