機構運動仿真的案例
淺析機構運動仿真分析在機構設計中的作用
首先對UG/ Scenario和機構運動仿真進行簡要介紹，然后以自卸車舉升機構為例，介紹了機構運動仿真分析在機械設計中的方法和技巧。
引言
傳統機械設計總是先制定設計方案，然后再采用理論力學的方法計算其運動學或者動力學特性，而后再進行優化、強度分析及結構設計等。這個過程單就運動學或者動力學特性分析而言，要經過大量的理論分析及計算。本文作者以一汽集團的自卸車舉升機構設計為例，采用UG軟件的運動仿真功能來說明一種運動學或者動力學特性分析的新的設計方法。
1、介紹
機構運動仿真分析，可以實現機械工程中非常復雜、精確的機構運動分析，在實際制造前利用零件的三維數字模型進行機構運動仿真已成為現代CAD工程中的一個重要方向及課題。機構仿真分析所解決的問題有以下幾點：位移、速度、加速度、力，解決零件間干涉、作用力、反作用力等問題。一般說，工程師首先將零件的三維模型建好，其次確定運動零件，并確定各運動零件之間的約束關系，最后利用特定分析軟件進行機構分析，如ADAMS、ANSYS等。其中的關鍵環節為建立零件間約束關系及載荷定義，并求解。
UG軟件是美國EDS公司推出的大型CAD/CAE/CAM軟件，它的運動分析模塊（UG Scenario）是一個模擬仿真分析的設計工具，它是ADAMS軟件的一個子集。它既能進行運動學（Kinematic）分析，又能進行動力學（Dynamic）分析。典型步驟如下：首先將要分析的裝配圖存入一個Scenario文件，確定分析所需構件（LINKS），再建立構件之間的運動副（JOINTS），然后定義整個機構承受的載荷（FORCES），進行機構運動仿真，從中得出所分析的運動副處的位移、速度、加速度及力的數值及特性曲線，為下一步做有限元分析或作強度分析、結構設計、優化設計打下了基礎。
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ProE機構運動仿真
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基于Solid Edge的高級機構運動仿真.part1.rar
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基于SIMPACK的機構運動仿真分析及應用
1 多體動力學仿真軟件簡介
SIMPACK軟件于1985年由德國宇航局(DLR)開
發,并很快在歐洲航天航空領域得到了廣泛的應用。
SIMPACK軟件采用的相對坐標系下完全遞歸算法,是
機械/機電系統運動學/動力學仿真分析的多體動力學
軟件。利用SIMPACK軟件,可以快速建立機械系統和
機電系統的動力學模型,包含關節、約束、各種外力或
相互作用力,并自動形成其動力學方程,然后利用各種
求解方式(如時域積分)得到系統的動態特性或頻域分
析,以預測復雜機械系統整機的運動學/動力學性能和
系統中各零部件所受載荷。由于采用了最新的數學力學方法, SIMPACK軟件
在計算速度極其優異的同時,仍保持了很高的計算精
度和穩定性。SIMPACK的主要應用領域有:汽車、鐵
道(制造商、供應商、設計公司) 、航空航天、國防軍事、
船舶、工程機械、人機工程、電器產品、生物工程和仿生
學及各類通用機械等。
2 SIMPACK的機構運動分析
SIMPACK軟件的機構運動分析部分操作簡單方
便,主要可以實現機構的前期設計、優化、運動仿真、參
數(目標點的位移、速度及加速度等)輸出,曲線繪制
等。能很好地提高機構設計效率,節約成本。其應用
主要體現在以下幾個方面: ①可直接在設計環境中建
立參數化的機構分析模型; ②可根據需要的機械輸出
運動規律設計機構的各輸入參數,以進行運動和力的
研究; ③選擇一個或多個靈敏度參數,使其在一個范圍
內變化,然后檢查輸出結果,并與預期的運動規律比
較,確定產生顯著變化的參數; ④通過指定多個設計參
數和一個目標參數,優化設計,得出最佳方案。................
