catia-第8讲-运动机构模拟ppt课件

1、运动机构模拟,航空学院 2009-2,目 录,8.1 概述 8.2 运动机构模拟环境 8.3 运动机构创建 8.4 动态仿真,8.1 概述 对于产品的数字模型而言，进行准确的运动状态分析，是十分基本且重要的功能。在数字模型运动机构模拟中（DMU Kinematics）单元中，用户可以依照运动学原理，通过约束自由度的方式，建立机构，并且分析机构的运动状态与移动轨迹。 此单元中提供数种基本的接头（Joint），共用户建立机构，并且可以进行动态仿真，记录运动情形，制作成影片播放,8.2 运动机构模拟环境 运动机构模拟通过DMU模块实现。选择菜单【Start】【Digital Mockup】【DMU

2、Kinematics 】进入运动机构模拟环境。 如果进入前处于产品（Product）环境下，则自动将模型导入到运动机构模拟环境下，如果进入前处于其它环境（如Part、Draft等），则新建一个CATProduct文件，用户可以将已有的子产品或部件插入到新建的产品中,8.3 运动机构创建 创建运动接头（Joint）是进行数字模型运动分析的首要步骤。本单元共提供17种接头，可以模拟大部分机构的运动方式，这些接头共分成四大类，分别是： 实体接头：由实体零件所构成的接头。 几何接头：利用几何图形（点、曲线、曲面）间的关系所创建的接头。 复合接头：为多自由度的运动接头，可以利用虚拟的约束条件创建接头，不

3、需要实际的几何关系。 坐标对齐：利用对其坐标轴方式创建接头,8.3.1 旋转接头（Revolute Joint） 通过旋转接头，可以让两个零件绕着一轴转动，这两个零件在结合处必须各有一个轴线及一个与轴线正交的平面。将两零件的轴线重合，设置两平面间的距离后，即成为具有一个旋转自由度的旋转接头。 单击图标 ，弹出创建旋转接头对话框，内容如下： （1）Mechanism：接头隶属于哪一个运动机构，可通过”New Mechanism“按钮新建一个运动机构； （2）Joint Name：接头名称； （3）Line 1：第一个杆件的轴线,4）Line 2：第二个杆件的轴线； （5）Plane 1：第一个杆

4、件需对齐的平面； （6）Plane 2：第二个杆件需对齐的平面； （7）Null Offset/Offset：两平面的重合/偏移值； （8）如果选中Centered，则需再选择Plane 3和Plane 4，其中Plane 3为第一个杆件上的平面， Plane 4为第二个杆件上的平面，最终两杆件相对位置确定为Plane 1和Plane 3的中值面和Plane 2和Plane 4的中值面重合的位置； （9）Angle driven：是否为外部驱动接头,8.3.2 滑动接头（Prismatic Joint） 通过滑动接头，可以让两个零件沿着平行某平面的一个方向进行平移，这两个零件在结合处必须各有一

5、个平面及一个平行于平面的方向。将两零件的平面与移动方向重合，即成为具有一个平移自由度的滑动接头。 单击图标 ，弹出创建滑动接头对话框，内容如下： （1）Mechanism：接头隶属于哪一个运动机构，可通过”New Mechanism“按钮新建一个运动机构； （2）Joint Name：接头名称； （2）Line 1：第一个杆件的方向,4）Line 2：第二个杆件的方向； （5）Plane 1：第一个杆件需对齐的平面； （6）Plane 2：第二个杆件需对齐的平面； （7）Length driven：是否为外部驱动接头,8.3.3 圆柱接头（Cylindrical Joint） 通过圆柱接头，可

