发动机实体建模及运动仿真 52页

发动机实体建模及运动仿真学生：陈柯佛指导老师：邓先智\n目录摘要4前言51.发动机的简介61.1发动机的发展历史及前景61.2发动机的种类72.运动仿真技术简介92.1运动仿真技术产生的背景92.2运动仿真技术92.3运动仿真技术在国内外的发展概况102.4发展运动仿真技术的重要意义113.Pro/E软件简介113.1Pro/E软件的基本功能及作用124.发动机主要零件三维实体建模144.1零件建模144.1.1曲轴的生成154.1.2曲轴箱体的生成16\n4.1.3下曲轴箱盖174.1.4连杆174.1.5活塞194.1.6飞轮195.零件装配205.1新建装配模型225.2组装机构模型226.发动机运动仿真386.1概述386.2定义仿真与分析386.2.1定义伺服电动机396.2.3定义机构分析446.2.4测量活塞的速度467.结论49\n摘要\n发动机是一种应用广泛的传递动力的机器，把能量转化为机械能额装置。目前的传统的发动机都是将燃料的化学能变为热能，再由热能转变为机械动力，并通过底盘的传动系和行驶系驱动汽车行驶。有其广泛的空间，但由于发动机传统开发模式存在的开发周期长、过程繁杂、开发成本高、性能测试困难等问题，本文将仿真技术引入发动机开发领域，完成以下工作：1.介绍了发动机的发展历史及前景，发动机的种类，介绍了仿真技术的产生的背景、在国内的发展状况及仿真技术的实际意义。2.简述了pro/E软件在工程设计中的应用，利用pro/E构建发动机的三维实体模型，并对其进行装配。3.在pro/E进行运动仿真。关键词：发动机仿真技术三维建模\n前言随着机械行业的迅速发展和市场竞争的日益激烈，如何提高产品品质，增强产品的市场竞争能力，缩短产品开发周期，降低成本已成为企业十分重视的问题。现代化的开发手段是提高企业竞争力的重要保证。企业应用pro/E后，可改变传统的设计方法，显著缩短了新产品的设计周期，为新产品占领市场创造了有利的条件。现结合pro/E软件的实际，阐述该软件对提高产品设计能力的重要作用和应用效果。在产品零部件的设计过程中，运动机构的空间干涉问题历来都是令机械设计工程师深感头疼的事。按传统设计模式，设计人员在一些细节问题上耗费了很大的精力，降低设计效率。而有些错误又往往具有很强的隐蔽性，给生产造成不应有的损失。因此，利用计算机三维设计工具合理的解决这些问题无疑具有一定的实际意义。当今流行比较广的三维设计软件主要有AutoCAD，Pro/ENGINEER等。无论是零件的整体设计，还是工程图三视图的生成，以及3D装配图的形成方式和仿真模拟加工记录参数完善改进，pro/E软件都有操作容易、使用方便、修改方便的特点，因此在机械三维实体造型设计中得到了广泛的应用。\n1.发动机的简介发动机（Engine），又称为引擎，是一种能够把一种形式的能转化为另一种更有用的能的机器，通常是把化学能转化为机械能。（把电能转化为机器的称为电动机）有时它既适用于动力发生装置，也可指包括动力装置的整个机器，比如汽油发动机，航空发动机。发动机最早诞生在英国，所以，发动机的概念也源于英语，它的本义是指那种“产生动力的机械装置”。1.1发动机的发展历史及前景发动机是汽车的“心脏”。汽车的发展与发动机的进步有着直接的联系。18世纪中叶，瓦特发明了蒸汽机，此后人们开始设想把蒸汽机装到车子上载人。法国的居纽是第一个将蒸汽机装到车子上的人。1770年，居纽制作了一辆三轮蒸汽机车。这辆车全长7.23米，时速为3.5公里，是世界上第一辆蒸汽机车。