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展開 基于Adams的六足直立式步行機器人運動仿真分析
基于Adams的六足直立式步行機器人運動仿真分析
張久雷
（廣東職業技術學院 機電工程系， 廣東 佛山 528041）
摘要 分析了一種以雙電機為驅動力、以曲柄連桿機構為傳動系統的六足直立式步行機器人的工作原理。首先，利用矢量解析法對步行腿機構建立相應運動數學模型并分析；再利用虛擬樣機分析軟件Adams對單側步行腿機構進行運動軌跡建模仿真分析；最后，搭建實物樣機驗證了工作原理、方案設計、虛擬仿真結果的正確性和可行性。結果表明，步行腿機構的運動特性能夠滿足六足直立式步行機構的工作要求，設計方案可行，可為下一步的動力學分析和優化設計提供理論基礎。
關鍵詞 Adams 六足步行機器人 四連桿機構 運動學分析
0 引言
曲柄連桿機構是連桿足式步行機器人的核心機構，是實現步行腿行走的關鍵零部件[1]。步行機構曲柄連桿的方案設計及其運動特性是影響機器人行走和運動動作的重要因素[2]。本文中以張久雷設計制作的六足直立式步行機器人的步行機構為研究對象[3]118-119，通過對步行機構分解出的簡單平面四連桿機構進行解析，以矢量法為基礎，建立步行腿機構運動數學模型，再通過虛擬樣機技術對步行腿運動軌跡進行仿真研究分析，判斷是否發生干涉。通過運動學速度、加速度仿真分析，了解從動件步行腿的速度變化規律是否滿足步行工作要求。在此基礎上，搭建實物樣機驗證步行機構方案設計的可行性，進一步證明了該步行機構工作原理和虛擬仿真結果的正確性，可為下一步的動力學分析和優化設計制造奠定理論基礎，具有重要的研究意義。
1 步行機器人的工作原理
1.1 步行原理
本文中研究分析的六足直立式步行機器人[3]119-121如圖1所示。
展開 ADAMS行星齒輪機構運動學及動力學仿真
.-95.0,-30.8
嚙合點6
0.0,144.0,270.0
0.0,80.8,-58.8
添加完運動約束后行星齒輪機構約束簡圖如圖所示
圖2.行星減速器簡化約束圖
2.5 添加驅動和負載扭矩
將J3設置為主動驅動，給予J3恒定的角速度3000°/s，設置的參數如圖3所示。
圖3.添加驅動對話框
2.6 運動學仿真
前面的參數設置完成后，最后只需將仿真時間設置為1s，步數設置為1000步，啟動求解器程序，即可得到仿真圖形。
2.7 仿真結果
1）傳動裝置角速度仿真
經過前面ADMS虛擬樣機建立后，啟動仿真求解程序后，經過一段時間運算后，求解出本文需要仿真的角速度曲線。
a.行星支架運動角速度
b.太陽輪運動角速度
圖4.輸入軸和輸出軸角速度
2）結果對比
行星齒輪減速機構太陽輪和行星支架理論上的減速比為：
其中為傳動比
為行星輪齒數，40
為太陽輪齒數，120
計算得到理論傳動比為2.67
由太陽輪和行星支架角速度曲線計算得到仿真減速比為，可以看出在行星齒輪機構運動學仿真中，仿真結果和理論計算結果高度一致。
3. 動力學仿真
3.1 模型修改
對于行星齒輪機構運動學仿真和動力學仿真之間的區別在于齒輪間相互關系的建立，在運動學仿真中齒輪間靠齒輪副連接，相互之間的運動與理論值高度吻合。
展開 202基于matlab的曲柄滑塊機構的運動學仿真分析 ￥15.5
基于matlab的曲柄滑塊機構的運動學仿真分析，分析各個桿的速度、位移、加速度曲線，以及曲柄滑塊機構的動畫。程序已調通，可直接運行。
203基于matlab的曲柄滑塊機構的運動學仿真分析GUI ￥19.89
