UG運動仿真-連桿特性和運動副.doc

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連桿特性和運動副 利用UG/Modeling的功能建立了一個三維實體模型后，并不能直接將各個部件按一定的連接關系連接起來，必需給各個部件賦予一定的運動學特性，即讓其成為一個可以與別的有著相同的特性的部件之間相連接的連桿構件（Link）。 同時，為了組成一個能運動的機構，必需把兩個相鄰構件（包括機架、原動件、從動件）以一定方式聯接起來，這種聯接必需是可動連接，而不能是無相對運動的固接（如焊接或鉚接），凡是使兩個構件接觸而又保持某些相對運動的可動連接即稱為運動副。在UG/Motion中兩個部件被賦予了連桿特性后，就可以用運動副（Joint）相聯接，組成運動機構。 9.3.1 連桿特性的建立 點擊運動仿真工具欄區(qū)的連桿特性和運動副模塊中的圖標 (Link)，系統(tǒng)將會打開【連桿特性創(chuàng)建】對話框，如圖9-15所示。 圖9-15 連桿特性的建立 該對話框中的各個選項說明如下： 1．Selection Steps（選擇步驟） 該選項給用戶提供了建立一個連桿特性的操作步驟。共包含五個步驟，其中可根據用戶的要求省去幾項。各個步驟說明如下： 1） Link Geometry 該選項用于選擇連桿特性的幾何模型。激活該圖標后，在圖形窗口中選擇將要賦予該連桿特性的幾何模型。 2） Mass 該選項用于設置連桿的質量特性。選擇該圖標后，【連桿創(chuàng)建】對話框的界面將會發(fā)生變化，變化后對話框的選項說明如圖9-16所示。 圖9-16 【連桿創(chuàng)建】對話框 3） Inertia 該選項用于設置連桿的慣性力。選擇該圖標后，連桿創(chuàng)建對話框的界面將會發(fā)生變化，變化后對話框的選項說明如圖9-17所示。 圖9-17 【連桿創(chuàng)建】對話框 4） Initial Translation Velocity 該選項用于設置連桿的初始平移速度。選擇該圖標后，連桿創(chuàng)建對話框的界面將會發(fā)生變化，變化后對話框的選項說明如圖9-18所示。 圖9-18 【連桿創(chuàng)建】對話框 5） Initial Rotation Velocity 該選項用于設置連桿的初始旋轉速度。選擇該圖標后，連桿創(chuàng)建對話框的界面將會發(fā)生變化，變化后對話框的選項說明如圖9-19所示。 圖9-19 【連桿創(chuàng)建】對話框 2．Mass Properties（質量特性） 該選項用于設置連桿的質量特性創(chuàng)建的方式，包含三個選項： 1）Automatic：由系統(tǒng)自動生成連桿的質量特性。 2）User Define：由用戶定義質量特性，選擇該選項后，選擇步驟中的圖標 Mass和 Inertia將被自動激活。 3．Name（連桿名稱） 該選項用于設置連桿的名稱。 設置完了這些連桿特性參數后，該部件就具有了一定的運動學特性，可以與別的連桿以一定的連接方式相連接了，構成運動機構。同時也可以對運動模型進行簡化，將連桿的質量特性設置為默認值0，按OK鍵后該部件也將成為連桿。 9.3.2 連桿特性參數的編輯 當連桿特性參數設置有誤時，就必需對各項參數進行修改，UG/Motion該項功能的實現是通過運動仿真工具欄區(qū)運動模型管理模塊中的運動模型部件編輯的功能來實現的。點擊運動模型管理模塊中的圖標（Edit Motion Object）將彈出一個【類選擇】對話框，要求選擇將要進行編輯的部件，這與UG/Modeling中的類選擇方法類似。將【類選擇】對話框的選擇類型設為Link，選擇了某一連桿后將彈出連桿特性參數設置的對話框，如圖9-20所示，對各項參數的編輯與連桿建立時的參數設置操作完全相同。 圖9-20 連桿特性參數的編輯 9.3.3 運動副的類型 在UG/Motion中給用戶提供了12種運動副的類型，在連桿與運動副工具欄中列出了其中的幾種運動副，如圖9-21所示。 