CATIA 运动仿真分析

(1)设置曲轴、连杆、活塞及活塞销的运动连接。 (2)创建简易缸套机座。 (3)设置曲轴与机座、活塞与活塞缸套之间的运动连接。 (4)模拟仿真。 (5)运动分析。16.1.1定义曲轴、连杆、活塞及活塞销的运动连接1.新建组文件(1)点击“开始”选取“机械设计”中的“装配件设计”模块，如图16-1所示。 (2)进入装配件设计模块后，点击添加现有组件图标，再点击模型树上的Product1图标，此时会出现文件选择对话框，按住Ctrl键，分别选取 所示。然后点击模型树上的Product1,点击确定，此时弹出警告对话框，如图16-3所示， (3)由于连杆体零件是装配体，各部分之间存在约束，点击“全部更新”按钮，我们会发现连杆体组件恢复装配后的样子。 (4)点击“约束”工具栏中的“相合约束”图标，分别选择活塞销中心线及活塞孔中心线，如图16-4所示。然后点击“约束”工具栏中的“偏移约束”图标，选择活塞销的一个端面及活塞孔一侧的凹下去细环端面，如图16-5所示，此时出现“约束属性”完成活塞与活塞销之间的约束，如图16-7所示。自此完成添加零部件工作。图16-4选择活塞销中心线及活塞孔中心线图16-5活塞销及活塞内凹孔的端面约束图16-9“KinematicsJoint(运动饺)”工具栏mm束2.设置连杆体与活塞销的运动连接 (1)点击“开始”选取“数字模型”中的“DMUKinematics(数字模型运动)”模块，入模型运动工作台，如图16-8所示。 (2)单击“DMUKinematics(数字模型运动)”工具栏中的“RevolnteJoint(旋转铰)”按按钮右下方的箭头，出现“KinematicsJoint(运动饺)”工具栏，包括所有铰定义按 (3)单击“KinematicsJoint(运动饺)”工具栏中的“RevolnteJoint(旋转铰)”按钮，弹出“JointCreation:Revolute(生成旋转铰)”对话框，如图16-10所示。图16-10“JointCreation:Revolute(生成旋转铰)”对话框 成运动机构)”对话框，如图16-11所示。单击对话框中的“确定”按钮，按照对话框中的构)”对话框被关闭，回到“JointCreation:Revolute(生成旋转铰)”对话框。 (5)在连杆体零件中选择小孔中心线(注意这里选择的应是连杆体小孔中衬套的中心线，因为与活塞销进行运动接触的是衬套)，在选择活塞销的中心线，如图16-12所示。在连杆体零件中选择小孔衬套的一个端面，在活塞组件中选择活塞销的一个端面，如图16-13所示，在“JointCreation:Revolute(生成旋转铰)”对话框中点选“Centered(居中)”单选扭，然后选择小孔衬套和活塞销的另外一侧端面，如图16-14所示。此时“Jointte图16-15“JointCreation:Revolute(生成旋转铰)”对话框的各项内容3.设置活塞销与活塞之间的运动连接 (1)实际中，活塞与活塞销之间为过盈配合，所以这里我们把活塞与活塞销之间定为刚性连接。单击“DMUKinematics(数字模型运动)”工具栏中的“RevolnteJoint(旋转铰)”按钮按钮右下方的箭头，出现“KinematicsJoint(运动饺)”工具栏。JointJoint(刚性连接)”按钮Creation:Rigid(生成 (2)单击“Rigid，弹出“Joint图16-17“JointCreation:Rigid(生成刚性连接)”对话框 (3)在图形区上分别选择活塞销和活塞，“JointCreation:Rigid(生成刚性连接)”对 (4)单击对话框中的“确定“按钮，生成刚性连接。零件刚性连接配合在一起。同时4.设置连杆体与曲轴的运动连接 (1)单击“KinematicsJoint(运动饺)”工具栏中的“RevolnteJoint(旋转铰)”按钮钮，弹出“JointCreation:Revolute(生成旋转铰)”对话框，在连杆体零件中选择大孔中心线(注意这里选择的应是连杆体大孔中轴瓦的中心线，因为与曲轴进行运动接触的是轴瓦)，在选择曲轴的第一段的中心线，如图16-20所示。