基于matlab的曲柄滑塊機構的運動學仿真分析GUI，包括《系統仿真與matlab》綜合試題文檔。分析滑塊速度、角速度，曲軸投影長。曲柄滑塊機構的動畫。程序已調通，可直接運行。
機構運動仿真分析
1.3、創建rigid body
rigid body用于施加轉速，通過旋轉來帶動機構運動。
1.4、創建約束
本例中的約束是在ANSA中完成的，這個因人而異。
二、求解設置
1.1、分析步設置
選擇合適的分析類型，設置好計算時間。
1.2、接觸設置
摩擦系數設置為0.1，選擇合適的接觸類型。
1.3、鉸鏈創建
本例中需要創建很多鉸鏈，具體操作步驟請看視頻。
1.4、重力加速度
施加向下的重力場，用于模擬真實工作環境。
1.5、加載
轉動輪處施加轉速值，并添加幅值曲線，確保計算過程中的收斂性。
1.6、提交計算
三、后處理
1.1、位移云圖
1.2、應力
1.3、速度
1.4、某個節點的速度曲線
四、詳細操作視頻教程網址如下：
http://www.yqgqt.org.cn/college/video/c15726
展開 液壓支架三維建模與運動仿真
4、 支架三維實體模型運動仿真
機構運動仿真，能夠根據裝配模型自動或人為的指定靜止和運動件，并根據裝配關系定義各關節的運動特性。支架機構運動仿真則是通過在已有支架裝配模型上定義支架部件間的運動自由度和參數來實現的，并采用導向方式創建。在仿真環境中不考慮支架部件重力的前提下，設定ZZS5300／14／28型液壓支架底座為靜止部件，頂梁體、掩護梁體、活動側護板、左后連桿、右后連桿，前梁、前連桿、雙伸縮立柱、短柱均設定為活動部件。
在仿真運動設計中，設定ZZS5300／14／28型液壓支架三維實體模型運動仿真模擬延時時間t=20s，總幀數50，開始幀為1，結束幀為50，幀間隔為2。根據支架雙伸縮立柱的缸體直徑、行程、供液流量，可計算出立柱中缸體在運動仿真中的延時時間占總設定時間的2/3，即13s，活柱的延時時間為 7s。在Solid Edge運動仿真設置選項中，雙伸縮立柱、前梁短柱、側護千斤頂均按步長方式來進行設定。雙伸縮立柱中缸體具體運動仿真參數的設置如圖8所示。立柱中的活柱體、前梁短柱、側護千斤頂的運動仿真參數的設置與立柱中缸體的設置類似。
至此，就在Solid Edge環境中完成了ZZS5300／14／28型液壓支架的運動仿真設計。支架三維實體模型運動仿真結果可以用來生成移動組件的動畫，清晰直觀地顯示出支架關鍵點的運動軌跡，也可用來檢查支架部件在整個仿真運動過程中的干涉情況。
利用Solid Edge軟件建立的液壓支架三維實體模型，可以調入與其兼容性比較好的UG運動分析環境中作更進一步的運動和強度分析,提高支架設計的可靠性。
5、 結語
Solid Edge三維機械設計CAD軟件的使用，大幅度縮短了綜采液壓支架的設計周期，提高了支架的設計效率和設計質量，使支架的設計更趨完美。
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基于Solid Edge的高級機構運動仿真
本文以單、雙萬向聯軸結機構為例，簡述運用Solid Edge 三維造型和裝配模塊進行機構的裝配、運動模擬及運動分析、動力分析的過程。
在機構設計中，分析輸入/輸出構件運動的相關性是比較困難和繁瑣的，但若能方便地得到輸入/輸出構件及相關中間構件的運動曲線，解決這類問題就會容易許多。
Solid Edge 具有功能強大的三維造型模塊和裝配模塊，而Dynamic Designer/Motion for Solid Edge實現了Dynamic Desinger和Solid Edge的無縫集成，用戶不必離開自己所熟悉的Solid Edge界面，就可以對所設計的裝配體進行運動仿真。
