UG運(yùn)動仿真-連桿特性和運(yùn)動副.doc

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連桿特性和運(yùn)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(guān)系連接起來，必需給各個部件賦予一定的運(yùn)動學(xué)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(gòu)件（Link）。 同時，為了組成一個能運(yùn)動的機(jī)構(gòu)，必需把兩個相鄰構(gòu)件（包括機(jī)架、原動件、從動件）以一定方式聯(lián)接起來，這種聯(lián)接必需是可動連接，而不能是無相對運(yùn)動的固接（如焊接或鉚接），凡是使兩個構(gòu)件接觸而又保持某些相對運(yùn)動的可動連接即稱為運(yùn)動副。在UG/Motion中兩個部件被賦予了連桿特性后，就可以用運(yùn)動副（Joint）相聯(lián)接，組成運(yùn)動機(jī)構(gòu)。 9.3.1 連桿特性的建立 點擊運(yùn)動仿真工具欄區(qū)的連桿特性和運(yùn)動副模塊中的圖標(biāo) (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(jù)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(biāo)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(shè)置連桿的質(zhì)量特性。選擇該圖標(biāo)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(shè)置連桿的慣性力。選擇該圖標(biāo)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(shè)置連桿的初始平移速度。選擇該圖標(biāo)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(shè)置連桿的初始旋轉(zhuǎn)速度。選擇該圖標(biāo)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(zhì)量特性） 該選項用于設(shè)置連桿的質(zhì)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(zhì)量特性。 2）User Define：由用戶定義質(zhì)量特性，選擇該選項后，選擇步驟中的圖標(biāo) Mass和 Inertia將被自動激活。 3．Name（連桿名稱） 該選項用于設(shè)置連桿的名稱。 設(shè)置完了這些連桿特性參數(shù)后，該部件就具有了一定的運(yùn)動學(xué)特性，可以與別的連桿以一定的連接方式相連接了，構(gòu)成運(yùn)動機(jī)構(gòu)。同時也可以對運(yùn)動模型進(jìn)行簡化，將連桿的質(zhì)量特性設(shè)置為默認(rèn)值0，按OK鍵后該部件也將成為連桿。 9.3.2 連桿特性參數(shù)的編輯 當(dāng)連桿特性參數(shù)設(shè)置有誤時，就必需對各項參數(shù)進(jìn)行修改，UG/Motion該項功能的實現(xiàn)是通過運(yùn)動仿真工具欄區(qū)運(yùn)動模型管理模塊中的運(yùn)動模型部件編輯的功能來實現(xiàn)的。點擊運(yùn)動模型管理模塊中的圖標(biāo)（Edit Motion Object）將彈出一個【類選擇】對話框，要求選擇將要進(jìn)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(shè)為Link，選擇了某一連桿后將彈出連桿特性參數(shù)設(shè)置的對話框，如圖9-20所示，對各項參數(shù)的編輯與連桿建立時的參數(shù)設(shè)置操作完全相同。 圖9-20 連桿特性參數(shù)的編輯 9.3.3 運(yùn)動副的類型 在UG/Motion中給用戶提供了12種運(yùn)動副的類型，在連桿與運(yùn)動副工具欄中列出了其中的幾種運(yùn)動副，如圖9-21所示。 圖9-21 運(yùn)動副類型工具欄 下面分別來介紹各種運(yùn)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(xiàn)兩個相連件繞同一軸作相對的轉(zhuǎn)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(zhuǎn)動，另一種是一個連桿繞固定在機(jī)架上的一根軸進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，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(xiàn)一個部件相對與另一部件的直線運(yùn)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(chǎn)生相對滑動；一種為滑塊連接在機(jī)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(xiàn)了一個部件繞另一個部件（或機(jī)架）的相對轉(zhuǎn)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(jī)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(xiàn)了一個部件繞另一個部件（或機(jī)架）作相對的螺旋運(yùn)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(xiàn)了兩個部件之間可以繞互相垂直的兩根軸作相對的轉(zhuǎn)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(xiàn)了一個部件繞另一個部件（或機(jī)架）作相對的各個自由度的運(yùn)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(xiàn)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(xiàn)兩個部件或者是部件與機(jī)架之間以齒輪與齒條嚙合的運(yùn)動形式進(jìn)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(xiàn)兩個部件或者是部件與機(jī)架之間以齒輪嚙合的運(yùn)動形式進(jìn)行相對運(yùn)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(xiàn)以皮帶輪帶動皮帶進(jìn)行運(yùn)動的相對運(yùn)動形式。 