在连杆体零件中选择大孔轴瓦的一个端面，在曲轴中选择曲轴第一段的一个端面，如图16-21所示，在“JointCreation:Revolute(生成旋转铰)”对话框中点选“Centered(居中)”单选扭，然后选择大ute成旋转铰)”对话框的各项内容如图16-23所示。单击对话框中的“确定”按钮，生成旋转铰。零件按铰配合在一起，同时在模型树中出现旋转铰的名称，如图16-24所示。图16-20选择连杆体大孔中轴瓦的中心线与曲轴的第一段的中心线图16-21选择大孔中轴瓦的一个端面与曲轴第一段的一个端面图16-22选择大孔轴瓦和曲轴第一段的另外一侧端面图16-23“JointCreation:Revolute(生成旋转铰)”对话框的各项内容树中出现旋转铰的名称 (6)此时完成了曲轴与一个连杆体的运动连接，连接后的整体约束图如图16-25所示。5.完成其余三组活塞、活塞销、连杆体及曲轴的运动连接(1)点击“开始”再次选取“机械设计”中的“装配件设计”，进入“装配件设计”模块。点击“快速多实例化”按钮，然后在模型树上点击活塞零件，如图16-26所示。此时在零部件上有一个新的活塞零件生成，如图16-27所示。模型树上点击活塞零件体图16-27新的活塞零件生成 (2)按照(1)中的快速生成实体的方法分别生成新的活塞销与连杆体零件，生成后的。图16-28生成新的活塞销与连杆体零件图16-29模型树上出现新的零件体 (3)由于零件体重合在一起，点击“分解”按钮，出现“分解”对话框，在模型树上点击Product.1,然后点击“确定”按钮。这时会出现警告对话框，继续点击“确定”按钮，完成重合零部件体的分解。 (4)由于先前已完成对第一组活塞、活塞销、连杆体及曲轴的运动关系的连接，第一组零部件间存在约束，点击“全部更新”按钮后，它们又恢复到先前的位置关系，但示。 (5))点击“约束”工具栏中的“相合约束”图标，分别选择新生成的活塞销中按钮完成活塞销端面和活塞内凹孔细环端面之间的偏移约束关系。点击“全部更新”按钮，完成活塞与活塞销之间的约束，如图16-34所示。自此完成添加新零部件的工作，图16-31选择活塞销中心线及活塞孔中心线图16-32活塞销及活塞内凹孔的端面约束效果图 (6)点击“开始”选取“数字模型”中的“DMUKinematics(数字模型运动)”模块，树上的新增运动连接名称 (7)点击“开始”再次选取“机械设计”中的“装配件设计进入“装配件设计”模块。点击“快速多实例化”按钮，按照增加第二组活塞、活塞销、连杆体组件的方法完成第三、四组组件的增加，并利用“分解”功能，将位置重合的零部件分解开来，然后对分别对第三、四活塞与活塞销进行约束，最后用“全部更新”功能，完成第三、四组活塞与活塞销之间的约束更新，如图16-38所示。此时模型树上出现新的零部件名称，图16-38完成第三、四组组件的增加并对新增活塞及活塞销进行约束上出现新的零部件名称 (8)点击“开始”选取“数字模型”中的“DMUKinematics(数字模型运动)”模块，再次进入模型运动工作台。同样，按照前面介绍的对第三、四组活塞、活塞销、连杆体及曲上出现新的运动连接铰16.1.2创建简易缸套机座1.插入新零件 (2)在模型树上单击“Product.1”,，这样会在装配图中插入一个新零件。单击“Product.1”后，会出现一个“新零部件:原点”对话框，如图16-43所示，提示使用者如何定义新零件的原点。 (3)单击对话框中的“是”按钮，定义新零件的原点与组件的原点重合。此时在装配上将出现一个新零件“Part1(part1.1)”。如图16-44所示。2选择“新增零部件”图16-43“新零部件:原点”对话框图16-44新零部件“Part1(part1.1)” 所示。此时会出现“属性”对话框，在“实例名称”一栏将art1.1”修改为“缸套机座”点击“确定”按钮，完成产品实例名称的修改,如图16-46所示。此时模型树上的新增零部件的名称“Part1(part1.1)变成“Part1(缸套机座)”。图16-46修改“属性对话框”中“实例名称”的内容2.绘制机座零件草图 (1)将模型树上中Part1零件的元素展开，双击该零件的名称“Part1”,如图16-48所示，这样可以直接由“数字模型工作台”转到“零部件设计工作台”。 (2)选择曲轴带有键槽一端的端面，如图16-47所示，在“草图编辑器”工具栏中单击击“Sketcher(草图)”按钮，进入草图设计工作台。图16-48双击零件名称“Part1”图16-47选择曲轴带有键槽一端的端面 (3)单击“操作”工具栏中的“Project3delement(投影三维元素)”按钮，然约束”，再点击刚才画的圆，此时圆的所示，按住“Ctrl”键，点击投影圆和刚才绘制的圆，再点击“约束定义”按钮，弹出“约束定义”对话框，如图16-51所示，将同心一栏选上，然后点击“确定”按钮。完成 (4)单击“工作台”工具栏中的“ExitWorkbench(推出工作台)”按钮，重新进入“零部件设计工作台”。3.拉伸生成机座零件 制的草图，然后点击确定，完成实体的拉伸。 (2)为了区别机座实体，将机座实体更改颜色。在模型树上右键点击“Part1(缸套机座)，在出现的子菜单中点击“属性”弹出属性对话框，点击图形一栏，将颜色改为黄色，4.绘制缸套零件草图 (1)点击“基准平面”图标，再点击第一组活塞的上表面，如图16-55所示，弹”对话框，将偏移一栏数据改为“0mm”,如图16-56所示,点击确定完成基准平面的建立。建立后的基准平面如图16-57所示。 进入草图设计工作台。 (3)单击草图工具中的“虚线”图标，此时该图标变成红色。接着单击“操作”工具栏中的“Project3delement(投影三维元素)”按钮，然后选择活塞上表面，将其投影到草图设计平面上，如图16-58所示。接着再次单击“虚线”图标，图标恢复按住“Ctrl”键，选择投影圆与绘制的圆，单击点击“约束定义”按钮，弹出“约束定义”对话框，如图16-60所示，将相合一栏选上，然后点击“确定”按钮，绘制圆与投影 (4)在草图上再画一个圆，单击“约束”，此时圆的尺寸被约束住，双击尺寸数m16-62所示.按住“Ctrl”键，点击两个绘制的圆，再点击“约束定义”按钮，弹出“约束定义”对话框，将“同心”一栏选上，然后点击“确定”按钮。将两个圆的圆心约束在一5.拉伸生成缸套零件单击“给予草图的特征”工具栏中的”Pad(拉伸)”按钮，弹出“PadDefinition(拉伸定义)”对话框，将长度一栏改为“120mm”,在轮廓曲面一栏选择刚才绘制的草图，然后拉伸，如图16-64所示。6.完成其余三组缸套实体建模 (1)点击再建立第一组活塞缸套时所建立的“基准平面”图标，在“草图编辑器”工具栏中单击“Sketcher(草图)”按钮，进入草图设计工作台。 (2)按照与绘制第一组缸套草图相同的方法绘制第二组缸套草图平面，绘制完的效果 部件设计工作台”。准备完成第二组缸套的实体拉伸，与第一组缸套实体拉伸方法相同，对第二组缸套进行拉伸，完成后的实体效果如16-66所示。图16-65第二组缸套草图绘制图16-66第二组缸套的实体拉伸效果 (4)按照同样的方法建立第三、四组缸套的实体模型，完成后的四组活塞缸套的模型16.1.3设置曲轴与机座、活塞与活塞缸套之间的运动连接1.设置曲轴与机座之间的运动连接 (1)点击“开始”选取“数字模型”中的“DMUKinematics(数字模型运动)”模块，进入模型运动工作台。 (2)单击“KinematicsJoint(运动饺)”工具栏中的“RevolnteJoint(旋转铰)”按钮钮，弹出“JointCreation:Revolute(生成旋转铰)”对话框，分别选择简易机座的中心线和曲轴左端的中心线，如图16-68所示。简易机座的左端面和曲轴的左端面，如图16-69所示。“JointCreation:Revolute(生成旋转铰)”对话框内容被更新，如图16-70所示，然后点击“确定”完成运动连接，此时模型树上出现新的运动铰的名称，如图16-71图16-69“JointCreation:Revolute(生成旋转铰)”对话框内容被更新2.设置活塞浴缸套之间的运动连接 (1)单击“DMUKinematics(数字模型运动)”工具栏中的“RevolnteJoint(旋转铰)”按按钮右下方的箭头，出现“KinematicsJoints(运动铰)”工具栏。 (2)单击“CylindricalJoint(圆柱铰)”按钮Creation:Cylindrical(生成圆柱铰)”对话框，如图16-72所示。图16-72“JointCreation:Cylindrical(生成圆柱铰)”对话框 Creation:Cylindrical(生成圆柱铰)”对话框内容被更新，如图16-74所示，点击“确定”按钮，完成第一组活塞与缸套之间的运动连接。选择第一组活塞和缸套的中心线图16-74对话框内容被更新 (4)按照上诉同样的方法，依次完成第二、三、四活塞与缸套之间的运动连接，此时图16-75所示。16.1.4模拟仿真11.设置驱动在模型树上双击曲轴与机座的运动铰，如图16-76，弹出弹出“JointCreation:Revolute(生成旋转铰)”对话框，将“Angledriven(角度驱动)”一栏选上，如图16-77所示，点击确定完成驱动设置。图16-76在模型树上双击曲轴与机座的运动铰图16-77将“Angledriven(角度驱动)”一栏选上2.设置固定零件 (1)单击“DMUKinematics(数字模型运动)”工具栏中的“Fixedpart(固定零件)”弹出“NewFixedpart(新固定零件)”对话框，如图16-78所示。 (2)在图形区上选择简易机座零件，并点击“确定”按钮。 (3)单击“确定”后，则弹出一个“Information(消息)”对话框，提示现在设置的机构已经可以被模拟，如图16-79所示。单击对话框中的“确定”按钮，关闭对话框。3.模拟四缸内燃机运动 forwardforward(向前演示)”按钮，四缸内燃机开始运动。16.1.5运动分析1.定义时间关联的参数关系式 (1)选择菜单工具栏中的“工具”→“选项”命令，弹出“选项”对话框，如图16-82所示。选中“产品结构”，选择“树的定制”选项卡，然后将“关系”选项激活。单击对话 (2)在模型树上选择“机制.1”,如图16-83所示。图16-83选择“机制.1” (3)单击“知识”工具栏中的“Formula(公式)”按钮，弹出“公式：机制.1”对话框，如图16-84所示。在对话框的“参数”文本框中选择第二个选项“机制.1\命令\添加公式”按钮，定义角度与时间的关系。 (4)单击“添加公式”按钮后，弹出“公式编辑器”对话框，如图16-85所示。系公式 (5)在“字典”列表框中选择“参数”选项，在“参数成员数”列表框中选择“时间” (6)在后边继续输入“/1s*36deg”,其物理意义是运动角速度为36deg/1s,因为速度前面的时间单位是s，因此，要与角度单位一致，需要将速度除以时间1s，然后再乘以角度单位。单击公式编辑器中的“确定”按钮，完成公式编辑，回到“公式：机制.1”对话框，在对话框中显示出刚才编辑的公式，如图16-87所示。图16-87在对话框中显示出刚才编辑的公式 (7)单击对话框中的“确定”按钮，生成公式，并且在模型树中显示公式的名称和表图16-88模型树中显示公式的名称和表达式2.生成运动轨迹 (1)单击“DMUGenericAnimation(数字模型通用动画)”工具栏中的“Trace(轨迹)”按钮按钮，弹出“Trace(轨迹)”对话框，如图16-89所示。 (2)在图形上选择第一组活塞上的一点，如图16-90所示。 (3)在对话框中激活“Referenceproduct(参考产品)”文本框。然后在图形区选择机6-91所示 (4)单击对话框中的“确定”按钮，关闭对话框，同时机器开始计算所选点的轨迹路毕后，直接显示出来，如图16-92所示。图16-89“Trace(轨迹)”对话框图16-90选择第一组活塞上的一点选择简易机座为参考零件图16-92所选点的运动轨迹3.测量速度、加速度 度和加速度)”按钮Speedand度和加速度)”按钮on (2)激活对话框中的“Referenceproduct(参考产品)”文本框，然后在图形区选择缸 (3)激活对话框中的“Pointselection(点选择)”文本框与生成轨迹中所选择的相图16-95选择活塞上的一个点 (4)选择后，对话框中的两个文本框都相应地更新显示，如图16-96所示。 (5)单击“DMUKinematics(数字模型运动)”工具栏中的“SimulationwithLaws(用规则模拟)”规则模拟)”按钮，弹出“KinematicsSimulation–Mechanism.1(运动模拟)”对话 esensor(激活传感器)”复选框，弹出“Sensor(传感器)”对话框，如图16-97所示。单击对话框中“Selection(选择)”选项卡，在列表框中单击“速度-加速度.1\线性速度”和“速度-加速度.1\线性加速度”选项卡，单击后，两个参数的状态由“否”改为“是”。 (7)单击“Outputs(输出)”选项组中的“Option(选项)”按钮，弹出“GraphicalRepresentationOption(代表图形曲线选项)”对话框，如图16-98所示。点选“Versus闭”按钮，关闭对话框。图16-98GraphicalRepresentationOption(代表图形曲线选项)”对话框 –Mechanism.1(运动模拟)”对话框中的“Playforward(向前演示)”按钮，开始模拟活塞运动。在“Sensor(传感器)”对话框中的“瞬间值“选项卡下，列表框中显示的内容随图16-99“瞬间值“选项卡下的列表框中显示的内容随模拟进程更新 (9)单击“Sensor(传感器)”对话框中的“Graphics(图形)”按钮，出现“SensorGraphicalRepresentation(图形曲线)”窗口，绘制出速度和加速度随时间的变化曲线，如齿轮系由曲轴齿轮、惰齿轮和凸轴齿轮。本例要模拟三个齿轮键的运动。 (1)设置齿轮系的连接。须分别定义简易曲轴齿轮、简易惰性轮、简易凸轮轴齿轮与简易机体之间的旋转运动副。 (2)设置齿轮副连接。定义曲轴齿轮与惰齿轮之间、凸轮轴齿轮与惰齿轮之间的齿轮 (3)模拟仿真。 (4)运动分析。16.2.1设置齿轮系的连接1.新建组文件 (1)点击“开始”选取“机械设计”中的“装配件设计”模块。 (2))进入装配件设计模块后，点击添加现有组件图标，再点击模型树上的Product1图标，此时会出现文件选择对话框，按住Ctrl键，分别选取“Chapter16/jianyi-jizuo.CATpart”，将这些零件体载入到Product1中.(3)此时，零件体载入后重合到一起，点击分解图标，出现分解对话框,然后点击模型树上的Product1,点击确定，此时弹出警告对话框，警告各零件的位置会发生变，点2.设置各简易齿轮轴与简易机座之间的运动连接 (1)点击“开始”选取“数字模型”中的“DMUKinematics(数字模型运动)”模块，进入模型运动工作台。 (2)单击“KinematicsJoint(运动饺)”工具栏中的“RevolnteJoint(旋转铰)”按钮钮，弹出“JointCreation:Revolute(生成旋转铰)”对话框。如图16-101所示。图16-101“JointCreation:Revolute(生成旋转铰)”对话框 成运动机构)”对话框，单击对话框中的“确定”按钮，按照对话框中的默认机构名称被关闭，回到“JointCreation:Revolute(生成旋转铰)”对话框。 (4)在图形区内选择简易曲轴中心线与相对应的简易机座孔的中心线，如图16-10203所示，此时“JointCreation:Revolute(生成旋转铰)”对话框的各项内容如图16-104所示。然后单击对话框中的“确定”按钮，生成旋转铰。零件按铰配合在一起，同时在模型树中出现和简易机座孔的中心线简易机座孔相对应的一个端面图16-104“JointCreation:Revolute(生成旋转铰)”对话框的更新的内容 (5)单击“KinematicsJoint(运动饺)”工具栏中的“RevolnteJoint(旋转铰)”按钮钮，弹出“JointCreation:Revolute(生成旋转铰)”对话框。 (6)在图形区内选择简易惰轮轴轴中心线与相对应的简易机座孔的中心线，如图所示，然后单击“JointCreation:Revolute(生成旋转铰)”对话框中的“确定”按钮，生成旋转铰。零件按铰配合在一起，同时在模型树中出现和铰的名称。