\n1858年，定居在法国巴黎的里诺发明了煤气发动机，并于1860年申请了专利。发动机用煤气和空气的混合气体取代往复式蒸汽机的蒸汽，使用电池和感应线圈产生电火花，用电火花将混合气点燃爆发。这种发动机有气缸、活塞、连杆、飞轮等。煤气机是内燃机的初级产品，因为煤气发动机的压缩比为零。1867年，德国人奥托（AugustOtto）受里诺研制煤气发动机的启发，对煤气发动机进行了大量的研究，制作了一台卧式气压煤气发动机，后经过改进，于1878年在法国举办的国际展览会上展出了他制作的样品。由于该发动机工作效率高，引起了参观者极大的兴趣。在长期的研究过程中，奥托提出了内燃机的四冲程理论，为内燃机的发明奠定了理论基础。德国人奥姆勒和卡尔·本茨根据奥托发动机的原理，各自研制出具有现代意义的汽油发动机，为汽车的发展铺平了道路。1892年，德国工程师狄塞尔根据定压热功循环原理，研制出压燃式柴油机，并取得了制造这种发动机的专利权。1957年，德国人汪克尔发明了转子活塞发动机，这是汽油发动机发展的一个重要分支。转子发动机的特点是利用内转子圆外旋轮线和外转子圆内旋轮线相结合的机构，无曲轴连杆和配气机构，可将三角活塞运动直接转换为旋转运动。它的零件数比往复活塞式汽油少40%，质量轻、体积小、转速高、功率大。1958年汪克尔将外转子改为固定转子为行星运动，制成功率为22.79千瓦、转速为5500转/分的新型旋转活塞发动机。\n1.2发动机的种类发动机的种类很多，工作原理和用途也不一样。大多数发动机都是以输出有效轴功率为目的的，即驱动一根或几根轴转动。这样的发动机主要包括：1.活塞式。2.涡轮式。3.活塞+涡轮式活塞式发动机包括：内燃机、热气机（斯特林发动机）、旋转活塞发动机（包括三角转子发动机）、蒸汽机等。还有一些特殊的比如用在鱼雷中的活塞式发动机。涡轮式包括：燃气轮机、蒸汽轮机，风力发动机、水轮机也可以看作是涡轮式发动机。还有一些用在特殊地方的涡轮式发动机，比如用在鱼雷中的涡轮发动机，其本质与蒸汽轮机类似，但工作工质是燃气和蒸汽的混合物。活塞+涡轮式的，有一种“自由活塞发动机”，是使用气缸得到高温高压燃气，在涡轮中做功输出有效功率的发动机。另外涡轮增压内燃机、涡轮复合内燃机也可以看作是活塞+涡轮式的。实际上上述各种工作原理不同的发动机，还可以根据其它方面不同，细分成很多种类型。比如，内燃机可以分成汽油机、柴油机、煤气机（以煤气为燃料的内燃机。使用天然气的叫做燃气内燃机，也包含在这里吧）、多种燃料发动机等等。\n燃气轮机可以分成单转子、双转子、三转子的，也可以根据热力循环的不同分成回热式、压气中间冷却式、再热式，以及多种循环组成的复合循环燃气轮机。热气机可以分成单作用式、双作用式，以及菱形传动、斜盘传动、自由活塞式等等。总之按照每一种原理工作发动机都可以有很多的不同分支。飞机发动机和火箭发动机，利用喷出高速气流的反作用力获得推力。喷气发动机包括依赖空气的和不依赖空气的。依赖空气的一般俗称航空发动机，包括涡轮喷气式发动机、涡轮风扇式发动机（可以分成混合排气小涵道比涡轮风扇发动机，和大涵道比分开排气涡轮风扇发动机）、涡轮轴发动机、涡轮螺旋桨发动机、冲压式发动机等。不依赖空气的一般俗称火箭发动机，以使用的燃料是固态的还是液态的，分成液体火箭发动机和固体火箭发动机、使用核能的核火箭发动机、使用电场加速离子的电火箭发动机等等。2.运动仿真技术简介2.1运动仿真技术产生的背景\n进入21世纪，科学技术突飞猛进，社会发展日新月异。人们对个性化产品的需求越来越迫切，对产品性能的要求越来越高，全球化经济已明显的呈现出买方市场的特点。