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               第16章 运动仿真
      1.基本情况

  InventorProfessional运动仿真,能够完成装配下的零部件运动和载荷条件下的动态仿真。也可以在任何运动状态下将载荷条件输出到应力分析中;能展示运动过程以及某瞬间的动态载荷。运动仿真处理仅在装配环境下使用,包括:

 ◆可引用运动连接约束库,实施多于Inventor自身装配约束的约束。

 ◆可定义外力和力矩。

 ◆可根据与时间相关的位置、速度、加速度、扭矩以及外载荷等工况,实施运动仿真。

 ◆可创建运动轨迹,表达运动结果。

 ◆可将结果数据输出成图表或者Excel表。

 ◆可将运动瞬间的工况结果传递到应力分析模块或ANSYS Workbench。

 ◆可解析运动中力平衡所产生的条件力。

 ◆可将Inventor装配约束中符合条件的设置,转换成运动仿真中对应的连接约束。

 ◆可在定义运动连接时,使用与时间相关的摩擦、阻尼、弹簧等条件。

 ◆交互使用动态零件运动将动力应用于连接仿真。
   按照Inventor自己的解释,运动分析将依据下列规则:

 ◆只能在Inventor装配环境进行操作。

 ◆使用与每个零件关联的物理特性。

 ◆浏览器中抑制或未激活的零件处于“空闲”状态,不能参与仿真。

 ◆原始坐标系原点与仿真坐标系原点重合。

 ◆默认情况下,零件之间没有运动连接。
 ◆非柔性子部件被视为单个刚体。包含子部件的单个零件也是刚体,不能在非柔性子部件的零件之间定义运动连接。

 ◆因为零件是刚体,且在连接中处于空闲状态,所以可以对机械装置进行过约束。例如,如果指定约束一个自由度,而该自由度已经受 到另一个现有连接的约束。

   进入Inventor运动仿真模块需作如下操作:打开一个需要进行运动仿真 的装配文件,在“应用程序”菜单下选择“运动仿真”,即可进入Inventor运动仿真界面。参见图16-1所示。
              

      2. 基础参数

   在切换到运动仿真环境中之后,一般要设置一些基础参数。先点击工具面板上的“运动仿 真设置”按钮,会弹出对话框,参见图16-2。
         

   当“自动更新已转换的连接”处于激活状态时,Inventor会在进入运动仿真模块后,自动把装配约束转换为标准连接,但同时用户也不能再添加标准连接了,也就是不能添加后面所讲的“基本 运动约束”。如果通过清除该框来禁用“自动更新已转换的连接”,系统会显示一条消息警告用户将删除所有已转换的连接,此后用户可以添加标准连接,如果有装配约束,也可以通过“转换装配约 束”手动转换装配约束。

   点击按钮,之后在图16-2的界面中将角速度输入规则改变成“rpm”量纲,这才是机械设计中最为常用的单位制。

   “三维框架”的“Z轴大小”是用来设置三轴架在图形区中的显示大小,一般设置成20比较 合适。在条件设置中,这个三轴架是个很重要的参考,其中有绿色和黄色两套,分别代表未来操控中经常见到的蓝色和黄色零件;三轴架上,一个箭头是X方向,两个和三个箭头是Y和Z 方向。

      3. 基本运动约束

   在运动仿真中,Inventor默认情况下会自动将 装配中的约束转换成基本运动约束,但却不能再添加基本运动约束。因此读者在看这节时,可以把运动仿 真设置中的“自动更新已转换的连接”禁用,这样就可以手动添加基本运动约束。

     3.1 旋转运动(Revolution)

   参见图16-3,参见16-01C.IAM。其中:
         

  ◆约束特点:

   名称:旋转;被约束的自由度数:5;约束要素:

   Z1=Z2O1=O2

  ◆Z轴:

  指定这个零件运动坐标系的Z轴。可以是工作 轴,也可以是任何可能确定一根轴的几何结构;例如:圆柱面、圆锥面等…

  ◆原点:

   在选定Z轴之后,指定这个零件运动坐标系的原点位置。任何与Z轴不平行的平面或者可以定义一个点的几何要素都可用;例如:端面、平面、圆弧棱边…

  ◆X轴:

   这不是旋转运动约束的必要条件,而是控制剩余自由度,两零件初始位置的条件,后来会用到这个条件完成旋转运动的驱动设置…

  ◆与Inventor的装配约束相关:

   插入,以及轴线+端面对准,可直接被继承为“旋转”。

     3.2 平移运动(Prismatic)

   参见图16-4,其中的图标按钮操作规则与旋转运动雷同。与通常的“平移”有所不同的是: 这里所说的平移,将是沿着所指定Z轴方向的直线运 动,并非统称意义上的“在平面上作运动、包括可能 的沿着曲线运动”;所以,精确的描述应当是“沿直线平移”。参见16-02c.IAM。
         