圖9-21 運動副類型工具欄 下面分別來介紹各種運動副類型。 1．Joint（鉸鏈連接） 選擇該選項后將會彈出鉸鏈連接對話框，在該對話框中列出了七種鉸鏈連接的類型，如圖9-22所示。 圖9-22 【鉸鏈連接】對話框 該對話框中的各種鉸鏈連接類型說明如下： 1）合頁連接 (Revolute) 鉸鏈連接可以實現兩個相連件繞同一軸作相對的轉動，如圖9-23所示。 圖9-23 鉸鏈連接 它有兩種形式：一種是兩個連桿繞同一軸作相對的轉動，另一種是一個連桿繞固定在機架上的一根軸進行旋轉，如圖9-24所示。 圖9-24 鉸鏈連接的兩種形式 2）滑塊連接（Slider） 滑塊連接是兩個相連件互相接觸并保持著相對的滑動，如圖9-25所示。 圖9-25 滑塊連接 可以實現一個部件相對與另一部件的直線運動，它有兩種形式：一種是滑塊為一個自由滑塊，在另一部件上產生相對滑動；一種為滑塊連接在機架上，在靜止表面上滑動，如圖9-26所示。 圖9-26 滑塊連接的兩種形式 3）柱鉸連接（Cylindrical） 柱鉸連接實現了一個部件繞另一個部件（或機架）的相對轉動，如圖9-27所示。 圖9-27 柱鉸連接 柱鉸連接也有兩種形式：一種是兩個部件相連，另一種是一個部件連接在機架上，如圖9-28所示。 圖528 柱鉸連接的兩種形式 4）螺桿連接（Screw） 螺桿連接實現了一個部件繞另一個部件（或機架）作相對的螺旋運動，如圖9-29所示。 圖9-29 螺桿連接 5）萬向接頭（Universal） 萬向接頭實現了兩個部件之間可以繞互相垂直的兩根軸作相對的轉動，它只有一種形式必需是兩個連桿相連，如圖9-30所示。 圖9-30 萬向接頭 6）球鉸連接（Spherical） 球鉸連接實現了一個部件繞另一個部件（或機架）作相對的各個自由度的運動，它只有一種形式必需是兩個連桿相連，如圖9-31所示。 圖9-31 球鉸連接 7）平面連接（Planar） 平面連接可以實現兩個部件之間以平面相接觸，互相約束，如圖9-32所示。 圖9-32 平面連接 2．齒輪齒條連接（Rack and Pinion） 齒輪齒條連接可以實現兩個部件或者是部件與機架之間以齒輪與齒條嚙合的運動形式進行鉸接，如圖9-33所示。 圖9-33 齒輪齒條連接 3．齒輪連接（Gear） 齒輪連接可以實現兩個部件或者是部件與機架之間以齒輪嚙合的運動形式進行相對運動的約束，如圖9-34所示。 圖9-34 齒輪連接 4．皮帶連接（Cable） 皮帶連接可以使兩個部件之間實現以皮帶輪帶動皮帶進行運動的相對運動形式。 5．點線連接（Point on Curve） 點線連接可以實現一個部件始終以其上的一點與另一個部件或者是機架進行接觸，實現相對運動的約束，如圖9-35所示。 圖9-35 點線連接 6．線線連接（Curve on Curve） 該約束是強迫兩個部件上的兩條曲線相互接觸，實現兩個部件的連接和運動約束，如圖9-36所示。 圖9-36 線線連接 9.3.4 運動副的建立 UG/Motion 中各種運動副（Joint）的建立方法都是類似的，下面以鉸鏈連接中的合頁連接（Revolute）為例介紹運動副建立的整個過程。 在建立了一個運動場景和設置了連桿特性后，可以開始進行運動副創(chuàng)建的操作。點擊連桿特性和運動副模塊中的鉸鏈連接（Joint）按鈕后，將彈出一個對話框要求用戶選擇鉸鏈連接的類型，如圖9-37所示。 圖9-37 選擇鉸鏈連接的類型 當用戶選擇不同的鉸鏈連接的類型后，該對話框將會發(fā)生變化。在該對話框中選擇鉸鏈連接的類型為合頁連接 (Revolute) ，對話框中將會顯示創(chuàng)建合頁連接運動副的各個選項，這些選項功能的說明如下所述： 1．Snap Links 選種這個單選項后，用戶所設置的運動副為兩個連桿之間的連接，則在該對話框中要求設置運動副在各個連桿上的相關參數；空置該單選項時，用戶所設置的運動副為連桿與假象的機架之間的連接，只需設置運動副在這個連桿上的參數既可。 2．Selection Steps 該選項給用戶提供了建立一個運動副的操作步驟。