由于这一变化，导致市场竞争日益激烈，而竞争的核心则主要体现在产品创新上，体现在对客户的影响速度和相应品质上。传统的物理样机在产品的创新开发中，在开发中期、开发成本、产品品质等方面已越来越不能满足市场需求，运动仿真技术正是在这一市场需求的驱动下产生的。2.2运动仿真技术运动仿真技术是一种崭新的产品开发方法，是多个相关学科领域交叉、集成的产物，是一种基于产品的计算机仿真模型的数字化设计方法。其涉及机械、电子、计算机图形学、仿真建模、虚拟现实等多个领域、多项技术，以计算机仿真和产品生命周期建模为基础，以机械系统运动学、动力学和控制理论为核心，借助成熟的三维计算机图形技术、图形用户界面技术、信息技术、集成技术、多媒体技术、并行处理技术等，将分散的产品设计开发和分析过程集成在一起，使得与产品相关的所有人员能在产品研制的早期直观形象地对虚拟的产品原型进行设计优化、性能测试、制造仿真以及使用仿真等。换句话说“运动仿真”设计方法就是在建造第一台（件）物理样机之前，利用软件技术建立产品系统计算机模型，通过基于实体可视化的仿真分析，模拟系统在真实工作环境条件下的运动和动力特性，以便反复修改设计方案，最终得到最优设计方案。\n2.3运动仿真技术在国内外的发展概况国外已在各个领域广泛地应用仿真设计。所涉及到的产品从庞大的卡车到微小的照相机的快门，从火箭到轮船的锚机。在工程／矿山机械行业，如约翰•迪尔公司利用仿真技术成功地解决了工程机械在高速行驶时出现蛇行现象的问题及在重载下的自激振动这个一直困扰着设计师及用户的难题，大大提高了工程／矿山机械高速行驶性能与重载作业性能。卡特彼勒公司利用虚拟样机在切削任何一片金属之前就可快速试验数千种设计方案，不但降低了产品设计成本，缩短了开发周期，而且还制造出性能更为优异的产品。运动仿真技术在国外已有很多应用实例，我国也正极急投身于该项技术的研究中。在传统上，我国引进物理样机，开发人员往往停留在零件照抄的水平上，对于样机缺乏系统水平上的理解和研究，结果虽然投入了大量的人力物力，却收效甚微。但如果采用虚拟样机技术，技术人员便可对引进样机进行深入的研究，可以追踪样机的设计思想，从而真正提高设计人员的水平，开发出能满足市场需求的产品来。2.4发展运动仿真技术的重要意义\n运功能及制造等方面交互的建模和分析。在概念设计和方案论证中，便于设计师将自己的经验与想象融于计算机的虚拟样机设计中，充分发挥想象力和创造力，并代替虚拟样机进行性能模拟实验。设计师可在计算机上方便的确定、修改设计进程，逐步优化设计方案。通过运动仿真机实验，还可节省建立试验台、动仿真设计方法将分散的零部件设计和分析技术集成在一起，提供一种更全面地了解设备性能的方法。他利用虚拟环境在可视化方面的优势以及可交互式地探索虚拟物体的功能，对设备进行几何、安装测试设备和测试仪表等有关的费用，更快的确定影响设计方案性能的敏感参数，达到最优化设计目的。这样，可大大缩短设备研发周期，降低研发成本，提高设计质量和效率，为产品赢得竞争优势。3.Pro/E软件简介Pro/E是美国PTC（参数）公司开发的一款三维软件。Pro/E以其基于特征的参数化造型、单一数据库下的全相关性等新概念而闻名于世，具有很强的实体造型和虚拟装配能力。功能界面清楚明确，让使用者视觉和心理都有一种轻松感。该软件是一款全方位的3D产品开发工具，机床的参数式设计给传统的模具设计带来了许多新观念，强调实体模型架结构优于传统的面模型架构和线模型架构。Pro/E还具有良好的数据接口，他可以将图纸输出为多种格式，可以方面的和AutoCAD、SolidWorks等软件进行数据交换。