《智能制造生产线数字孪生建模与应用》课件 第3章 运动副与约束

运动副与约束—固定副智能制造生产线数字孪生建模与应用史诺01020304固定副的概念固定副的创建参数含义任务实施CONTENTS目录

任务介绍固定副用于连接两个构件，限制它们之间的相对运动，相当于把两个构件紧密粘接在一起成为一个整体。固定副的作用效果是将一个构件相对于另一构件的自由度全部约束，即自由度为0，不允许在任何方向上进行移动或转动。固定副用于连接需要保持相对静止的部件，或作为其他运动副的参考基准。除此之外，固定副还有一项重要的用途，即实现机械手的取放动作，握爪时，建立机械手与被抓物料之间的固定副，松爪时，破坏该固定副即可，在低版本的NXMCD中，这一功能被广泛使用，高版本的NXMCD中，由于已具备了专门的握爪命令，这一功能使用较少，但是仍然可以作为实现取放动作的备选方案。固定副的概念固定副的创建参数含义任务实施课堂任务

三种方法固定副的创建参数含义任务实施固定副的概念（1）方法一：选择“机电导航器”→右击“运动副和约束”→“新建”→“固定副”。（2）方法二：选择“菜单”→“插入”→“运动副”→“固定副”。（3）方法三：在机电概念设计环境选择“主页”选项卡→“机械”栏→“基本运动副”下拉箭头→“固定副”。方法一方法二方法三关键参数固定副的概念固定副的创建参数含义任务实施连接体：是指需要被固定约束的构件。基本体：是指连接体所依附的构件，在创建固定副时，选择连接体所依附的部件作为基本体，如果未选择基本体，则代表连接体和大地固定。运动类型：有动力学、运动学、铰接运动三种类型。动力学需要在仿真过程中使用机电求解器执行精确的运动副计算；运动学指通过简化计算流程（不依赖机电求解器）来提升仿真效率的力学分析方法；铰接运动可以优化运动学计算，在需要紧密公差的场景中更具适用性。固定副对话框效果展示固定副的概念固定副的创建参数含义任务实施仿真运行效果感谢聆听运动副与约束—铰链副智能制造生产线数字孪生建模与应用任课教师：史诺2026年3月01020304铰链副的概念铰链副的创建参数含义任务实施CONTENTS目录

任务介绍铰链副是一种用于连接两个构件并允许它们之间能够相对转动的活动联接，允许一个构件相对于另一个构件绕某一轴线进行旋转运动，仅包含一个旋转自由度。铰链副具有明确的旋转轴线和旋转自由度，广泛应用于各种机械系统的仿真分析中，如齿轮传动、连杆机构、凸轮机构等。通过铰链副模拟机构中的旋转运动，可以评估其性能、优化设计方案并预测潜在问题。铰链副的概念铰链副的创建参数含义任务实施课堂任务

三种方法铰链副的创建参数含义任务实施铰链副的概念（1）方法一：选择“机电导航器”→右击“运动副和约束”→“新建”→“铰链副”。（2）方法二：选择“菜单”→“插入”→“运动副”→“铰链副”。（3）方法三：在机电概念设计环境选择“主页”选项卡→“机械”栏→“基本运动副”下拉箭头→“铰链副”。方法一方法二方法三关键参数铰链副的概念铰链副的创建参数含义任务实施连接体：是指需要添加铰链约束的构件。基本体：是指与连接体连接的另一个构体，基本体一般作为参考基准，连接体将相对于基本体进行旋转，如果未选择基本体，则代表连接体相对于大地进行旋转。轴矢量：是指铰链副的旋转轴线，即连接体与基本体之间的公共轴线。锚点：是指构件旋转运动时的中心支点。起始角：是指在仿真还没有开始之前，连接件相对于基本体的角度，这个参数用于设置构件之间的初始状态，以便在仿真过程中更准确地模拟旋转运动。上限和下限：这两个参数用于限制连接体相对于基本体的旋转范围。上限值定义了连接体可以旋转的最大角度，而下限值则定义了连接体可以旋转的最小角度，通过设置这两个参数，可以确保连接体在仿真过程中不会超出预定的旋转范围。运动类型：有动力学、运动学、铰接运动三种类型。铰链副对话框效果展示铰链副的概念铰链副的创建参数含义任务实施仿真运行效果感谢聆听运动副与约束—滑动副智能制造生产线数字孪生建模与应用任课教师：史诺2026年3月01020304滑动副的概念滑动副的创建参数含义任务实施CONTENTS目录