6、以让两个零件绕一轴转动，并沿此轴向移动，这两个零件在结合处必须各有一个轴线。将两零件的轴线重合，即成为具有两个自由度（旋转与平移）的圆柱接头，这两个自由度各自独立，互不影响。 单击图标 ，弹出创建圆柱接头对话框，内容如下： （1）Mechanism：接头隶属于哪一个运动机构，可通过”New Mechanism“按钮新建一个运动机构； （2）Joint Name：接头名称； （3）Line 1：第一个杆件的方向,4）Line 2：第二个杆件的方向； （5）Angle driven：旋转自由度是否为外部驱动； （6）Length driven：平移自由度是否为外部驱动,8.3.4 螺旋接头（Scr

7、ew Joint） 通过螺旋接头，可以让两个零件绕一轴转动，并沿此轴向移动，这两个零件在结合处必须各有一个轴线。将两零件的轴线重合，即成为具有两个自由度（旋转与平移）的螺旋接头，与圆柱接头不同，螺旋接头的移动距离与旋转圈数有一定的关系（即截距，pitch），每转动一圈两零件间的距离会沿着轴方向移动一个截距。 单击图标 ，弹出创建螺旋接头对话框，内容如下： （1）Mechanism：接头隶属于哪一个运动机构，可通过”New Mechanism“按钮新建一个运动机构,2）Joint Name：接头名称； （3）Line 1：第一个杆件的轴线； （4）Line 2：第二个杆件的轴线； （5）Angl

8、e driven：旋转自由度是否为外部驱动； （6）Length driven：平移自由度是否为外部驱动； （7）Pitch：截距，代表旋转一轴前进的距离，mm,8.3.5 圆球接头（Spherical Joint） 通过圆球接头，可以让两个零件绕一圆心转动，这两个零件在结合处必须各有一个圆心。将两零件的圆心重合，即成为具有三个旋转自由度的圆球接头，此三自由度各自独立，互不影响。 单击图标 ，弹出创建圆球接头对话框，内容如下： （1）Mechanism：接头隶属于哪一个运动机构，可通过”New Mechanism“按钮新建一个运动机构； （2）Joint Name：接头名称； （3）Point

9、 1：第一个杆件的圆心； （4）Point 2：第二个杆件的圆心,此接头不提供外部驱动功能，仅作为杆件的连接,8.3.6 平面接头（Planar Joint） 通过平面接头，可以让两个零件沿某平面相互移动，这两个零件各有一个平面相结合，成为具有两个平移自由度的平面接头。 单击图标 ，弹出创建平面接头对话框，内容如下： （1）Mechanism：接头隶属于哪一个运动机构，可通过”New Mechanism“按钮新建一个运动机构； （2）Joint Name：接头名称； （3）Plane 1：第一个杆件的平面； （4）Plane 2：第二个杆件的平面。 此接头不提供外部驱动功能，仅作为杆件的连接,

10、8.3.7 刚体接头（Planar Joint） 通过刚体接头，可以使两个零件成为一个刚体，成为刚体后，两零件彼此间相对位置将不改变。 单击图标 ，弹出创建刚体接头对话框，内容如下： （1）Mechanism：接头隶属于哪一个运动机构，可通过”New Mechanism“按钮新建一个运动机构； （2）Joint Name：接头名称； （3）Part 1：第一个杆件； （4）Part 2：第二个杆件。 此接头不提供外部驱动功能，仅作为杆件的连接,8.3.8 点-曲线接头（Point Curve Joint） 通过点-曲线接头，可以让一个点沿着某曲线移动，点与曲线分别位于不同的零件上，如此零件（点

11、）即可沿着曲线路径移动。设置此接头时，点必须位于曲线上，因此需要先进行好组装，再使用此接头。 单击图标 ，弹出创建点-曲线接头对话框，内容如下： （1）Mechanism：接头隶属于哪一个运动机构，可通过”New Mechanism“按钮新建一个运动机构； （2）Joint Name：接头名称； （3）Curve 1：第一个杆件上的曲线； （4）Point 1：第二个杆件上的点； （5）Length driven：是否为外部驱动,8.3.9 滑动曲线接头（Slide Curve Joint） 通过滑动曲线接头，可以让两个相切的曲线相互滑动，两曲线分别位于不同的零件上，如此零件即可沿着曲线路径移