相对应的简易机座孔的中心线简易机座孔相对应的一个端面 (7)单击“KinematicsJoint(运动饺)”工具栏中的“RevolnteJoint(旋转铰)”按钮钮，弹出“JointCreation:Revolute(生成旋转铰)”对话框。 (8)在图形区内选择简易凸轮轴轴中心线与相对应的简易机座孔的中心线，如图所示，然后单击“JointCreation:Revolute(生成旋转铰)”对话框中的“确定”按钮，生成旋转铰。零件按铰配合在一起，同时在模型树中出现和铰的名称。相对应的简易机座孔的中心线与简易机座孔相对应的一个端面3.设置各齿轮与各相对应的简易齿轮轴的运动连接JointJoint(刚性连接)”按钮Creation:Rigid(生成 (1)单击“Rigid，弹出“Joint。图16-110“JointCreation:Rigid(生成刚性连接)”对话框 (2)在图形区上分别选择简易曲轴和曲轴齿轮，“JointCreation:Rigid(生成刚性连接)”对话框内容被更新，显示出所选择的零件名称，如图16-111所示。图16-111“JointCreation:Rigid(生成刚性连接)”对话框内容被更新 (3)单击对话框中的“确定“按钮，生成刚性连接。零件刚性连接配合在一起。同时 (4)按照同样的方法分别将简易惰轮轴与惰齿轮、简易凸轮轴与凸轮齿轮进行刚性连 (5)点击“开始”选取“机械设计”中的“装配件设计”模块，对各简易齿轮轴与各齿轮之间进行位置约束。 (6)点击“约束”工具栏中的“相合约束”图标，分别选择简易曲轴中心线及曲轴齿轮中心线，如图16-114所示。然后点击“约束”工具栏中的“偏移约束”图标，选择简易曲轴的一个端面及曲轴齿轮相对应的一个端面，如图16-115所示，此时出现“约 (7)按照同样的约束方法，依次将简易惰轮轴与惰齿轮、简易凸轮轴与凸轮齿轮之间。16.2.2设置齿轮副间的连接 (1)点击“开始”选取“数字模型”中的“DMUKinematics(数字模型运动)”模块，进入模型运动工作台。 (2)单击“DMUKinematics(数字模型运动)”工具栏中的“RevolnteJoint(旋转铰)”按钮右下方的箭头，出现“KinematicsJoint(运动饺)”工具栏，单击“RollCurveJoints(运动铰)”按钮，弹出“JointCreation:RollCurveJoints(生成滚动曲线铰)”图16-119“JointCreation:RollCurveJoints(生成滚动曲线铰)”对话框 (3)激活“Curve1:”对话框，选择曲轴齿轮上的圆形曲线，如图16-120所示。然后的内容已被更新，如图16-122所示，点击“确定”按钮，关闭对话框，同时模型树上出现形曲线图16-122“JointCreation:RollCurveJoints”对话框内容更新 (4)按照同样的步骤，定义惰齿轮和凸轮齿轮之间的滚动曲线运动铰连接。在模型树16.2.3模拟仿真1.设置驱动在模型树上双击曲轴与机座的运动铰，如图16-125，弹出弹出“JointCreation:Revolute(生成旋转铰)”对话框，将“Angledriven(角度驱动)”一栏选上，如图16-125所示，点击“确定”按钮完成驱动设置。图16-125弹出弹出“JointCreation:Revolute(生成旋转铰)”对话框2.设置固定零件 (1)单击“DMUKinematics(数字模型运动)”工具栏中的“Fixedpart(固定零件)”按钮，弹出“NewFixedpart(新固定零件)”对话框。 (2)在图形区上选择简易机座，如图16-126所示，并点击“确定”按钮。 (3)单击“确定”后，则弹出一个“Information(消息)”对话框，提示现在设置的机127所示。单击对话框中的“确定”按钮，关闭对话框。3.模拟齿轮系传动 “Playforward(向前演示)”按钮，四缸内燃机开始运动。16.2.4运动分析1.定义时间关联的参数关系式 (1)在模型树上选择“机制.1”,如图16-130所示。图16-130选择“机制.1” (2)单击“知识”工具栏中的“Formula(公式)”按钮，弹出“公式：机制.1”对话框，如图16-131所示。在对话框的“参数”文本框中选择第二个选项“机制.1