  ◆约束特点:

   名称:平移;被约束的自由度数:5;约束要素:X1Y1Z1=X2Y2Z2(坐标轴方向相同),O2落在O1Z1线上

  ◆Z轴:

   指定零件运动的直线轨迹位置的Z轴。可以是工 作轴,也可以是任何可能确定一根轴的几何结构;例如:圆柱面、圆锥面等…

  ◆原点:

   在选定Z轴之后,指定这个零件运动坐标系的原 点位置。任何与Z轴不平行的平面或者可以定义一个点的几何要素都可用;例如:端面、平面、圆弧棱边…

  ◆X轴:

   这不是平移运动约束的必要条件,而是控制剩余 自由度,两零件初始位置转角条件…

  ◆与Inventor的装配约束相关:

   对于16-02.IAM这样的情况,就不容易直接使用运动关系了,因为不可能直接找到Z轴… 两个不平行的端面对准可以转换成平移运动。

     3.3 圆柱运动(Cylindrical)

   参见图16-5。
       

  ◆约束特点:

   名称:圆柱运动;被约束的自由度数:4;约束要素:Z1=Z2

  ◆Z轴:

   指定这个零件运动坐标系的Z 轴。可以是工作 轴,也可以是任何可能确定一根轴的几何结构;例如:圆柱面、圆锥面甚至是棱边…

  ◆原点:

   在选定Z轴之后,指定这个零件运动坐标系的原 点位置,这不是圆柱运动约束的必要条件。

  ◆X轴:

   这不是圆柱运动约束的必要条件,而是控制剩余 自由度,两零件初始位置转角条件…

  ◆与Inventor的装配约束相关:

   参见16-03.IAM这样的情况,利用“线-线重合” 的约束结果,可以被解释成圆柱运动。

     3.4 球面运动(Spherical)

   参见图16-6。

  ◆约束特点:

   名称:平移;被约束的自由度数:3;约束要素:O1=O2

   可见,球面运动比柱面运动又减少一个自由度的约束。

  ◆点:

   两者的约束点。

  ◆Z轴/X轴:

   这不是球面运动约束的必要条件,而是控制剩余自由度…

  ◆与Inventor的装配约束相关:

   参见16-04.IAM这样的情况,利用“点-点重合”的约束结果,可以被解释成球面运动;至于 到底是不是有“球面”介入并无关系…
 

     3.5 平面运动(Planar)

   参见图16-7。

  ◆约束特点:

   名称:平面运动;被约束的自由度数:3;约束要素:Y1=Y2和O2落在O1X1Z1面上,这是典型的平动,包括移动和转动。实际上只有选定的两个平面的贴合。

  ◆平面:

   两者的贴合平面。

  ◆原点/X轴:

   这不是平面运动约束的必要条件,而是控制剩余 自由度…

  ◆与Inventor的装配约束相关:

   参见16-05.IAM,利用“面-面贴合”的约束结 果,可以被解释成平面运动。

     3.6 点-线运动(Point-Line)

   参见图16-8。

  ◆约束特点:

   名称:点-线运动;被约束的自由度数:2;约束要素:O2落在O1Z1线上

   即一个“点”沿着一条“直线”平动。

  ◆Z轴/点:

   两者运动的直线路径和装配到线的点。
       

  ◆其他:

   这不是运动约束的必要条件,而是控制剩余自由度…

  ◆与Inventor的装配约束相关:

   参见16-06.IAM,在Inventor中利用“点-线”的装配约束结果同样具有这种特性。

     3.7 线面运动(Line-Plane)

   参见图16-9。

  ◆约束特点:

   名称:线-面运动;被约束的自由度数:2;约束要素:O2Z2落在O1X1Z1面上.

   零件上的一条直线,落在另一个零件的平面上平动。

  ◆平面/Z轴:

   两者运动的贴合面和贴在面上的直线。

  ◆其他:

   这不是运动约束的必要条件,而是控制剩余自由度…

  ◆与Inventor的装配约束相关:

   参见16-07.IAM,在Inventor中利用“面-线”的装配约束同样具有这种特性,可以被解释为 线面运动。
  

     3.8 点面运动(Point-Plane)

   参见图16-10。

  ◆约束特点:

   名称:点-面运动;被约束的自由度数:1;约束要素:O2落在面O1X1Z1上。

   零件上的一个点,落在另一个零件的平面上平动。

  ◆平面/Z轴:

   两者运动的贴合面和贴在面上的直线。

  ◆其他:

   这不是运动约束的必要条件,而是控制剩余自由度…

  ◆与Inventor的装配约束相关:

   参见16-08.IAM,目前在Inventor中利用“点在面上”的约束结果虽然同样具有这种特性, 可以被解释成点-面运动。

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