07-CATIA (汽车摩托车企业-设计人员内部培训资料)重庆南方摩托车DMU数字样车机构运动规范及方法论-V02OK.doc

重庆南方摩托车技术研发有限公司DMU机构运动分析规范及方法论北京迅利创成科技有限公司日期：2011年11月22日 DMU数字样车机构运动规范及方法论 目 录1.机构运动的目的及意义12.机构运动数据组织23.机构运动创建及模拟33.1 运动副、驱动及固定件43.1.1 运动副的创建43.1.2 固定件的创建73.1.3 驱动的创建73.2 运动仿真及运动检查83.2.1 使用命令进行模拟83.2.2 使用模拟93.2.3 用规则驱动仿真123.3 位置恢复133.4干涉检查模式134.运动过程检查项目的创建及检查144.1 零部件运动关系曲线144.2 零件最小距离检查154.3 零件运动包络体检查174.4 零件运动轨迹检查185.运动检查分析报告19I DMU数字样车机构运动规范及方法论 1.机构运动的目的及意义机构运动分析是在虚的环境中模拟产品实际的运动状况。在动态过程中检验机构设计是否符合概念设计阶段对机构所做的定义。同时，在动态过程中对产品的位置信息、运动特性信息进行检查和分析。可以在运动过程中进行动态的干涉检查，运用运动件的包络体，获得零件运动的最大空间。求解运动件的运动轨迹、产品运动关系曲线以及动态运动分析等等内容 。对于常规产品设计，需要完成的运动分析有：u 前后悬挂机构运动u 侧支架机构运动u 主支架机构运动u 方向舵机构运动u 轮系机构运动机构运动仿真分析报告有别于干涉检查报告，其具体内容包括下列项目：u 运动仿真动画u 驱动参数说明u 分析项目u 运动状态曲线u 运动件包络空间，运动轨迹等u 运动中干涉分析u 最小距离分析u 可能的建议解决方案2.机构运动数据组织机构运动的数据组织是机构运动分析的基础。只有良好的数据组织方式，才能方便的进行运动分析的管理，且不影响整个产品结构。根据机构运动分析的要求，需要将所要做运动分析的相关零件形成独立的运动分析产品。进行机构运动分析的数据必须要保证是最新的版本状态，因此，需要从整车零部件管理中选择相关的数据进行机构运动分析。现将零件组织步骤介绍如下：Step.1 在CATIA中新建一个装配文件，用来存放运动所需的零件及相关命令。 进入CATIA，点击新建，选择新建文件类型为“Product”点击确定后键入新建装配文件名称（如“Side_Stand_KIN”）。点击确定后在catia中生成该名称的装配文件。Step.2 在新建的装配文件下插入需要做运动分析的相关零件。 先使用插入命令，在弹出的文件选择对话框内选择需要装配的零件，点击打开完成零件的调入（若CATIA设置调入CGR文件，需要对调入的零件使用右键激活）。或者将良好管理的在整车数据打开，通过复制加粘贴的方式，将整车中的数据复制到机构运动分析装配下面；Step.3 机构运动分析装配建立完毕之后，需要人工的检查调入的零件是否满足运动分析产品需求，要求需要运动的件及需要考察的运动周边件全部调入。Step.4 根据运动需求，将需要考察的目标以组的方式管理。 在DMU漫游器模块中选择组命令，选择需要同时考察的零件文件，并同时修改组名称，点击确定在CATIA结构树中生成组（本例中组名为“Side_Stand”）。制作组的目的是将需要考察的零件打包整体考虑，如需要考察一个运动零件在运动过程与其周边所有零件最小距离，就需将该运动件周边零件全部放到一个组里。这样，就可以考察该零件在运动过程中与周边所有零件的最小距离变化。Step.5 点击保存将该装配文件保存在运动分析文件夹中。在DMU文件夹下创建运动分析文件夹，用来存放所有需要进行运动分析的装配文件。注意：这里的运动分析装配文件不同于DMU整车搭建数据。