共包含四個步驟，其中可根據用戶的要求省去幾項，通過完成各個步驟，可以引導用戶完成運動副參數的設置。各個步驟說明如下： 1） First Link 該步驟要求用戶選擇將要進行連接的第一個連桿，如果在Snap Links單選項中空置則該連桿將要與機架連接在一起。 2） Orientation On First Link 在圖形窗口中選擇那將要進行連接的第一個連桿后，第二步圖標將會被自動的激活，同時在【創(chuàng)建運動副】對話框中的Edit Orientation選項被激活，系統(tǒng)在該對話框中自動顯示點創(chuàng)建的方式，如圖9-38所示。 圖9-38 設置運動副在第一個連桿上的位置和方向 在該步驟中要求用戶設置運動副在第一個連桿上的位置和方向。 運動副的位置是指兩個連桿連接或者連桿與機架連接時關節(jié)點的所在，連桿將在此點與機架或者連桿相連接。 而不同的運動副其方向的定義是不同的，轉動副的方向指的是連桿轉動的旋轉軸，而移動副的方向指的是連桿平移的方向。 用戶可以選擇一定的點創(chuàng)建方式在第一個連桿上創(chuàng)建選擇一點，作為運動副在第一個連桿上的位置；同時，用戶可以選擇選項Edit Orientation（編輯方向），系統(tǒng)將會自動打開一個坐標系創(chuàng)建對話框，如圖9-39所示，在該對話框中用戶可以以一定的方式創(chuàng)建一個坐標系，該坐標系的Zc方向即為運動副在第一個連桿上的方向。 圖9-39 設置方向 3） Second Link 當Snap Links單選項被選中時，在設置完了運動副在第一個連桿上的相關參數后，第三步圖標將會被自動激活，此時要求用戶在圖形窗口中選擇與第一個連桿以合頁運動副連接的第二個連桿。 4） Orientation On Second Link 在圖形窗口中選擇那將要進行連接的第二個連桿后，第四步圖標將會被自動的激活，同時在創(chuàng)建運動副對話框中的Edit Orientation選項被激活，系統(tǒng)在該對話框中自動顯示點創(chuàng)建的方式。與運動副在第一個連桿上參數的設置方法類似，用戶可以完成運動副在第二個連桿上參數的設置。 3．運動副的驅動力 運動副的驅動力是給運動副設置的初始的外在驅動，是該連桿運動的原動力。在該選項的下拉菜單中列出了UG/Motion給用戶提供的五種驅動力的類型，如圖9-40所示。 圖9-40 【驅動力選擇】對話框 選擇不同的驅動力類型，對話框中將顯示不同的驅動力設置選項。下拉菜單中的各個選項說明如下： 1）None 選擇該菜單項后，該運動副將沒有原始的驅動力，其將在其他零件的作用力下進行運動。 2）Constant 該選項用于給運動副添加一個不變的原始驅動力。選擇該菜單項后，在對話框中將會顯示設置不變的原始驅動力的各個選項，如圖9-41所示。 圖9-41 不變的原始驅動力 3）Harmonic 該選項用于給運動副添加一個諧振變化的原始驅動力。選擇該菜單項后，在對話框中將會顯示設置不變的原始驅動力的各個選項，如圖9-42所示。 圖9-42 諧振變化的原始驅動力 4）General 該選項用于給運動副添加一個一般的原始驅動力。選擇該菜單項后，在對話框中將會顯示設置不變的原始驅動力的各個選項，如圖9-43所示。 圖9-43 一般的原始驅動力 其中可以給運動副外加根據方程變化的驅動力，在上圖中單擊運動方程編輯按鈕就會彈出運動方程編輯對話框，如圖9-44所示。 圖9-44 【運動方程】編輯對話框 5）Articulation 該選項用于給運動副添加一個鉸接的原始驅動力。 4．運動副顯示比例 該選項用于設置運動副在圖形窗口中象征符號顯示的大小，設置合適的顯示比例可以使用戶更好的查看兩個零件之間的連接關系。 5．運動副名稱 該選項用于設置運動副的名稱，用戶可以直接在文本輸入框中輸入將要創(chuàng)建的運動副的名稱，缺省值為J001、J002……。 設置完這些參數后，在運動副參數設置對話框中單擊OK按鈕就可以將連桿按一定的連接方式機架連接起來了。