1、DMU數字樣機CATIA數字樣機仿真機構分析CATIA數字樣機仿真機構分析 1緒論2細節分析3運動仿真的流程4相關概念5重點一一理解各運動副的概念和創建要素 7基本運行與位置調整 10基于運動函數的模擬 10綜合模擬11序列編輯與重放 13基于運動仿真的數字樣機分析 14運動副運動規律的查看與保存 15運動參數測量15機構運動軌跡分析 16掃掠包絡體17空間分析182013/03/012013/03/16 Shaun20緒論相對于物理樣機，數字樣機的優點不言而喻，在很大程度上可以代替物理樣機的作用，隨著數字樣機技術的發展和日益成熟， 今后會 在更大的程度和更多的方面取代物理樣機， 提高產品的研

2、發效率和技 術水平。學習Catia數字樣機需要掌握主要幾大塊內容：1、工作窗口的構成和功能2、運動仿真流程的掌握3、各種運動副的運用4、基本運動學原理的掌握5、仿真機構的運行與重放6、基于運動仿真的數字樣機分析技術細節分析該模塊位置：CATIA Digital Mock Up DMU kinematics工具欄主要：有DMlg動機構DMU-般動畫DMU Generk Animation澎盅/廖，炎 - 二運動機構更新Kinematics 回以及DMUS間分析四大塊。各工具按鈕的作用需要在實踐操作中一步步掌握和數字，非一朝一夕的功夫可以消化，其基本功能都是相對簡單的，但是要綜合運用，必須勤加練習

3、細細領悟。運動仿真的流程3D數字模型-數字樣機準備-靜態裝配（包括全面靜態裝配后刪除限制運動的約束后自動創建運動副、 全面靜態裝配后通過對話框利用相關約束手動創建運動副）或者直接手動創建運動副一所有必要基礎運動副創建完成一分析是否需要建立關聯運動副并創建一定于仿真過程中的固定件（機械裝置自由度 DO淺為1）-施加驅動&制定運動法則（直到機械裝置自由度 DO叨0）-運動模擬與分析。相關概念1、完整的靜態約束：具有裝配關系的兩個零部件間有 3個能夠限制 或者規定其3D空間全部自由度的約束，保證數字樣機上每一個零部 件均具有空間中的唯一位置。2、運動副分類：包括基礎運動副和關聯運動副，基礎運

4、動副分為低副（面接觸）和高副（點線面接觸），關聯運動副是指一個運動副內 包含3個以上零部件或者包含兩對低副。3、運動副的創建方法：裝配約束轉化法（自動創建和手動創建）、直 接創建法（不根據靜態裝配約束，直接利用模型的幾何要素創建）、構建要素創建法（不便于通過前兩者創建的）、關聯運動副（將兩個 基礎運動副關聯或者在其對話框內直接建立兩個基礎運動副后將其 關聯即可），在實際操作過程中，可以根據實際情況綜合運用各種方 法建立運動仿真需要的運動副。4、構建要素：所謂構建要素，就是在相關零件上建立或點或線或者 面的要素，建立兩者間的滑動或滾動關系。5、固定件定義：用于為各運動提供基準和參考，是機構運動的

5、必要 條件，一般只有1個固定件，其余沒有相對運動的零部件均要與其建 立剛性聯接。固定件可以在第一步創建，也可以在最后創建，為了觀 察自由度DO昉便，有時在第一步建立。6、施加驅動：所有運動副（聯接）及固定件創建完成之后，機械裝 置剩余多少自由度就必須添加多少驅動，因為只有當整個裝置的自由 度DO磴為0后，才具有固定的運動方式，也才可以進行模擬，否則計算機不可能進行自我選擇。機構的運動模擬有兩種方式，一是通過命令進行模擬的方式，一是采用法則曲線（程序命令）進行模擬的方式，要是只檢驗一般的運動效果，采用命令驅動模擬的方式居多。重點一一理解各運動副的概念和創建要素1、旋轉運動副：兩構建間相對運動為轉

6、動，創建要素為兩條相合軸線及兩個軸向限制面；2、棱形副：兩構件相對運動為沿著某一條公共直線滑動，創建要素 為分屬兩個零部件的兩條相合直線及與直線平行或者重合的兩條相合平面；3、圓柱運動副：兩個零部件之間既可沿著公共軸線轉動，又能像棱 形副一樣沿著這一軸線滑動的運動副，基本要素是分屬兩零部件的相 合軸線；4、螺釘副：兩零部件之間沿著公共軸線轉動，以及沿著這一軸線的 滑動以“螺距”為約束聯動的運動副，基本創建要素與圓柱副一樣， 為兩條分屬兩零部件的相合軸線；5、球面副：兩零部件之間僅被一公共點或一公共球面約束的多自由 度運動副，可以實現多方向的擺動與轉動，創建要素是分屬兩零部件 的兩個相合的點（不