Dynamic Designer產品由Simply Motion、Motion和Professional組成，用戶可以根據設計的復雜程度進行選擇，也可以根據實際應用的情況逐步升級到更高一級的產品。在機構設計中，熟練使用以上模塊，完成零件的三維實體造型，模擬整個機構的裝配，分析裝配干涉情況，進而實現運動模擬、運動干涉分析和動力分析，即可實現機構的精確設計，優化機器的性能和可靠性，從而減少從設計到產品的開發周期。
本文以單、雙萬向聯軸結機構為例，簡述了運用以上模塊進行機構的裝配、運動模擬及運動分析、動力分析的過程。
一、單萬向聯軸結機構的運動分析
圖1是應用Solid Edge的Part模塊制作的十字結、叉軸和支架。在支架的制作中要注意精確定位左右軸孔的位置及角度，以便準確安裝。
圖1 十字結、叉軸和支架的實體造型
圖2為裝配后的單萬向聯軸結，裝配中左右叉軸與支架、十字結的定位關系均為軸對齊、面對齊。
展開 samcef 多體運動機構 仿真一例
Samcef環境中的艙體仿真，此部件有多柔體，復合材料組成。裝配連接主要應用了hinges，spherical及prismatic。艙體為碳纖維材料，分析方法采用隱式非線性。
其中可伸縮的jack為剛體，材料為合金鋼，艙體頂部可開合的為3mm的柔性殼，艙體由三層碳纖維組成。
210基于matlab的仿真機械四連桿機構運動代碼 ￥12.2
基于matlab的仿真機械四連桿機構運動代碼，包括運動仿真和變量變化分析圖的生成，包括角速度、速度、加速度等曲線。程序已調通，可直接運行。
Solidworks/Motion在機械產品設計中的應用技巧
本文以某三軸模擬搖擺復現機械裝置設計過程為例，闡述了應用Solidworks/Motion軟件在三維實體造型、裝配、三維機構運動仿真、運動部件干涉檢查的過程和方法。并介紹了Solidworks/Motion軟件在運動仿真和干涉檢查方面的應用小技巧。
隨著計算機輔助設計技術的飛速發展與功能的不斷完善，工程技術人員的設計方法和手段越來越豐富。尤其是三維CAD/CAM軟件的廣泛應用與普及，使得現代機械產品設計逐步進入三維設計時代。三維設計具有形象、直觀、精確、快速的特點，在新產品開發的方案設計、結構分析、產品性能的評估、確定和優化物理樣機參數過程中能夠起到決定性作用，并為新產品研發一次成功，提供了強有力的技術支持。
Solidworks/Motion是基于Windows環境的參數化三維實體造型軟件。為廣大工程技術人員提供了在單一的Windows界面上無縫集成實體造型、有限元分析和優化設計、虛擬裝配、三維機構運動仿真、運動干涉檢查、工藝規程生成、數控加工、三維實體圖轉化二維工程圖、產品數據共享與集成等多種多樣的功能。
本文以某型號的三軸模擬搖擺復現機械裝置為例，介紹應用SolidWorks/Motion軟件進行三軸模擬搖擺復現機械裝置在三維實體造型、裝配、三維機構運動仿真及運動部件干涉檢查的過程和方法。
該三軸模擬搖擺復現機械裝置主要由內環、中環、外環和機座組成，如圖1所示。
一、三維實體造型設計
三軸模擬搖擺復現裝置的測量系統精度相對較高，因此在進行三軸模擬搖擺復現裝置的機械臺體結構設計時，要確保機械臺體結構的剛度能夠滿足測量系統精度要求，同時還要進行結構的優化，在滿足剛度和強度的前提下，使機械臺體的重量盡量輕，各轉動部件的轉動慣量盡量小。
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