运动仿真 本章主要内容 运动仿真的工作界面 运动模型管理 ●连杆特性和运动副 机构载荷 运动分析 91运动仿真的工作界面 本章主要介绍 UG/CAE模块中运动仿真的功能。运动仿真是 UG/CAE( Computer Aided Engineering)模块中的主要部分,它能对任何二维或三维机构进行复杂的运动学分析、动力 分析和设计仿真。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的功能可以对运动机构进行大量的装配分析工作、 运动合理性分析工作,诸如干涉检査、轨迹包络等,得到大量运动机构的运动参数。通过对 这个运动仿真模型进行运动学或动力学运动分析就可以验证该运动机构设计的合理性,并且 可以利用图形输出各个部件的位移、坐标、加速度、速度和力的变化情况,对运动机构进行 运动仿真功能的实现步骤为 1.建立一个运动分析场景 2.进行运动模型的构建,包括设置每个零件的连杆特性,设置两个连杆间的运动副和 添加机构载荷 3.进行运动参数的设置,提交运动仿真模型数据,同时进行运动仿真动画的输出和运 动过程的控制 4.运动分析结果的数据输出和表格、变化曲线输出,人为的进行机构运动特性的分析。 91.1打开运动仿真主界面 在进行运动仿真之前,先要打开UG/ Motion(运动仿真)的主界面。在UG的主界面中 选择菜单命令【 Application】→【 Motion】,如图9-1所示
运动仿真 本章主要内容： ⚫ 运动仿真的工作界面 ⚫ 运动模型管理 ⚫ 连杆特性和运动副 ⚫ 机构载荷 ⚫ 运动分析 9.1 运动仿真的工作界面 本章主要介绍 UG/CAE 模块中运动仿真的功能。运动仿真是 UG/CAE（Computer Aided Engineering）模块中的主要部分，它能对任何二维或三维机构进行复杂的运动学分析、动力 分析和设计仿真。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 的功能可以对运动机构进行大量的装配分析工作、 运动合理性分析工作，诸如干涉检查、轨迹包络等，得到大量运动机构的运动参数。通过对 这个运动仿真模型进行运动学或动力学运动分析就可以验证该运动机构设计的合理性，并且 可以利用图形输出各个部件的位移、坐标、加速度、速度和力的变化情况，对运动机构进行 优化。 运动仿真功能的实现步骤为： 1．建立一个运动分析场景； 2．进行运动模型的构建，包括设置每个零件的连杆特性，设置两个连杆间的运动副和 添加机构载荷； 3．进行运动参数的设置，提交运动仿真模型数据，同时进行运动仿真动画的输出和运 动过程的控制； 4．运动分析结果的数据输出和表格、变化曲线输出，人为的进行机构运动特性的分析。 9.1.1 打开运动仿真主界面 在进行运动仿真之前，先要打开 UG/Motion（运动仿真）的主界面。在 UG 的主界面中 选择菜单命令【Application】→【Motion】,如图 9-1 所示
Application Window Help Manufacturing Ctrl+Alt+M Moldflow Part Adviser sheet Metal moldwizard wire Harness, Ctrl+Alt+W User Interface Styler 9-1打开 UG/Motion操作界面 选择该菜单命令后,系统将会自动打开 UG/Motion的主界面,同时弹出运动仿真的工具 91.2运动仿真工作界面介绍 点击 Application/ Motion后UG界面将作一定的变化,系统将会自动的打开 UG/Motion 的主界面。该界面分为三个部分:运动仿真工具栏部分、运动场景导航窗口和绘图区,如图 92所示 SA Unigraphics V18.0-Motion-[Displayed: (Scenario)scenario_1.prt Work:(Modified)sc= x V Ele Edit yiew Insert Format Tools Assemblies ycs Information Analysis Preferences 争F②Q√xc心s。巴 长珍品上屢跳 TypeStatus EnvironmentDescription 日自 Statics Dyna 运动仿真工具栏 图92 UG/Motion主界面 动仿真工具栏部分主要是UG/ Motion各项功能的快捷按钮,运动场景导航窗口部分主 要是显示当前操作下处于工作状态的各个运动场景的信息。运动仿真工具栏区又分为四个模 块:连杆特性和运动副模块、载荷模块、运动分析模块以及运动模型管理模块,如图93所