5．點線連接（Point on Curve） 點線連接可以實現(xiàn)一個部件始終以其上的一點與另一個部件或者是機(jī)架進(jìn)行接觸，實現(xiàn)相對運(yùn)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(qiáng)迫兩個部件上的兩條曲線相互接觸，實現(xiàn)兩個部件的連接和運(yùn)動約束，如圖9-36所示。 圖9-36 線線連接 9.3.4 運(yùn)動副的建立 UG/Motion 中各種運(yùn)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(yùn)動副建立的整個過程。 在建立了一個運(yùn)動場景和設(shè)置了連桿特性后，可以開始進(jìn)行運(yùn)動副創(chuàng)建的操作。點擊連桿特性和運(yùn)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(dāng)用戶選擇不同的鉸鏈連接的類型后，該對話框?qū)l(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(yùn)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(shè)置的運(yùn)動副為兩個連桿之間的連接，則在該對話框中要求設(shè)置運(yùn)動副在各個連桿上的相關(guān)參數(shù)；空置該單選項時，用戶所設(shè)置的運(yùn)動副為連桿與假象的機(jī)架之間的連接，只需設(shè)置運(yùn)動副在這個連桿上的參數(shù)既可。 2．Selection Steps 該選項給用戶提供了建立一個運(yùn)動副的操作步驟。共包含四個步驟，其中可根據(jù)用戶的要求省去幾項，通過完成各個步驟，可以引導(dǎo)用戶完成運(yùn)動副參數(shù)的設(shè)置。各個步驟說明如下： 1） First Link 該步驟要求用戶選擇將要進(jìn)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(jī)架連接在一起。 2） Orientation On First Link 在圖形窗口中選擇那將要進(jìn)行連接的第一個連桿后，第二步圖標(biāo)將會被自動的激活，同時在【創(chuàng)建運(yùn)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(shè)置運(yùn)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(shè)置運(yùn)動副在第一個連桿上的位置和方向。 運(yùn)動副的位置是指兩個連桿連接或者連桿與機(jī)架連接時關(guān)節(jié)點的所在，連桿將在此點與機(jī)架或者連桿相連接。 而不同的運(yùn)動副其方向的定義是不同的，轉(zhuǎn)動副的方向指的是連桿轉(zhuǎn)動的旋轉(zhuǎn)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(yùn)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(biāo)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(biāo)系，該坐標(biāo)系的Zc方向即為運(yùn)動副在第一個連桿上的方向。 圖9-39 設(shè)置方向 3） Second Link 當(dāng)Snap Links單選項被選中時，在設(shè)置完了運(yùn)動副在第一個連桿上的相關(guān)參數(shù)后，第三步圖標(biāo)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(yùn)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(jìn)行連接的第二個連桿后，第四步圖標(biāo)將會被自動的激活，同時在創(chuàng)建運(yùn)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(yùn)動副在第一個連桿上參數(shù)的設(shè)置方法類似，用戶可以完成運(yùn)動副在第二個連桿上參數(shù)的設(shè)置。 3．運(yùn)動副的驅(qū)動力 運(yùn)動副的驅(qū)動力是給運(yùn)動副設(shè)置的初始的外在驅(qū)動，是該連桿運(yùn)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(qū)動力的類型，如圖9-40所示。 圖9-40 【驅(qū)動力選擇】對話框 選擇不同的驅(qū)動力類型，對話框中將顯示不同的驅(qū)動力設(shè)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(yùn)動副將沒有原始的驅(qū)動力，其將在其他零件的作用力下進(jìn)行運(yùn)動。 2）Constant 該選項用于給運(yùn)動副添加一個不變的原始驅(qū)動力。選擇該菜單項后，在對話框中將會顯示設(shè)置不變的原始驅(qū)動力的各個選項，如圖9-41所示。 