具體操作如下例所述。 6．運動副創(chuàng)建實例 在本例中將要將兩個連桿鉸接在一起，首先點擊連桿特性和運動副模塊中的鉸鏈連接（Joint）按鈕，系統(tǒng)將會自動打開一個對話框要求用戶選擇鉸鏈連接的類型，在該對話框中選擇圖標 Revolute (合頁連接)，對話框中將會顯示創(chuàng)建合頁連接運動副的各個選項，同時選擇步驟中的圖標 First Link將自動被激活。在該對話框中選中Snap Links單選項，同時在圖形窗口中選擇將要進行連接的第一個連桿L001，如圖9-45所示。 圖9-45 選擇第一個連桿 在圖形窗口中選擇完成將要進行連接的第一個連桿后，第二步圖標 Orientation On First Link將會被自動的激活，同時在創(chuàng)建運動副對話框中的Edit Orientation選項被激活，系統(tǒng)在該對話框中自動顯示點創(chuàng)建的方式。在點創(chuàng)建方式中選擇下拉菜單中的圖標 ，同時在圖形窗口中選擇L001端面的圓心，如圖9-46所示。 圖9-46 設置關節(jié)點 后，選擇選項Edit Orientation（編輯方向），系統(tǒng)將會自動打開一個【坐標系創(chuàng)建】對話框，如圖9-47所示，在該對話框中選擇圖標，以三點方式創(chuàng)建一個坐標系，該坐標系的Zc方向即為運動副在第一個連桿上的方向。同時在圖形窗口中選擇上一步選擇的圓環(huán)的中心和兩個象限點，則該孔特征的軸線方向即為運動副在L001上的方向。 圖9-47 設置運動副方向 在設置完了運動副在第一個連桿上的相關參數后，第三步圖標 Second Link將會被自動激活，此時要求用戶在圖形窗口中選擇與第一個連桿以合頁運動副連接的第二個連桿，如圖9-48所示，在圖形窗口中選擇L002為與L001相連接的連桿。 圖9-48 選擇第二個連桿 在圖形窗口中選擇完成將要進行連接的第二個連桿后，第四步圖標 Orientation On Second Link將會被自動的激活，同時在創(chuàng)建運動副對話框中的Edit Orientation選項被激活，系統(tǒng)在該對話框中自動顯示點創(chuàng)建的方式。在點創(chuàng)建方式中選擇下拉菜單中的圖標 ，同時在圖形窗口中選擇L002內端面的圓心，如圖9-49所示。 圖9-49 設置關節(jié)點 設置完了關節(jié)點后，選擇選項Edit Orientation（編輯方向），系統(tǒng)將會自動打開一個【坐標系創(chuàng)建】對話框，如圖9-50所示，在該對話框中選擇圖標，以三點方式創(chuàng)建一個坐標系，該坐標系的Zc方向即為運動副在第一個連桿上的方向。同時在圖形窗口中選擇上一步選擇的圓環(huán)的中心和兩個象限點，則該孔特征的軸線方向即為運動副在L002上的方向。 圖9-50 設置運動副方向 最后給該運動副添加一定的原始驅動力，選擇Motion Driver下拉菜單中的Constant項，在相應顯示的不變驅動力設置選項中輸入Velocity為2，同時在該對話框中單擊Apply鍵，系統(tǒng)將會自動的將這兩個連桿以合頁連接的方式鉸接在一起，并在圖形窗口中顯示該運動副的象征符合，如圖9-51所示。 圖9-51 完成運動副的創(chuàng)建 9.3.5 運動副參數的編輯 當運動副（Joint）的參數設置有誤時，就必需對各項參數進行修改。與連桿特性（Link）相類似，UG/Motion該項功能的實現也是通過運動仿真工具欄區(qū)運動模型管理模塊中的運動模型部件編輯的功能來實現的。點擊運動模型管理模塊中的圖標 （Edit Motion Object）將彈出一個類選擇對話框，要求選擇將要進行編輯的部件，這與UG/Modeling中的類選擇方法類似。將【類選擇】對話框的選擇類型設為Joint，選擇了某一運動副后將彈出運動副參數設置的對話框，如圖9-52所示，對各項參數的編輯與運動副建立時的參數設置操作完全相同。