图 9-1 打开 UG/Motion 操作界面 选择该菜单命令后，系统将会自动打开 UG/Motion 的主界面，同时弹出运动仿真的工具 栏。 9.1.2 运动仿真工作界面介绍 点击 Application/Motion 后 UG 界面将作一定的变化，系统将会自动的打开 UG/Motion 的主界面。该界面分为三个部分：运动仿真工具栏部分、运动场景导航窗口和绘图区，如图 9-2 所示。 图 9-2 UG/Motion 主界面 运动仿真工具栏部分主要是 UG/Motion 各项功能的快捷按钮，运动场景导航窗口部分主 要是显示当前操作下处于工作状态的各个运动场景的信息。运动仿真工具栏区又分为四个模 块：连杆特性和运动副模块、载荷模块、运动分析模块以及运动模型管理模块，如图 9-3 所 示
Lin 连杆特性和运动副模块 c心co2 载荷模块 运动分析模块 Model Preparation 应长4吵品/ 运动模型管理模块 图9-3四个运动仿真工具栏区 运动场景导航窗口显示了文件名称,运动场景的名称、类型、状态、环境参数的设置以 及运动模型参数的设置,如图9-4所示。运动场景是UG运动仿真的框架和入口,它是整个 运动模型的载体,储存了运动模型的所有信息。同一个三维实体模型通过设置不同的运动场 景可以建立不同的运动模型,从而实现不同的运动过程,得到不同的运动参数。 图9-4运动场景导航窗口 92运动模型管理 开UG/ Motion的主界面之后,将会弹出运动模型管理工具栏,如图9-5所示。 Model Preparation 图9-5运动模型管理工具栏 本节将对工具栏中的各个选项进行说明 9.21场景导航窗口 1.运动场景的建立 在进行运动仿真之前必需建立一个运动模型,而运动模型的数据都存贮在运动场景之中
图 9-3 四个运动仿真工具栏区 运动场景导航窗口显示了文件名称，运动场景的名称、类型、状态、环境参数的设置以 及运动模型参数的设置，如图 9-4 所示。运动场景是 UG 运动仿真的框架和入口，它是整个 运动模型的载体，储存了运动模型的所有信息。同一个三维实体模型通过设置不同的运动场 景可以建立不同的运动模型，从而实现不同的运动过程，得到不同的运动参数。 图 9-4 运动场景导航窗口 9.2 运动模型管理 打开 UG/Motion 的主界面之后，将会弹出运动模型管理工具栏，如图 9-5 所示。 图 9-5 运动模型管理工具栏 本节将对工具栏中的各个选项进行说明。 9.2.1 场景导航窗口 1．运动场景的建立 在进行运动仿真之前必需建立一个运动模型，而运动模型的数据都存贮在运动场景之中
所以运动场景的建立是整个运动仿真过程的入口 利用 UG/Modeling的功能建立了一个三维实体模型时必需将该模型设为一个运动可控模 型( Master Model),完成几何模型的创建之后,选择【 Application】→【 Motion】菜单项, 弹出运动场景导航窗口,该模型将自动的显示于运动场景导航窗口中,选种该模型按右键将 弹出一快捷菜单,如图9-6所示。 Scenario Navigator statu Environment 图9-6弹出快捷菜单 如果在进入运动仿真界面后,运动场景导航窗口没有相应的打开,用户可以在运动模型 工具栏中单击按钮2 Scenario navigator(场景导航),系统将会自动打开运动场景导航窗口。 在模型的右键快捷菜单中选择 New Scenario菜单项,将建立一个新的运动场景,默认名 称为 Scenario_1,类型为 Motion,运动仿真环境为静态动力学仿真( Statics& Dynamics),该 信息将显示在运动场景导航窗口中,并且运动仿真各运动仿真工具栏项将变为可操作的状态, 如图97所示 scenario Navigator Type Status E onment Master statics Dynamics 图9-7建立一个新场景 运动场景建立后便可以对三维实体模型设置各种运动参数了,在该场景中设立的所有的 运动参数都将存储在该运动场景之中,由这些运动参数所构建的运动模型也将以该运动场景 为载体进行运动仿真。重复该操作可以在同一个 Master Model下设立各种不同的运动场景, 包含不同的运动参数,实现不同的运动 2.运动场景的编辑 运动场景建立后可以对它进行一定的编辑,包括运动场景的重命名( Rename)、删除 和复制( Clone) )运动场景的重命名 选种某一运动场景,单击鼠标右键将弹出一快捷菜单,如图9-8所示。 Master 6 scenario_1 Delete Clone 图9-8弹出运动场景快捷菜单 选择快捷菜单中的 Rename菜单项后,运动场景导航窗口中的场景名称将自动变为可编 辑的状态,如图9-9所示。在该对话框中键入新的运动场景名称应用后既可实现运动场景的 重命名