需要于整车搭建数据独立保存。3.机构运动创建及模拟CATIA运动是机构运动分析的前提条件，有了运动，才能在其基础上进行产品机构运动的分析。所以，CATIA运动的创建是机构运动分析的重点和难点。使用CATIA DMU 机构分析模块进行驱动、运动副及固定件的创建，最终完成整个机构的运动创建。创建完成后，就可以进行整个机构的运动仿真及相关运动的分析。3.1 运动副、驱动及固定件3.1.1 运动副的创建运动副是CATIA提供给用户的运动基础组成结构。根据常规机械运动机构，CATIA提供了如下运动副： 创建转动副（Creating Revolute Joints) ，释放一个自由度：旋转； 创建滑动副（Creating Prismatic Joints，释放一个自由度：平移； 创建同轴副（Creating Cylindrical Joints），释放两个自由度：平移和旋转； 创建球铰连接（Creating Spherical Joints），释放三个自由度：3个方向的旋转； 创建平动副（Creating Planar Joints），释放两个自由度，两个方向的平移； 创建刚性副（Rigid Joints），无释放自由度； 创建点-线副（Point Curve Joints），释放一个自由度，沿着曲线方向的平移； 创建曲线滑动副（Slide Curve Joints），释放一个自由度，沿着曲线方向的平移； 创建点-面副（Point Surface Joints），释放三个自由度，沿着曲面的两个方向的平移和曲面法向的旋转； 创建万向节（Universal Joints），释放两个自由度，沿着轴线方向的平移和旋转； 创建CV连接（CV Joints），释放一个自由度，平移； 创建齿轮副（Gear Joints），释放一个自由度，旋转； 创建滑动-转动复合运动副（Rack Joints），释放一个自由度，平移； 创建滑动-滑动复合运动副（Cable Joints），释放一个自由度，平移； 用坐标系法建立运动副（Creating Joints Using Axis Systems），自定义释放自由度；根据运动零件的相对运动关系，选择CATIA提供的相关运动副，用以完成整个机构的运动仿真。注：CATIA提供全部是刚性运动副，对于弹性变形无法直接创建运动副。这时可以用万向节等运动副代替弹性运动，以完成整个机构的运动。Step.1 点击插入下的“新机构装置”，在CATIA中定义一个新的机构，用来记录零件的运动相关信息。 Step.2 创建机构运动副。该步骤机构运动的难点，需要根据各个零件间所固有的运动关系，以CATIA机构创建命令为手段，逐步创建整个机构所含有的所有运动副。每个运动副都是整个机构运动的基础，创建时，可以根据零件的机械结构判断其运动副的种类，并使用CATIA提供的运动副逐个对机构运动部件实施运动副添加。这里可以通过自由度对机构运动副进行相关的判断。结合整个机构的自由度对整个机构实现全约束，即整个机构自由度为“零”（注意，若零件没有添加驱动，剩余自由度应该等于驱动的个数）。这样，就可以完成整个机构的运动创建。运动副的产生是以装配的约束关系为基准的，也就是说，在创建运动副的同时也创建了零件之间的相互装配关系。如：旋转副是由一个同轴约束和一个平面平行/相合约束确定的，再创建旋转副的同时，也就自身创建了一个同轴和一个平面平行/相合约束。自由度是判断机构运动副的捷径。如两个零件之间的运动关系为旋转副。那么其机构自由度为：6X2=12。而创建的旋转副限制5个自由度；固定件限制6个自由度；再加上一个驱动，整个机构就可以运动了。 利用CATIA提供的运动副，将整个机构的运动副全部创建完成。3.1.2 固定件的创建对于整个运动机构来说，必然存在一个固定的零件，该零件作为整个运动机构的参考。