Pro/E作为高端三维软件的代表，功能强大、使用简单、易学易用，目前已经成为机械设计、家电设计、模具设计等行业所普遍采用的三维软件。同以往国内使用最多的AutoCAD等通用绘图软件相比，该软件直接采用了统一数据库和关联性处理、三维建模与二维工程图相关联等技术。应用最新的Pro/ENGINEER\nWildfire4.0技术可以迅速的提高企业的设计效率、优化设计方案、减轻技术人员的劳动强度、缩短设计周期以及加强设计的标准化。使工作效率、方便程度大为提高。3.1Pro/E软件的基本功能及作用1.直接画出机械零件的3D(三维)图形这一方法在画出二维截面草图后，该软件可以将二维截面图进行拉伸、旋转、放样、倒角、布尔运算等操作，成所需的零件三维实体模。在屏幕上可直接显示、修改设计尺寸，并可以检查结构等方面是否合理、规范。2.组建设备的3D装配视图该方法是将机械零件装配后，形成3D装配组件通过组合键我们可以从任何一个位置或角度去观察单个零件或组件的3D视图，如果设计结构不合理或比例失调，很容易就被发现，并对零件加以修改，既可以保证零件组合的协调性，又可以避免出现零件在构造上的相互干涉，如果出现零件的相互干涉，可以及时进行修改，且在修改中极为方便，只要将有尺寸结构错误的零件相应部分进行修改，就能达到目的要求，这比手工绘图节省人力、物力、财力，减少浪费。3.计算机器组件、零件重贵和表面积当我们设计完成机器的一个零件，一个组件后，在很多时候要确定它的外形尺寸、整体重量、外表面积等外观因素。Pro/E可以从相应的菜单中找出计算该机器组件或零件，很方便的得到零部件的外形尺寸、重量及表面积。\n4.生成工程图建立三维实体模型后，可以对其进行任意方向上的观察，看其是否满足设计与使用要求，满意后可利用该实体模型；，自动生成三视图，还可以生成任意位置剖视图，然后进行简单的修改及尺寸标注，即可生成二维的工程图。5.生成真实感极强的动画图象将所设计的三维实体模型与3DMAX等软件结合，同时可以调整灯光布置场景，赋以机器一定的材料等，可以生成具有光照效果的逼真的机器模型动画图象。此外，我们还可以对所设计的机械零部件进行运动学和动力学的分析，得出各个点的运动学和动力学参数，对机械零部件的应力挠度振动以及屈曲等加以分析，使所设计的机械结构得以优化Pro/E软件结合技术人员的设计思想和习惯，还建立了统一的数据库并具有完整的数据模型。它以其强大的参数式设计和统一数据库管理等特点，实现了特征的尺寸驱动和3D实体与2D工程图的双向关联驱动、实体特征建模、标准件库的建立、零部件装配、动态仿真、有限元分析、干涉检查、NC加工和产品快速变型等功能，克服了二维图形不能包含产品所有设计信息的缺点。Pro/E中的族表(FamilyTable)功能允许设计人员把一个设计模型扩展到一个产品家族，由此可以减少高达90%的工作量大大地提高了生产自动化程度，提高了生产效率。4.发动机主要零件三维实体建模4.1零件建模\n在传统的工程设计中，设计人员首先在头脑中形成产品的三位轮廓，然后在图纸上利用二维工程图表示，其他设计人员以及工艺、生产等不同的部门的人员在通过二维图纸将产品还原成二维影像由于图纸的错误和理解的偏差，设计人员的意图并不总能完全实现，因而设计制造的周期较长，产品的质量也受到影响。在产品的形状和结构较为复杂的时候尤为如此。因此三维化设计是发展趋势。基本特征是建模时创立的第一个特征，是零件结构的基本要素。基本特征以后的其他特征依赖于基本特征。