所以运动场景的建立是整个运动仿真过程的入口。 利用 UG/Modeling的功能建立了一个三维实体模型时必需将该模型设为一个运动可控模 型（Master Model），完成几何模型的创建之后，选择【Application】→【Motion】菜单项， 弹出运动场景导航窗口，该模型将自动的显示于运动场景导航窗口中，选种该模型按右键将 弹出一快捷菜单，如图 9-6 所示。 图 9-6 弹出快捷菜单 如果在进入运动仿真界面后，运动场景导航窗口没有相应的打开，用户可以在运动模型 工具栏中单击按钮 Scenario Navigator（场景导航），系统将会自动打开运动场景导航窗口。 在模型的右键快捷菜单中选择 New Scenario 菜单项，将建立一个新的运动场景，默认名 称为 Scenario_1，类型为 Motion，运动仿真环境为静态动力学仿真（Statics & Dynamics），该 信息将显示在运动场景导航窗口中，并且运动仿真各运动仿真工具栏项将变为可操作的状态， 如图 9-7 所示。 图 9-7 建立一个新场景 运动场景建立后便可以对三维实体模型设置各种运动参数了，在该场景中设立的所有的 运动参数都将存储在该运动场景之中，由这些运动参数所构建的运动模型也将以该运动场景 为载体进行运动仿真。重复该操作可以在同一个 Master Model 下设立各种不同的运动场景， 包含不同的运动参数，实现不同的运动。 2．运动场景的编辑 运动场景建立后可以对它进行一定的编辑，包括运动场景的重命名（Rename）、删除 （Delete）和复制（Clone）。 1）运动场景的重命名 选种某一运动场景，单击鼠标右键将弹出一快捷菜单，如图 9-8 所示。 图 9-8 弹出运动场景快捷菜单 选择快捷菜单中的 Rename 菜单项后，运动场景导航窗口中的场景名称将自动变为可编 辑的状态，如图 9-9 所示。在该对话框中键入新的运动场景名称应用后既可实现运动场景的 重命名
scenario Navigator Status 6 1 图99运动场景的重命名 2)运动场景的删除 先择快捷菜单中的 Delete菜单项既可实现运动场景的删除。 )运动场景的复制 选择快捷菜单中的 Clone菜单项既可实现运动场景的复制,复制后的运动场景与原来的 运动场景的各个参数都相同,如图9-10所示,通过分别选择【 scenarIo1】【lone, scenarIo2】 →【 Clone, scenarIo3】→【 Clone】菜单项新建了三个与 scenarIo1各项参数都相同的运动 场景,分别默认为 scenario2、 scenario3、 scenario4。 Type Status Em scenario Motion Motion Statics &Dynamics 图9-10运动场景的复制 3.运动场景参数的设置和信息的输出 )运动场景环境参数的设置 选种某一运动场景,单击鼠标右键将弹出一快捷菜单,选择 Environment菜单项将弹出 【运动仿真环境类型设置】对话框,如图9-11所示 ⊥Type Status Environme xport Expressions..r Solver Choice Information C Kinematics 图9-11运动仿真环境类型设置 该对话框中的各个选项说明如下: Kinematics: Statics Dynam 通过不同的选择可以将运动仿真环境设置为运动学仿真或者是静态动力学仿真。 2)运动场景信息的输出
图 9-9 运动场景的重命名 2）运动场景的删除 选择快捷菜单中的 Delete 菜单项既可实现运动场景的删除。 3）运动场景的复制 选择快捷菜单中的 Clone 菜单项既可实现运动场景的复制，复制后的运动场景与原来的 运动场景的各个参数都相同，如图 9-10 所示，通过分别选择【scenario_1】→【Clone，scenario_2】 →【Clone，scenario_3】→【Clone】菜单项新建了三个与 scenario_1 各项参数都相同的运动 场景，分别默认为 scenario_2、scenario_3、scenario_4。 图 9-10 运动场景的复制 3．运动场景参数的设置和信息的输出 1）运动场景环境参数的设置 选种某一运动场景，单击鼠标右键将弹出一快捷菜单，选择 Environment 菜单项将弹出 【运动仿真环境类型设置】对话框，如图 9-11 所示。 图 9-11 运动仿真环境类型设置 该对话框中的各个选项说明如下： ⚫ Kinematics： ⚫ Statics Dynamics： 通过不同的选择可以将运动仿真环境设置为运动学仿真或者是静态动力学仿真。 2）运动场景信息的输出
