catia-第8讲-运动机构模拟

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（DMUKinematics）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】【DigitalMockup】【DMUKinematics】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（RevoluteJoint）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”NewMechanism“按钮新建一个运动机构；（2）JointName：接头名称；（3）Line1：第一个杆件的轴线；（4）Line2：第二个杆件的轴线；（5）Plane1：第一个杆件需对齐的平面；（6）Plane2：第二个杆件需对齐的平面；（7）NullOffset/Offset：两平面的重合/偏移值；（8）如果选中Centered，则需再选择Plane3和Plane4，其中Plane3为第一个杆件上的平面，Plane4为第二个杆件上的平面，最终两杆件相对位置确定为Plane1和Plane3的中值面和Plane2和Plane4的中值面重合的位置；（9）Angledriven：是否为外部驱动接头。8.3.2滑动接头（PrismaticJoint）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”NewMechanism“按钮新建一个运动机构；（2）JointName：接头名称；（2）Line1：第一个杆件的方向；（4）Line2：第二个杆件的方向；（5）Plane1：第一个杆件需对齐的平面；（6）Plane2：第二个杆件需对齐的平面；（7）Lengthdriven：是否为外部驱动接头。8.3.3圆柱接头（CylindricalJoint）通过圆柱接头，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”NewMechanism“按钮新建一个运动机构；（2）JointName：接头名称；（3）Line1：第一个杆件的方向；（4）Line2：第二个杆件的方向；（5）Angledriven：旋转自由度是否为外部驱动；（6）Lengthdriven：平移自由度是否为外部驱动。8.3.4螺旋接头（ScrewJoint）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”NewMechanism“按钮新建一个运动机构；（2）JointName：接头名称；（3）Line1：第一个杆件的轴线；（4）Line2：第二个杆件的轴线；（5）Angledriven：旋转自由度是否为外部驱动；（6）Lengthdriven：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（SphericalJoint）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”NewMechanism“按钮新建一个运动机构；（2）JointName：接头名称；（3）Point1：第一个杆件的圆心；（4）Point2：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（PlanarJoint）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”NewMechanism“按钮新建一个运动机构；（2）JointName：接头名称；（3）Plane1：第一个杆件的平面；（4）Plane2：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。8.3.7刚体接头（PlanarJoint）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”NewMechanism“按钮新建一个运动机构；（2）JointName：接头名称；（3）Part1：第一个杆件；（4）Part2：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（PointCurveJoint）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）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”NewMechanism“按钮新建一个运动机构；（2）JointName：接头名称；（3）Curve1：第一个杆件上的曲线；（4）Point1：第二个杆件上的点；（5）Lengthdriven：是否为外部驱动。8.3.9滑动曲线接头（SlideCurveJoint）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”NewMechanism“按钮新建一个运动机构；（2）JointName：接头名称；（3）Curve1：第一个杆件上的曲线；（4）Curve2：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（RollCurveJoint）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”NewMechanism“按钮新建一个运动机构；（2）JointName：接头名称；（3）Curve1：第一个杆件上的曲线；（4）Curve2：第二个杆件上的曲线；（5）Lengthdriven：是否为外部驱动。8.3.11点-曲面接头（PointSurfaceJoint）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，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”NewMechanism“按钮新建一个运动机构；（2）JointName：接头名称；（3）Surface1：第一个杆件上的曲面；（4）Point1：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（UniversalJoint）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）Mechanism：接头隶属于哪一个运动机构，可通过”NewMechanism“按钮新建一个运动机构；（2）JointName：接头名称；（3）Spin1：第一个杆件上的轴线；（4）Spin2：第二个杆件上的轴线；（5）Cross-pinaxisdirection：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。8.3.13CV接头（CVJoint）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，可通过”NewMechanism“按钮新建一个运动机构；（2）JointName：接头名称；（3）Spin1：第一个杆件上的轴线；（4）Spin2：第二个杆件上的轴线；（5）Spin3：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（GearJoint）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）Mechanism：接头隶属于哪一个运动机构，可通过”NewMechanism“按钮新建一个运动机构；（2）JointName：接头名称；（3）RevoluteJoint1：第一个转动接头，可通过“Create…”按钮新建；（4）RevoluteJoint2：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）Rotationdirections：旋转方向，为同向和反向；（7）AngledrivenforRevolute1：是否为外部驱动；（8）AngledrivenforRevolute2：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（RackJoint）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：