基本特征可以是实体特征，也可以是基准特征，正交基准平面就常常被用作基本特征。在pro/E中进行零件设计的步骤是先创建基本特征，然后添加结构特征。开始做零件之前，应做好充分的准备工作，明确设计意图。认认真考虑设计的关键尺寸，可以变动尺寸与尺寸之间的关系，在装配时与其他零件的装配关系等。由于在Pro/E中实体模型可以有多种不同的生成方法，采取何种方法更为合理、高效，需要有一个经验积累的过程。一般来说，要根据图形的形状选择生成模型的方式。草图绘制尽量简化，最好不要绘制过渡圆角、倒角等非关键性信息。4.1.1曲轴的生成\n曲轴的建模主要采用拉伸，首先选定草绘平面进入草绘模式，会出曲轴二维草图，然后进行拉伸生成曲轴三维实体，应注意保证主要尺寸的的准确性，为了曲轴的快速生成还采用了镜像工具，镜像属于复制方法的一种，最后再添加一些细节。对于复杂的零件，选择合理的生成方法就显得尤为重要。因为选择不正确的生成方法不但效率低，而且有些情况根本就不能生成实体模型。因此设计人员在设计实体模型之前，必须要考虑好模型的生成方法和步骤。这就要求设计人员要有较好的空间想象力和抽象思维能力，这也是三维建模同二维图形绘制最大的不同之处。4.1.2曲轴箱体的生成\n采用拉伸方法建立曲轴箱盖基本体，在基本上体切割出外观，最后进行打孔。下曲轴箱实体图也使用拉伸命令形成基本体，在基本壳体上运用拉伸命令切割出外形。最后再进行打孔，其中也运用到面和轴的创建。\n4.1.3下曲轴箱盖下曲轴箱盖采用拉伸命令拉伸出主体，进行打孔。4.1.4连杆\n上图运用了拉伸、孔工具命令。草绘连杆的封闭曲线，利用两侧拉伸生成连杆基本体和按螺栓的两个凸台，最后进行打孔。4.1.5活塞\n生成此零件主要用旋转生成和旋转去除材料命令，还应用了拉伸、镜像命令。旋转命令应用，先绘制一条旋转轴，接着草绘截面，在绕旋转轴旋转360度就可以生成基本体了。4.1.6飞轮\n运用拉伸形成主体，在进行拉伸去除材料，最后进行打孔。5.零件装配零件设计完成后，往往需要根据设计要求对零件进行装配。在Pro/ENGINEE的装配模块中，通过定义零件之间的位置约束关系，可以把子零件装配成一个装配件，并检查零件之间是否有干涉以及装配体的运动情况是否合乎设计要求。同时在生成装配体过程中，用户可以根据需要添加生成新的零件和特征。使用Pro/E进行装配设计有两种基本方法，示意图如下所示。零件设计示意图零件零件零件零件部件装配件部件装配件装配体设计示意图装配件(a)有底向上的设计方法\n装配体设计示意图装配件部件装配件部件装配件零件设计示意图零件零件零件零件（b）由顶向下的设计方法在上面两种方法中，第一种方法相对第二种方法是比较低端的方法。因为在真正的概念设计中，很少利用一个零件来控制整个装配体的设计，往往都是在拿出产品的外在概念和功能概念后，逐步对产品进行设计上的细化，直到细化到单个零件。比如设计一种新型号的汽车，先由设计师拿出汽车外观的概念图，然后有地盘工程师和车身工程师一起进行汽车的布局协调，根据协调的结果，得到各自部分布局的概念图，在这个布局概念的基础上进行零件的细化设计。由此可以看出，对产品总体设计上，以由顶向下的设计方法更为贴近实际些。但是有底向上的设计方法并不是一无是处，对于一些已经比较成熟的产品设计过程，采用这种设计方法效率反而高一些。在实际的装配过程中通常混合使用这两种设计方法，以发挥各自的优点。由于发动机的设计在技术上已经比较成熟，所以采用第一种方法比较合适。\n前面已经生成了发动机各种底层零件的三维模型，然后采用有底向上的装配设计方法对这些零件进行空间定位来生成装配件。