选种某一运动场景,单击鼠标右键将弹出一快捷菜单,选择【 nformation】→【 Motion Connections】菜单项将弹出显示运动模型各项参数的设置的图文框,它记载了运动模型所有 的参数,如图9-12所示。 ScenarioNavigator Type Status Environment Delete Clone Enrironment r Expressions 图9-12选择【 Information】→【 Motion Connections】菜单项 弹出的运动模型参数设置图文框如图9-13所示 formation s of freedom Number of Joints J001 ion Inputs Constant Disp⊥ acement= 0.00000 Velocit 2.00000 Join J004 ink L002 Number of Joints 4 图9-13弹出运动模型参数设置图文框 922编辑模型几何尺寸 在建立了一个运动场景之后,用户仍然可以对运动场景中几何体的尺寸进行修改。 在 UG/Motion运动模型管理工具栏中选择图标,系统将会自动打开一个【几何模型尺寸 编辑】对话框,如图9-14所示
选种某一运动场景，单击鼠标右键将弹出一快捷菜单，选择【Information】→【Motion Connections】菜单项将弹出显示运动模型各项参数的设置的图文框，它记载了运动模型所有 的参数，如图 9-12 所示。 图 9-12 选择【Information】→【Motion Connections】菜单项 弹出的运动模型参数设置图文框如图 9-13 所示。 图 9-13 弹出运动模型参数设置图文框 9.2.2 编辑模型几何尺寸 在建立了一个运动场景之后，用户仍然可以对运动场景中几何体的尺寸进行修改。 在 UG/Motion 运动模型管理工具栏中选择图标，系统将会自动打开一个【几何模型尺寸 编辑】对话框，如图 9-14 所示
Model Prep Fa/Edit Dimension END(2) 几何模型特征列表一 Feature Expressions 特征参数表达方式 C Expression Description Thickness=0 特征参数列表一 Thickness 特征参数表达式 特征参数数值 vaue=0.100000 运用一 used by 9-14【几何模型尺寸编辑】对话框 在该对话框几何模型特征列表中选中某一特征后,其各种特征参数表达式将在特征参数 列表中相应的显示,而在特征参数列表中选中该特征的某一参数时,其表达式和值将会相应 的在下部显示,此时用户可以对该表达式的值进行编辑。在特征参数数值文本输入框中输入 新的特征参数后,按回车键,同时该对话框中的Appy按钮被激活,单击 Apply既可完成该 操作,从而改变模型的几何外形。 93连杆特性和运动副 利用 UG/Modeling的功能建立了一个三维实体模型后,并不能直接将各个部件按一定的 连接关系连接起来,必需给各个部件赋予一定的运动学特性,即让其成为一个可以与别的有 着相同的特性的部件之间相连接的连杆构件(Link)。 同时,为了组成一个能运动的机构,必需把两个相邻构件(包括机架、原动件、从动件) 以一定方式联接起来,这种联接必需是可动连接,而不能是无相对运动的固接(如焊接或铆 接),凡是使两个构件接触而又保持某些相对运动的可动连接即称为运动副。在UG/ Motion 中两个部件被赋予了连杆特性后,就可以用运动副( Joint)相联接,组成运动机构
图 9-14 【几何模型尺寸编辑】对话框 在该对话框几何模型特征列表中选中某一特征后，其各种特征参数表达式将在特征参数 列表中相应的显示，而在特征参数列表中选中该特征的某一参数时，其表达式和值将会相应 的在下部显示，此时用户可以对该表达式的值进行编辑。在特征参数数值文本输入框中输入 新的特征参数后，按回车键，同时该对话框中的 Apply 按钮被激活，单击 Apply 既可完成该 操作，从而改变模型的几何外形。 9.3 连杆特性和运动副 利用 UG/Modeling 的功能建立了一个三维实体模型后，并不能直接将各个部件按一定的 连接关系连接起来，必需给各个部件赋予一定的运动学特性，即让其成为一个可以与别的有 着相同的特性的部件之间相连接的连杆构件（Link）。 同时，为了组成一个能运动的机构，必需把两个相邻构件（包括机架、原动件、从动件） 以一定方式联接起来，这种联接必需是可动连接，而不能是无相对运动的固接（如焊接或铆 接），凡是使两个构件接触而又保持某些相对运动的可动连接即称为运动副。在 UG/Motion 中两个部件被赋予了连杆特性后，就可以用运动副（Joint）相联接，组成运动机构