任务介绍滑动副是一种在两个构件之间创建仅能沿特定方向移动的活动联接，允许两个构件在指定的方向上进行相对移动，限制了其他方向上的相对运动，仅包含一个自由度。滑动副常用于模拟各类机械设备中滑动导轨、滑块等的运动过程，通过模拟其实际运行状况，有助于优化这些组件的设计，以提升机械设备的整体性能和运行效率。滑动副的概念滑动副的创建参数含义任务实施课堂任务

三种方法滑动副的创建参数含义任务实施滑动副的概念（1）方法一：选择“机电导航器”→右击“运动副和约束”→“新建”→“滑动副”。（2）方法二：选择“菜单”→“插入”→“运动副”→“滑动副”。（3）方法三：在机电概念设计环境选择“主页”选项卡→“机械”栏→“基本运动副”下拉箭头→“滑动副”。方法一方法二方法三关键参数铰链副的概念铰链副的创建参数含义任务实施连接体：是指需要添加滑动约束的构件。基本体：通常是滑动副的固定部分，即不会主动移动的构件，如果未选择基本体，则代表基本件是大地。轴矢量：定义了连接体相对于基本体滑动的方向，在设置时，需要确保轴矢量的方向与预期的滑动方向一致。偏置：用于定义滑动副的初始位置，它表示连接体相对于基本体在滑动方向上的偏移量。上限和下限：定义了滑动副的运动范围。上限是连接体相对于基本体在滑动方向上可以移动的最大距离，下限是连接体可以移动的最小距离（通常为负值，表示向相反方向移动的最大距离），通过设置上限和下限，可以确保连接体在仿真过程中不会超出预定的运动范围。运动类型：有动力学、运动学、铰接运动三种类型。滑动副对话框效果展示铰链副的概念铰链副的创建参数含义任务实施仿真运行效果感谢聆听运动副与约束—螺旋副智能制造生产线数字孪生建模与应用任课教师：史诺2026年3月01020304螺旋副的概念螺旋副的创建参数含义任务实施CONTENTS目录

任务介绍螺旋副能够模拟两个构件之间通过螺纹相互运动的连接关系，能够产生平移和旋转的复合运动，由于螺距的恒定性，故平移和旋转需要设定比例关系。在自由度分析方面，可以将螺旋副理解为包含0.5个平移自由度、0.5个旋转自由度，这两部分自由度相互关联、共同作用，共计一个自由度。螺旋副在模拟丝杠传动、螺栓连接等领域中具有广泛应用价值。螺旋副的概念螺旋副的创建参数含义任务实施课堂任务

三种方法螺旋副的创建参数含义任务实施螺旋副的概念（1）方法一：选择“机电导航器”→右击“运动副和约束”→“新建”→“螺旋副”。（2）方法二：选择“菜单”→“插入”→“运动副”→“螺旋副”。（3）方法三：在机电概念设计环境选择“主页”选项卡→“机械”栏→“基本运动副”下拉箭头→“螺旋副”。方法一方法二方法三关键参数螺旋副的概念螺旋副的创建参数含义任务实施连接体：是指需要进行螺旋运动的构件。基本体：通常作为固定件，与连接件一起完成平移和旋转的复合运动。轴矢量：是指连接件平移运动的方向，与螺旋轴的方向一致。锚点：是运动过程中的一个参考点，用于确定连接件相对于基本件的位置和运动状态，一般情况下锚点选择为旋转运动的圆心或螺旋轴上的一个固定点。螺距：是指相邻两螺纹牙在中径线上对应两点间的轴向距离，螺距的大小决定了螺旋副每旋转一圈时，连接件在螺旋轴方向上的平移距离。运动类型：有动力学、运动学两种类型。螺旋副对话框效果展示螺旋副的概念螺旋副的创建参数含义任务实施仿真运行效果感谢聆听运动副与约束—柱面副智能制造生产线数字孪生建模与应用任课教师：史诺2026年3月01020304柱面副的概念柱面副的创建参数含义任务实施CONTENTS目录