7、能單獨驅動）；6、平面副：兩零部件之間以一個公共的平面為約束，具有除沿平面法向移動及繞平面坐標軸轉動外的 3個運動自由度，創建要素是分屬 兩構建的相合平面（不能單獨驅動）。以上6個運動副屬于低副的范疇，構件之間通過面接觸。有的運動副 不能單獨驅動，必須配合其他運動副一起發揮作用。以下幾個屬于點線面接觸運動副，屬于高副的范疇（不能直接構成驅 動，需配合其他運動副使用）。1、點曲線：兩構建之間通過點與曲線的相合而構成的運動副，創建 要素是一個零部件上的一條線及另一運動副構件上與該線相合的一 個點（不能單獨驅動）；2、滑動曲線：兩構件間通過一對相切的曲線，實現互為約束的、切 點速度不為零的運動，創建

8、要素是分屬不同零部件上相切的兩條曲線 或者直線與曲線（不能單獨驅動）3、滾動曲線：兩構件通過一對相切的曲線，實現互為約束、切點速 度為零的運動，創建要素是分屬不同零部件商的兩條曲線或者直線與 曲線（不能單獨驅動）；4、點曲面：兩構件之間通過點與曲面的相合而構成的運動副，創建 要素是運動副一個零部件上的曲面與另一構件上與該曲面處于相合 狀態的一個點（不能單獨驅動，本身也沒有驅動命令）。關聯運動副包括U型接合，CV接合，齒輪接合，齒輪齒條接合，電 纜接合及剛性結合，除了剛性結合，其他的都是用特定的方式關聯旋 轉副或者棱形副。1、U型接合用于同步關聯兩條軸線相交的旋轉，不依賴相關零部件 的物理連接，

9、用在不易傳動過程為重點的運動機構創建過程中能夠簡 化結構并減少操作，創建要素是分屬于不同零件上的兩條相交軸線或 者已經建立的兩個旋轉副。2、CV接合用于通過中間軸同步關聯兩個特定位置的兩個旋轉副。可 以不依賴相關部件的物理連接，用在不以傳動為重點過程的運動機構 建立過程中能夠簡化結構和操作過程，創建要素是分屬于不同零部件 上的三軸線，或已建立的三個旋轉，基本條件是三條軸線相交并處于 同一平面，且起始端軸線與中間軸線夾角相同。3、齒輪傳動用于以一定比率關聯兩個旋轉運動副， 可以創建平行軸、 交叉軸和相交軸的各種齒輪運動機構，以正比率關聯還可以模擬帶傳 動和鏈傳動，創建要素是建立在同一零件或者建立

10、在剛性連接體上的 兩旋轉運動副。4、齒輪齒條傳動用于以一定比率關聯一個旋轉和一個棱形運動副， 創建要素是建立在同一零部件上的旋轉和棱形運動副或者建立在剛 性連接體上的也可。5、纜繩接合用于以一定比率關聯兩個棱形運動副，實現具有一定配 合關系的兩個直線運動，創建要素是統一運動機構中的任意兩個棱形 運動副?；谳S系的運動副其基本原理同以上運動副是一樣的， 只是以軸系的 形式定義而已，只要明白其本質，形式只是表面現象而已，在這里關 鍵是如何創建軸系以及軸系在運動過程中擔當的作用。仿真機構的運行與重放基本運行與位置調整如果數字樣機仿真機構中具有多個機械裝置（可以具有多個） ，可以 在“機械裝置”選項欄

11、中選擇不同的機械裝置進行模擬。使用命令進 行模擬適用于運動機構完成后對運動情況的基本測試，不適于作進一 步的運動分析。位置調整時，單擊“運動機構更新”中的no,根據需要選擇重置的 方式，如果要將當前位置設置為初始位置，可編輯相應命令，選擇“重 置為零”，則當前位置被設置為初始位置?；谶\動函數的模擬即將命令以函數的形式表現出來， 重點是函數的編制，函數對話框的 操作方法。可以在結構樹上編輯命令，引出公式編輯對話框，也可以 直接應用知識工程工具欄中的函數工具， 設定相應命令后引出公式編 輯器。這里，要關注一下，常用命令的編輯格式，熟練后才可編制成 熟的運動公式。綜合模擬綜合模擬中，運動模擬對話框

12、中使用命令模擬和使用曲線模擬兩種選 項是如何出現的？為什么有的模擬沒有？此部分包括基本模擬以及模擬過程的記錄， 可以手動亦可以自動，插 入越多圖片，則記錄越精細。3.1 教程中出現了一個多驅動手動控制的機械手夾持工件的運動 機構，第一種方法為手動控制，對多個動作命令分別添加相應的命令 控制指令，在綜合模擬模塊，設置好相應動作后，在編輯模擬對話框 中插入該動作步驟，所有動作完成后點擊“OK” ，添加重放功能即可觀看機構的運動模擬動畫當然，除了手動輸入動作外，還可用程序控制機械手的運行。設置關 聯運動的時候，可以編輯一個命令的公式，使其與需要關聯的運動命 令相等即可。編制程序：start-know