一般常用的固定件为运动机构的支撑部件。添加固定的步骤为：Step.1 点击创建固定零件，选择需要固定的零件，点击确定，生成固定。 3.1.3 驱动的创建对于一个运动机构，需要有一个或几个运动驱动作为本机构的运动输入。这里，就需要定义整个机构的运动输入驱动。运动驱动应当添加在表达整个产品运动的驱动源头运动副中。可以通过给定该运动副的运动范围，来确定整个机构的运动情况。添加运动驱动的方法为：Step.1 双击打开需要给定运动范围的运动副。Step.2 在弹出的对话窗口中，根据运动副的类型，选择“Length Drive(长度驱动)”或者“Angle Drive(角度驱动)”，定义机构运动的驱动类型；Step.3 根据机构运动仿真的需要或者产品驱动源实际的运动范围，在运动范围选项中输入该运动副的运动范围。Step.4 点击确定，生成驱动。 在机构运动副、驱动及固定件全部创建完成后，系统会自动弹出一个对话框，提示该机构可以仿真了。这样，就做完了整个机构的运动仿真。若没有提示该对话框，表示创建的运动机构有问题。这时可以根据自由度来判断机构的运动副、驱动及固定件确定是否正确。需要对机构进行调整。直到出现该对话框为止。3.2 运动仿真及运动检查在机构运动的相关运动完成定义后，就可以进行运动的仿真了。CATIA提供了三种运动的仿真模式：使用命令进行模拟、用规则驱动仿真及模拟仿真。3.2.1 使用命令进行模拟是用命令驱动的方式对已创建的机构进行运动仿真，这种方法比较直接、简便，但不能记录下来。Step.1点击图标,出现定义对话框；Step.2 在Mechanism选项的下拉菜单里选择相应的机构；Step.3 在Command.1选项里是第一个驱动命令数值的界限，和在创建驱动副时设置的界限同步；Step.4 激活仿真感应器（Activate Sensors）选项，详见其有关运动仿真的后处理对话框；Step.5当离开仿真对话框后，系统默认保留当前位置。点击Reset按钮返回到初始位置；(该步骤很重要，否则有可能导致整个机构运动的混乱)Step.6点击Analysis.按钮可以添加运动分析项目，比如距离、干涉检查等；Step.7 点击More按钮，展开对话框；有两种仿真方式：a).Immediate直接模拟，用鼠标直接拖着驱动副上的绿色箭头线移动；b).选择On request选项，下面的播放器按钮就会变亮，可以设置固定步幅数（Number Of Steps）来进行仿真运动。3.2.2 使用模拟 生成可以仿真的机构分析记录，保留在特征树上。Step.1 点击命令图标，选择一个已经定义的机构； Step.2 点击OK，进入记录对话框；Step.3 在图形窗口中，通过手工拖动驱动源件或者修改仿真窗口中的仿真bar修改每帧运动的范围，然后点击Insert按钮插入一帧，依次操作，完成整个模拟仿真的创建。根据具体的需要，可以在操作过程中修(改Modify)、删除(Delete)或跳过(Skip)帧的操作。也可以勾选Automatic insert选项，创建自动插入的模式；Step.4 记录可以通过VCR控制器播放，下面图中是播放选择项；Step.5 可以在分析项加入干涉、距离分析检查项目，使仿真更生动；Step.6 点击OK按钮完成，这时该仿真就记录在特征树上了；Step.7，模拟创建完毕之后，需要通过编译命令编译仿真，在弹出的 窗口中，选择要进行编译的模拟名称，定义编译仿真的时间步长，然后点击OK确认编译的创建；Step.8 模拟编译完毕，会在结构树上出现一个“重放”，可以通过该重放模拟机构运动。同时，该重放是进行运动件包络体创建的基础。3.2.3 用规则驱动仿真对建立了规则关系的机构进行仿真，这种规则可以是驱动参数和运动时间的关系，在特征树上记录如下图： Step.1 创建仿真规则进入CATIA知识顾问模块，选择规则创建，创建所要驱动仿真的规则。