任务介绍柱面副允许两个构件之间既能平移又能旋转，包含两个自由度，可以用于传送带上的导向机构、自动化装配线上的夹持装置等机械设备的仿真。柱面副的复合运动特性能够精确地模拟构件的复杂运动特性，为机械系统的设计和优化提供有力的支持。柱面副的概念柱面副的创建参数含义任务实施课堂任务

三种方法柱面副的创建参数含义任务实施柱面副的概念（1）方法一：选择“机电导航器”→右击“运动副和约束”→“新建”→“柱面副”。（2）方法二：选择“菜单”→“插入”→“运动副”→“柱面副”。（3）方法三：在机电概念设计环境选择“主页”选项卡→“机械”栏→“基本运动副”下拉箭头→“柱面副”。方法一方法二方法三关键参数柱面副的概念柱面副的创建参数含义任务实施连接体：是指需要进行平移和旋转的构件。基本体：是柱面副的参考基准，基本体在仿真中保持其位置或按预定方式移动，连接体则相对于它进行运动，如果未选择基本件，则代表基本件是大地。轴矢量：轴矢量指定了柱面副的旋转轴方向，即连接体相对于基本体进行旋转的轴线。锚点：是旋转运动的参考点，确保连接体在仿真中围绕正确的中心点进行旋转。起始角：指定了仿真开始时连接体相对于基本体的初始角度。偏置：定义了连接体相对于基本体在仿真开始前的初始位置偏移量。线性上限和线性下限：线性上限和下限限制了连接体相对于基本体在平移自由度上的运动范围，定义了连接体在平移方向上的最大和最小位置。角度上限和角度下限：角度上限和下限限制了连接体相对于基本体在旋转自由度上的旋转范围，定义了连接体在旋转方向上的最大和最小角度。运动类型：有动力学、运动学、铰接运动三种类型。柱面副对话框效果展示柱面副的概念柱面副的创建参数含义任务实施仿真运行效果感谢聆听运动副与约束—平面副智能制造生产线数字孪生建模与应用任课教师：史诺2026年3月01020304平面副的概念平面副的创建参数含义任务实施CONTENTS目录

任务介绍平面副允许两个构件在保持平面接触的同时，能够进行相对移动及旋转，具有三个自由度，即两个平移自由度和一个旋转自由度。平面副提供了较大的设计灵活性，且由于两个构件之间的接触面积相对较大，具有较好的稳定性和承载能力。平面副的概念平面副的创建参数含义任务实施课堂任务

三种方法平面副的创建参数含义任务实施平面副的概念（1）方法一：选择“机电导航器”→右击“运动副和约束”→“新建”→“平面副”。（2）方法二：选择“菜单”→“插入”→“运动副”→“平面副”。（3）方法三：在机电概念设计环境选择“主页”选项卡→“机械”栏→“基本运动副”下拉箭头→“平面副”。方法一方法二方法三关键参数平面副的概念平面副的创建参数含义任务实施连接体：是指需要进行平面副约束的构件。基本体：起到固定参考作用，连接体相对于基本体进行平面运动，如果未选择基本体，则代表基本体是大地。轴矢量：是指垂直于两个构件接触表面的矢量。运动类型：有动力学、铰接运动两种类型。平面副对话框效果展示平面副的概念平面副的创建参数含义任务实施仿真运行效果感谢聆听运动副与约束—球副智能制造生产线数字孪生建模与应用任课教师：史诺2026年3月01020304球副的概念球副的创建参数含义任务实施CONTENTS目录

任务介绍球副是一种高效、灵活的转动联接，在两个构件之间提供了三个旋转自由度，两个构件在球心处能够进行任意旋转运动，直到达到物理上的极限位置。球副在机器人关节、飞行器控制机构等需要多方向旋转的场合中具有广泛应用，能够模拟和测试这些系统的运动学和动力学特性，从而优化设计。球副的概念球副的创建参数含义任务实施课堂任务