13、ledge advisor 工 具欄中的r u 1 e-命名確定，在規則編輯器文本框中輸入程序即 可，這里對程序的格式要有一定的要求。編輯完成后單擊確定，則1 a w s下生成r u 1 e 1 o程序控制與運動函數一樣，通過“使用法 則曲線進行模擬”。模擬記錄查看：可以在結構樹中選擇查看，也可以在工具欄中綜合模 擬中查看，不過在結構樹中選擇時編輯模擬對話框是激活的。 若選擇“動畫視點”復選框，除播放機構的運動過程外，還附帶有模擬記錄 過程時對機構的視點操作，此時鼠標對機構的控制就無效了。3.2 模擬編輯與重放“重放replay ”是在已有模擬的基礎上，在catia環境中轉換為視頻段的形式并記

14、錄在結構樹上， 可簡化查看程序，在運動分析時可 代替模擬成為分析目標，提高計算機運算速度。在制作時如選中動畫 視點復選框，則會記錄動畫視點，重放事也會顯示出來。生成重放或 者動畫文件的操作很簡單，這里就不再贅述。序列編輯與重放對于結構樹上有多個“模擬”的運動機構，使用序列設置可以編排模 擬的播放順序，用于多種運動狀態的連續觀察與功能展示。在一般動 畫工具欄中選中 嬴，即可打開序列編輯對話框，對照相應的順序， 根據需要對號入座即可，完成后點擊確定“ OK,在結構樹上生成 sequence節點。需要播放時，雙擊該選項或者用一般播放器均可。基于運動仿真的數字樣機分析機械裝置分析,對話框會顯示運動機構

15、相關信息，如下圖Generiail PropertiesMechamisrn rndme;Mechanism can be simulated；Number of joints:Number of commands:Degrees of fre-edom without commaind(s):Degrees of fre-edom with command(s):Fixed part:Joints visualijationzo 0口 . OffSav# Laws.JointCommand為即Part 1Geometry 1Part 2Geometry 2Part 3Additional i

16、nformationRevoluterlCommand,1Revolute1So lid.1凸蛇Solid.lPnsmaticr2Prismatic用座So lid. 1阿Solid.!RevQlute»3RevoluteSo lid. 1覿Solid.lRoll Curve.4Roll CurveSlcetch.6斑Solid.lValid jointMecham ism dres5up inforwatiion:Part 1Part 2Part 3Close在列表中選中任意運動副時，相關的零件均會高亮顯示，當選中復選 框接合可視化時，在圖形中會以箭頭形式顯示運動狀況， 便于分析與

17、 觀察復雜運動機構運動副的構成情況；點擊save按鈕，信息會以表格的形式記錄下來；點擊 Laws,可以顯示出運動函數規定的驅動命 令以時間為變量的變化規律。運動副運動規律的查看與保存Selection (nstantaneous Value? HistorySenserUnitObservedM echa nismBlJ ointsRevol Lite.lAn g IeDegreeYesM « ha nism 11V oi nt EPrismatic 2Le ng thMillimeterYesM etha n i sm .1J oint5VRevo 1 ute. 3Ar g IeD

18、egreeVesMechdnismdJointsRoll Curvu孫LengthMillimeterNoMechanis.in.lJoint5RoII Curve.4LengthMillimeterNoDeselect AllSelect AllI0 L r tedDisplay Options d AllLinesDetect Clashes Automatic O InterferencesCheck LimitsClose各功能在視圖窗口可以選擇運動參數測量運動參數測量，這里主要是速度與加速度的測量，首先要設置需測量要素上的參考點，而后在相對運動部件上設置參考軸系， 放置傳 感器后通過

19、模擬運動，激活傳感器，在傳感器對話框中選擇需要觀察 的參數，查看完成后也可以保存數據。如下圖所示：機構運動軌跡分析運動軌跡分析基于運動機構驅動命令的運動函數、動作程序或者結構樹上生成的重放。設置好模擬運動的參數（時間和步驟）后，點開軌跡trace 13 對話框，如下圖所示目標可以是基于運動機構的重放， 也可以是機械機構。需要描繪軌跡 的元素可以是單一元素（單一軌跡），也可以是多個元素（合成軌跡）， 然后選擇參考體（測量元素相對于某個部件需要作出軌跡），設置步驟數（一般是固定的），最后是軌跡目標，即軌跡的幾何圖形集是生 成在參考部件下還是以新的零件名稱單獨生成。掃掠包絡體掃掠包絡體功能可描繪機構

20、運動部件幾何體在整個運動過程中所掃 掠的空間范圍，用于運動區域觀察、外殼設計或干涉的檢查，基本要求是結構樹上具有有效的運動函數、程序或重放選擇項中可以選擇機械裝置或者重放作為掃掠基礎，默認情況下，系 統將除固定件外所有部件作為掃掠體，參考元素默認為固定件，當然, 都可以自行選擇。設置過濾精度后單擊預覽，即可生成相應的掃掠描 述，由于計算機配置、掃掠精度、掃描件數量，結果出來的速度會有 所不同。若勾選簡化結果復選框，則掃掠結果的顯示會有區別。空間分析1、干涉與碰撞動態檢測在DMUH般動畫模式下，選擇使用法則；在DMUH般動畫碰撞模式工 具欄中選擇檢測模式，如“碰撞檢測停止” 曳,然后進行模擬，當 兩部件接觸時，機構運動