在装配设计时，可以根据需要对装配件中的零件进行修改，比如修改零件尺寸，移动零件在装配件中的位置，生成新的特征等。对一个装配件，当其中所有的零件都被完全约束时，这种装配件就称为参数化装配件，否则就是非参数化的装配件。5.1新建装配模型1.首先设置工作目录2.新建一个装配模型，命名为fadongji_asm，选取mmns_asm_design模版。5.2组装机构模型1.引入第一个零件xiaquzhouxiang.prt，并使用完全约束该零件。2.引入第二个零件xiaquzhouxianggai.prt，创建其与xiaquzhouxiang.prt之间的刚性连接。①　在连接列表中选取选项，此时系统弹出“元件放置”面板，单击其中的选项卡。②　定义“重合”约束。在约束类型下拉列表中选取选项，选取两个平面为“重合”约束的参考，如图5.2.1所示。\n图5.2.1①　定义“重合”约束。在界面中单击“新建约束”，选择选项，选取两个平面为“重合”约束的参考，如图5.2.2所示。图5.2.2②　定义“重合”约束。参考③，如图5.2.3所示。\n图5.2.3①　单击按钮，完成刚性连接的创建，如图5.2.4所示。图5.2.43.引入零件quzhou.prt，创建其与xiaquzhouxianggai.prt之间的销连接。①　在“元件放置”面板中选择选项。\n①　定义“轴对齐”约束。分别选择两个圆柱面为“轴对齐”约束参考，如图5.3.1所示。图5.3.1②　定义“平移”约束。选取两个平面为“平移”约束的参考，如图5.3.2所示。图5.3.2③　设置旋转轴参考。在放置界面中选取旋转轴选项，选取两个面作为旋转轴参考。如图5.3.3所示。\n图5.3.3①　设置位置参数。在放置界面的右侧“当前位置”区域下的文本框输入值0，并按Enter确认。然后单击按钮；选中，如图5.3.4所示。图5.3.4②　单击按钮，完成销连接的创建。如图5.3.5所示。\n图5.3.54.装配第一个活塞。引入零件huosai.prt，创建其与xiaquzhouxiang.prt之间的滑块连接。①　在元件放置面板下选择选项，单击“放置”选项卡。②　定义“轴对齐”约束。分别选取两个圆柱面为“轴对齐”约束参考。如图5.4.1所示。\n图5.4.1①　定义“旋转”约束。选取两个基准平面（DTM6和DTM17）为“旋转”约束参考，如图5.4.2所示。图5.4.2②　设置平移轴参考。在“放置”面板中选择“平移轴”选项，选取两个平面为平移轴参考。设置位置参数，在“放置”界面右边的“当前位置”区域下的文本框输入60，并按Enter确认。如图5.4.3所示。\n图5.4.3①　单击按钮，完成滑块连接的创建。如图5.4.4所示。图5.4.4\n5.装配第二个活塞，参照第一个活塞的装配步骤。如图5.5.1所示。图5.5.16.引入零件liangan1.prt，创建其与huosai.prt之间的销连接。①　在“元件放置”面板中选择选项。②　定义“轴对齐”约束，单击面板中的“放置”按钮，分别选取两个圆柱面为约束参考，如图5.6.1所示。\n图5.6.1①　定义“平移”约束，分别选取两个基准平面为“平移”约束的参考（DTM1和DTM6），如图5.6.2所示。图5.6.2②　在“放置”面板下单击“新建集”，然后选择选项。③　定义“轴对齐”约束。分别选取两个柱面为“轴对齐”约束参考。如图5.6.3所示。\n图5.6.3①　单击按钮，完成创建。如图5.6.4所示。图5.6.47.