931连杆特性的建立 点击运动仿真工具栏区的连杆特性和运动副模块中的图标(Link),系统将会打开 【连杆特性创建】对话框,如图9-15所示。 Link and Joint election Steps 择步骤一单态a5 过滤器 辑方向 Edit orentation 质量特性 Mass Properties C Automatic 用户定义 User Defined 无质量 上一个等级 连杆名称—Name 图9-15连杆特性的建立 该对话框中的各个选项说明如下: 1. Selection Steps(选择步骤) 该选项给用户提供了建立一个连杆特性的操作步骤。共包含五个步骤,其中可根据用户 的要求省去几项。各个步骤说明如下: 选项用于选择连杄特性的几何模型。激活该图标后,在图形窗口中选择将要赋予该连 杆特性的几何模型。 Mass 选项用于设置连杆的质量特性。选择该图标后,【连杆创建】对话框的界面将会发生变 化,变化后对话框的选项说明如图9-16所
9.3.1 连杆特性的建立 点击运动仿真工具栏区的连杆特性和运动副模块中的图标 (Link)，系统将会打开 【连杆特性创建】对话框，如图 9-15 所示。 图 9-15 连杆特性的建立 该对话框中的各个选项说明如下： 1．Selection Steps（选择步骤） 该选项给用户提供了建立一个连杆特性的操作步骤。共包含五个步骤，其中可根据用户 的要求省去几项。各个步骤说明如下： 1） Link Geometry 该选项用于选择连杆特性的几何模型。激活该图标后，在图形窗口中选择将要赋予该连 杆特性的几何模型。 2） Mass 该选项用于设置连杆的质量特性。选择该图标后，【连杆创建】对话框的界面将会发生变 化，变化后对话框的选项说明如图 9-16 所示
厚态A豆 Point oint Method 质心位置设置 Ed t Orentation 质量大小 图9-16【连杆创建】对话框 Inertia 该选项用于设置连杆的惯性力。选择该图标后,连杆创建对话框的界面将会发生变化, 变化后对话框的选项说明如图9-17所示。 Selection Steps Point Method 作用点 编辑方向 Edit Orientation .0000 .0000 各个方向的惯性矩 0.0000 000 0.0000 Jane 图9-17【连杆创建】对话框 Initial Translation Velocity 选项用于设置连杆的初始平移速度。选择该图标后,连杆创建对话框的界面将会发生 变化,变化后对话框的选项说明如图9-18所示
图 9-16 【连杆创建】对话框 3） Inertia 该选项用于设置连杆的惯性力。选择该图标后，连杆创建对话框的界面将会发生变化， 变化后对话框的选项说明如图 9-17 所示。 图 9-17 【连杆创建】对话框 4） Initial Translation Velocity 该选项用于设置连杆的初始平移速度。选择该图标后，连杆创建对话框的界面将会发生 变化，变化后对话框的选项说明如图 9-18 所示
Vector 建平移方向方式一 Vector Method 平移速度大小一Nag山 0.000 反转平移方向 Reverse Vector 重设 L001 图9-18【连杆创建】对话框 Initial Rotation Velocity 选项用于设置连杆的初始旋转速度。选择该图标后,连杆创建对话框的界面将会发生 变化,变化后对话框的选项说明如图9-19所示。 Vector Vector Method 旋转轴方向一 编辑方向 加速度类型 Angular Velocity Type 加速度合成大小 mAgnitude 加速度大小 Magnitude 反转旋转轴方向一 Reverse vect 重设 Name K Apply Back Cancel 图9-19【连杆创建】对话框 2. Mass Properties(质量特性)
图 9-18 【连杆创建】对话框 5） Initial Rotation Velocity 该选项用于设置连杆的初始旋转速度。选择该图标后，连杆创建对话框的界面将会发生 变化，变化后对话框的选项说明如图 9-19 所示。 图 9-19 【连杆创建】对话框 2．Mass Properties（质量特性）