SolidWorks-Motion运动仿真教程

ImagecourtesyofNationalOpticalAstronomyObservatory,operatedbytheAssociationofUniversitiesforResearchinAstronomy,undercooperativeagreementwiththeNationalScienceFoundation.Motion运动仿真培训Aboutthiscourse关于本课程Prerequisites前提条件CourseDesignPhilosophy课程设计原理Usingthisbook本书使用方法Anoteaboutfiles配套光盘说明Conventionsusedinthisbook本书中采用的原理ClassIntroductions课程介绍2©2007SolidWorksCorp.Confidential.COSMOSWorksAdv.ProfessionalProfessionalDesignValidationProducts设计仿真产品DesignerStaticVibration&BucklingThermalDropTestFatigueNonlinearPost-dynamicsCOSMOSEMSElectromagneticCOSMOSMotionCOSMOSFloWorksFlowSimulationOptimization3©2007SolidWorksCorp.Confidential.WhatisMotionSimulation什么是运动仿真?4©2007SolidWorksCorp.Confidential.Studyofmovingsystemsormechanisms运动系统或机构研究Motionofasystemisdeterminedby运动系统定义：–Mechanicaljointsconnectingtheparts零件的机械连接–Themassandinertiapropertiesofthecomponents部件的质量和惯性特性–Appliedforcestothesystem(Dynamics)系统的作用力（动力学）–Drivingmotions(MotorsorActuators)驱动运动（运动或致动器）–Time时间Mechanismtypes机构类型KinematicSystem运动学系统–Movementofpart(s)underenforcedorconstrainedmotion外加或强制运动下的部件动作–Fullycontrolledandonlyonepossiblemotionresultirrespectiveofforceandmass不考虑力和质量的全约束和单一运动的结果–Zerodegreeoffreedom零自由度DynamicSystem动力学系统–Movementofpart(s)underfreemotionsubjecttoforces自由运动物体与力作用下的零件运动–Partiallycontrolledandinfinitenumberofresultsdependingonforces依赖于力的部分约束和无限数量的结果–Greaterthanzerodegreesoffreedom自由度数大于零5©2007SolidWorksCorp.Confidential.UnderstandingBasics运动基础MassandInertia质量和惯性–Newton’sFirstLaw牛顿第一定律–Conservationofmomentum动力守恒Degreesoffreedom自由度–Rigidbody刚性物体–Groundedparts固定零件–Movingparts运动零件Constraints约束–Restrictionsplacedonapart’smovementinspecificdegreesoffreedom作用在零件运动上的特定自由度的限制–Mechanicaljointsareconnectionsthatrestrictthemovementofoneparttoanother–机械关节是约束零件相互运动的连接Jointmotion运动副Gravity重力xyPendulumrestrainedtopivotaboutmountingpoint6©2007SolidWorksCorp.Confidential.7©2–007S一olidW个orksC点orp.对Confid点entia重l.MappingofSolidWorksassemblymates(constraints)toCOSMOSMotionjoints.映射SolidWorks装配体配合（约束）为COSMOSMotion的运动副100+waysofdefiningSolidWorksmates.100多种定义SolidWorks配合的方法Basicconstrainttypesaremergedtosimplifiedmechanicaljoints.基础约束类型合并为简化的机械约束–OneOrthogonalConcentricmateinSolidWorksbecomesaConcentricjoint.–一个正交同轴配合转化为同轴副OneCoincidentandOneOrthogonalConcentricmatesiSolidWorksbecomesaRevolutejoint.–一个重合和一个正交同轴配合转化为一个转动副OnePointtoPointcoincidentmateinSolidWorksbecomesasphericaljointn合配合转化为一个球副。ConstraintMapping约束映射约束映射8©2007SolidWorksCorp.Confidential.什么是约束映射?是指在2个指定的零件之间，自动地、智能的将装配关系转化为最小的机构运动幅的形式。