三种方法球副的创建参数含义任务实施球副的概念（1）方法一：选择“机电导航器”→右击“运动副和约束”→“新建”→“球副”。（2）方法二：选择“菜单”→“插入”→“运动副”→“球副”。（3）方法三：在机电概念设计环境选择“主页”选项卡→“机械”栏→“基本运动副”下拉箭头→“球副”。方法一方法二方法三关键参数球副的概念球副的创建参数含义任务实施连接体：是指被球副约束的构件。基本体：是连接件所依附的对象，如果未选择基本体，代表连接体与地面相连。锚点：是连接体相对于基本体进行三个独立相对转动的球心位置。运动类型：有动力学、铰接运动两种类型。球副对话框效果展示球副的概念球副的创建参数含义任务实施仿真运行效果感谢聆听运动副与约束—点在线上副智能制造生产线数字孪生建模与应用任课教师：史诺2026年3月01020304点在线上副的概念点在线上副的创建参数含义任务实施CONTENTS目录

任务介绍点在线上副可用于模拟构件上的一个点始终沿着一条曲线的运动，具有一个平移自由度和三个旋转自由度，共计四个自由度。点在线上的这种运动形式在机械系统中较为常见，例如激光头沿着预定轨迹的移动、数控机床刀具按照程序设定路径的精准切削加工等，这种运动副的特点是运动体与轨迹保持严格的单点接触关系，在需要毫米级甚至微米级精度的工业自动化场景中发挥重要作用。点在线上副的概念点在线上副的创建参数含义任务实施课堂任务

三种方法点在线上副的创建参数含义任务实施点在线上副的概念（1）方法一：选择“机电导航器”→右击“运动副和约束”→“新建”→“点在线上副”。（2）方法二：选择“菜单”→“插入”→“运动副”→“点在线上副”。（3）方法三：在机电概念设计环境选择“主页”选项卡→“机械”栏→“基本运动副”下拉箭头→“点在线上副”。方法一方法二方法三关键参数点在线上副的概念点在线上副的创建参数含义任务实施连接件：是指被点在线上副约束的构件，这个构件上的一点将被约束在指定的曲线上运动。曲线或代理对象：是指运动路径，这条路径可以是直线，也可以是任意形状的曲线，例如圆弧、样条曲线等。零位置点：刚体和选择曲线信息已设置后，用以标定刚体沿曲线运动起始位置的参考点。偏置：设置一点相对于曲线上的零位置点的偏移量。运动类型：有动力学、运动学两种类型。点在线上副对话框效果展示点在线上副的概念点在线上副的创建参数含义任务实施仿真运行效果感谢聆听运动副与约束—线在线上副智能制造生产线数字孪生建模与应用任课教师：史诺2026年3月01020304线在线上副的概念线在线上副的创建参数含义任务实施CONTENTS目录

任务介绍线在线上副允许一个构件上的一条线始终沿着另一条指定曲线（即路径线）进行运动，具有一个平移自由度和三个旋转自由度，共计四个自由度。设置线在线上副时，两曲线必须共面，并且只能有唯一的交点，可以模拟凸轮机构、非圆齿轮机构等机械结构的运动过程，实现复杂运动关系的仿真运行。线在线上副的概念线在线上副的创建参数含义任务实施课堂任务

三种方法线在线上副的创建参数含义任务实施线在线上副的概念（1）方法一：选择“机电导航器”→右击“运动副和约束”→“新建”→“线在线上副”。（2）方法二：选择“菜单”→“插入”→“运动副”→“线在线上副”。（3）方法三：在机电概念设计环境选择“主页”选项卡→“机械”栏→“基本运动副”下拉箭头→“线在线上副”。方法一方法二方法三关键参数线在线上副的概念线在线上副的创建参数含义任务实施连接体：是指被线在线上副约束的构件，这个构件上的一条参考曲线将被约束在指定的曲线上运动。曲线1：连接体上用于约束运动的参考曲线。曲线2：是指运动路径，为参考曲线提供运动的轨迹和方向。偏置：在引导曲线上设置的参考点相对于的零位置点的偏移量。滑动：允许两条接触曲线在传动过程中产生相对滑动，从而更真实地模拟实际工况中的动态行为。线在线上副对话框效果展示线在线上副的概念线在线上副的创建参数含义任务实施仿真运行效果感谢聆听运动副与约束—路径约束智能制造生产线数字孪生建模与应用任课教师：史诺2026