这里可以编写计算机语句对规则进行编辑。如使用“if else”语句。对于可编辑的参数项目在点选仿真后会出现，一般可编辑项目为驱动的时间和输入的驱动。这样，就可以编辑运动时间和驱动的函数关系，用以驱动仿真。 Step.2 点击图标，出现定义对话框Step.3 在Mechanism选项的下拉菜单里选择相应的机构；Step.4 点击下图按钮位置上，可以修改运动时间；Step.5 中间是VCR按钮，下面的步长、Analysis按钮、Activate sensors选项等和命令驱动仿真方式用法相同。3.3 位置恢复在执行机构运动分析完毕之后，如果忘记了重置机构运动分析，可以通过位置恢复命令，将零部件的位置重置到机构运动分析前的位置状态。3.4干涉检查模式当进行仿真运动命令时可以打开下面的开关，进行干涉状态检查。l 关闭干涉检查（Clash Detection（Off） 默认开关，这时不考虑干涉情况。l 打开干涉检查（Clash Detection（On） 选择此开关，当运动时，遇到干涉情况，零件会出现红色标志。但运动不会终止。l 遇到干涉停止（Clash Detection（Stop）选择此开关，当运动时，遇到干涉情况，运动会自动终止。4.运动过程检查项目的创建及检查在机构运动创建完成后，就需要根据相应的需求利用机构运动进行相关机构的运动检查。常规的运动检查项目有以下几项：u 零部件动态干涉检查u 零部件运动关系曲线；u 零件之间最小距离检查；u 零件运动包络体检查；u 零件运动轨迹检查；u 4.1 零部件运动关系曲线零部件运动关系曲线用于检查两个运动的零部件之间的相对运动关系，例如运动件的长度变化关系、角度变化关系等；Step.1在运动模拟对话框中选中激活传感器，在弹出的窗口中，激活待检查的两个零部件的运动副关系的角度或者长度；Step.2 不关闭该窗口，模拟机构运动，记录各个运动副的长度或者角度值；Step.3 在传感器窗口中，点击“选项”按钮，在弹出的窗口中，选择“自定义”，然后点击“添加”按钮，在弹出的窗口中，选择要进行运动关系曲线分析的两个驱动副，点击两次“确认”按钮，完成运动关系曲线创建；Step.4 在传感器窗口中，点击“图形”窗口，浏览创建的运动关系曲线。4.2 零件最小距离检查在运动过程中检查零件之间的最小距离变化是运动分析重点检查项目，一般通过生成最小距离曲线及距离变化表来考察两零件之间在运动过程中得最小距离变化。Step.1 创建两零件之间的最小距离。点击距离分析命令，选择距离分析方式为两个选择之间，依次选择要考察的两个零件，点击应用，再点击确定，将两零件最小距离记录在结构树上。 Step.2 在运动模拟对话框中选中激活传感器并记过需要考察的选项。如：驱动角度和最小距离。 Step.3 点击选项，在弹出的对话框中定义曲线所表示内容。选择自定义，点击添加，在弹出的坐标系定义框内定义坐标系的坐标轴。并点确认确定。 Step.4 关闭曲线定义窗口，执行机构运动。在运动结束后点击“图形”，生成距离变化曲线。Step.5 距离变化输出。点击文件，输入要输出文件的名称、位置及格式。点保存，生成运动距离变化记录文件。一般格式为：xls。 4.3 零件运动包络体检查零件运动的包络体为零件在整个运动过程中各个运动位置合成包络。用其可以检查零件在整个运动过程中与周边零件最小距离及干涉情况，从而实现将动态的距离检查或者动动态干涉检查转化为静态距离分析或者静态干涉检查。Step.1 生成零件运动包络由于运动包络体是通过运动回放生成的，所以，生成包络体的前提是需要有运动回放。在已有运动回放时，点击生成包络体命令，点击预览，生成包络，点击保存，可以将生成的包络体保存到指