引入零件liangan2.prt，创建其与liangan1.prt之间的刚性连接。①　\n选取“刚性”选项，单击“元件放置”面板下的“放置”选项卡。①　定义“重合”约束，分别选取两个平面为参考，如图5.7.1所示。图5.7.1②　定义“重合”约束，单击“新建约束”，在“约束类型”下选择“重合”，分别选取两条轴线为参考。如图5.7.2所示。图5.7.2③　定义“重合”约束，参考③完成约束，如图5.7.3所示\n图5.7.3①　单击按钮，完成刚性连接的创建。如图5.7.4所示。图5.7.48.参考6-7的操作步骤，完成第二组liangan1.prt和liangan2.prt的装配。如图5.8.1所示。\n图5.8.18.引入零件feilun.prt，创建其与quzhou.prt之间的销连接。①　在“元件放置”面板选择选项。②　定义“轴对齐”约束。单击“放置”按钮，分别选取两个柱面为“轴对齐”约束参考，如图5.9.1所示。图5.9.1③　\n定义“平移”约束，分别选取两个平面为参考约束，如图5.9.2所示。图5.9.2①　单击按钮，完成连接的创建。如图5.9.3所示。图5.9.310.引入零件quzhouxianggai.prt，创建其与xiaquzhouxiang.prt之间的刚性连接。\n①　选择“刚性”选项，单击“元件放置”面板下的“放置”选项卡。②　定义“重合”约束，分别选择两个平面作为约束参考，如图5.10.1所示。图5.10.1③　定义“重合”约束，单击“新建约束”，在下拉列表中选着“重合”，分别选择两个圆柱面为约束参考，如图5.10.2所示。图5.10.2④　定义“定位”约束，单击“新建约束”，在下拉列表中选着“重定位”，分别选择两个圆柱面为约束参考，如图5.10.3所示。\n图5.10.3①　单击按钮，完成刚性连接的创建。如图5.10.4所示。图5.10.4\n6.发动机运动仿真6.1概述在Pro/E的机构模块中，可以对一个机构装置进行运动仿真及分析，除了查看机构的运行状态，检查机构运行时有无碰撞外，还能进行进一步的位置分析、运动分析、动态分析、静态分析和平衡分析，为检验和进一步改进机构的设计提供参考数据。6.2定义仿真与分析进入机构模块。单击选项卡“运动”区域中的按钮，进入机构模块。6.2.1定义伺服电动机伺服电动机可以以单一自由度在两个主体之间强加某种运动（主要是旋转或平移运动）。定义伺服电动机时，可定义速度、位置或加速度与时间的函数关系，并且通过定义伺服电动机的函数，可以定义运动的轮廓曲线。定义运动函数时，可以从系统提供的函数中进行选取，也可以自行定制函数。主要有以下函数：常量：该选项可以设置机构的位置、速度和加速度为恒定值，函数表达式为y=A，其中A=常量。\n斜坡：该选项可以设置机构的位置、速度和加速度为恒定值或随时间成线性变化的运动，函数表达式为y=A+B*t，其中A=常量，B=斜率。余弦：该选项可以设置机构的位置、速度和加速度为振荡往复运动，函数表达式为y=A*cos（2*Pi*t/T+B）+C，其中A=振幅，B=相位，C=偏移量，T=周期。SCCA：SCCA是指“正弦-常数-余弦-加速度”，即一条包含正弦、常数、余弦的复合曲线且仅用于加速度的设置。摆线：该选项可以设置机构的位置、速度和加速度为一种规律性的平缓上升运动，函数表达式为y=L*t/TL*sin（2*Pi*t/T）/2*Pi，其中L=周期内的上升数，T=周期。抛物线：该选项可以设置机构的位置、速度和加速度，函数表达式为y=A*t+0.5*B*t^2。其中A=线性系数，B=二次系数。