基本的约束类型可以合并为简单的机构运动幅，例如e.g.1coincidentjointsbecomesaplanarjoint2orthogonalcoincidentjointsbecomesatranslationaljoint3orthogonalcoincidentjointsbecomesafixedjoint1Coincidentand1orthogonalconcentricbecomesarevolutejoint所有的装配约束被映射为连接，包括曲面和曲面的约束(如：圆柱面/平面相切、圆柱面/圆柱面相切)。这些是共有的连接。映射的约束9©2007SolidWorksCorp.Confidential.注:SolidWorks中有100多种零件约束的方式SWGeometrySWGeometry装配关系运动约束PointPoint重合PointPointPointPoint距离PointPointDistPointLine重合PointLinePointLine距离PointLineDistPointPlane重合PointPlaneDistPointPlane距离PointPlaneDistPointCylinder重合PointLineDistPointCylinder同轴PointLineLineLine重合LineLineLineLine距离LineLineDistLineLine角度LineLineAngLineLine平行LineLineAng(0deg.)LineLine垂直LineLineAng(90deg.)10©2007SolidWorksCorp.Confidential.LinePlaneCOINCIDENTLinePlaneDistLinePlaneDISTANCELinePlaneDistLinePlanePARALLELLineLineAng(0deg.)LinePlanePERPENDICULARLineLineAng(90deg.)LineCylinderCOINCIDENTLineLineDistLineCylinderTANGENTLineCylTanLineConeCOINCIDENTLineLinePlanePlaneCOINCIDENTPlanePlaneDistPlanePlaneDISTANCEPlanePlaneDistPlanePlaneANGLELineLineAngPlanePlanePARALLELLineLineAng(0deg.)PlanePlanePERPENDICULARLineLineAng(90deg.)PlaneCylinderTANGENTPlaneCylTanCylinderCylinderCONCENTRICLineLineCylinderCylinderTANGENTLineCylTanCylinderConeCONCENTRICLineLineConeConeCONCENTRICLineLine计算机如何进行运动分析？11©2007SolidWorksCorp.Confidential.程序在每一个时间步都应用修正的Newton-Raphson迭代法进行运算采用很小的时间步，软件就会预测零件相对于原始条件或当前时间步的下一个时间步的位置仿真求解必须满足以下要求：零件的速度零件间的配合关系力和加速度结果会一直迭代计算直到达到该时间步上的力和加速度值的某一精度为止。运动副基础知识（1）原点方向Revolute铰接副约束2个旋转，3个移动自由度构件1构件2Cylindrical圆柱副12©2007SolidWorksCorp.Confidential.约束2个旋转，2个移动自由度运动副基础知识（2）原点方向原点y-axis13©2007SolidWorksCorp.Confidential.x-axisz-axisTranslational移动副Spherical球形副约束3个旋转，2个移动自由度约束3个移动自由度运动副基础知识（3）连接点轴1轴2原点方向Planar平面副14©2007SolidWorksCorp.Confidential.Universal万向副约束1个旋转，3个移动自由度约束2个旋转，1个移动自由度运动副基础知识（4）原点Fixed固定副Screw螺旋副约束3个旋转，3个移动自由度约束1个自由度2个构件可以不平行于移动和旋转轴，但2个构件的Z轴应该平行且方向一致。移动和旋转轴螺距15©2007SolidWorksCorp.Confidential.运动副基础知识（5）原点方向1stAxis2ndAxisParallel平行轴约束构件1的Z轴，始终平行于构件2的Z轴即构件1只能绕构件2的一个轴旋转约束2个旋转自由度Perpendicular垂直轴16©2007SolidWorksCorp.Confidential.约束构件1的Z轴，始终垂直于构件2的Z轴即：构件1只能绕构件2的二个轴旋转约束1个旋转自由度运动副基础知识（6）连接点方向连接点指定的面X参考轴17©2007SolidWorksCorp.Confidential.InLine点在直线上约束构件1的连接点，只能沿着构件2连接点标记的Z轴运动约束2个移动自由度InPlane点在面内约束3个旋转自由度约束2个构件之间的相对转动运动副基础知识（7）Orientation方向18©2007SolidWorksCorp.Confidential.约束3个旋转自由度约束2个构件之间的相对转动CosmosMotion机构基础19©2007SolidWorksCorp.Confidential.刚性实体：1、在Motion中，所有构件都被作为理想刚体。意味着零件内部没有变形，在仿真过程中构件不会变形或改变形状。一个刚性构件可以是单一的SolidWorks零件或子装配体。2、SolidWorks零件或子装配体的两种状态：