12、动。使用此接头时，两曲线必须相切，因此需要先进行好组装，再使用此接头。 单击图标 ，弹出创建滑动曲线接头对话框，内容如下： （1）Mechanism：接头隶属于哪一个运动机构，可通过”New Mechanism“按钮新建一个运动机构； （2）Joint Name：接头名称； （3）Curve 1：第一个杆件上的曲线； （4）Curve 2：第二个杆件上的曲线。 此接头不提供外部驱动功能，仅作 为杆件的连接,8.3.10 滚动曲线接头（Roll Curve Joint） 通过滚动曲线接头，可以让两个相切的曲线相互滚动，两曲线分别位于不同的零件上，如此零件即可沿着曲线路径滚动。使用此接头时，两曲线

13、必须相切，因此需要先进行好组装，再使用此接头。 单击图标 ，弹出创建滚动曲线接头对话框，内容如下： （1）Mechanism：接头隶属于哪一个运动机构，可通过”New Mechanism“按钮新建一个运动机构； （2）Joint Name：接头名称； （3）Curve 1：第一个杆件上的曲线； （4）Curve 2：第二个杆件上的曲线； （5）Length driven：是否为外部驱动,8.3.11 点-曲面接头（Point Surface Joint） 通过点-曲面接头，可以让让一个点在曲面上移动，点与曲面分别位于不同的零件上，如此零件（点）即可沿着曲面移动。使用此接头时，点必须位于曲面上，

14、因此需要先进行好组装，再使用此接头。 单击图标 ，弹出创建点-曲面接头对话框，内容如下： （1）Mechanism：接头隶属于哪一个运动机构，可通过”New Mechanism“按钮新建一个运动机构； （2）Joint Name：接头名称； （3）Surface 1：第一个杆件上的曲面； （4）Point 1：第二个杆件上的点。 此接头不提供外部驱动功能，仅作 为杆件的连接,8.3.12 万向接头（Universal Joint） 万向接头使用一个虚拟的销连接两杆件，可以传递旋转运动，与旋转接头的区别是两杆件的轴心可以不重合。 单击图标 ，弹出创建万向接头对话框，内容如下： （1）Mechan

15、ism：接头隶属于哪一个运动机构，可通过”New Mechanism“按钮新建一个运动机构； （2）Joint Name：接头名称； （3）Spin 1：第一个杆件上的轴线； （4）Spin 2：第二个杆件上的轴线； （5）Cross-pin axis direction：连接 销轴心位置，可设置与某个旋转轴正交或 自定义。 此接头不提供外部驱动功能，仅作 为杆件的连接,8.3.13 CV接头（CV Joint） CV接头由两个万向接头所构成，可以传递旋转运动，且输入的转轴需与输出转轴平行。 单击图标 ，弹出创建CV接头对话框，内容如下： （1）Mechanism：接头隶属于哪一个运动机构，可

16、通过”New Mechanism“按钮新建一个运动机构； （2）Joint Name：接头名称； （3）Spin 1：第一个杆件上的轴线； （4）Spin 2：第二个杆件上的轴线； （5）Spin 3：第三个杆件上的轴线。 此接头不提供外部驱动功能，仅作 为杆件的连接,8.3.14 齿轮接头（Gear Joint） 齿轮接头是以虚拟方式，利用圆盘代表齿轮，手动设置减速比、旋转方向。不需要绘制齿轮模型即可进行仿真。齿轮接头由两个旋转接头构成，每个旋转接头皆有一个固定转轴与转动圆盘，圆盘间不一定需要相接触，两圆盘大小与齿轮减速比亦无关系。 单击图标 ，弹出创建齿轮接头对话框，内容如下： （1）Me