圖9-41 不變的原始驅(qū)動力 3）Harmonic 該選項用于給運(yùn)動副添加一個諧振變化的原始驅(qū)動力。選擇該菜單項后，在對話框中將會顯示設(shè)置不變的原始驅(qū)動力的各個選項，如圖9-42所示。 圖9-42 諧振變化的原始驅(qū)動力 4）General 該選項用于給運(yùn)動副添加一個一般的原始驅(qū)動力。選擇該菜單項后，在對話框中將會顯示設(shè)置不變的原始驅(qū)動力的各個選項，如圖9-43所示。 圖9-43 一般的原始驅(qū)動力 其中可以給運(yùn)動副外加根據(jù)方程變化的驅(qū)動力，在上圖中單擊運(yùn)動方程編輯按鈕就會彈出運(yùn)動方程編輯對話框，如圖9-44所示。 圖9-44 【運(yùn)動方程】編輯對話框 5）Articulation 該選項用于給運(yùn)動副添加一個鉸接的原始驅(qū)動力。 4．運(yùn)動副顯示比例 該選項用于設(shè)置運(yùn)動副在圖形窗口中象征符號顯示的大小，設(shè)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(guān)系。 5．運(yùn)動副名稱 該選項用于設(shè)置運(yùn)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(yùn)動副的名稱，缺省值為J001、J002……。 設(shè)置完這些參數(shù)后，在運(yùn)動副參數(shù)設(shè)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(jī)架連接起來了。具體操作如下例所述。 6．運(yùn)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(yùn)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(biāo) Revolute (合頁連接)，對話框中將會顯示創(chuàng)建合頁連接運(yùn)動副的各個選項，同時選擇步驟中的圖標(biāo) 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(jìn)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(jìn)行連接的第一個連桿后，第二步圖標(biāo) Orientation On First Link將會被自動的激活，同時在創(chuàng)建運(yùn)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(biāo) ，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(shè)置關(guān)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(biāo)系創(chuàng)建】對話框，如圖9-47所示，在該對話框中選擇圖標(biāo)，以三點方式創(chuàng)建一個坐標(biāo)系，該坐標(biāo)系的Zc方向即為運(yùn)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(yùn)動副在L001上的方向。 圖9-47 設(shè)置運(yùn)動副方向 在設(shè)置完了運(yùn)動副在第一個連桿上的相關(guān)參數(shù)后，第三步圖標(biāo) 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(yùn)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(jìn)行連接的第二個連桿后，第四步圖標(biāo) Orientation On Second Link將會被自動的激活，同時在創(chuàng)建運(yùn)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(biāo) ，同時在圖形窗口中選擇L002內(nèi)端面的圓心，如圖9-49所示。 圖9-49 設(shè)置關(guān)節(jié)點 設(shè)置完了關(guān)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(biāo)系創(chuàng)建】對話框，如圖9-50所示，在該對話框中選擇圖標(biāo)，以三點方式創(chuàng)建一個坐標(biāo)系，該坐標(biāo)系的Zc方向即為運(yùn)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(yùn)動副在L002上的方向。 圖9-50 設(shè)置運(yùn)動副方向 最后給該運(yùn)動副添加一定的原始驅(qū)動力，選擇Motion Driver下拉菜單中的Constant項，在相應(yīng)顯示的不變驅(qū)動力設(shè)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(yùn)動副的象征符合，如圖9-51所示。 圖9-51 完成運(yùn)動副的創(chuàng)建 9.3.5 運(yùn)動副參數(shù)的編輯 當(dāng)運(yùn)動副（Joint）的參數(shù)設(shè)置有誤時，就必需對各項參數(shù)進(jìn)行修改。與連桿特性（Link）相類似，UG/Motion該項功能的實現(xiàn)也是通過運(yùn)動仿真工具欄區(qū)運(yùn)動模型管理模塊中的運(yùn)動模型部件編輯的功能來實現(xiàn)的。點擊運(yùn)動模型管理模塊中的圖標(biāo) （Edit Motion Object）將彈出一個類選擇對話框，要求選擇將要進(jìn)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(shè)為Joint，選擇了某一運(yùn)動副后將彈出運(yùn)動副參數(shù)設(shè)置的對話框，如圖9-52所示，對各項參數(shù)的編輯與運(yùn)動副建立時的參數(shù)設(shè)置操作完全相同。