多项式：该选项同前面介绍的几种类型类似，可以用于设置机构的位置、速度和加速度，函数表达式为y=A+B*t+C*t^2+D*t^3。表：该选项可以通过输入或导入时间与对应模的值来定义伺服电动机，当机构的运动规律不能用函数来表达时，可以采用此方法来拟合运动曲线的功能。表文件可以预先进行编制，其扩展名为.tab，可以在任何文本编辑器中创建或打开。文件采用两栏格式，第一栏是时间，该栏中的时间值必须从第一行到最后一行按升序排列；第二栏是速度。加速度或位置。\n选择命令，单击“插入”区域中的按钮，系统弹出“伺服电动机定义”对话框。如图6.2.1所示。图6.2.1选取参考对象。选取如图6.2.2所示的参考对象。\n图6.2.2设置轮廓参数，单击“伺服电动机定义”对话框中的“轮廓”选项卡，在“定义运动轴设置”中的下拉列表选择“速度”选项，在“模”下拉列表中选择“常量”选项，设置A=600。如图6.2.3所示。\n图6.2.3位置、速度、加速度随时间变化的图形如图6.2.4所示。\n图6.2.4单击“确定”按钮，完成伺服电动机的定义。再生模型。单击按钮（快捷键Ctrl+G）设置初始位置。①　选着拖动命令。单击按钮，系统弹出对话框。\n①　记录快照1.单击“当前快照”区域中的按钮，即可记录当前位置为快照1.②　单击关闭按钮。6.2.3定义机构分析①　选择命令。单击分析区域中的按钮，系统弹出对话框。②　定义分析类型，在类型下拉列表中选择“运动学”选项。③　定义时间参数。在“终止时间”文本框中输入值10，在“帧频”文本框中输入值20。④　定义初始配置。在“初始配置”区域中选择快照选型。⑤　完成配置如图6.2.5⑥　运行运动分析。单击“分析定义”对话框中的运行按钮。查看机构的运行状况。⑦　完成运动分析，单击确定。\n图6.2.5保存回放结果。①　单击机构区域的按钮，系统弹出对话框。②　在“回放”对话框中单击“保存”按钮，系统弹出对话框；采用默认名称，单击保存按钮。\n输出视频①　单击回放区域下的按钮，系统弹出对话框。②　单击“捕获”按钮，设置类型，图像大小、质量、帧频后，单击确定。6.2.4测量活塞的速度①　选择命令。单击按钮，系统弹出“测量结果”对话框。②　新建一个测量。单击按钮，系统弹出“测量定义”对话框，在该对话框中进行下列操作。a.输入测量名称，或采用默认名。b.选择测量类型。在“类型”下拉列表中选择“速度”选项。c.选取参考点。如图9.2.6所示。d.选取评估方法。在“评估方法”下拉列表中选取“每个时间步长”。e.单击“测量定义”对话框中的确定按钮，系统立即将measurel添加到“测量结果”对话框的列表中（如图9.2.7所示）\n图9.2.6\n图9.2.7③　选取测量名称。在“测量结果”对话框的列表中选择measurel。④　选取运动结果。在“测量结果”对话框的“结果集”中，选择.⑤　绘制测量图形。在“测量结果”对话框的顶部单击按钮，系统便开始测量，并绘制测量的结果图，如图9.2.8所示。该图反映的是活塞的速度与时间的关系。\n图9.2.8⑥　单击“封闭”按钮，关闭“测量结果”对话框。7.结论仿真技术是一种崭新的产品开发方法，是多个相关学科领域交叉、集成的产物，是一种基于产品的计算机仿真模型的数字化设计方法。使设计师可在计算机上方便的确定、修改设计程序，逐步优化设计方案。通过运动仿真实验，还可节省建立试验台、安装测试设备和测试仪表等有关的费用，更快的确定影响设计方案性能的敏感参数，达到最优化设计目的。这样，可大大缩短设备研发周期，降低研发成本，提高设计质量和效率，为产品赢得竞争优势。