17、chanism：接头隶属于哪一个运动机构，可通过”New Mechanism“按钮新建一个运动机构； （2）Joint Name：接头名称,3）Revolute Joint 1：第一个转动接头，可通过“Create”按钮新建； （4）Revolute Joint 2：第二个转动接头； （5）Ratio：齿轮减速比，可通过“Define”按钮弹出的对话框分别选择两齿轮的旋转圆自动设定减速比； （6）Rotation directions：旋转方向，为同向和反向； （7）Angle driven for Revolute 1：是否为外部驱动； （8）Angle driven for Revolut

18、e 2：是否为外部驱动。 两旋转接头的轴心必须是同一个零件（Part），才能使用在齿轮接头上,8.3.15 齿条接头（Rack Joint） 齿条接头是以虚拟方式，利用圆盘代表齿轮，长方块代表齿条，手动设置减速比，即可进行模拟。齿条接头由一个旋转接头和一个滑动接头构成，圆盘大小与齿条减速比无关。 单击图标 ，弹出创建齿条接头对话框，内容如下： （1）Mechanism：接头隶属于哪一个运动机构，可通过”New Mechanism“按钮新建一个运动机构； （2）Joint Name：接头名称,3）Prismatic Joint：滑动接头，可通过“Create”按钮新建； （4）Revolute

19、Joint：转动接头； （5）Ratio：减速比，即齿轮圆盘旋转一圈，齿条移动的距离。可通过“Define”按钮弹出的对话框齿轮的旋转圆自动设定减速比； （6）Length driven for Prismatic：是否为外部驱动； （7）Angle driven for Revolute：是否为外部驱动。 滑动接头和转动接头的基座必须是同一个零件（Part），才能使用在齿条接头上,8.3.16 缆线接头（Cable Joint） 此接头以虚拟的缆线将两个滑动接头相连接，使两者间的运动有关联性（类似滑轮运动）。当某一个滑动接头移动时，另一个滑动接头可以依照某种比例往特定方向同步运动。 单击图标

20、 ，弹出创建缆线接头对话框，内容如下： （1）Mechanism：接头隶属于哪一个运动机构，可通过”New Mechanism“按钮新建一个运动机构； （2）Joint Name：接头名称,3）Prismatic Joint 1：滑动接头1，可通过“Create”按钮新建； （4）Prismatic Joint 2：滑动接头2； （5）Ratio：两者移动比例，滑动接头1移动一个单位，则滑动接头2移动1Ratio个单位； （6）Length driven for Prismatic 1：是否为外部驱动； （7）Length driven for Prismatic 2：是否为外部驱动。 两滑动

21、接头的基座必须是同一个零件（Part），才能使用在缆线接头上,8.3.17 坐标对齐（Joint from axis） 利用坐标轴对齐方式创建接头，可创建的接头类型有万向接头、滑动接头、旋转接头、圆柱接头和圆球接头。 单击图标 ，弹出创建以坐标对齐创建接头对话框，内容如下： （1）Mechanism：接头隶属于哪一个运动机构，可通过”New Mechanism“按钮新建一个运动机构； （2）Joint Name：接头名称； （3）Joint Type：接头类型； （4）Axis 1：坐标系1； （5）Axis 2：坐标系2。 其他条件与具体接头类型有关,8.3.18 固定件 运动机构创建好后，

22、需要指定参考固定件（Fix Part），机构运动是相对固定件进行的，因此正确的指定机构的固定件才能得到正确的运动结果。 单击图标 ，弹出创建固定件对话框，若尚未创建机构，则单击“New Mechanism”创建新机构，接着直接单击欲作为固定件的零件即可。（注：只能有一个零件为固定件） 8.3.19 装配约束转换 若某机构已经在装配设计单元中，指定了正确的装配约束，则可以利用这些约束条件自动转换成对应的接头。 单击图标 ，弹出装配约束转换对话框，内容如下,1）Mechanism：接头隶属于哪一个运动机构，可通过”New Mechanism“按钮新建一个运动机构； （2）Auto Create：根

23、据约束条件自动创建接头； （3）Product 1：欲创建接头的第一个零件； （4）Product 2：欲创建接头的第二个零件； （5）Constraints list：现有两个零件间的约束列表； （6）Joints list：现有两个零件间的接头列表； （7）Resulting type：根据约束 列表中的选择，可以建立的接头类 型,8）Create Joint：手动创建接头； （9）Add Command：增加驱动方式； （10）Delete Joint：删除选定的接头； （11）Fix Constraints list：固定约束列表； （12）Current Fixed Part：当前固

24、定件； （12）Create Fix：创建固定件。 （14）Delete Fix：删除固定件,8.3.20 速度与加速度 此命令用于增加分析机构运动速度与加速度的测量点，用于机构运动分析。 单击图标 ，弹出速度与加速度对话框，内容如下： （1）Mechanism：测量点隶属于哪一个运动机构； （2）Name：测量点名称； （3）Reference Product：测量参考部件（固定）； （4）Point Selection：测量点（Point）； （5）Main axis：默认世界坐标系； （6）Other axis：其他参考坐标系。 注：只能使用法则模拟运动方式 进行测量,8.3.20 运动

25、模拟 在运动分析中，提供了两种模拟方式，一种是使用命令模拟运动（Simulation with Command） ，仅单纯进行机构几何操作，不考虑时间问题，没有速度、加速度等分析。另一种是使用法则模拟运动（Simulation with Law） ，用户需自定义公式（Formula）或法则（Law），设置驱动杆件的运动速度，可记录杆件位置、速度与加速度。 1）使用命令的运动模拟 单击图标 ，弹出使用命令方式的运动模拟对话框，内容如下： （1）Mechanism：模拟哪一个运动机构； （2）Command.1：命令列表，命令1； （3）Active Sensors：打开测量传感器， 选中后弹出传

26、感器窗口，如下图,4）Simulation：模拟方式 Immediate：通过鼠标拖动进行模拟； On Request：选择后，通过修改命令列表中的范 围，然后单击下面的开始按钮进行模拟； （5）Number of steps：模拟的步数。 传感器窗口： （1）Selection：选择模拟运动过程中感应的参数，可在传感器列表中通过鼠标单击切换是否测量此参数,2）Instantaneous Values：各传感参数当前值； （3）History：各传感参数历史值（与模拟步数有关）； （4）Display Options：每个传感器参数历史值保存深度，全部保存还是仅保存n行； （5）Detect

27、Clashes：碰撞检测开关，需要首先通过添加碰撞命令按钮 添加待检测的碰撞，如果选中 ，则不检测碰撞，选中 ，则检测碰撞，选中 ，则检测到碰撞时暂停模拟,6）Check Limits：是否检测接头的极限； （7）Graphics：显示模拟运动后测量的参数； （8）Options：设置显示的曲线是以模拟步数为横轴还是以其他的参数为横轴； （9）File：将结果保存为EXCEL文件,1）使用法则的运动模拟 使用此方式进行运动模拟前，需要通过添加公式命令 将驱动约束（如转动接头的接头角度）与时间关联起来，如 Mechanism.1CommandsCommand.1Angle= (Mechanism

28、.1KINTime/1s)*36deg 其中等式左边为驱动约束的命令，两杆件的夹角，单位为度（deg），KINTime为模拟时间，为内定关键字，单位为秒（s），此公式令此接头每秒钟转动36度,单击图标 ，弹出使用法则方式的运动模拟对话框，内容如下： （1）Mechanism：模拟哪一个运动机构； （2）Start：模拟时间范围，可通过“”按钮进行调节； （3）Analysis：是否分析干涉情况； （4）Activate sensors：是否分析运动情况,8.3.21 机构分析 此功能可分析某机构的相关属性与信息。 单击图标 ，弹出机构分析窗口，显示相关项目： （1）机构名称； （2）机构是否可以模拟； （3）接头数目； （4）驱动命令数目； （5）缺少驱动命令时的自由度； （6）有驱动命令是的自由度； （7）固定件名称； （8）接头种类列表。 单击“Show joints”，列表中的接头